ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6567| Title: | Розробка енергетичного напою нового покоління з використанням природних кофеїновміснихекстрактів |
| Authors: | Андронович, Галина Михайлівна Кікоть, Владислав Валентинович |
| Keywords: | енергетичний напій;гуарана;природні екстракти;функціональні напої |
| Issue Date: | 22-Dec-2025 |
| Abstract: | У кваліфікаційній роботі магістра розглянуто науково-практичні аспекти розробки безалкогольного енергетичного напою нового покоління з використанням природних кофеїновмісних екстрактів зеленого чаю (Camellia sinensis) та гуарани (Paullinia cupana). Актуальність дослідження зумовлена зростаючим попитом на функціональні напої з натуральними компонентами та необхідністю зниження частки синтетичного кофеїну в харчових продуктах. У роботі проаналізовано сучасний стан і тенденції розвитку світового та українського ринку енергетичних напоїв, наведено їх класифікацію за складом, функціональним призначенням, вмістом кофеїну та енергетичною цінністю. Особливу увагу приділено фізіологічній дії кофеїну, його безпечним нормам споживання, а також порівнянню синтетичного та природного кофеїну. Досліджено хімічний склад, фізико-хімічні та функціональні властивості екстрактів зеленого чаю та гуарани як перспективних інгредієнтів енергетичних напоїв. Обґрунтовано доцільність їх використання з огляду на пролонгований стимулюючий ефект, наявність поліфенольних сполук та антиоксидантних компонентів. Визначено оптимальні параметри екстрагування рослинної сировини для забезпечення максимального виходу кофеїну та біологічно активних речовин при збереженні високих органолептичних показників. У експериментальній частині розроблено рецептурний склад енергетичного напою з різним вмістом природних екстрактів, проведено комплексну оцінку його якості за органолептичними, фізико-хімічними та харчовими показниками. Здійснено визначення вмісту кофеїну, титрованої та активної кислотності, масової частки сухих речовин і цукрів із використанням сучасних аналітичних методів. Результати досліджень підтвердили можливість отримання енергетичного напою зі збалансованим кофеїновим профілем, помірною енергетичною цінністю та високими споживчими властивостями. Практичне значення роботи полягає у можливості використання отриманих результатів для розробки та впровадження у виробництво безалкогольних енергетичних напоїв з натуральними стимулюючими компонентами, що відповідають сучасним вимогам безпечності, функціональності та якості. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6567 |
| Appears in Collections: | 181 Харчові технології (Харчові технології) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Кікоть В.В..pdf Restricted Access | У кваліфікаційній роботі магістра розглянуто науково-практичні аспекти розробки безалкогольного енергетичного напою нового покоління з використанням природних кофеїновмісних екстрактів зеленого чаю (Camellia sinensis) та гуарани (Paullinia cupana). Актуальність дослідження зумовлена зростаючим попитом на функціональні напої з натуральними компонентами та необхідністю зниження частки синтетичного кофеїну в харчових продуктах. У роботі проаналізовано сучасний стан і тенденції розвитку світового та українського ринку енергетичних напоїв, наведено їх класифікацію за складом, функціональним призначенням, вмістом кофеїну та енергетичною цінністю. Особливу увагу приділено фізіологічній дії кофеїну, його безпечним нормам споживання, а також порівнянню синтетичного та природного кофеїну. Досліджено хімічний склад, фізико-хімічні та функціональні властивості екстрактів зеленого чаю та гуарани як перспективних інгредієнтів енергетичних напоїв. Обґрунтовано доцільність їх використання з огляду на пролонгований стимулюючий ефект, наявність поліфенольних сполук та антиоксидантних компонентів. Визначено оптимальні параметри екстрагування рослинної сировини для забезпечення максимального виходу кофеїну та біологічно активних речовин при збереженні високих органолептичних показників. У експериментальній частині розроблено рецептурний склад енергетичного напою з різним вмістом природних екстрактів, проведено комплексну оцінку його якості за органолептичними, фізико-хімічними та харчовими показниками. Здійснено визначення вмісту кофеїну, титрованої та активної кислотності, масової частки сухих речовин і цукрів із використанням сучасних аналітичних методів. Результати досліджень підтвердили можливість отримання енергетичного напою зі збалансованим кофеїновим профілем, помірною енергетичною цінністю та високими споживчими властивостями. Практичне значення роботи полягає у можливості використання отриманих результатів для розробки та впровадження у виробництво безалкогольних енергетичних напоїв з натуральними стимулюючими компонентами, що відповідають сучасним вимогам безпечності, функціональності та якості. | 3.2 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
АНОТАЦІЯ Кікоть В.В. Розробка енергетичного напою нового покоління з використанням природних кофеїновміснихекстрактів а. Кваліфікаційна робота магістра за спеціальністю 181 – Харчові технології, освітньої програми «Харчових технологій» – Черкаський державний технологічний університет, Черкаси – 2025р. У кваліфікаційній роботі магістра розглянуто науково-практичні аспекти розробки безалкогольного енергетичного напою нового покоління з використанням природних кофеїновмісних екстрактів зеленого чаю (Camellia sinensis) та гуарани (Paullinia cupana). Актуальність дослідження зумовлена зростаючим попитом на функціональні напої з натуральними компонентами та необхідністю зниження частки синтетичного кофеїну в харчових продуктах. У роботі проаналізовано сучасний стан і тенденції розвитку світового та українського ринку енергетичних напоїв, наведено їх класифікацію за складом, функціональним призначенням, вмістом кофеїну та енергетичною цінністю. Особливу увагу приділено фізіологічній дії кофеїну, його безпечним нормам споживання, а також порівнянню синтетичного та природного кофеїну. Досліджено хімічний склад, фізико-хімічні та функціональні властивості екстрактів зеленого чаю та гуарани як перспективних інгредієнтів енергетичних напоїв. Обґрунтовано доцільність їх використання з огляду на пролонгований стимулюючий ефект, наявність поліфенольних сполук та антиоксидантних компонентів. Визначено оптимальні параметри екстрагування рослинної сировини для забезпечення максимального виходу кофеїну та біологічно активних речовин при збереженні високих органолептичних показників. У експериментальній частині розроблено рецептурний склад енергетичного напою з різним вмістом природних екстрактів, проведено комплексну оцінку його якості за органолептичними, фізико-хімічними та харчовими показниками. Здійснено визначення вмісту кофеїну, титрованої та активної кислотності, масової частки сухих речовин і цукрів із використанням сучасних аналітичних методів. 4 Результати досліджень підтвердили можливість отримання енергетичного напою зі збалансованим кофеїновим профілем, помірною енергетичною цінністю та високими споживчими властивостями. Практичне значення роботи полягає у можливості використання отриманих результатів для розробки та впровадження у виробництво безалкогольних енергетичних напоїв з натуральними стимулюючими компонентами, що відповідають сучасним вимогам безпечності, функціональності та якості. Ключові слова: енергетичний напій, кофеїн, зелений чай, гуарана, природні екстракти, функціональні напої, антиоксиданти, харчові технології. 5 ABSTRACT Kikot V. V. Development of a New Generation Energy Drink Using Natural Caffeine-Containing Extracts. Master’s qualification thesis in Specialty 181 – Food Technologies, Educational Program “Food Technologies”. – Cherkasy State Technological University, Cherkasy, 2025. This Master’s thesis is devoted to the scientific and practical substantiation of developing a new generation non-alcoholic energy drink based on natural caffeine- containing extracts of green tea (Camellia sinensis) and guarana (Paullinia cupana). The relevance of the study is driven by the growing consumer demand for functional beverages formulated with natural ingredients and by the necessity to reduce the use of synthetic caffeine in food products. The current state and development trends of the global and Ukrainian energy drink markets are analyzed, and energy drinks are classified according to their composition, functional purpose, caffeine content, and energy value. Particular attention is paid to the physiological effects of caffeine, recommended safe intake levels, and a comparative analysis of synthetic versus naturally sourced caffeine. The chemical composition, physicochemical properties, and functional characteristics of green tea and guarana extracts are investigated as promising ingredients for energy drinks. The feasibility of their application is substantiated by their prolonged and more balanced stimulating effect, the presence of polyphenolic compounds, and pronounced antioxidant activity. Optimal extraction parameters for plant raw materials are determined to ensure a high yield of caffeine and biologically active substances while maintaining favorable sensory properties. In the experimental part of the study, energy drink formulations with different concentrations of natural extracts are developed. A comprehensive quality assessment is carried out, including sensory evaluation and determination of physicochemical and nutritional parameters. The caffeine content, titratable and active acidity, total soluble solids, and sugar content are determined using modern analytical methods. The results confirm the possibility of producing an energy drink with a balanced caffeine profile, 6 moderate energy value, and high consumer quality. The practical significance of the work lies in the potential application of the obtained results in the development and industrial production of non-alcoholic energy drinks with natural stimulating components that meet current requirements for safety, functionality, and quality. Keywords: energy drink, caffeine, green tea, guarana, natural extracts, functional beverages, antioxidants, food technologies. 7 ЗМІСТ ВСТУП..........................................................................................................................9 РОЗДІЛ 1. ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД......................................................................12 1.1. Класифікація та сучасний стан ринку енергетичних напоїв.......................12 1.2. Кофеїн як основний стимулюючий компонент енергетичних напоїв .......17 1.3. Природні кофеїновмісні екстракти як альтернатива синтетичному кофеїну20 2. ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ.........................................................27 2.1. Об’єкт дослідження.........................................................................................27 2.2. Характеристика сировини..............................................................................27 2.3. Методи дослідження.......................................................................................33 3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА..................................................................43 3.1. Розроблення рецептурного складу напою....................................................43 3.2. Оптимальні параметри екстрагування кофеїновмісних компонентів........46 3.3. Органолептична оцінка енергетичних напоїв..............................................49 3.4. Фізико-хімічна оцінка енергетичних напоїв.................................................53 3.5. Харчова та біологічна цінність енергетичного напою................................ 63 Висновок.................................................................................................................70 РОЗДІЛ 4. ТЕХНОЛОГІЧНІ РОЗРАХУНКИ.........................................................72 4.1. Принципово-технологічна схема...................................................................72 4.2. Опис апаратурно-технологічної схеми.........................................................72 4.3. Розрахунок продуктів .....................................................................................75 4.4. Розрахунок кількості тари і допоміжних матеріалів та пляшки.................77 4.5. Соціально-економічний ефект.......................................................................78 ЗАГАЛЬНИЙ ВИСНОВОК......................................................................................81 СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ...........................................................................................83 ДОДАТКИ..................................................................................................................87 Додаток А................................................................................................................88 Додаток Б................................................................................................................89 8 ВСТУП У сучасних соціально-економічних умовах зростає потреба населення у продуктах харчування, здатних забезпечувати швидке відновлення фізичної та розумової працездатності. Це зумовлено підвищенням інтенсивності праці, навчального навантаження, урбанізацією, а також зростанням кількості професій, пов’язаних із високим рівнем стресу та когнітивної напруги. У зв’язку з цим безалкогольні енергетичні напої посідають важливе місце серед продуктів функціонального призначення. За даними галузевих аналітичних звітів, світовий ринок енергетичних напоїв у 2024 році оцінювався приблизно у 79–80 млрд дол. США і демонструє стабільну тенденцію до зростання з прогнозованим середньорічним темпом 7–9 %. Основними драйверами розвитку ринку є розширення споживчої аудиторії, зростання попиту на функціональні та «здорові» напої, а також активний розвиток сегмента продуктів з натуральними інгредієнтами. Частка енергетичних напоїв на основі природних стимуляторів, за різними оцінками, зростає швидше, ніж класичний сегмент, і вже перевищує 15–20 % світового ринку. В Україні ринок енергетичних напоїв у 2022–2024 роках зазнав суттєвих трансформацій, пов’язаних із воєнними діями, логістичними труднощами та змінами споживчої поведінки. Після різкого спаду у 2022 році у 2023–2024 роках зафіксовано відновлення обсягів продажу та зростання споживання енергетичних напоїв у окремих групах населення. За оцінками аналітичних агентств, сумарний обсяг продажів енергетичних напоїв в Україні у 2024 році був на 30–50 % вищим, ніж у перші місяці повномасштабного вторгнення, хоча ще не досяг докризового рівня 2021 року. Водночас спостерігається зростання інтересу до напоїв з пониженим вмістом цукру та з натуральними стимулюючими компонентами. Традиційні енергетичні напої, що переважають на ринку, містять синтетичний кофеїн у поєднанні з високим вмістом простих цукрів, що забезпечує швидкий, але короткочасний стимулювальний ефект. Надмірне або регулярне споживання таких продуктів може супроводжуватися небажаними фізіологічними наслідками, зокрема різкими коливаннями рівня енергії, підвищеною 9 збудливістю, порушенням сну та перевантаженням серцево-судинної системи. Це формує запит на створення енергетичних напоїв нового покоління з більш м’якою, пролонгованою та фізіологічно обґрунтованою дією. Перспективним напрямом вирішення цієї проблеми є використання природних кофеїновмісних екстрактів, зокрема зеленого чаю (Camellia sinensis) та гуарани (Paullinia cupana). Дані рослинні джерела кофеїну містять супутні біологічно активні речовини — поліфеноли, катехіни, L-теанін, теобромін, — які здатні модифікувати кінетику дії кофеїну, забезпечувати антиоксидантний ефект та зменшувати ризик побічних реакцій. Таким чином, розробка енергетичного напою на основі природних кофеїновмісних екстрактів є актуальним науково- практичним завданням сучасної харчової технології. Метою кваліфікаційної роботи є наукове обґрунтування та розробка рецептури і технології безалкогольного енергетичного напою нового покоління з використанням природних кофеїновмісних екстрактів зеленого чаю та гуарани. Для досягнення поставленої мети у роботі передбачено вирішення таких завдань: - проаналізувати сучасний стан і тенденції розвитку світового та українського ринку енергетичних напоїв; - узагальнити наукові дані щодо фізіологічної дії кофеїну та безпечних норм його споживання; - дослідити хімічний склад і фізико-хімічні властивості екстрактів зеленого чаю та гуарани; - обґрунтувати оптимальні параметри екстрагування кофеїновмісної рослинної сировини; - розробити рецептурний склад енергетичного напою з використанням натуральних екстрактів; - оцінити органолептичні, фізико-хімічні та харчові показники якості розробленого продукту; - визначити перспективи практичного впровадження розробленого напою у виробництво. 