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第三代運動飲料-天然產物添加型運動飲料的研究進展

2014-12-03 19:47張東海蘇文斌蘭瑞家
食品工業(yè)科技 2014年18期
關鍵詞:飲料運動

張東海,蘇文斌,蘭瑞家

(1.廊坊師范學院體育學院,河北廊坊065000;2.廊坊師范學院化學與材料科學學院,河北廊坊065000)

第三代運動飲料-天然產物添加型運動飲料的研究進展

張東海1,蘇文斌2,蘭瑞家2

(1.廊坊師范學院體育學院,河北廊坊065000;2.廊坊師范學院化學與材料科學學院,河北廊坊065000)

現代運動飲料不僅要滿足專業(yè)運動員需求,還要滿足普通運動人群的需求。第一代運動飲料以添加水、碳水化合物、電解質為主,第二代運動飲料在第一代運動飲料基礎上添加了維生素、氨基酸等功能物質,而第三代運動飲料則是充分利用生物技術的發(fā)展成果,將諸多天然產物的提取物添加到第二代運動飲料中,形成了品種豐富、風味獨特且功能更全的多種飲料。本文列舉了第三代運動飲料中經常添加的一些天然產物,并對開發(fā)第三代運動飲料提出了建議和展望。

運動飲料,天然產物,營養(yǎng)成分

運動飲料是指營養(yǎng)素及其含量能適應運動或體力活動人群的生理特點,能為機體補充水分、電解質和能量,可被迅速吸收的飲料[1]。運動飲料常含有水、糖類、電解質三種成分,有些還加入了其他營養(yǎng)素,如維生素類、氨基酸類或其他一些功能成分。一般稱前者為第一代運動飲料,以脈動、激活、尖叫為代表,后者為第二代運動飲料,市場上以紅牛、葡萄適、力保健、日加滿等為代表[2]。后續(xù)研究在第二代運動飲料的基礎上加入功能性的植物提取物,從而開發(fā)出第三代運動飲料-天然產物添加型運動飲料。目前,第三代運動飲料尚處于起步階段,本文列舉了一些第三代運動飲料中常見添加的天然產物活性成分,以期為開發(fā)人員提供一定的借鑒。

1 運動飲料的一般營養(yǎng)成分

1.1 糖類

糖類是運動時肌肉的主要能源物質,在體內的來源有血糖、肌糖原和肝糖原。運動時肌糖原會大量消耗,引起肌肉對血糖的提取增加,從而引起人體的血糖下降,此時若不及時補充糖分,工作肌肉會乏力,而且會使大腦對運動的協(xié)調能力減弱,造成運動時反應遲鈍,產生疲勞感。

運動飲料中添加的糖類主要有葡萄糖、蔗糖、果糖以及低聚糖[3]等。根據運動營養(yǎng)學的研究,4%~6%的糖濃度比較適合運動飲料。而不同種類碳水化合物的復合,能控制血糖上升速度,延長供能時間,克服回躍性低血糖反應,改善滲透壓使飲料更易達到等滲狀態(tài)。大量實驗結果表明,蔗糖、低聚麥芽糖和果糖按照一定比例復配使用,不僅能滿足運動飲料的需求,且由于果糖釋放速度最快,蔗糖其次,低聚麥芽糖最慢,使糖分的補充時間延長。果糖的加入不僅使飲料的果香更加飽滿,改善和消除運動飲料中礦物質和鹽帶來的不良口味,使運動飲料口味更可口。

1.2 電解質

運動中汗液的流出會使人體內大量電解質流失,可能造成離子代謝紊亂。運動出汗之后,若只補充大量水分會引起明顯多尿、脫水、血漿滲透壓下降等現象,因此需補充適量的電解質,其補充量為丟失量的150%~200%。而人體排出的汗液主要電解質包括K+、Na+、Mg2+、Ca2+及Cl-等,為此一般在運動飲料中添加KCl、NaCl、CaCO3、MgCO3等電解質。

1.3 其他成分

運動飲料中除了含有水、糖、電解質外,還含有一些功能性物質,如蛋白質、氨基酸、維生素、多肽等。目前市場上供能物質主要是碳水化合物,但國外較多研究表明,蛋白質和碳水化合物相結合,其在運動后的恢復效果比單純用碳水化合物對肝糖原的快速恢復更為有效。近年來,大豆多肽由于具有高營養(yǎng)、易吸收等性能,逐漸替代蛋白質和氨基酸,成為運動中和運動后快速補充的氮源[4]。維生素在運動飲料中的作用主要是抗氧化劑,常添加的維生素有維生素E和維生素C,它們都能清除體內自由基,減少運動后的延遲性肌肉酸痛,且兩者復配效果比單一使用效果好,胡國鵬[5]采用槲皮素代替維生素研究其對自行車運動員的運動能力的影響,結果發(fā)現槲皮素配方運動飲料也能起到很好的抗氧化作用。

2 天然產物活性成分在第三代運動飲料中的應用

2.1 蔬菜水果類

2.1.1 甜菜汁 甜菜中含有運動飲料所需的水、碳水化合物、維生素、鉀、鈉、鎂、鐵等礦物質,同時具有清熱解毒、緩解腹脹、調節(jié)新陳代謝、軟化血管等作用。最新發(fā)現飲用甜菜汁可以快速提升精力和增加耐力,對運動量大的運動員和體力虛弱的老人效果特別明顯,張美娜等[6]以甜菜汁為原料,經過預處理、調配等工藝研制出甜菜汁運動飲料,其最佳配方為甜菜汁2.8%、羧甲基纖維素鈉0