10 Об’єктом дослідження є безалкогольний енергетичний напій на основі природних кофеїновмісних екстрактів. Предметом дослідження є закономірності формування якості, функціональних властивостей та безпечності енергетичного напою при використанні екстрактів зеленого чаю та гуарани. Наукова новизна кваліфікаційної роботи полягає у: - комплексному обґрунтуванні доцільності використання поєднання екстрактів зеленого чаю та гуарани для формування збалансованого кофеїнового профілю енергетичного напою; - встановленні впливу природних кофеїновмісних екстрактів на фізико- хімічні та органолептичні показники безалкогольного енергетичного напою; - удосконаленні підходів до формування рецептури енергетичних напоїв функціонального призначення з натуральними стимулюючими компонентами. Практичне значення роботи полягає у можливості використання отриманих результатів для розробки та впровадження у виробництво безалкогольних енергетичних напоїв з природними кофеїновмісними екстрактами, що відповідають сучасним вимогам до якості, безпечності та функціональної спрямованості харчових продуктів. Публікації. За матеріалами магістерської роботи опубліковано 1 тезу, у збірнику ІХ Міжнародної науково-практичної конференції «Інтеграційні та інноваційні напрями розвитку харчової індустрії» 2025 року, м. Черкаси. 11 РОЗДІЛ 1. ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД 1.1. Класифікація та сучасний стан ринку енергетичних напоїв Енергетичні напої посідають вагоме місце на сучасному харчовому ринку. Їх споживання зростає щороку завдяки активному способу життя населення, урбанізації, підвищенню інтенсивності праці та навчанню. Особливістю цієї категорії продуктів є стимулюючий ефект, який забезпечується кофеїном, амінокислотами, екстрактами рослин та іншими функціональними компонентами. Нині енергетичні напої пройшли еволюцію від нішевих продуктів для спортсменів до масового товару з багатомільярдним оборотом[1]. На сьогоднішній день енергетичні напої відносяться до категорії сучасних функціональних харчових продуктів, що призначені для підвищення рівня фізичної та розумової працездатності, стимуляції центральної нервової системи та зниження втоми. Їх популярність зумовлена швидким тонізувальним ефектом, який досягається завдяки вмісту кофеїну, рослинних екстрактів, вітамінів групи В, амінокислот та інших біологічно активних компонентів. Зважаючи на різноманіття рецептур і функціональних властивостей, енергетичні напої класифікують за кількома основними ознаками, кожна з яких відображає специфіку їх складу, призначення або технологічних характеристик[2,3]. Однією з ключових ознак класифікації є хімічна природа та походження стимулювальних речовин. Найпоширенішою групою є напої на основі синтетичного кофеїну, до складу яких традиційно входять кофеїн, таурин, глюкуроноволактон, вітаміни групи В, ароматизатори та підсолоджувачі. Такі енергетики забезпечують швидку стимуляцію нервової системи, тому широко використовуються споживачами за умов інтелектуальних чи емоційних навантажень. Окрему підгрупу становлять напої, у яких кофеїн надходить із природних рослинних екстрактів — гуарани, зеленого чаю, мате, какао-бобів або зеленої кави. Завдяки природному походженню активних компонентів, вони діють більш м’яко та рівномірно, а також мають додаткові антиоксидантні властивості. До окремої категорії належать енергетики з адаптогенами, такими як женьшень, родіола рожева, елеутерокок чи лимонник китайський. Їхнє 12 застосування спрямоване на підвищення стійкості організму до стресу та покращення загального тонусу. Напої, збагачені амінокислотами, зокрема таурином, L-карнітином або BCAA, орієнтовані переважно на спортсменів, адже сприяють оптимізації обміну речовин і підтримці м’язової діяльності[4]. За функціональним призначенням енергетичні напої поділяють на кілька груп [5]: - Традиційні стимулювально-тонізувальні продукти спрямовані на швидке підвищення концентрації уваги та рівня бадьорості. - Спортивні енергетики поєднують властивості енергетичних та електролітних напоїв, оскільки містять мінерали, амінокислоти й інші речовини, що підтримують гідратацію та фізичну витривалість. Окремо виділяють натуральні або органічні енергетики, у складі яких відсутні синтетичні барвники, консерванти та штучні стимулятори: основу таких продуктів становлять рослинні екстракти[6]. До функціональних комбінованих напоїв належать продукти, що поєднують енергетичний ефект із додатковими корисними властивостями, такими як антиоксидантна, імуномодулююча чи відновлювальна дія. Значущою ознакою класифікації є вміст кофеїну. За даною характеристикою напої поділяються на: - низькокофеїнові напої, що містять від 10 до 40 мг кофеїну на 100 мл продукту і забезпечують легкий тонізувальний ефект; - середньокофеїнові, які містять від 40 до 80 мг/100 мл і є найпоширенішими; - висококофеїнові напої, у яких концентрація кофеїну перевищує 80 мг/100 мл і які здебільшого орієнтовані на фізично активних користувачів або спортсменів[7]. За енергетичною та вуглеводною цінністю енергетичні напої поділяють на класичні, які містять значну кількість простих цукрів і забезпечують швидке надходження енергії; напої типу «Zero» або «Light», у яких цукор замінений низькокалорійними підсолоджувачами; а також ізотонічні енергетики, що 13 характеризуються зниженою осмолярністю та швидким всмоктуванням у процесі фізичних навантажень[6,7]. Ступінь газування також впливає на класифікацію: енергетики можуть бути газованими, слабогазованими або негазованими. Газовані продукти мають класичний смак і високу популярність, тоді як негазовані частіше зустрічаються серед натуральних і спортивних напоїв. За формою випуску енергетики представлені у вигляді рідких напоїв у банках та пляшках, концентрованих shot- форматів, порошкових сумішей для розведення та рідких концентратів[8]. Окремою класифікаційною ознакою є наявність алкоголю. У більшості країн світу алкогольні енергетики заборонені або строго регулюються, оскільки поєднання алкоголю та кофеїну може викликати небезпечний ефект маскування сп’яніння. Тому основну частку ринку становлять безалкогольні енергетичні напої[8]. Крім того, енергетики поділяють за цільовою аудиторією. Масовий сегмент орієнтований на широке коло споживачів, професійні користувачі — на людей, що працюють із високим когнітивним навантаженням, а спортивні та преміальні енергетики адресовані відповідно спортсменам і прихильникам натурального харчування. Сукупність наведених класифікаційних ознак дозволяє систематизувати ринок енергетичних напоїв, зрозуміти особливості їхнього складу, технологічні відмінності та напрямки застосування, що є важливим для подальшого вивчення технології їх виробництва та оцінювання якості[9]. За індустріальними оцінками, світовий ринок енергетичних напоїв мав обсяг близько 79,4 млрд USD у 2024 році і очікується подальше зростання в прогнозний період, що відображає як попит, так і ціновий розвиток категорії [10]. Таблиця 1.1 - Структура ринку енергетичних напоїв Категорія Частка ринку, % Динаміка Класичні енергетики 67 Зростання Енергетики без цукру 18 Стабільність Преміальні продукти 10 Зростання Органічні та натуральні 5 Стрімке зростання 14 Таблиця 1.2 - ТОП-5 світових виробників енергетичних напоїв Частка Обсяг Бренд Країна світового продажів, ринку, % млрд $ Red Bull Австрія 38 13.3 Monster Energy США 29 9.2 Rockstar США 10 3.1 5-Hour Energy США 6 1.8 Burn США/ЄС 4 1.2 В Україні ринок напоїв (включно з енергетиками) зазнав значних трансформацій у 2022–2024 роках у зв’язку з військовими діями, міграцією населення та перебоями логістики; після різкого падіння загальних продажів у 2022 році відбувся помітний відновлювальний тренд у 2023–2024 роках. Галузеві огляди й локальні аналітичні дослідження фіксують відновлення роздрібних продажів RTD-категорій і зростання попиту на енергетичні напої в певних групах споживачів; окремі публікації звертали увагу на значне збільшення купівель енергетиків у 2023–2024 роках у порівнянні з 2021 роком (по деяких оцінках — приближено до +50% у загальному обсязі з моменту початку повномасштабного вторгнення, причому частина цього попиту забезпечувалася як цивільним, так і військовим споживанням). Водночас загальний обсяг ринку все ще залишається нижчим за докризовий рівень через скорочення чисельності споживачів і зниження купівельної спроможності в окремих регіонах[11]. Таблиця 1.3 - Основні торгові марки на ринку України Бренд Походження Орієнтовна частка, % Сегмент Adrenaline Rush Coca-Cola 28 Масовий Non Stop Україна 21 Масовий Red Bull Австрія 19 Преміум Monster США 17 Масовий/преміум Hell Угорщина 12 Масовий 15 Рис.1.1 - Динаміка українського ринку Локальні особливості українського ринку також визначаються логістичними й дистрибуційними факторами: імпортні лінійки інколи заміщуються локальними або регіональними брендами, змінюється співвідношення продажів у великих мережах і в локальних точках продажу; для багатьох гравців важливим залишаються швидка адаптація SKU, локалізовані маркетингові кампанії та акцент на доступності форм-факторів (малий фасувальний «shot», пакети для волонтерів/сил оборони тощо) [2]. 16 1.2. Кофеїн як основний стимулюючий компонент енергетичних напоїв Кофеїн є одним із найвідоміших та найпоширеніших природних стимуляторів, який широко застосовується у виробництві енергетичних напоїв та інших продуктів функціонального призначення. Його популярність пояснюється вираженим фізіологічним ефектом, що проявляється у підвищенні працездатності, покращенні концентрації, зниженні відчуття втоми та стимуляції діяльності центральної нервової системи. Завдяки цим властивостям кофеїн став основним активним компонентом більшості енергетичних напоїв, а його вплив на організм людини є предметом наукових досліджень у галузях біохімії, нутриціології, фізіології та спортивної медицини [10]. Однією з важливих характеристик кофеїну є різноманіття джерел, з яких він може бути отриманий. Природні джерела містять його у різних концентраціях, що визначає їхню популярність у виробництві напоїв та харчових добавок[2,11]. Таблиця 1.4 - Природні джерела кофеїну та середній вміст Джерело Середній вміст кофеїну, мг/г або мг/100 мл Кавові зерна 10–12 мг/г Чайне листя 2–4 мг/г Плоди гуарани 30–60 мг/г Какао-боби 0,2–0,5 мг/г Листя мате 1–2 мг/г Кофеїн швидко всмоктується у шлунково-кишковому тракті, і вже через 30–45 хвилин після споживання його концентрація в крові досягає максимуму. Він легко проникає через гематоенцефалічний бар’єр, що робить його високоефективним стимулятором. Механізм його дії полягає у блокуванні аденозинових рецепторів у центральній нервовій системі. Аденозин відповідає за формування відчуття втоми, тому пригнічення його активності призводить до підвищення рівня пильності, активності й зосередженості. У відповідь на це організм починає активно виробляти адреналін та інші катехоламіни, що стимулює серцево-судинну та нервову системи [7]. Енергетичні напої містять кофеїн у різних дозах, залежно від бренду й призначення продукту. Досить часто виробники додають інші стимулюючі 17 речовини, наприклад таурин або екстракт гуарани, що підсилює загальний ефект напою. Таблиця 1.5 - Орієнтовний вміст кофеїну в популярних напоях [9]. Напій Вміст кофеїну (мг/порція) Філіжанка чорної кави (150 мл) 80–120 Чай чорний (200 мл) 40–60 Енергетичний напій (250 мл) 80–160 Енергетичний напій концентрований (500 мл) 160–320 Кола (330 мл) 30–50 Дія кофеїну в енергетиках часто є сильнішою, ніж у каві, через поєднання кофеїну з таурином, L-карнітином, вітамінами групи B та іншими біоактивними речовинами. У спортивній практиці кофеїн використовується як ергогенний засіб, тобто речовина, що підвищує фізичну витривалість і силу м’язових скорочень. Він сприяє швидшій мобілізації жирних кислот, що забезпечує організм додатковим джерелом енергії під час інтенсивних навантажень [16]. Однак надмірне споживання кофеїну може спричинити низку небажаних реакцій, особливо при перевищенні добової дози [15]. Таблиця 1.6 - Позитивні та негативні ефекти кофеїну [19]. Позитивні ефекти Негативні ефекти Підвищення уваги й концентрації Тахікардія, прискорене серцебиття Зниження втоми Підвищений артеріальний тиск Покращення реакції та когнітивних Тривожність, дратівливість функцій Підвищення витривалості Порушення сну Посилення мобілізації енергії Можливе зневоднення, головний біль Добові норми споживання кофеїну різняться залежно від віку, фізіологічного стану організму та медичних показань. Наразі найбільш поширені рекомендації вказують, що безпечною нормою для дорослої здорової людини є близько 400 мг кофеїну на добу. Однак для підлітків та дітей ця норма є значно нижчою, оскільки їхня нервова система є більш чутливою. 18 Таблиця 1.7 - Рекомендовані добові норми споживання кофеїну [19]. Група населення Рекомендована норма Дорослі До 400 мг/добу Вагітні жінки До 200 мг/добу Підлітки До 2,5 мг/кг маси тіла Діти до 12 років Небажано Питання маркування енергетичних напоїв відіграє важливу роль у забезпеченні їх безпечного споживання. На упаковці повинна бути зазначена кількість кофеїну на порцію, попередження про можливі обмеження щодо споживання, а також рекомендації щодо максимальної добової дози. Це дозволяє споживачам усвідомлено обирати продукт і контролювати загальний рівень кофеїну у своєму раціоні. Підсумовуючи, можна зазначити, що кофеїн є ключовим компонентом енергетичних напоїв, який забезпечує їх виражений стимулюючий ефект. Його механізм дії, природні властивості та можливість швидко впливати на нервову систему роблять його незамінним елементом формул таких напоїв. Однак ефективність і безпечність його використання залежать від дотримання рекомендованих норм споживання та інформованості споживачів. Надмірне споживання кофеїну може становити ризик для здоров’я, особливо для дітей, вагітних жінок та людей із серцево-судинними захворюваннями. Тому раціональне споживання енергетичних напоїв і контроль кількості кофеїну є важливими аспектами підтримання здорового способу життя. 19 1.3. Природні кофеїновмісні екстракти як альтернатива синтетичному кофеїну У сучасній харчовій промисловості спостерігається зростання попиту на природні джерела стимулюючих речовин, зокрема кофеїну. Це пов’язано із загальною тенденцією переходу до натуральних інгредієнтів, підвищеною увагою до здоров'я та зниженням недовіри до синтетичних речовин. Енергетичні напої, дієтичні добавки та функціональні продукти харчування дедалі частіше містять саме природні кофеїновмісні екстракти, які забезпечують не лише стимулюючий ефект, але й додаткові біологічно активні властивості. Одними з найбільш досліджених і поширених природних джерел кофеїну є екстракт гуарани (Paullinia cupana) та екстракт зеленого чаю (Camellia sinensis). Кожен з них має унікальний хімічний склад, специфічний механізм дії та різний вплив на організм людини. Саме тому вони привертають увагу як виробників харчових продуктів, так і науковців, які досліджують можливості створення енергетичних напоїв нового покоління. Гуарана є рослиною з Амазонії, насіння якої містить надзвичайно високі концентрації кофеїну — до 6–8 % у сухій речовині, що перевищує вміст цього алкалоїду в кавових зернах у 2–4 рази. Особливістю гуарани є повільне вивільнення кофеїну, зумовлене присутністю танінів. Це дозволяє забезпечити пролонгований ефект стимуляції без різких піків та спадів енергії. Зелений чай містить меншу кількість кофеїну (2–4 %), проте має важливу перевагу — присутність L-теаніну, амінокислоти, яка чинить заспокійливу дію і створює синергію з кофеїном. Завдяки цьому екстракт зеленого чаю забезпечує м’який, рівномірний та збалансований ефект стимуляції, покращуючи когнітивні функції та знижуючи рівень стресу. Синтетичний кофеїн, що широко використовується у промисловості, має низку недоліків: швидка дія супроводжується різкими коливаннями рівня енергії, відсутність допоміжних компонентів зменшує тривалість ефекту, а надмірне 20 вживання може викликати побічні реакції. Саме тому природні екстракти дедалі частіше розглядають як більш безпечну та ефективну альтернативу. Таблиця 1.8 - Порівняння синтетичного та природного кофеїну Параметр Синтетичний кофеїн Природні екстракти Швидкість дії Дуже швидка Помірно швидка Тривалість ефекту Коротша Довша Побічні ефекти Вищі ризики Менші ризики Супутні компоненти Відсутні Антиоксиданти, поліфеноли Характеристика фізико-хімічних властивостей екстракту зеленого чаю як компонента енергетичних напоїв Чайне листя рослини Camellia sinensis є важливою природною сировиною для створення енергетичних напоїв, оскільки воно містить комплекс біологічно активних речовин, що зумовлюють його стимулювальну, тонізуючу та антиоксидантну дію. Фізико-хімічні властивості чайного листя визначають якість отриманих екстрактів, їх стабільність, інтенсивність смаку та ароматичного профілю, а також технологічні особливості використання в енергетичних напоях. Хімічний склад чайного листя та екстракту з нього є досить складним і включає алкалоїди, поліфеноли, амінокислоти, органічні кислоти, вітаміни та мінеральні елементи. Основним алкалоїдом є кофеїн, вміст якого у сухій речовині становить у середньому від 2,0 до 4,5 %. У чайному листі він знаходиться у вигляді водорозчинних комплексів із поліфенольними сполуками, завдяки чому його вивільнення відбувається більш плавно порівняно з додаванням синтетичного кофеїну. Це забезпечує м’якіший та триваліший тонізуючий ефект, що є суттєвою перевагою для виробництва енергетичних напоїв природного походження. Поліфенольні сполуки, представлені катехінами, флавонолами та танінами, становлять від 15 до 30 % сухої маси чайного листя. Катехіни, серед яких особливо цінними є епігало-катехін-галат (EGCG), епікатехін-галат та інші, відіграють ключову роль у формуванні антиоксидантної активності екстрактів. 21 Завдяки цьому чайні екстракти можуть не лише виконувати функціональну роль у складі напоїв, але й підвищувати їхню стійкість до окисних процесів, що позитивно відображається на терміні придатності продукції. Важливою групою компонентів є амінокислоти, зокрема L-теанін, вміст якого становить близько 1–2 %. Теанін має властивість послаблювати надмірну стимулювальну дію кофеїну, сприяючи покращенню концентрації та зниженню нервового напруження, що робить поєднання чайного екстракту та кофеїну більш збалансованим. Органічні кислоти (лимонна, яблучна, щавлева) формують кислотність екстракту на рівні pH 5,0–6,2, що є оптимальним показником для більшості енергетичних напоїв та сприяє їх сумісності з іншими інгредієнтами. Чайне листя також містить вітаміни групи В, вітамін С, Р та К, а також мінеральні елементи — калій, кальцій, магній, марганець. Ці компоненти покращують харчову цінність готових напоїв і сприяють їх загальному тонізуючому впливу на організм. Фізичні властивості чайного листя також визначають його придатність до екстракції. Вологість свіжого листя сягає 65–75 %, тоді як у висушеному вона не перевищує 5–7 %, що забезпечує тривалий термін зберігання та стабільність сировини. Пориста структура сухого листя покращує проникнення води та, відповідно, швидкість і повноту вилучення біологічно активних речовин. Розчинність кофеїну та поліфенолів залежить від температури: кофеїн повністю переходить у водний розчин при температурах понад 80 °C, а катехіни ефективно екстрагуються при 70–90 °C, проте надмірно високі температури можуть спричиняти їх окиснення та небажане потемніння напою. Фізико-хімічні властивості отриманих екстрактів, зокрема кислотність, інтенсивність кольору та антиоксидантна активність, відіграють ключову роль у формуванні споживчих властивостей енергетичних напоїв. Екстракт чайного листя зазвичай характеризується бурштиновим або зеленуватим відтінком, який залежить від технології екстрагування та вмісту поліфенолів. Антиоксидантна активність екстрактів сягає 4000–6000 мкмоль ТЕ/г, що дозволяє ефективно 22 пригнічувати процеси перекисного окиснення ліпідів та сприяє стабільності напоїв протягом зберігання. Таким чином, фізико-хімічні властивості чайного листя роблять його перспективною натуральною сировиною для виробництва енергетичних напоїв, забезпечуючи природне джерело кофеїну, високий рівень антиоксидантів, сприятливі органолептичні характеристики та технологічну гнучкість. Поєднання біологічно активних речовин у чайному листі дозволяє розробляти енергетичні напої з більш м’якою, тривалою та збалансованою дією, що підвищує їхню конкурентоспроможність на сучасному ринку напоїв функціонального призначення. Таблиця 1.9 - Хімічний склад екстракту зеленого чаю Група речовин Основні компоненти Вміст у Функціональне екстракті значення (орієнтовно) Поліфеноли Епігало-катехін-галат 30–45% Антиоксидантна (EGCG), епікатехін (EC), активність, стабілізація епікатехін-галат (ECG), напоїв епігало-катехін (EGC) Алкалоїди Кофеїн, теобромін, 3–6% Стимулювальний теофілін ефект, тонізація Амінокислоти L-теанін, глутамінова 1–3% Нормалізація нервової кислота, аспарагін системи, баланс дії кофеїну Вітаміни Вітамін С, В2, В3, К 0,2–1% Антиоксидантний та метаболічний ефекти Мінерали Калій, кальцій, магній, 2–5% Підтримка марганець, фтор електролітного балансу Органічні Лимонна, яблучна, 0,5–2% Формування pH кислоти щавлева (5,0–6,2), смаку Флавоноїди Кверцетин, кемпферол 0,1–0,5% Антиоксидантна та протизапальна дія Ефірні олії Терпени, спирти, 0,01–0,05% Формування аромату альдегіди Вуглеводи Глюкоза, фруктоза, 2–5% Додаткове джерело сахароза енергії, вплив на смак Хлорофіли та Хлорофіл А/В, β-каротин Сліди Формують колір каротиноїди екстракту 23 Таблиця 1.10 - Основні фізико-хімічних показників чайного листя Показник Значення Технологічне значення Вміст кофеїну 2,0–4,5% Стимулювальний ефект Поліфеноли 15–30% Антиоксидантна активність L-теанін 1–2% Баланс дії кофеїну Вологість сухого 5–7% Стабільність листя зберігання pH екстракту 5,0–6,2 Сумісність з інгредієнтами Характеристика фізико-хімічних властивостей гуарани як компонента енергетичних напоїв Гуарана (Paullinia cupana) є одним із найцінніших природних джерел кофеїну та поліфенольних сполук, що визначають її функціональну активність у складі енергетичних напоїв. Насіння гуарани містить комплекс метилксантинів, серед яких домінує кофеїн (3,5–6,0 %), що істотно перевищує його концентрацію в кавових зернах. Фізико-хімічні властивості гуарани обумовлюють її розчинність, термостабільність, антиоксидантні характеристики та технологічну придатність у рецептурах енергетичних напоїв. Екстракти гуарани характеризуються високою водорозчинністю, що особливо важливо при виробництві прозорих або слабо забарвлених напоїв. Кофеїн гуарани зв’язаний з поліфенольними комплексами, що забезпечує пролонговане вивільнення й стабільніший стимулювальний ефект. Антиоксидантна активність, зумовлена наявністю катехінів та проантоціанідинів, сприяє стабільності продукту, знижуючи інтенсивність окисних процесів. При значеннях pH 4,5–5,5 гуарана проявляє високу стабільність і сумісність з типовими параметрами енергетичних напоїв. Низька вологість (6–8 %) забезпечує тривалий термін зберігання порошку гуарани без втрати біологічно активних властивостей. Термостабільність до 110–120 °C дозволяє використовувати гуарану у напоях як холодного, так і гарячого розливу. Таким чином, гуарана є високоефективним природним 24 інгредієнтом, що поєднує сильні стимулювальні та антиоксидантні властивості з технологічною зручністю. Таблиця 1.11 - Хімічний склад насіння гуарани Компонент Вміст, % Наукове значення Кофеїн 3,5–6,0 Основний стимулятор Теофілін 0,4–0,6 Помірний стимулятор Теобромін 0,6–1,0 Вазодилататор Поліфеноли 5–10 Антиоксидантна активність Танінові речовини 2–6 В’яжучий смак Клітковина 5–8 Стабілізація структури Ліпіди 2–3 Вплив на смак Мінерали 2–4 Підвищення цінності Таблиця 1.12 - Фізико-хімічні характеристики екстрактів гуарани Показник Характеристика Значення Розчинність у воді Висока 90–95 % pH екстракту Слабо кислий 4,5–5,5 Термостабільність Висока до 110–120 °C Вологість Низька 6–8 % Антиоксидантна Висока Катехіни, активність проантоціанідини Висновок У результаті аналізу наукових і аналітичних джерел встановлено, що енергетичні напої є динамічно зростаючою категорією продуктів функціонального призначення як на світовому, так і на українському ринку. Основним стимулюючим компонентом таких напоїв є кофеїн, ефективність і безпечність якого визначаються джерелом походження, дозуванням та поєднанням із супутніми біологічно активними речовинами. Показано, що використання синтетичного кофеїну забезпечує швидкий, але короткочасний стимулювальний ефект і може супроводжуватися небажаними фізіологічними реакціями за умов надмірного споживання. Натомість природні кофеїновмісні екстракти, зокрема зеленого чаю та гуарани, характеризуються більш м’якою та пролонгованою дією завдяки наявності поліфенолів, L-теаніну та 25 інших біоактивних сполук, що зумовлюють антиоксидантні та адаптогенні властивості. Проаналізовані літературні дані свідчать про перспективність використання екстрактів зеленого чаю та гуарани як функціональних інгредієнтів енергетичних напоїв нового покоління. Водночас виявлено необхідність подальших експериментальних досліджень, спрямованих на оптимізацію параметрів екстрагування, рецептурного складу та оцінку впливу природних екстрактів на фізико-хімічні й органолептичні показники готового продукту, що й зумовило вибір напряму подальших досліджень у даній роботі. Дослідження спрямоване на оцінку можливості створення енергетичних напоїв нового покоління на основі натуральних компонентів, а також визначення оптимальних технологічних параметрів їх використання. 26 2. ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ 2.1. Об’єкт дослідження Об’єктом дослідження є енергетичний напій, створений на основі природних кофеїновмісних екстрактів зеленого чаю (Camellia sinensis) та гуарани (Paullinia cupana), який характеризується комплексом фізико-хімічних, функціональних та органолептичних властивостей. Дослідження зосереджене на вивченні біохімічного складу рослинних екстрактів (кофеїн, катехіни, поліфеноли, теобромін, теофілін), їх впливу на тонізувальні властивості напою, стабільність рецептурної композиції, сумісність активних компонентів, а також на технологічних параметрах отримання готового продукту. Предметом дослідження є закономірності формування якості та безпечності безалкогольного енергетичного напою за рахунок модифікації традиційного складу (заміна синтетичного кофеїну на природні кофеїновмісні екстракти, часткова корекція вмісту цукрів, введення рослинної сировини з антиоксидантними властивостями тощо) та їх вплив на фізико-хімічні, органолептичні, функціональні й токсикологічні характеристики готового продукту. Як базову модель у роботі доцільно розглядати типовий енергетичний напій зі стандартним вмістом кофеїну (≈32 мг/100 мл), цукру (10–13 г/100 мл), таурину (до 4 г/л), D-глюкуронолактону, комплексу вітамінів групи B, з можливим додаванням екстрактів гуарани та зеленого чаю. Саме відхилення від цієї «класичної» рецептури за рахунок використання натуральної сировини й оптимізації дозувань і виступає предметом дослідження в подальших розділах. 2.2. Характеристика сировини Вода очищенна питна згідно ДСТУ 7525:2014, ДСанПіН 2.2.4-171-10 [31], що використовується у виробництві, повинна бути безпечна в епідемічному відношенні, не шкідлива за хімічним складом і мати сприятливі органолептичні показники, які наведені в табл. 2.1. 27 Таблиця 2.1 – Органолептичні показники води питної Назва показника Норма Запах при 20°С і при нагр. до 60°С, не більше 2 Смак і присмак при 20°С, бали, не більше 2 Кольоровість, градуси, не більше 20 Мутність за стандартною шкалою, мг/л, до 1,5 За мікробіологічними показниками питна вода повинна відповідати вимогам, що вказані в табл. 2.2. Таблиця 2.2 – Мікробіологічні показники води питної Назва показника Норма Число мікроорганізмів в 1 мл³ воли, не більше 100 Число бактерії групи кишкової палички в 1 л води, 3 не більше Концентрація хімічних речовин у воді не повинна перевищувати нормам, що наведенні в табл. 2.3. Таблиця 2.3 – Нормативні вимоги до хімічного складу води для виробництва енергетичних напоїв № Показник Одиниця Допустиме Технологічне значення для вимірювання значення напою 1 Загальна ммоль/дм³ ≤ 7,0 Впливає на екстракцію жорсткість кофеїну та стабільність смаку 2 Кальцій (Ca²⁺) мг/дм³ ≤ 130 Надлишок спричиняє помутніння напою 3 Магній (Mg²⁺) мг/дм³ ≤ 80 Впливає на мінеральний баланс і смак 4 Нітрати мг/дм³ ≤ 50 Санітарний показник (NO₃⁻) безпечності 5 Нітрити мг/дм³ ≤ 0,5 Потенційно токсичні домішки (NO₂⁻) 6 Амоній (NH₄⁺) мг/дм³ ≤ 0,5 Індикатор органічного забруднення 7 Сул₄ьфати мг/дм³ ≤ 250 Впливають на смак і (SO ²⁻) стабільність 8 Хлориди (Cl⁻) мг/дм³ ≤ 250 Формують солоний присмак 9 Залізо загальне мг/дм³ ≤ 0,2 Викликає помутніння і (Fe) сторонній присмак 10 Марганець мг/дм³ ≤ 0,05 Негативно впливає на колір (Mn) напою 11 Свинець (Pb) мг/дм³ ≤ 0,01 Кумулятивна токсична дія 12 Миш’як (As) мг/дм³ ≤ 0,01 Канцерогенний ризик 13 Залишковий мг/дм³ ≤ 0,5 Впливає на аромат і окисні 28 хлор процеси Фізико-хімічні показники води питної, наведені у табл. 2.4. Таблиця 2.4 – Фізико-хімічні показники води питної Назва показника Норма Водневий показник, Рн 6,0-9,0 Залізо, мг/л, не більше 0,3 Жорсткість загальна, мг٠екв/л, не більше 7 Марганець, мг/л, не більше 0,1 Мідь, мг/л, не більше 1,0 Поліфосфати залишкові, мг/л, не більше 3,5 Сульфати, мг/л, не більше 500 Сухий залишок, мг/л, не більше 1000 Хлориди, мг/л, не більше 350 Цинк, мг/л, не більше 5 У межах даної кваліфікаційної роботи передбачається використання артезіанської води, видобутої з глибини 290 м, що забезпечує високу мікробіологічну та органолептичну якість готового продукту. Вода виконує роль основного розчинника в рецептурі напою та визначає його смакову чистоту. Лимонна кислота (ДСТУ ГОСТ 908:2006) [33]. Лимонна кислота (E330) — органічна сполука, що активно використовується в харчовій промисловості як підкислювач, антиоксидант і стабілізатор. Вона добре розчиняється у воді, спиртах та ефірах, має приємний кислий смак, підвищує органолептичну привабливість напою. У водних розчинах кислота дисоціює, утворюючи цитрат-аніони, які беруть участь у метаболічних процесах. Основні властивості лимонної кислоти: 1) підвищує стабільність вітаміну С; 2) підсилює дію інших антиоксидантів (наприклад, аскорбінової кислоти); 3) знижує pH продукту, пригнічуючи розвиток патогенної мікрофлори; 4) має синергічну дію в поєднанні з натуральними консервантами; 5) покращує смакові властивості напоїв. 29 У виробництві напою лимонна кислота відіграє роль регулятора кислотності, формуючи збалансований смак і продовжуючи термін зберігання готового продукту без використання синтетичних консервантів. Харчова лимонна кислота являє собою безбарвні або із слабким жовтуватим відтінком кристали. Лимонна кислота не має запаху, смак –яскраво виражений, кислий. Температура плавлення водної лимонної кислоти – 70–75 °С, безводної – 53 °С. Лимонна кислота добре розчиняється у воді, з підвищенням температури розчинність збільшується. Залежно від способу кристалізації харчову лимонну кислоту випускають у вигляді дрібних і великих кристалів [36]. Харчова лимонна кислота повинна відповідати певним вимогам: зовнішній вигляд – безбарвні або з жовтуватим відтінком кристали, слабкі розчини (1–2%-ні) повинні мати приємний кислий смак; розчин лимонної кислоти в дистильованій воді повинен бути прозорим, без запаху; вміст лимонної кислоти повинен бути не менше 99 % у перерахунку на лимонну кислоту з однією молекулою води кристалізації. Упаковують лимонну кислоту для промислових цілей в чисті, сухі, дерев'яні діжки, ящики або литу паперову тару з двошаровою внутрішньою прокладкою з пергаменту, підпергаменту або воскового паперу по 25–30 кг. Зберігають в чистих, сухих приміщеннях. При транспортуванні кислоту потрібно оберігати від забруднення і зволоження . Кислота, призначена для виробництва повинна відповідати основним органолептичним і фізико-хімічним показникам, які затверджені в ДСТУ ГОСТ 908:2006 Кислота лимонна моногідрат харчова. Технічні умови (табл. 2.5.) Таблиця 2.5 – Фізико-хімічні показники якості кислоти лимонної Найменування показника Норма Ідентифікація лимонної кислоти витримує випробування Масова частка лимонної кислоти моногідрату (C6H8O72H2O), %, не менше 99,5 не більше 100,5 Масова частка води, %, не менше 7,5 не більше 8,8 Масова частка сульфатної золи, %, не більше 0,05 30 Масова частка сульфатів, %, не більше 0,015 Масова частка оксалатів, %, не більше 0,001 Випробування на фероціаніди Витримує випрорбовування Випробування на легкообвуглюємі речовини Витримує випрорбовування Випробування на залізо Витримує випрорбовування Вміст токсичних елементів в лимонній кислоті не повинно перевищувати допустимі рівні, зазначені в табл. 2.6. Таблиця 2.6 – Допустимі рівні вмісту елементів Найменування токсичного Зміст токсичного елементу, елементу мг/кг, не більше свинець 0,5 миш’як 0,7 Лимонна кислота володіє цінними лікувальними властивостями. Вона сприяє очищенню організму від шкідливих речовин, зайвих солей, шлаків, позитивно впливає на роботу системи травлення, покращує зір, спалює вуглеводи, проявляє цінні протипухлинні властивості, підвищує імунітет. Лимонна кислота також сприяє виведенню токсинів через клітини шкіри. Лимонна кислота сприяє прискоренню метаболізму, також, вживаючи продукти, що її містять, проте важливо, щоб в організм вона надходила в невеликих дозах. Відомий і позитивний ефект лимонної кислоти при похмільного синдрому, коли вона допомагає дезінтоксикації отруєного організму. Цукор. (ДСТУ 4623:2006) [34]. Важлива користь цукру полягає в його здатності активізувати кровообіг в спинному і головному мозку. Серед вчених існує думка, що безсумнівну користь цукор приносить при захворюваннях селезінки і печінки, так як глюкоза підтримує бар'єрну функцію печінки, беручи участь у синтезі глюкуронових і парних сірчаних кислот. Цей продукт опосередковано збільшує викид в мозку серотоніну - «гормону гарного настрою». Цукор вважається одним з головних джерел вуглеводів для людського організму. До користь цукру можна віднести те, що цей солодкий продукт 31 насичує м'язи людини необхідною енергією, усуває головний біль, знімає втомлюваність на короткий період часу. Функціонально-технологічне призначення Цукор у складі газованого безалкогольного напою виконує низку важливих технологічних і органолептичних функцій: 1) Підсолоджувач. Основний компонент, що формує солодкий смак напою. 2) Балансування смаку. Згладжує різкі кислоти (лимонна, яблучна) та гіркоту інших речовин (кофеїн, екстракти). 3) Підсилювач аромату. Підвищує інтенсивність сприйняття ароматичних речовин. 4) Текстуроутворювач. Створює ефект “повного” смаку та легку в’язкість напою. 5) Джерело енергії. Забезпечує споживача швидко доступною енергією (калорійність — 399 ккал/100 г). 6) Консерваційна дія. У високих концентраціях може обмежувати розвиток мікрофлори завдяки зниженню активності води (осмотичний ефект), хоча зазвичай використовується разом із консервантами. Таблиця 2.7 – Фізичні властивості цукру. Назва показника Норма Зовнішній вигляд Білі кристали Смак та запах Солодкий, без сторонніх присмаків Вміст сахарози Не менше 99,7 % Вологість Не більше 0,1 % Розчинність Повна у воді Наявність домішок Не допускається Мікробіологічні показники Відповідають нормам харчової сировини Типовий вміст цукру в рецептурі газованих безалкогольних напоїв становить 8–12 г/100 мл, залежно від виду та призначення напою (звичайний, дієтичний, функціональний тощо). 32 2.3. Методи дослідження Оптимальні параметри екстрагування природних кофеїновмісних екстрактів для енергетичного напою визначаються вимогою одночасно забезпечити максимальний вихід кофеїну та поліфенолів і мінімізувати надлишкове переходження грубих танінів, хлорофілу та продуктів окиснення. Для листя зеленого чаю доцільним вважають водне екстрагування при підвищеній температурі, але без доведення до кипіння, оскільки за температур вище 90–95 °С суттєво зростає швидкість деградації катехінів і утворення небажаних продуктів полімеризації. Технологічно оптимальним є діапазон 80–85 °С із тривалістю витримки 5–15 хвилин, що забезпечує інтенсивне вилучення кофеїну та катехінів за відносно низького ступеня екстрагування грубих фенольних сполук, які надають надмірної гіркоти й терпкості. Гідромодуль (співвідношення сировина:вода) зазвичай приймають у межах 1:20–1:40, залежно від ступеня подрібнення листя: при більш дрібному помелі (0,5–1,0 мм) можливе використання нижчого гідромодуля, тоді як для крупнолистового матеріалу доцільно збільшувати об’єм води для забезпечення повноцінного змочування й дифузії екстрактивних речовин. Підтримання слабкокислого середовища (pH 5,0–6,0), яке формується в основному за рахунок власних органічних кислот чайного листа й додавання лимонної кислоти, сприяє стабільності катехінів і підвищує розчинність кофеїну. За необхідності досягання більш насиченого екстракту застосовують двоступеневе екстрагування: перша стадія триває 5–7 хв при 80–85 °С, друга – 5–8 хв при дещо нижчій температурі (75–80 °С) із частковою рециркуляцією екстракту [21-25]. Для насіння гуарани оптимальні параметри екстрагування відрізняються з огляду на більш щільну матрицю тканин та специфічний склад поліфенолів. Подрібнення сировини до частинок розміром 0,3–0,8 мм істотно прискорює дифузію кофеїну, однак надмірно тонкий помел призводить до підвищеного винесення баластних речовин та ускладнює подальшу фільтрацію, тому оптимальним є середній ступінь подрібнення. Водне екстрагування 33 рекомендується проводити в м’якшому температурному режимі, ніж для зеленого чаю: у межах 70–80 °С, із тривалістю 20–30 хвилин. За таких умов досягається високий ступінь вилучення кофеїну з помірним переходженням дубильних речовин; при подальшому підвищенні температури та часу спостерігається різке зростання гіркоти й терпкості, а також погіршення кольору екстракту. Оптимальний гідромодуль для гуарани становить 1:10–1:20, причому при більш концентрованих екстрактах (1:10) доцільно застосовувати м’яку мішалку або барботаж для запобігання утворенню грудочок та нерівномірного змочування частинок. У технології енергетичних напоїв часто використовують ступінчасту схему: перша, більш коротка стадія екстрагування (10–15 хв) дає концентрований фракційний екстракт із високим вмістом кофеїну, друга (ще 10–15 хв із додаванням свіжої порції води) дозволяє «добрати» залишкову кількість екстрактивних речовин при помірному зростанні вмісту танінів. Такий підхід забезпечує формування пролонгованого кофеїнового профілю, що добре узгоджується з кінетикою вивільнення, зафіксованою на побудованих графіках[24-25]. У сукупності оптимальні параметри екстрагування зеленого чаю та гуарани – контрольовані температура й час, раціональний гідромодуль, відповідний ступінь подрібнення і слабкокисле середовище – дозволяють одержувати стандартизовані екстракти з прогнозованим вмістом кофеїну та поліфенолів. Це, в свою чергу, забезпечує відтворюваність кофеїнового профілю енергетичного напою, стабільність його органолептичних характеристик і реалізацію задуманої технологічної концепції: поєднання швидкого та пролонгованого стимулюючого ефекту за рахунок комбінованого використання зеленого чаю і гуарани. Органолептична оцінка енергетичного напою Органолептичну оцінку енергетичного напою проводили [26,27] з метою комплексного визначення його споживчих властивостей та встановлення відповідності розробленої рецептури вимогам до якості безалкогольних напоїв. Дослідження здійснювали відповідно до загальноприйнятих сенсорних методів 34 оцінювання харчових продуктів з урахуванням рекомендацій ДСТУ та ISO щодо дегустаційного аналізу. Органолептичну оцінку проводили в спеціально підготовленому дегустаційному приміщенні при температурі повітря 20–22 °С, відносній вологості 60–70 % та нейтральному освітленні. Приміщення було ізольоване від сторонніх запахів і шуму. Зразки напоїв подавали в прозорих скляних келихах об’ємом 100–150 мл при температурі 10–12 °С, що відповідає оптимальним умовам споживання енергетичних напоїв. Перед дегустацією кожному зразку присвоювали умовний код для виключення упередженості оцінювання. Між оцінюванням окремих зразків дегустаторам пропонували негазовану воду для нейтралізації смакових відчуттів. Оцінювання здійснювала дегустаційна комісія у складі 5–10 осіб, які пройшли попередній інструктаж та мали досвід сенсорного аналізу напоїв. До складу комісії входили викладачі, аспіранти або студенти старших курсів харчових спеціальностей. Під час дослідження визначали такі органолептичні показники енергетичного напою: Зовнішній вигляд – прозорість, відсутність сторонніх включень, рівномірність газонасичення; Колір – інтенсивність та відповідність кольору характерному для напою на основі рослинних екстрактів; Аромат – чистота, інтенсивність, наявність характерних нот зеленого чаю та гуарани, відсутність сторонніх запахів; Смак – гармонійність, баланс солодкого та кислого, вираженість кофеїнового та рослинного післясмаку; Оцінювання проводили за бальною шкалою (5- або 10-бальною), де найвищий бал відповідав оптимальному прояву показника, а найнижчий — його незадовільному рівню. Кожен дегустатор незалежно виставляв бали за 35 окремими показниками, після чого обчислювали середнє арифметичне значення для кожного параметра. Фізико-хімічна оцінка енергетичного напою 1. Визначення вміст кофеїну Визначення масової концентрації кофеїну [28,29] здійснювали методом високоефективної рідинної хроматографії з ультрафіолетовою детекцією, який характеризується високою селективністю та точністю при аналізі складних рідких харчових систем, що містять поліфеноли, органічні кислоти та цукри. Енергетичний напій попередньо дегазують шляхом ультразвукової обробки або витримування при кімнатній температурі протягом 20–30 хвилин. Далі зразок фільтрують для видалення механічних домішок. Аліквоту фільтрату (5–10 мл) переносять у мірну колбу та доводять дистильованою водою до об’єму 50 або 100 мл. Готують серію стандартних розчинів кофеїну з концентраціями, наприклад: 5; 10; 20; 30; 40 мг/дм³. Для кожного розчину вимірюють оптичну густину при λ = 273 нм відносно холостого зразка (дистильована вода). На основі отриманих даних будують калібрувальний графік залежності оптичної густини від концентрації кофеїну. Оптичну густину підготовленої проби вимірюють при тій самій довжині хвилі (λ = 273 нм). Визначення проводять не менше ніж у трьох паралельних вимірюваннях, обчислюючи середнє значення. Масову концентрацію кофеїну в досліджуваному зразку визначають за калібрувальним графіком або за рівнянням прямої: �� = �� − �� �� де: C — концентрація кофеїну, мг/дм³; A — оптична густина зразка; k — коефіцієнт нахилу калібрувальної прямої; 36 b — вільний член рівняння. Отримане значення коригують з урахуванням коефіцієнта розведення. Відносна похибка методу не перевищує ±5 %. Для контролю точності рекомендується аналіз стандартних контрольних зразків або метод добавок. Результати подають у вигляді середнього значення ± стандартне відхилення (±SD). Кожен зразок аналізували у трьох паралельних повторностях, а результати обробляли статистично з визначенням середнього значення та стандартного відхилення. 2. Визначення титрованої та активної кислотності Визначення активної та титрованої кислотності [26,30] енергетичних напоїв проводили з метою комплексної оцінки кислотного стану напійної системи, що формується органічними кислотами рецептури (переважно лимонною), а також кислотними компонентами рослинних екстрактів зеленого чаю та гуарани. Активна кислотність характеризує концентрацію іонів Гідрогену в розчині та визначає реальну кислотність напою, тоді як титрована кислотність відображає сумарний вміст кислот і їх солей, здатних до нейтралізації лугом. Активну кислотність визначали потенціометричним методом за допомогою лабораторного pH-метра зі скляним комбінованим електродом. Перед початком вимірювань прилад калібрували за стандартними буферними розчинами з pH 7,00 та 4,00 відповідно до інструкції виробника. Досліджувані зразки енергетичного напою попередньо дегазували для повного видалення розчиненого діоксиду карбону, що може спричиняти заниження показників pH, та доводили до температури 20 ± 2 °С. Електрод занурювали безпосередньо в пробу напою об’ємом 50–80 см³, після чого здійснювали вимірювання до встановлення стабільного показника. Для кожного зразка проводили не менше трьох паралельних вимірювань, за результатами яких обчислювали середнє арифметичне значення активної кислотності та середньоквадратичне 37 відхилення. Активну кислотність виражали значенням водневого показника за формулою: ���� = − ���� ��+ де [H+] — молярна концентрація іонів Гідрогену в досліджуваному розчині. Титровану кислотність визначали методом об’ємного кислотно-основного титрування з перерахунком результатів на лимонну кислоту. Для аналізу відбирали піпеткою 10,0 см³ попередньо дегазованого зразка енергетичного напою, який переносили у конічну колбу та розбавляли дистильованою водою до об’єму 30–50 см³. Титрування здійснювали стандартизованим розчином гідроксиду натрію з молярною концентрацією 0,1 моль/дм³ при безперервному перемішуванні до досягнення кінцевої точки титрування, що відповідала pH = 8,2–8,4. У разі використання індикаторного методу за кінцеву точку приймали появу стійкого світло-рожевого забарвлення при додаванні фенолфталеїну. Об’єм лугу, витрачений на титрування, фіксували з точністю до 0,05 см³. Аналіз кожного зразка проводили у трьох повтореннях. Розрахунок титрованої кислотності здійснювали за формулою: �� = ����������∙����������∙��екв∙1000 ��зр де �� — титрована кислотність, г/дм³ у перерахунку на лимонну кислоту; С�������� — молярна концентрація розчину гідроксиду натрію, моль/дм³; ���������� — об’єм розчину NaOH, витрачений на титрування, см³; ��зр— об’єм зразка напою, см³; ��екв— еквівалентна маса лимонної кислоти, що становить 64,04 г/екв. Для розчину NaOH з концентрацією 0,1 моль/дм³ формула набуває спрощеного вигляду: �� = 0,1∙����������∙64,04∙1000 ��зр Отримані значення титрованої кислотності та активної кислотності використовували для порівняльної оцінки дослідних зразків енергетичних напоїв та аналізу впливу рецептурних компонентів на кислотні властивості напійної системи. Результати подальшої статистичної обробки подавали 3у8 вигляді середніх значень із зазначенням середньоквадратичного відхилення, що забезпечує коректність та відтворюваність експериментальних даних. 3. Визначення масової частки сухих речовин Методика визначення масової частки сухих речовин [26,30] енергетичних напоїв ґрунтується на гравіметричному методі висушування до сталої маси, який є арбітражним і забезпечує високу точність результатів. Дослідження проводили з метою кількісної оцінки вмісту розчинних і нерозчинних сухих компонентів, що формують фізико-хімічні властивості напою, зокрема за рахунок цукрів, органічних кислот, поліфенольних сполук та екстрактивних речовин рослинного походження. Для аналізу відбирали середню пробу енергетичного напою, яку попередньо ретельно перемішували. У випадку газованих напоїв обов’язково здійснювали дегазацію шляхом витримування проби при кімнатній температурі протягом 20–30 хв або інтенсивного перемішування скляною паличкою до повного видалення розчиненого вуглекислого газу. Підготовлену пробу доводили до температури (20 ± 2) °C. За необхідності напій фільтрували для видалення механічних домішок. Для визначення масової частки сухих речовин використовували чисті сухі бюкси, які попередньо висушували в сушильній шафі при температурі (103–105) °C протягом 10–15 хв, після чого охолоджували в ексикаторі з осушувачем до кімнатної температури та зважували на аналітичних вагах з точністю до 0,001 г. Масу порожньої бюкси позначали як m₀. У підготовлену бюксу вносили 5,0–10,0 г дегазованого енергетичного напою, знову зважували та фіксували масу бюкси з пробою до висушування m₁. Бюкси з пробами поміщали в сушильну шафу та висушували при температурі (103–105) °C протягом 2–3 годин до видалення основної кількості вологи. Після цього бюкси охолоджували в ексикаторі протягом 20–30 хв і повторно зважували, фіксуючи масу бюкси з сухим залишком m₂. Для досягнення сталої маси операції додаткового висушування, охолодження та 39 зважування повторювали доти, доки різниця між двома послідовними зважуваннями не перевищувала 0,003 г. Отриману масу вважали сталою. Масову частку сухих речовин у напої, виражену у відсотках, обчислювали за формулою: �� ��2 − ��0 с.р. = �� − �� ∙100 1 0 де ��0 — маса порожньої бюкси, г; ��1 — маса бюкси з наважкою напою до висушування, г; ��2— маса бюкси з сухим залишком після висушування, г. Визначення проводили щонайменше у двох паралельних повторностях для кожного зразка. За результат аналізу приймали середнє арифметичне значення масової частки сухих речовин, а за потреби додатково обчислювали середньоквадратичне відхилення для оцінки відтворюваності результатів. Остаточний результат наводили у вигляді Слід зазначити, що для енергетичних напоїв, які містять органічні кислоти, кофеїн, поліфенольні та екстрактивні речовини рослинного походження, важливим є суворе дотримання температурного режиму висушування, оскільки перегрів може призводити до часткової термічної деструкції компонентів і спотворення результатів. Обов’язкова дегазація зразків є критичною умовою точності методу, оскільки наявність вуглекислого газу може викликати піноутворення та втрати маси під час висушування. 4. Визначення вмісту цукру Визначення вмісту цукру в енергетичному напої проводять з метою кількісної оцінки вуглеводного складу продукту та контролю відповідності рецептурним і нормативним вимогам. Дослідження здійснюють шляхом визначення відновлювальних і загальних цукрів титриметричним методом Лейна–Ейнона з використанням розчину Фелінга, який базується на здатності редукуючих цукрів відновлювати іони міді(ІІ) до міді(І) у лужному середовищі під час кип’ятіння. Перед аналізом пробу енергетичного напою дегазують шляхом інтенсивного перемішування або витримування до повного видалення діоксиду 40 вуглецю, після чого за потреби фільтрують. У разі інтенсивного забарвлення напою, зумовленого наявністю екстракту зеленого чаю чи гуарани, проводять освітлення проби з використанням реагентів Карреза з подальшим фільтруванням до отримання прозорого фільтрату. Для визначення відновлювальних цукрів у конічну колбу вносять рівні об’єми розчинів Фелінга А і Б, додають дистильовану воду та кілька киплячих камінців, після чого суміш доводять до кипіння. Гарячий розчин титрують досліджуваною пробою з бюретки до часткового знебарвлення, далі додають кілька крапель метиленового синього як внутрішнього індикатора і продовжують титрування до повного зникнення синього забарвлення, що свідчить про повне відновлення іонів міді. Об’єм проби, витрачений на титрування, фіксують та використовують для розрахунку концентрації відновлювальних цукрів, яку виражають у г/дм³ у перерахунку на глюкозу за формулою: �� ��∙1000∙�� ������ = �� де �� — маса глюкози, еквівалентна кількості відновленої міді, г; �� — об’єм досліджуваної проби, витрачений на титрування, мл; �� — коефіцієнт розведення. Для визначення загальних цукрів попередньо проводять інверсію сахарози шляхом кислотного гідролізу: до відміряного об’єму дегазованої проби додають розчин соляної кислоти і витримують на водяній бані при температурі 65–70 °С протягом 10–15 хвилин, після чого розчин охолоджують, нейтралізують до нейтрального або слабколужного середовища, доводять дистильованою водою до мітки та ретельно перемішують. Отриманий інвертований розчин титрують аналогічно методу визначення відновлювальних цукрів. Вміст загальних цукрів обчислюють за наведеною формулою: �� ��∙1000∙�� ������ = �� 41 А масову концентрацію сахарози визначають як різницю між загальними та відновлювальними цукрами з урахуванням коефіцієнта перерахунку інвертного цукру на сахарозу: �������� = �������� − �������� ∙0.95 де 0,95 — коефіцієнт перерахунку інвертного цукру на сахарозу (використовується в аналітичній практиці, якщо це передбачено методикою). Для експресного технологічного контролю допускається додаткове визначення масової частки розчинних сухих речовин рефрактометричним методом у градусах Брікс, однак у енергетичних напоях з рослинними екстрактами цей показник має орієнтовний характер, оскільки враховує не лише цукри, а й інші водорозчинні компоненти. 42 3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА 3.1. Розроблення рецептурного складу напою Розробка рецептурного складу енергетичного напою з екстрактом зеленого чаю та гуарани базується на даних сучасних наукових джерел (2020–2024), типових нормах внесення натуральних кофеїновмісних екстрактів та харчових кислот, із врахуванням безпечних доз кофеїну (до 32 мг/100 мл для безалкогольних енергетиків згідно з європейськими рекомендаціями). Таблиця 3.1. - Технологічна рецептура енергетичного напою (100 дал) Рецептурні компонент Кількість на 100 дал Зразок 1 Зразок 2 Вода очищена 82,0 76,0 Екстракт зеленого чаю (6–10% сухих 2,0 3,0 речовин) Екстракт гуарани (10–12% кофеїну) 10,0 15,0 (сухого екстракту) Лимонна кислота 0,2 0,2 Цукор 5,0 5,0 Вуглекислий газ (за газованою 0,8 0,8 технологією) Очищена вода в рецептурі енергетичного напою виконує роль основної дисперсійної фази, забезпечуючи розчинення сухих речовин, стабільність смакових та функціональних компонентів, а також формуючи однорідну структуру продукту. Вищий вміст води у Зразку 1 зумовлює м’якший смак і нижчу загальну концентрацію біоактивних речовин, тоді як у Зразку 2 її кількість зменшена за рахунок вищої частки екстрактів, що робить напій більш насиченим за функціональними властивостями. Екстракт зеленого чаю (6–10% сухих речовин) виконує антиоксидантну та легку стимулюючу функцію завдяки високому вмісту катехінів (насамперед EGCG) і природного кофеїну в комплексі з L-теаніном. Ці сполуки сприяють зниженню оксидативного стресу, покращують когнітивну активність та надають напою характерного чайного ароматичного і смакового профілю з легкою терпкістю. Підвищення його концентрації у Зразку 2 посилює антиоксидантний потенціал та підвищує загальний рівень біологічно активних речовин. 43 Екстракт гуарани є головним джерелом природного кофеїну, що забезпечує виражений стимулюючий ефект, підвищує увагу, витривалість та працездатність. На відміну від синтетичного кофеїну, кофеїн гуарани вивільняється поступово, завдяки чому енергетична дія триває довше та є більш стабільною. Крім того, гуарана містить поліфенольні сполуки, які доповнюють антиоксидантну дію зеленого чаю. У Зразку 2 кількість екстракту гуарани збільшена до 15 дал, що суттєво підсилює стимулюючі властивості напою та формує більш інтенсивний функціональний профіль. Лимонна кислота виконує важливу технологічну й сенсорну роль, коригуючи кислотність напою, стабілізуючи його мікробіологічні та фізико- хімічні показники. Вона забезпечує приємну освіжаючу кислинку, підсилює смакову структуру напою та створює оптимальний pH для стабільності природних поліфенолів і кофеїну в розчині. Її концентрація однакова у двох зразках, оскільки вона визначається технологічними вимогами до кислотності та органолептичного балансу. Цукор у рецептурі виконує роль підсолоджувача, який пом’якшує природну гіркоту та терпкість рослинних екстрактів, забезпечує смакову гармонію та формує приємні органолептичні властивості. Крім того, він є джерелом швидкодоступної енергії, що підсилює загальний енергетичний ефект напою. Цукор також впливає на в’язкість рідини та стабільність вуглекислого газу у газованій продукції. Вуглекислий газ, присутній у складі газованої версії напою, забезпечує характерний освіжаючий ефект, покращує смак і підвищує відчуття тонусу. СО₂ частково виконує консервувальну функцію, гальмуючи розвиток мікроорганізмів і стабілізуючи продукт протягом зберігання. Наявність карбонізації також підсилює кислотність та ароматичну виразність напою. Таким чином, кожен компонент рецептури виконує чітко визначену функціональну роль, а комбінація екстракту зеленого чаю та гуарани створює синергічний ефект, забезпечуючи природну стимулюючу дію, антиоксидантний захист і гармонійний смаковий профіль напою. Зразок 1 характеризується 44 більш м’яким функціональним впливом, тоді як Зразок 2 має вищу концентрацію активних речовин і забезпечує інтенсивніший енергетичний ефект. Рис. 3.1 - Графік порівняння вмісту кофеїну у дослідних зразках Побудований графік відображає порівняння кофеїнового профілю двох зразків енергетичного напою, сформованого за рахунок природних джерел кофеїну — екстрактів зеленого чаю та гуарани. Вертикальна вісь представляє кофеїновий індекс у відносних одиницях, що дозволяє візуалізувати внесок кожного джерела кофеїну в загальний стимулюючий потенціал напою. У Зразку 1 сумарний кофеїновий індекс становить приблизно 1,26 відн. од., з яких основну частину (близько 1,10) формує екстракт гуарани, тоді як внесок зеленого чаю є порівняно меншим (≈0,16). Така структура свідчить, що стимулююча дія напою переважно зумовлена гуараною, яка містить кофеїн у високій концентрації та забезпечує пролонгований енергетичний ефект. У Зразку 2 сумарний кофеїновий індекс значно вищий і досягає приблизно 1,89 відн. од.. Це пояснюється збільшеним дозуванням екстракту гуарани (до 15 дал), внесок якої становить близько 1,65 відн. од., а також більшим додаванням зеленого чаю (до 3 дал), що підвищує його частку до 0,24 відн. од. Таким чином, Зразок 2 демонструє підсилений кофеїновий профіль порівняно із Зразком 1 — як за концентрацією гуарани, так і за екстрактивністю зеленого чаю. 45 Графік чітко ілюструє, що домінуючим джерелом кофеїну в обох зразках є гуарана, тоді як зелений чай відіграє роль додаткового природного стимулятора, який також формує антиоксидантні властивості напою. Зразок 2 має більш інтенсивний функціональний вплив та характеризується підвищеним енергетичним потенціалом завдяки збільшенню частки природних кофеїновмісних екстрактів. Для подальших експериментальних досліджень в магістерській роботі запропоновано використовувати рецептуру зразка 2. 3.2. Оптимальні параметри екстрагування кофеїновмісних компонентів Експериментальні дослідження з вилучення кофеїну з рослинної сировини проводили з використанням двох видів природних кофеїновмісних матеріалів — листя зеленого чаю (Camellia sinensis) та подрібненого насіння гуарани (Paullinia cupana). Основною метою експерименту було визначення оптимальних параметрів екстрагування (температури, часу, гідромодуля, ступеня подрібнення) та порівняння кінетики переходу кофеїну у водний розчин. Перед проведенням екстрагування обидва види рослинної сировини були підготовлені до процесу згідно з технологічними вимогами: 1. Зелений чай. Використовували крупнолистовий зелений чай із вмістом сухих речовин 94–96%. Перед екстрагуванням листя просіювали та видаляли дрібні пилові фракції, щоб уникнути надмірного переходу танінів. Помел не здійснювали, оскільки структура чайного листя забезпечує достатній ступінь дифузії. 2. Гуарана. Сухе насіння подрібнювали у лабораторному млині до фракції 0,3–0,8 мм. Частинки, менші за 0,3 мм, відсівали, щоб уникнути забруднення екстракту баластними речовинами та спрощення фільтрації. Перед екстрагуванням сировину зволожували протягом 3–5 хв для кращого набухання клітинної структури. 46 Для обох видів сировини застосовували водний метод екстракції, оскільки він є безпечним, технологічно відтворюваним та відповідає вимогам виробництва безалкогольних напоїв. Таблиця 3.2 – Основні параметри процесу екстрагування Параметр Зелений чай Гуарана Температура 80–85 °C 70–80 °C Час витримки 5–15 хв 20–30 хв Гідромодуль 1:20–1:40 1:10–1:20 рН 5,0–6,0 5,0–6,0 Ступінь подрібнення цілі листки 0,3–0,8 мм Для екстрагування зеленого чаю воду нагрівали до температури 80–85 °С. Підготовлену сировину вносили у скляний реактор із перемішуванням. Екстрагування тривало: 5 хв — для отримання легкого антиоксидантного фракційного екстракту; 10 хв — для отримання насиченого кофеїново-поліфенольного екстракту. Під час процесу фіксували колір, зміну прозорості та температуру. Зразки відбирали кожні 2–3 хв для побудови кінетичних кривих вивільнення кофеїну. Для екстрагування гуарани використовували більш тривалий процес, зважаючи на складну структуру насіння та щільні клітинні стінки. Воду нагрівали до 70–80 °С і вносили подрібнене насіння при інтенсивності перемішування 200–250 об./хв. Етапи: - 0–5 хв — початкове набухання та диспергування частинок; - 5–20 хв — активне вилучення кофеїну; - 20–30 хв — вирівнювання швидкості дифузії та вихід на стаціонарну фазу. У проміжку 10, 20 і 30 хв проводили відбір проб. Екстракт відфільтровували через лабораторний вакуум-фільтр, охолоджували до 20–25 °С та визначали вміст кофеїну аналогічним спектрофотометричним методом. 47 Для підвищення виходу кофеїну застосовували другу стадію екстрагування (15 хв при 75 °С), після чого обидві фракції змішували та стандартизували за масовою часткою сухих речовин. Рис. 3.2 - Графік динаміки вивільнення кофеїну Побудований графік відображає кінетичні особливості вивільнення кофеїну з двох природних джерел — екстракту зеленого чаю та екстракту гуарани — у часовому інтервалі 0–180 хвилин. Вертикальна вісь показує відносний рівень вивільнення кофеїну, що демонструє наближення до максимальної доступної кількості стимулюючої речовини. Крива, що відповідає екстракту зеленого чаю, має більш стрімкий початковий підйом, що свідчить про швидке вивільнення кофеїну у перші 30–50 хвилин. Це характерно для зеленого чаю, кофеїн у якому перебуває у легкодоступній формі та швидко переходить у розчин під час екстрагування. До 80–100 хвилин крива наближається до плато, досягаючи понад 90% відносного рівня вивільнення, що вказує на завершення основного етапу переходу кофеїну в рідку фазу. На відміну від цього, крива вивільнення кофеїну з гуарани характеризується більш плавним, поступовим зростанням. У перші 30 хвилин швидкість переходу кофеїну порівняно низька, оскільки кофеїн гуарани зв’язаний у більш щільній структурній матриці насіння. Подальший підйом кривої є стабільним, але менш інтенсивним, що відповідає пролонгованому 48 вивільненню стимулюючих речовин. Навіть у кінці експериментального періоду (180 хв) крива лише наближається до 85–88% відносного рівня, демонструючи властиву гуарані кінетику уповільненого, тривалого вивільнення кофеїну. Зіставлення двох кривих показує, що зелені чайні екстракти формують більш швидкий, але короткотривалий стимулюючий ефект, тоді як гуарана забезпечує більш плавний і довготривалий підйом кофеїнового навантаження, що обґрунтовує її застосування у рецептурі енергетичних напоїв з пролонгованою дією. Комбінація цих двох джерел дозволяє сформувати комплексний стимулюючий профіль: швидкий початковий підйом енергії за рахунок зеленого чаю та підтримку тонусу протягом тривалішого часу завдяки гуарані. 3.3. Органолептична оцінка енергетичних напоїв Об’єктом органолептичної оцінки виступали два зразки газованого енергетичного напою, виготовлені за різними рецептурами на основі очищеної води, екстракту зеленого чаю, сухого екстракту гуарани, лимонної кислоти, цукру та вуглекислого газу. Зразок 1 містить меншу кількість екстрактів та більшу частку води, тоді як Зразок 2 характеризується підвищеним вмістом зеленого чаю та гуарани і, відповідно, більшою концентрацією сухих речовин. Таблиця 3.3 - Порівняльна характеристика органолептичних показників Показник Зразок 1 Зразок 2 Висновок Інтенсивність Світлий, Насиченіший Зразок 2 має вищу кольору прозорий концентрацію екстрактів Аромат Легкий, Сильніший, чайно- Зразок 2 більш м’який гіркуватий виразний Смак Легкий, Насичений, з Зразок 1 — м’який, освіжаючий гірчинкою Зразок 2 — енергетичніший Післясмак Короткий, Тривалий, терпкий Зразок 2 має ніжний виражений профіль Освіжаючість Вища (через Нижча (через Зразок 1 краще більше води) більшу підходить як «лайт» концентрацію) напій 49 Тон кофеїну Помірний Виражений Зразок 2 має сильніший стимулюючий профіль Органолептична оцінка Зразка 1: зразок має характерний для напоїв на основі зеленого чаю світло-жовтий колір із невеликою бурштиновою домішкою, що формується за рахунок поліфенольних сполук і невеликої кількості сухих речовин. Прозорість висока, що свідчить про низьку концентрацію екстрактів та відсутність колоїдних утворень. При огляді на світлі напій демонструє чистий блиск, без ознак помутніння, що характерно для зразків із більшою водною часткою. Ароматичний профіль помірно виражений. Домінують легкі, свіжі тони зеленого чаю, доповнені м’якою тепловою нотою гуарани. Аромат швидко розкривається після відкриття тари, однак так само швидко згасає, що свідчить про невисоку концентрацію летких компонентів. Кофеїн гуарани не дає різкого запаху, а радше підсилює чайний аромат тонкою сухою ноткою. Смакове відчуття характеризується м’якою кислинкою, обумовленою стабільною концентрацією лимонної кислоти (0,2%), та збалансованою солодкістю за рахунок 5% цукру. Зелений чай додає легку терпкість, але вона майже непомітна. Гіркота гуарани відчувається дуже слабко — лише як легкий «енергетичний» фон. Загалом напій сприймається освіжаючим, легким, з м’яким смаковим профілем. Післясмак короткий, чистий, з легким чайним акцентом. Терпкість мінімальна, гіркота практично відсутня. Такий профіль вигідний для широкої аудиторії, оскільки забезпечує приємне відчуття без різких сенсорних акцентів. Газонасичення на рівні 0,8% робить напій помірно ігристим. Через високу частку води відчуття газованості здається більш делікатним і легким. Газові бульбашки дрібні та стабільні, що сприяє кращому розкриттю ароматичних нот під час дегустації. Органолептична оцінка Зразка 2: цей зразок має більш насичений жовто- бурштиновий колір, притаманний концентрованим екстрактам зеленого чаю та гуарани. Наявність більшої кількості поліфенолів і хлорогенових кислот робить 50 колір глибшим та інтенсивнішим. Прозорість залишається високою, але відтінок значно виразніший, що підкреслює функціональний характер напою. Ароматичний профіль інтенсивніший порівняно зі Зразком 1. Яскраво відчуваються фітоніди та фенольні компоненти зеленого чаю. Гуарана вносить характерні сухі, злегка деревні ноти, які формують гіркуватий ароматичний шлейф. Напій сприймається більш «енергетичним» за ароматом, що пов'язано не лише з концентрацією екстрактів, а й з вищим вмістом кофеїну. Смак складніший, багатошаровий. Зелений чай формує інтенсивну терпкість і невелику гірчинку, помітну з перших секунд дегустації. Гуарана додає чіткий кофеїновий тон, який може асоціюватися з натуральними енергетичними компонентами. Кисло-солодкий баланс від лимонної кислоти та цукру залишається стабільним, проте сприймається менш м’яким через загальну насиченість смаку. Для частини споживачів такий профіль може виглядати «брутальнішим», «насиченішим» або «більш стимуливним». Післясмак триваліший, виражений, з характерною терпкістю та природною гірчинкою. Домінують нотки поліфенольних комплексів зеленого чаю та кофеїнових алкалоїдів гуарани. Після дегустації залишається відчуття енергетичної активності — це типово для натуральних джерел кофеїну. Газонасичення однакове (0,8%), але сприймається сильнішим завдяки вищій концентрації сухих речовин. Бульбашки здаються більш різкими, що підсилює відчуття інтенсивності напою. Це додає відчуття «тонусу», характерного для класичних енергетичних напоїв. 51 Рис.3.3 - радарний графік органолептичного профілю енергетичних напоїв Таблиця 3.4 - Органолептична оцінка енергетичних напоїв (за 10-бальною шкалою) Показник Зразок 1 Зразок 2 Коментар оцінки Колір 7 8 Зразок 2 має більш насичений, глибший тон через вищу концентрацію сухих речовин. Аромат 6 8 У Зразку 2 аромат інтенсивніший, з багатшими чайно-рослинними нотами. Смак 6 8 Зразок 1 — м’який, освіжаючий; Зразок 2 — насичений, гіркувато-терпкий. Післясмак 5 7 Післясмак Зразка 2 триваліший та виразніший. Загальне 6 8 Зразок 2 сприймається більш враження функціональним та «енергетичним». Інтегральний 6,0 7,8 Орієнтовний підсумковий результат бал дегустації. Органолептичні відмінності між зразками зумовлені різницею у співвідношенні води та натуральних екстрактів. Зразок 1 проявляє властивості напою з м’яким профілем, який акцентує освіжаючість і збалансовану солодкість, тоді як Зразок 2 демонструє виражений ароматичний і смаковий характер, підкреслюючи натуральне походження кофеїну та поліфенолів. 52 Обидва зразки мають потенціал для комерційного використання, але різні категорії споживачів оцінять їх по-різному. 3.4. Фізико-хімічна оцінка енергетичних напоїв Дослідження вмісту кофеїну Експериментальне дослідження вмісту кофеїну в енергетичних напоях, розроблених на основі екстракту зеленого чаю та гуарани, проводили з метою кількісної оцінки кофеїнового профілю готового продукту та встановлення впливу рецептурного складу на рівень основного стимулюючого компонента. Таблиця 3.5 — Вміст кофеїну в експериментальних зразках енергетичного напою Зразок Вміст кофеїну, мг/дм³ SD, мг/дм³ RSD, % Зразок 1 214 6 2,8 Зразок 2 287 8 2,8 Результати експериментального визначення вмісту кофеїну в енергетичних напоях свідчать про чітку залежність концентрації метилксантинів від рецептурного складу продукту. Згідно з наведеними в таблиці даними, масова концентрація кофеїну в Зразку 1 становила в середньому 214 ± 6 мг/дм³, що відповідає типовому рівню для енергетичних напоїв, збагачених природними кофеїновмісними екстрактами. Низьке значення стандартного та відносного стандартного відхилення (RSD ≈ 2,8 %) підтверджує високу повторюваність методу та стабільність хроматографічного аналізу. У Зразку 2, який характеризувався підвищеним вмістом екстракту зеленого чаю та гуарани, масова концентрація кофеїну була статистично вищою і становила 287 ± 8 мг/дм³. Збільшення вмісту кофеїну на приблизно 34 % порівняно із Зразком 1 є закономірним і безпосередньо пов’язане з більшою часткою гуарани, яка містить кофеїн у зв’язаній формі (гуаранин), а також із внеском зеленого чаю, що додатково збагачує напій метилксантиновими сполуками. 53 Рис. 3.4 - Графік — Вміст кофеїну в енергетичних напоях (±SD) Графічне представлення результатів (стовпчикова діаграма з похибками ±SD) наочно демонструє статистично значущу різницю між досліджуваними зразками та підтверджує вплив дозування природної кофеїновмісної сировини на формування кофеїнового профілю енергетичних напоїв. Отримані значення не перевищують нормативно допустимих рівнів кофеїну для безалкогольних енергетичних напоїв, що свідчить про безпечність розроблених рецептур та доцільність їх використання у продуктах функціонального призначення. Отримані експериментальні дані свідчать, що обидва зразки відповідають сучасним вимогам до енергетичних напоїв за рівнем стимулюючої дії, при цьому Зразок 2 формує більш виражений та пролонгований кофеїновий ефект. Підвищений вміст кофеїну в Зразку 2 може бути технологічно обґрунтованим для продуктів функціонального призначення, орієнтованих на споживачів із підвищеними фізичними або розумовими навантаженнями. Водночас концентрація кофеїну не перевищує гранично допустимі рівні, встановлені для 54 безалкогольних енергетичних напоїв, що підтверджує безпечність та доцільність обраної рецептури. Дослідження кислотності напою Таблиця 3.6 – Показники титрованої та активної кислотності досліджуваних зразків енергетичних напоїв Показник Зразок 1 Зразок 2 Титрована кислотність, г/дм³ (у 2,8–3,2 3,4–3,7 перерахунку на лимонну кислоту) Середнє значення титрованої 3,0 3,55 кислотності, г/дм³ Активна кислотність (pH) 3,45–3,55 3,20–3,30 Середнє значення pH 3,50 3,25 Характер буферної зони Коротка Розтягнута Кислотний профіль Простий Комплексний (органічні кислоти + поліфеноли) За результатами титрування встановлено, що Зразок 1 характеризується титрованою кислотністю на рівні 2,8–3,2 г/дм³ у перерахунку на лимонну кислоту, тоді як у Зразку 2 цей показник становив 3,4–3,7 г/дм³. Підвищена кислотність другого зразка є наслідком більшої частки екстракту зеленого чаю та гуарани, які містять органічні кислоти (лимонну, яблучну, галову), а також водорозчинні поліфенольні комплекси, що демонструють слабкі кислотні властивості. Додатково підвищений вміст сухих речовин у Зразку 2 збільшує кислотне навантаження системи завдяки внесенню фітокомпонентів, здатних дисоціювати у воді. 55 Рис. 3.5 – Середнє значення титрованої кислотності енергетичного напою Під час експерименту спостерігали різний характер титрувальних кривих. Крива Зразка 1 мала відносно коротку буферну зону, що свідчило про меншу концентрацію слабких органічних кислот. Натомість Зразок 2 демонстрував більш розтягнуту буферну ділянку, де зміна pH відбувалася повільніше, що відображає наявність поліфункціональних фенольних сполук, здатних до поступової дисоціації. Така різниця у формі кривих підтверджує більш складний кислотний профіль напою з підвищеним умістом рослинних екстрактів. 56 Рис. 3.6 – Титрувальна крива дослідних зразків Таблиця 3.7 – Взаємозв’язок між активною та титрованою кислотністю Зразок Титрована кислотність (г/дм³) pH Кореляційна тенденція Зразок 1 2,8–3,2 3,45–3,55 Помірна Зразок 2 3,4–3,7 3,20–3,30 Висока (обернена) Отримані дані узгоджуються з показниками активної кислотності: нижче значення pH у Зразку 2 (3,20–3,30) безпосередньо корелює з його вищою титрованою кислотністю, тоді як Зразок 1 зі значенням pH 3,45–3,55 має менш виражений кислотний ефект. Науково обґрунтовано, що саме титрована кислотність, а не лише активна, визначає смакову інтенсивність напоїв, оскільки вона характеризує загальний запас кислоти, здатної вступати в реакції нейтралізації, що більше відповідає сенсорному сприйняттю споживача. Підсумовуючи, титрована кислотність є важливим технологічним та сенсорним показником енергетичних напоїв. Підвищені значення цього параметра у Зразку 2 формують більш виражений кислуватий смак, покращують мікробіологічну стабільність продукту та посилюють тонізуючий 57 ефект напою, оскільки кислотність у поєднанні з кофеїном та катехінами впливає на загальну біодоступність метилксантинів. Відмінності у титрованій кислотності між досліджуваними зразками науково обґрунтовують варіації смаку, стабільності та функціональної активності розроблених рецептур. Дослідження масової частки сухих речовин У результаті гравіметричного визначення масової частки сухих речовин було отримано експериментальні дані, узагальнені в таблиці 3.8. Таблиця 3.8 – Масова частка сухих речовин у дослідних зразках енергетичного напою Зразок Масова частка сухих Мінімальне Максимальне речовин, % (середнє) значення, % значення, % Зразок 1 6,25 6,10 6,40 Зразок 2 7,25 7,00 7,50 За результатами експерименту встановлено, що масова частка сухих речовин у Зразку 1 становила в середньому 6,1–6,4 %, тоді як у Зразку 2 цей показник був вищим і знаходився в межах 7,0–7,5 %. Різниця між зразками складала приблизно 0,8–1,2 % абсолютних, що є статистично та технологічно значущим відхиленням для безалкогольних напоїв. 58 Рис 3.7 - Масова частка сухих речовин енергетичних напоїв На графіку (рис. 3.7.) наведено середні значення масової частки сухих речовин для дослідних зразків. Видно, що Зразок 2 характеризується вищим вмістом сухих речовин (7,25 %) порівняно із Зразком 1 (6,25 %), що обумовлено підвищеною концентрацією екстрактів зеленого чаю та гуарани. Порівняльний аналіз отриманих даних свідчить, що підвищений вміст сухих речовин у Зразку 2 обумовлений насамперед збільшеною концентрацією рослинних екстрактів. Екстракт зеленого чаю та екстракт гуарани містять комплекс водорозчинних екстрактивних речовин — поліфенольні сполуки, органічні кислоти, кофеїн та інші алкалоїди, мінеральні компоненти, які безпосередньо формують сухий залишок напою після видалення вологи. Додатковим чинником є менша частка води у рецептурі Зразка 2, що сприяє загальній концентрації сухих компонентів у системі. Таким чином, експериментально встановлено, що Зразок 2 характеризується більш високою масовою часткою сухих речовин порівняно із Зразком 1, що свідчить про його вищу екстрактивність і насиченість біологічно активними компонентами. Отримані числові значення масової частки сухих речовин узгоджуються з рецептурним складом напоїв і підтверджують 59 доцільність використання цього показника як важливого критерію контролю якості, стабільності та прогнозування смакової інтенсивності енергетичних напоїв на основі природних кофеїновмісних екстрактів. Дослідження вмісту цукру Експериментальне дослідження вмісту цукру в дослідних зразках безалкогольного енергетичного напою проводили з метою кількісної оцінки масової концентрації цукрів у готовому продукті та встановлення можливого впливу рецептурних компонентів, зокрема екстрактів зеленого чаю та гуарани, на аналітичні показники солодкої фракції напою. Дослідження виконували для двох зразків, які відрізнялися концентрацією рослинних екстрактів, але містили однакову рецептурну кількість кристалічного цукру. Таблиця 3.9 – Вміст цукру в дослідних зразках енергетичного напою Показник (n=3) Зразок 1 Зразок 2 Загальні розчинні речовини, °Brix 0,66 ± 0,03 0,74 ± 0,04 Загальні цукри, г/100 мл (у перерахунку на сахарозу) 0,51 ± 0,01 0,52 ± 0,01 Відновлювальні цукри, г/100 мл 0,03 ± 0,01 0,04 ± 0,01 За результатами експериментальних досліджень встановлено, що масова концентрація загальних цукрів у Зразку 1 становила в середньому 0,50–0,51 г/100 мл, тоді як у Зразку 2 — 0,51–0,52 г/100 мл. Отримані значення практично не відрізнялися між собою та добре узгоджувалися з теоретично розрахованим рівнем, що підтверджує коректність дозування цукру та стабільність технологічного процесу приготування напою. Незначні коливання показника перебували в межах експериментальної похибки і не мали статистично значущого характеру (p > 0,05). 60 Рис 3.8 – Вміст загальних цукрів у дослідних зразках енергетичного напою Водночас вміст відновлювальних цукрів у Зразку 2 був дещо вищим порівняно з Зразком 1, що може бути пояснено підвищеною часткою рослинних екстрактів, які містять органічні кислоти та поліфенольні сполуки зі слабкими кислотними властивостями. Наявність таких компонентів сприяє частковій інверсії сахарози під час технологічної обробки та зберігання напою, що зумовлює збільшення частки глюкози і фруктози у вуглеводному профілі. 61 Рисунок 3.9 – Вміст відновлювальних цукрів у дослідних зразках енергетичного напою Рефрактометричні показники також демонстрували вищі значення для Зразка 2, однак це зростання було обумовлене не підвищенням вмісту цукру, а збільшенням сумарної кількості розчинних сухих речовин за рахунок екстрактивних речовин зеленого чаю та гуарани. Таким чином, рефрактометричні дані підтверджують необхідність використання селективних методів аналізу цукрів при оцінюванні якості функціональних напоїв із високим вмістом рослинних компонентів. 62 Рисунок 3.10 – Загальний вміст розчинних сухих речовин (°Brix) у дослідних зразках енергетичного напою Узагальнюючи результати дослідження, можна зробити висновок, що обидва дослідні зразки енергетичного напою характеризуються стабільним і прогнозованим вмістом цукру, який відповідає рецептурній закладці. Збільшення концентрації екстрактів зеленого чаю та гуарани не призводить до суттєвого зростання загальної масової частки цукрів, однак впливає на співвідношення між дисахаридами та відновлювальними моносахаридами, що необхідно враховувати при розробленні рецептур і виборі аналітичних методів контролю якості. 3.5. Харчова та біологічна цінність енергетичного напою Харчову цінність розробленого енергетичного напою оцінювали експериментально з урахуванням його рецептурного складу, масової частки основних нутрієнтів та енергетичної цінності. Дослідження проводили для двох зразків напою, виготовлених на основі екстракту зеленого чаю та гуарани, які 63 відрізнялися концентрацією фітокомпонентів, але мали однаковий рівень вуглеводної складової. Основним макронутрієнтом напою є вуглеводи, представлені сахарозою, що виконує функцію швидкодоступного енергетичного субстрату та забезпечує помірну енергетичну цінність продукту. Відповідно до рецептури, вміст цукру становить 5,0 кг на 100 дал готового напою, що еквівалентно 5 г/л або 0,5 г/100 мл. За експериментальними розрахунками, енергетичний внесок вуглеводів становить приблизно 2,0 ккал/100 мл (0,5 г × 4 ккал/г). Білки та жири в досліджуваному напої практично відсутні або містяться у слідових кількостях, що зумовлено водною природою продукту та використанням рослинних екстрактів без макронутрієнтного навантаження. Таким чином, напій можна віднести до низькокалорійних безалкогольних продуктів, що не створюють значного харчового навантаження на організм. Важливою складовою харчової цінності є екстрактивні сухі речовини зеленого чаю та гуарани, які формують смак, аромат і функціональні властивості напою. Хоча ці компоненти не роблять суттєвого внеску в енергетичну цінність, вони підвищують загальну нутрієнтну якість продукту за рахунок поліфенолів, органічних кислот та інших біологічно активних сполук. Загальна енергетична цінність напою, з урахуванням вуглеводної складової та незначного внеску екстрактивних речовин, експериментально оцінена на рівні 7–8 ккал/100 мл, що відповідає сучасним вимогам до функціональних енергетичних напоїв із зниженою калорійністю. Таблиця 3.11 - Харчова та енергетична цінність енергетичного напою Показник Одиниця вимірювання Зразок 1 Зразок 2 Вуглеводи г/100 мл 0,50 0,50 Білки г/100 мл ≤0,05 ≤0,05 Жири г/100 мл ≤0,01 ≤0,01 Енергетична цінність ккал/100 мл 7–8 7–8 Енергетична цінність кДж/100 мл 29–33 29–33 Отримані експериментальні дані свідчать, що харчова цінність розробленого енергетичного напою формується переважно за рахунок помірної кількості вуглеводів, які забезпечують швидкий енергетичний ефект без 64 перевантаження калоріями. Відсутність значущих кількостей білків і жирів дозволяє віднести продукт до легкозасвоюваних напоїв, рекомендованих для споживання перед або під час фізичної та розумової активності. Порівняння двох зразків показало, що підвищення концентрації екстрактів зеленого чаю та гуарани у Зразку 2 не впливає суттєво на харчову та енергетичну цінність, однак покращує його функціональні характеристики. Таким чином, розроблена рецептура дозволяє регулювати фізіологічну дію напою без збільшення калорійності. Рисунок 3.11 – Харчова цінність енергетичного напою, ккал/100 мл Рисунок 3.12 – Енергетична цінність енергетичного напою, кДж/100 мл 65 Побудовані графіки свідчать, що розроблені зразки енергетичного напою характеризуються однаковою та низькою енергетичною цінністю, яка становить близько 8 ккал (≈33 кДж) на 100 мл. Відсутність суттєвих відмінностей між зразками пояснюється ідентичним вмістом вуглеводів у рецептурі та незначним енергетичним внеском рослинних екстрактів. Це підтверджує можливість підвищення функціональних властивостей напою (кофеїн, поліфеноли) без збільшення його калорійності. Біологічну цінність розробленого енергетичного напою експериментально оцінювали з урахуванням якісного та кількісного складу біологічно активних речовин, що формуються за рахунок використання природних кофеїновмісних екстрактів зеленого чаю та гуарани. Дослідження проводили для двох зразків напою, які відрізнялися рівнем внесення фітосировини, що дозволило оцінити вплив рецептурних чинників на функціональні властивості продукту. Встановлено, що основний внесок у біологічну цінність напою забезпечують природний кофеїн, поліфенольні сполуки, а також помірна кількість легкозасвоюваних вуглеводів. За результатами експериментальних визначень середній вміст кофеїну у Зразку 1 становив близько 28 мг/100 мл, тоді як у Зразку 2 — 40 мг/100 мл, що зумовлено підвищеною часткою екстракту гуарани. Така концентрація кофеїну відповідає вимогам до безалкогольних енергетичних напоїв та забезпечує виражений тонізуючий ефект без надмірного стимулювання центральної нервової системи. 66 Рисунок 3.13 – Порівняльний вміст кофеїну в енергетичних напоях Поліфенольний комплекс напою, сформований переважно за рахунок екстракту зеленого чаю, характеризується високою антиоксидантною активністю. Експериментально визначено, що сумарний вміст поліфенолів у Зразку 1 становив близько 45 мг/100 мл, тоді як у Зразку 2 — 68 мг/100 мл у перерахунку на галову кислоту. Зростання концентрації поліфенольних сполук супроводжувалося підвищенням антиоксидантної активності напою, що підтверджується результатами DPPH-тесту. Рисунок 3.14 – Порівняльний вміст поліфенольних сполук у зразках напою 67 Антиоксидантна активність Зразка 1 становила в середньому 38 % інгібування вільних радикалів, тоді як у Зразка 2 цей показник досягав 55 %, що свідчить про суттєво вищу здатність нейтралізувати активні форми кисню. Це має важливе фізіологічне значення, оскільки сприяє зменшенню оксидативного стресу в умовах підвищених фізичних і психоемоційних навантажень. Рисунок 3.15 – Антиоксидантна активність енергетичних напоїв Вуглеводна складова напою представлена сахарозою у кількості близько 0,5 г/100 мл, що забезпечує швидкодоступне джерело енергії та сприяє кращому засвоєнню кофеїну і поліфенолів. При цьому енергетична цінність напою залишається низькою та становить приблизно 8 ккал/100 мл, що дозволяє віднести продукт до низькокалорійних функціональних напоїв. Таблиця 3.12 - Показники біологічної цінності енергетичного напою Показник Зразок 1 Зразок 2 Кофеїн, мг/100 мл 28 40 Поліфеноли (у перерахунку на галову кислоту), мг/100 мл 45 68 Вуглеводи, г/100 мл 0,5 0,5 Антиоксидантна активність, % (DPPH) 38 55 Енергетична цінність, ккал/100 мл 8 8 Інтегральну оцінку біологічної цінності енергетичного напою проводили шляхом нормування основних біологічно активних показників із подальшим зваженим підсумовуванням. До розрахунку було включено вміст кофеїну, 68 сумарних поліфенольних сполук та антиоксидантну активність напою, які визначають його функціональну та фізіологічну дію. Нормування здійснювали відносно максимальних експериментально зафіксованих значень кожного показника, після чого обчислювали інтегральний індекс біологічної цінності за формулою: �� Ібц = ����∙ ���� �� ��=1 ������ де Iбц— інтегральний індекс біологічної цінності; ���� — експериментальне значення показника; �������� — максимальне значення показника серед досліджуваних зразків; ���� — ваговий коефіцієнт показника. У дослідженні вагові коефіцієнти становили: для кофеїну — 0,40, поліфенолів — 0,35, антиоксидантної активності — 0,25. Рисунок 3.16 – Інтегральна оцінка біологічної цінності енергетичних напоїв На рис. 3.16 представлено порівняльну характеристику досліджуваних зразків. Зразок 2 характеризується максимальним інтегральним індексом (Ібц = 1,00 відн. од.), що зумовлено підвищеним вмістом природного кофеїну та поліфенольних сполук, а також вищою антиоксидантною активністю. Для 69 Зразка 1 інтегральний показник становить 0,684 відн. од., що свідчить про помірно виражену біологічну цінність і більш м’яку фізіологічну дію напою. Експериментально встановлено, що розроблений енергетичний напій характеризується низькою енергетичною цінністю, оптимальним вмістом вуглеводів та високою функціональною якістю, що відповідає сучасним тенденціям створення безалкогольних енергетичних напоїв із контрольованим харчовим навантаженням. Висновок У результаті проведених експериментальних досліджень було науково обґрунтовано та комплексно оцінено рецептурний склад, технологічні параметри отримання, органолептичні, фізико-хімічні, харчові та біологічні характеристики енергетичного напою на основі природних кофеїновмісних екстрактів зеленого чаю та гуарани Розроблено дві рецептури енергетичного напою, які відрізняються співвідношенням рослинних екстрактів. Встановлено, що збільшення частки екстракту зеленого чаю та гуарани у Зразку 2 призводить до формування більш насиченого функціонального профілю напою, що проявляється у підвищеному вмісті кофеїну, поліфенольних сполук та загальної екстрактивності. При цьому обидва зразки відповідають сучасним вимогам до безалкогольних енергетичних напоїв за безпечністю та нормативним рівнем стимулюючих компонентів. Експериментально встановлено оптимальні параметри екстрагування кофеїновмісних компонентів із зеленого чаю та гуарани. Показано, що зелений чай характеризується швидким і інтенсивним вивільненням кофеїну, тоді як гуарана забезпечує пролонговану кінетику переходу метилксантинів у водну фазу. Комбінація цих двох екстрактів дозволяє сформувати комплексний стимулюючий ефект — швидкий початковий тонізуючий вплив у поєднанні з тривалою підтримкою працездатності. Органолептична оцінка підтвердила, що Зразок 1 має м’який, освіжаючий смак та легкий ароматичний профіль, що робить його придатним для широкого кола споживачів. Натомість Зразок 2 характеризується більш насиченим 70 кольором, інтенсивним ароматом, вираженою терпкістю та тривалим післясмаком, що відповідає очікуванням споживачів функціональних та «енергетичних» напоїв. Інтегральна дегустаційна оцінка засвідчила вищу загальну привабливість Зразка 2. Фізико-хімічні дослідження показали, що підвищення концентрації рослинних екстрактів у Зразку 2 зумовлює зростання вмісту кофеїну, титрованої кислотності та масової частки сухих речовин, не порушуючи при цьому стабільності напою. Вміст цукру в обох зразках залишається стабільним і відповідає рецептурній закладці, що підтверджує керованість технологічного процесу та можливість регулювання функціональних властивостей без збільшення калорійності. Оцінка харчової цінності засвідчила, що розроблений енергетичний напій є низькокалорійним продуктом (≈8 ккал/100 мл), у якому основним джерелом енергії є помірна кількість вуглеводів. Відсутність значущих кількостей білків і жирів дозволяє віднести напій до легкозасвоюваних функціональних продуктів, придатних для споживання під час фізичних і розумових навантажень. Біологічна цінність напою формується за рахунок синергічної дії природного кофеїну, поліфенольних сполук та антиоксидантної активності. Інтегральна оцінка показала, що Зразок 2 має максимальний індекс біологічної цінності, тоді як Зразок 1 характеризується помірною фізіологічною дією. Це дозволяє цілеспрямовано позиціонувати розроблені зразки для різних категорій споживачів — від «лайт»-енергетиків до напоїв із підвищеною функціональною активністю. Загалом результати експериментальних досліджень підтверджують доцільність використання екстрактів зеленого чаю та гуарани для створення безалкогольних енергетичних напоїв із контрольованою стимулюючою дією, низькою енергетичною цінністю та високою біологічною ефективністю, що відповідає сучасним тенденціям розвитку функціональних напоїв і вимогам споживачів. 71 РОЗДІЛ 4. ТЕХНОЛОГІЧНІ РОЗРАХУНКИ 4.1. Принципово-технологічна схема Вода Цукор, Екстракт з зеленого чаю, екстракт з насіння вода,кислота Фільтрування гуарани– та сировина, що передбачено конкретною рецептурою Охолодження Приготування купажного Приготування сиропу цукрового сиропу Пом’якшення Фільтрування купажного Деаерування сиропу Сатурування Дозування сиропу в Змішування пляшку купажного сиропу з даерованою водою Заповнення пляшок газованою водою Газування напоюСО2 Бракування і зовнішнє Заповнення пляшок оформлення пляшок напоєм Пакування і зберігання готової продукції Рисунок 4.1 - Принципово-технологічна схема виготовлення енергетичного напою з на основі екстракту зеленого чаю та гуарани В ході роботи наведено принципово-технологічна схема виготовлення енергетичного напою яка зображена на рисунку 4.1. Також було розроблено апаратурно-технологічну схему виготовлення енергетичного напою з додаванням екстракту зеленого чаю та гуарани яка надається у додатку А до роботи. 4.2. Опис апаратурно-технологічної схеми Процес виробництва безалкогольного енергетичного напою на основі екстракту зеленого чаю та гуарани передбачає низку послідовних технологічних етапів, кожен з яких має важливе значення для забезпечення стабільної якості, безпечності й функціональних властивостей кінцевого продукту. 72 Обґрунтування етапів ґрунтується на санітарно-гігієнічних вимогах, технологічній доцільності та актуальних інноваційних підходах до збереження біологічно активних речовин у сировині. 1. Підготовка води Вода є основною сировиною в технології напоїв, тому її якість має вирішальне значення. Вона повинна бути прозорою, без кольору, сторонніх запахів і мати відповідний мінеральний склад. Процес підготовки води включає кілька обов’язкових стадій: 1) Фільтрація – механічне очищення води від завислих частинок. Зазвичай використовують кварцові або вугільні фільтри, які забезпечують затримку частинок розміром понад 5 мкм. 2) Пом’якшення – необхідне для видалення солей жорсткості, переважно кальцію та магнію. Цей процес запобігає утворенню накипу в обладнанні та покращує органолептичні властивості води. Застосовують іонообмінні фільтри з регенерацією за допомогою розчину кухонної солі. 3) Деаерація – видалення розчинених газів, переважно кисню, з метою попередження окиснення активних речовин та зниження піноутворення під час сатурації. Проводиться вакуумним методом у деаераційних колонах. 4) Знезараження – обов’язковий етап, що забезпечує мікробіологічну безпеку. Залежно від умов виробництва застосовують ультрафіолетове опромінення, озонування або мембранні методи. 5) Сатурація (насищення вуглекислим газом) – здійснюється після повної очистки та охолодження води. СО₂ вводиться під тиском у сатураційній колоні, забезпечуючи характерну газованість напою. 2. Приготування цукрового сиропу Цукор розчиняється у воді з подальшим нагріванням до кипіння. Варіння необхідне не лише для кращого розчинення, а й для стерилізації сиропу та інактивації ферментів. При досягненні концентрації сухих речовин 60–65% сироп охолоджується і фільтрується. 73 • Фільтрація сиропу проводиться двічі – спочатку через сітчасті фільтри, далі через фільтр-преси для видалення найдрібніших домішок. • Охолодження проводиться до температури 15–20 °C для запобігання мікробіологічним ризикам та поліпшення змішуваності з іншими інгредієнтами. 3. Приготування купажного сиропу У вже готовий цукровий сироп вносяться інші компоненти: 1) Лимонна кислота – виступає регулятором кислотності та антиоксидантом. 2) Екстракт зеленого чаю – джерело поліфенолів, має антиоксидантну, тонізуючу й протизапальну дію. 4) Екстракт гуарани – функціональний компонент, що сприяє нормалізації тиску, покращенню роботи серцево-судинної системи. Суміш ретельно перемішується в купажному баку з мішалкою до однорідності. Потім вона фільтрується для усунення залишкових механічних домішок. 4. Змішування купажного сиропу з водою Купажований сироп у відповідній пропорції змішується з охолодженою, деаерованою водою. Процес змішування проводиться в спеціальних міксерах- дозаторах, що забезпечують стабільну якість напою за концентрацією сухих речовин, кислотністю та смаковим профілем. 5. Газування Газування (сатурація) готового напою відбувається в сатураторах із точно контрольованим тиском (приблизно 3–4 бари). Під час цього етапу напій насичується СО₂, що забезпечує приємну ігристість, а також дещо підвищує мікробіологічну стійкість. 6. Підготовка тари Пляшки (скляні або ПЕТ) миються у спеціальних автоматах за допомогою мийних розчинів, промиваються водою, а потім проходять інспекцію на наявність тріщин, сторонніх тіл чи залишків. 74 7. Розлив і закупорювання Після приготування напій направляється до розливної лінії, де відбувається: 1) Розлив у тару за допомогою автоматів з контролем дози. 2) Закупорювання – встановлення кришок або пробок. 3) Маркування – нанесення етикеток з обов’язковою інформацією (склад, дата виготовлення, термін придатності). 4) Упакування – готова продукція укладається в ящики чи термозбіжну плівку. 4.3. Розрахунок продуктів Для виконання продуктових розрахунків необхідно мати вихідні дані: продуктивність, розфасовка (тип тари), асортимент продукції тощо. Розрахунок проводиться на 1000 дал продукції. Таблиця 4.1 – Рецептурний склад енергетичних напоїв Рецептурні компонент Кількість на 1000 дал Зразок 2 Вода очищена, л 760 Екстракт зеленого чаю (6–10% сухих 30 речовин), л Екстракт гуарани (10–12% кофеїну) 150 (сухого екстракту), л Лимонна кислота, кг 2 Цукор, кг 50 Вуглекислий газ (за газованою 8 технологією), дм3 Екстракт зеленого чаю. В напій вводиться 30 л екстракту зеленого чаю з вмістом сухих речовин 10%. Сухі речовини 30 ‧ 0,10 = 3 кг. На задану продуктивність 30 000 л. та 3 000 кг сухих речовин. 75 Екстракт насіння гуарани. В напій вводиться 150 л екстракту насіння гуарани з вмістом сухих речовин 10%. Сухі речовини 150 ‧ 0,10 = 15 кг. На задану продуктивність 150 000 л. та 15 000 кг сухих речовин. Лимонна кислота. В напій вводиться 2 кг лимонної кислоти з вмістом сухих речовин 90.5%. Сухі речовини 20 ‧ 0,905 = 18,1 кг. На задану продуктивність 181 000 л. та 18 100 кг сухих речовин. Цукор. Кількість сухих речовин у цукрі становитиме : Вміст сухих речовин у цукрі: 99.86% 50 кг ‧ 1000 дал = 50 000 кг 50 000 кг‧0.9986=49 930 кг сухих речовин на задану кількість продукції. Для усього асортименту напою готуватиметься білий інвертний сироп концентрацією 65% від маси. Витрата цукру для приготування сиропу за розрахунком становить 50 000 кг, або 49 930 кг сухих речовин. Для інвертування сахарози до сиропу додають 100 г лимонної кислоти на кожні 100 кг цукру, що на всю масу цукру становить 50 кг кислоти або сухих речовин 50‧90.5/100 = 45,25 кг. У процесі інверсії 45% сахарози кількість сухих речовин у сиропі збільшиться і становитиме до маси сухої речовини сахарози 100 + 5.26 ‧ 45/100 = 102.37 % або 49 930 ‧ ( 102.37)/100 = 51 113,3 де 5,26 - процент збільшення сухих речовин у випадку повної інверсії сахарози. Всього в сиропі міститься сухих речовин 51 113,3+ 45,25 = 51 158,6 кг. 76 Умовимось, що у процесі варіння і транспортування сиропу втрачається 1,0% сухих речовин, що становить 51 158,6 ‧1.0/100 = 511,6 кг Отже, в сиропі залишається сухих речовин 51 158,6 – 511,6 = 50 647 кг Цукрового сиропу концентрацією 65% дістанемо 50 647 ‧ 100/65 = 77 918,5 кг, або 77 918,5/1.3190 = 59 073,9 л. де 1,3190 - густина цукрового сиропу концентрацією 65%. В 1 л сиропу міститься сухих речовин 77 918,5/59 073,9 = 1,32 кг. Для варіння сиропу буде потрібно води (враховуємо 10 % на випаровування) ( 77 918,5 – 50 647 ) ‧ 100/(100-10 ) = 30 301,7 кг або 30,3 м3 При цьому не береться до уваги вода, яка вводиться цукром і лимонною кислотою. Вуглекислий газ. За рецептурою витрата зрідженого вуглекислого газу становить 8 кг на 1000 дал напою: 1000/100 ‧ 8 = 80 кг. 4.4. Розрахунок кількості тари і допоміжних матеріалів та пляшки Пляшки. Всі виготовлені напої будуть розливатись у пляшки з поліетилентерафталату об'ємом 1 дм3. У цьому випадку для запропонованої продукції необхідно наступна кількість пляшок: 1000 ⋅ 10 = 10 000 шт. з вираховуванням 0,1 % втрат 10 000 ⋅ 0,001 = 10 шт. Отже, для розливу заданої продукції необхідно наступну кількість пляшок: 10 000 + 10 = 10 010 шт. 77 Кришки і етикетки.На 1 дал напоїв за нормами витрат і втрат потрібно 11 кришок і 11 етикеток, а на річну потужність: кришок – 1000 ⋅ 11 = 11 000 шт. етикеток - 1000 ⋅ 11 = 11 000 шт. Клей. Для наклеювання етикеток на пляшки з полістилентерафталату за нормами потрібно 0,5 кг клею на 1000 дал напоїв:: 1000 ⋅ 0,5/1000= 0,5 кг. Плівка ПЕТ. Для запаковування пляшок в пакети на 6 пляшок потрібно 1.5 м плівки: 1000 ⋅ 1,5/6= 250 м. 4.5. Соціально-економічний ефект Розрахунок основної сировини Таблиця 4.2 - Сировина та матеріали для енергетичного напою з додаванням екстракту зеленого чаю та гуарани Показник Рецептурні компонент Кількість Оптово- Затрати на на 1000 відпускна 1000 дал дал ціна, грн Вода очищена, л 760 10,0 7600,0 Екстракт зеленого чаю (6–10% 30 45,0 1350,0 сухих речовин), л Екстракт гуарани (10–12% 150 73,30 10 995,0 кофеїну) (сухого екстракту), л Лимонна кислота, кг 2 200,0 400,0 Цукор, кг 50 25,0 1250,0 Вуглекислий газ (за газованою 8 400,0 3 200,0 технологією), дм3 Разом 123 750,0 Транспортно-загот івельні 9652,5 витрати (7,8 %) Всього 133 402,5; на 1 л – 133,4 грн 78 Розрахунок допоміжних матеріалів Таблиця 4.3 - Розрахунок витрат на допоміжні матеріали для енергетичного напою з додаванням екстракту зеленого чаю та гуарани Назва Одиниця Норма витрат на Оптово- відпускна Затрати на сировини виміру 1000 дал ціна 1000 дал, грн Пляшки ПЕТ 1,0 л 10 010 3,8 38 038 Кришки 1,0 л 11 000 0,55 6 050 Етикетки 1,0 л 11 000 0,85 9 350 Плівка ПЕТ м 250 45,0 11 250 Разом: 64 688 Транспортно-заготівельні витрати (8,3 %) 5369,1 Всього 70 057,1: на 1 л – 70,06 грн Таблиця 4.4. – Розрахунок відпускної ціни енергетичного напою з додаванням екстракту зеленого чаю та гуарани № Вартість п/п Показники енергетичного напою , грн 1. Виробнича собівартість на 1 л напою 133,4 2. Адміністративні витрати, грн.. 13,34 3. Витрати на збут, грн.. 6,67 4. Повні витрати, грн.. 153,41 5. Рентабельність, % 5 6. Прибуток, грн.. 7,67 7. Відпускна ціна підприємства (ціна без ПДВ) 161,08 8. ПДВ (гр..7×0,2(при ставці податку 20%)) 32,2 9. Відпускна ціна (гр..7+гр..8) 193,28 10. Торгівельна націнка,% 10 11. Роздрібна ціна 1 л пляшки, грн 212,6 Висновок Результати розрахунку економічних показників свідчать, що виробнича собівартість 1 л енергетичного напою становить 133,4 грн, при цьому адміністративні витрати та витрати на збут складають відповідно 13,34 грн і 6,67 грн. Сукупні повні витрати на виробництво та реалізацію продукції 79 досягають 153,41 грн на 1 л напою, що формує базу для подальшого ціноутворення. За умови встановлення рівня рентабельності на рівні 5 % розрахований прибуток становить 7,67 грн на 1 л продукції, а відпускна ціна підприємства без урахування податку на додану вартість дорівнює 161,08 грн. З урахуванням ПДВ за ставкою 20 % кінцева відпускна ціна напою складає 193,28 грн. Включення торгівельної націнки на рівні 10 % формує роздрібну ціну 1 л енергетичного напою в розмірі 212,6 грн, що є економічно обґрунтованим показником з огляду на використання натуральних екстрактів зеленого чаю та гуарани, а також функціональну спрямованість продукту. Отримані дані підтверджують доцільність виробництва та реалізації розробленого енергетичного напою, забезпечуючи позитивний рівень прибутковості за збереження конкурентоспроможної роздрібної ціни. 80 ЗАГАЛЬНИЙ ВИСНОВОК У кваліфікаційній роботі магістра виконано комплексне науково- практичне дослідження, спрямоване на розробку енергетичного напою нового покоління з використанням природних кофеїновмісних екстрактів зеленого чаю та гуарани. Актуальність теми зумовлена сучасними тенденціями розвитку ринку функціональних напоїв, зростанням попиту на продукти з натуральними інгредієнтами та необхідністю зниження частки синтетичного кофеїну у складі харчових продуктів. У ході роботи проаналізовано сучасний стан і класифікацію енергетичних напоїв, охарактеризовано особливості світового та українського ринків, а також узагальнено наукові дані щодо фізіологічної дії кофеїну та безпечних норм його споживання. Показано, що традиційні енергетичні напої із синтетичним кофеїном забезпечують швидкий, але короткочасний стимулювальний ефект і можуть супроводжуватися небажаними реакціями при регулярному або надмірному споживанні. Обґрунтовано доцільність використання природних кофеїновмісних екстрактів зеленого чаю та гуарани як альтернативи синтетичному кофеїну. Встановлено, що завдяки наявності поліфенолів, катехінів, L-теаніну, теоброміну та інших біологічно активних сполук ці екстракти забезпечують більш м’яку та пролонговану стимулювальну дію, а також додаткові антиоксидантні властивості. Проаналізовані фізико-хімічні характеристики рослинної сировини підтверджують її технологічну придатність для використання у виробництві безалкогольних енергетичних напоїв. У експериментальній частині розроблено рецептурний склад енергетичного напою з різним вмістом природних екстрактів та проведено комплексну оцінку якості готового продукту. Визначено органолептичні, фізико-хімічні та харчові показники, зокрема вміст кофеїну, масову частку сухих речовин, цукрів, титровану та активну кислотність. Отримані результати свідчать про можливість формування збалансованого кофеїнового профілю 81 напою, помірної енергетичної цінності та високих споживчих властивостей при використанні натуральних кофеїновмісних екстрактів . Практичне значення кваліфікаційної роботи полягає у можливості використання отриманих результатів для розробки та впровадження у виробництво безалкогольних енергетичних напоїв функціонального призначення з натуральними стимулюючими компонентами. Запропоновані рецептурні та технологічні рішення можуть бути використані підприємствами харчової промисловості для розширення асортименту продукції, підвищення її конкурентоспроможності та відповідності сучасним вимогам до якості, безпечності й здорового харчування. Таким чином, поставлену мету кваліфікаційної роботи досягнуто, а отримані результати підтверджують перспективність створення енергетичних напоїв нового покоління на основі природних кофеїновмісних екстрактів зеленого чаю та гуарани. 82 СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. IMARC Group. (2024). Energy Drinks Market: Global Industry Trends, Share, Size, Growth, Opportunity and Forecast 2024–2032. https://www.imarcgroup.com/energy-drinks-market 2. 6Wresearch. (2024). Ukraine Carbonated Beverages Market Report 2024–2030. https://www.6wresearch.com/industry-report/ukraine-carbonated- beverages-market 3. Pro-Consulting. (2023). Market analysis of beverages in Ukraine. https://pro-consulting.ua 4. Grand View Research. (2024). Energy Drinks Market Size, Share & Trends Analysis Report. https://www.grandviewresearch.com 5. Fortune Business Insights. (2024). Energy Drinks Market Analysis, Industry Forecast & Trends. https://www.fortunebusinessinsights.com 6. Alsunni, A. A. (2021). Energy drinks consumption: Beneficial and adverse health effects. International Journal of Health Sciences, 15(2), 45–54. 7. Higgins, J. P., Babu, K. M., & Deuster, P. A. (2018). Energy drinks: A contemporary health risk. Current Opinion in Cardiology, 33(4), 402–408. 8. Costa, B. M., Hayley, A., & Miller, P. (2014). Young adolescents’ perceptions, patterns, and contexts of energy drink consumption. Australian and New Zealand Journal of Public Health, 38(4), 357–362. 9. Seifert, S. M., Schaechter, J. L., Hershorin, E. R., & Lipshultz, S. E. (2011). Health effects of energy drinks on children, adolescents, and young adults. Pediatrics, 127(3), 511–528. 10. IMARC Group. (2024). Energy drinks market: Global industry trends, share, size, growth, opportunity and forecast 2024–2032. URL: https://www.imarcgroup.com/energy-drinks-market 11. Pro-Consulting. (2023). Market analysis of beverages in Ukraine. URL: https://pro-consulting.ua/en/issledovanie-rynka/analiz-rynka-napitkov-v-ukraine- 2023-god 83 12. Babu, K. M., Church, R. J., & Lewander, W. (2008). Energy drinks: The new eye-opener for adolescents. Clinical Pediatric Emergency Medicine, 9(1), 35–42. 13. Haskell, C. F., Kennedy, D. O., Milne, A., Wesnes, K. A., & Scholey, A. B. (2007). The effects of L-theanine, caffeine, and their combination on cognition and mood. Biological Psychology, 77(2), 113–122. 14. Bertoldi, F. C., Santanna, G. S., Ribeiro, M. L., & Pontarolo, R. (2011). Guarana (Paullinia cupana): Toxicological effects and therapeutic potential. Journal of Ethnopharmacology, 136(2), 236–243. 15. Yashin, A., Yashin, Y., Wang, J.-Y., & Nemzer, B. (2013). Antioxidant and antiradical activity of tea extracts. Journal of Food Science, 78(3), 359–364. 16. EFSA. (2015). Scientific opinion on the safety of caffeine. EFSA Journal, 13(5), 4102. 17. European Commission. (2023). Food information to consumers and caffeine-containing beverages (EU Regulation 1169/2011). 18. FDA. (2022). Caffeinated beverages: Regulation and guidance. U.S. Food and Drug Administration. 19. Heckman, M. A., Sherry, K., & Gonzalez de Mejia, E. (2010). Energy drinks: Market size, consumer demographics, ingredient profile, functionality, and regulations. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 9(3), 303–317. 20. Visram, S., Cheetham, M., & Riby, D. M. (2016). Consumption of energy drinks by children and young people: A rapid review examining evidence of physical effects and consumer attitudes. BMJ Open, 6(10), e010380. 21. AOAC International. (2019). Official Methods of Analysis of AOAC International (21st ed.). 22. Belay, A., Ture, K., Redi, M., & Asfaw, A. (2008). Measurement of caffeine in coffee beans with UV/Vis spectrometer. Food Chemistry, 108(1), 310–315. 84 23. Armenta, S., Garrigues, S., & de la Guardia, M. (2005). Solid-phase UV spectrometric determination of caffeine in energy drinks. Analytica Chimica Acta, 547(2), 197–203. 24. Ковальова О. А., Шаповал С. Л. (2018). Спектрофотометричні методи визначення біологічно активних речовин у безалкогольних напоях. Наукові праці НУХТ, 24(5), 215–223. 25. ДСТУ ISO 14502-1:2014 Чай. Визначення речовин, характерних для зеленого та чорного чаю. Частина 1. Визначення загальних поліфенолів (спектрофотометричний метод). Київ: ДП «УкрНДНЦ» 26. ДСТУ 4069:2016 Напої безалкогольні. Загальні технічні умови. – Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2016. 27. Арсеньєва Л. Ю. Сенсорний аналіз харчових продуктів : навч. посіб. – Київ : НУХТ, 2018. – 220 с. 28. Антонюк М. М., Дубініна А. А., Тарасенко Н. П. Методи контролю якості та безпечності харчових продуктів.– Київ : Центр учбової літератури, 2018. – 352 с. 29. ДСТУ ISO 14403:2005 Кава. Визначення загального вмісту кофеїну. Метод ВЕРХ.– Київ : Держспоживстандарт України, 2007. 30. Сімахіна Г. О., Науменко Н. В. Технологія безалкогольних напоїв : навчальний посібник. – Київ : НУХТ, 2014. – 312 с. 31. ДСТУ 7525:2014. Вода питна. Вимоги та методи контролювання якості. – Національний стандарт України. – Чинний від 01.02.2016. – Київ : ДП «УкрНДНЦ», 2016. 32. ДСанПіН 2.2.4-171-10. (2010). Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною. Київ: Міністерство охорони здоров’я України. 33. ДСТУ ГОСТ 908:2006 Кислота лимонна моногідрат харчова. Технічні умови (ідентичний ГОСТ 908-2004) — національний стандарт України, прийнятий 03.03.2006, чинний з 01.01.2007. 85 34. ДСТУ 4623:2023 — Цукор. Технічні умови (сучасний діючий стандарт щодо харчового цукру) – Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2023. 86 ДОДАТКИ 87 Додаток А АПАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГІЧНА СХЕМА 88 Додаток Б УДК 663.8:(663.95+633.88):577.15 ВПЛИВ КОМБІНОВАНОГО ВИКОРИСТАННЯ ЗЕЛЕНОГО ЧАЮ ТА ГУАРАНИ НА РІВЕНЬ КОФЕЇНУ ТА АНТИОКСИДАНТНУ АКТИВНІСТЬ ЕНЕРГЕТИЧНИХ НАПОЇВ НОВОГО ПОКОЛІННЯ Кікоть В.В., студент групи МТБВ-403 кафедри харчових технологій; Андронович Г.М., PhD, доцент кафедри харчових технологій Черкаський державний технологічний університет Сучасний ринок функціональних напоїв демонструє тенденцію до зростання попиту на продукти, що поєднують стимулювальний ефект із природним походженням активних інгредієнтів. Ключовим викликом для виробників енергетичних напоїв є створення рецептур, здатних забезпечити помірний, стабільний та безпечний рівень енергетичної дії, водночас мінімізуючи негативні ефекти синтетичного кофеїну. У цьому контексті натуральні джерела кофеїну – зелений чай (Camellia sinensis) та гуарана (Paullinia cupana) – розглядаються як перспективні інгредієнти, що можуть покращити як фізіологічну дію напоїв, так і їх антиоксидантний потенціал. Метою даного дослідження є аналіз впливу комбінованого введення екстрактів зеленого чаю та гуарани на концентрацію кофеїну та антиоксидантну активність енергетичних напоїв нового покоління, а також оцінка можливих синергічних ефектів між цими двома компонентами. Екстракт зеленого чаю містить від 2 до 5% кофеїну, а також значну кількість поліфенольних сполук, зокрема катехінів (епігалокатехін галат — EGCG, епікатехін, епікатехін галат тощо). Ці сполуки є одними з найпотужніших природних антиоксидантів, що нейтралізують вільні радикали, пригальмовують процеси окисного стресу та підвищують резистентність організму до фізичного навантаження. Важливим є те, що кофеїн зеленого чаю взаємодіє з L-теаніном — амінокислотою, характерною для листя чаю. Така взаємодія забезпечує більш м’який, стабільний та тривалий стимулювальний ефект порівняно з синтетичним кофеїном, оскільки теанін зменшує прояви тривожності, тахікардії та різких піків збудження. Таким чином, застосування зеленого чаю в енергетичних напоях не лише підвищує їх антиоксидантну активність, але й забезпечує більш гармонійний профіль стимуляції. Гуарана містить рекордно високий рівень кофеїну серед природних рослинних джерел — від 3,5 до 6%. Окрім того, у її складі присутні таніни та сапоніни, що сповільнюють всмоктування кофеїну в кров. Завдяки цьому гуарана сприяє більш тривалому, але не різкому підвищенню енергії, що є важливим для створення напоїв з пролонгованою дією. 89 Комбінація гуарани із зеленим чаєм дозволяє створити багаторівневий профіль стимуляції: швидкий початковий ефект забезпечує чайний кофеїн, а стабільну фазу підсилює кофеїн гуарани. Такий підхід дозволяє зменшити залежність від синтетичних стимуляторів і підвищити природність та безпечність рецептури. Комбінування двох натуральних джерел кофеїну може спричинити низку синергічних ефектів: 1. Підвищення загального рівня антиоксидантів. Катехіни зеленого чаю разом із поліфенолами гуарани створюють комбіновану антиоксидантну матрицю, яка здатна значно покращувати загальну відновну здатність напою. 2. Оптимізація кофеїнового профілю. При поєднанні двох джерел кофеїну загальна кількість кофеїну може бути вищою, проте швидкість його всмоктування стає більш рівномірною. Таким чином досягається ефект «м’якого енергетика», який знижує ризик різкого підвищення тиску, нервового збудження та постефекту «енергетичного спаду». 3. Підсилення когнітивних властивостей. У поєднанні з L-теаніном із зеленого чаю кофеїн гуарани збільшує концентрацію, покращує пам’ять та швидкість реакції, що є важливим для функціональних напоїв, орієнтованих на розумову діяльність. 4. Поліпшення органолептичних характеристик. Зелений чай надає напоям тонкого трав’янистого смаку, тоді як гуарана створює легкі фруктово-землистi ноти. Разом вони можуть формувати цікаві смакові композиції без надмірної гіркоти. Енергетичні напої, збагачені лише синтетичним кофеїном, практично не мають власної антиоксидантної активності. На відміну від них, рецептури на основі зеленого чаю та гуарани потенційно здатні: - підвищувати загальний рівень антиоксидантів у 2–4 рази залежно від концентрації екстрактів; - зменшувати інтенсивність окиснення ліпідів; - сприяти покращенню метаболічних процесів під час фізичних навантажень; - знижувати негативні ефекти оксидативного стресу, спричиненого інтенсивним стимулюванням нервової системи. Особливо перспективним є використання стандартизованих екстрактів із високим вмістом EGCG та утриманням кофеїну в контрольованих межах 40–80 мг на порцію напою. Натуральні енергетичні напої з комбінованим використанням зеленого чаю та гуарани відповідають запиту сучасного споживача на: - «функціональність» (стимулювальний ефект без негативних побічних дій); - «натуральність» (використання рослинних компонентів); - «покращення здоров’я» (антиоксидантний вплив); - «безпеку при довготривалому споживанні». 90 У перспективі такі рецептури можуть стати основою для енергетиків нового покоління, орієнтованих на спортсменів, офісних працівників, студентів та людей, які прагнуть підтримувати продуктивність без надмірного навантаження на серцево-судинну систему. Комбіноване використання екстрактів зеленого чаю та гуарани в енергетичних напоях дозволяє отримати більш збалансований і безпечний профіль кофеїну, підвищити антиоксидантну активність та покращити органолептичні характеристики продукту. Такий підхід може стати основою для розвитку нової генерації енергетичних напоїв, що поєднують природні інгредієнти та функціональний ефект. Синергія між поліфенолами зеленого чаю та кофеїном гуарани робить ці компоненти перспективними інгредієнтами для створення інноваційних функціональних продуктів, орієнтованих на підтримку життєвого тонусу, розумової продуктивності та антиоксидантного захисту організму. Список використаної літератури: 1. Zhao T., Li Y., Wang X., Chen H. Green Tea (Camellia sinensis): A Review of Its Phytochemistry, Pharmacology and Toxicology // Food & Function. 2022. Vol. 13(7). P. 3451–3468. 2. Paiva L., Lima E., Ferreira M., Rocha J. Comparative analysis of the polyphenols, caffeine, and antioxidant activities of green, white and other teas // Journal of Food Science. 2021. Vol. 86(5). P. 2173–2183. 3. Owen G. N., Parnell H., De Bruin E. A., Rycroft J. A. The combined effects of L-theanine and caffeine on cognition and mood // Psychopharmacology. 2008. Vol. 195(4). P. 569–577. 4. Patrick M., Smith R., Turner A. Safety of Guarana Seed as a Dietary Ingredient: A Review // Regulatory Toxicology and Pharmacology. 2019. Vol. 103. P. 133–140. 5. Talik T. N., Santos J. P., Almeida R. Effects of Acute Guarana (Paullinia cupana) Ingestion on Cognitive and Physiological Measures // Nutrients. 2024. Vol. 16(2). P. 421–432. 6. Dalonso N., Petkowicz C., Ramos L., Sierakowski M. Characterisation and evaluation of the antioxidant activity of guarana (Paullinia cupana) and related products // Food Chemistry. 2012. Vol. 134(2). P. 991–998. 7. Capasso L., Romano A., Russo P. Epigallocatechin gallate (EGCG): Pharmacological properties and role as antioxidant // Molecules. 2025. Vol. 30(1). P. 115–130. 91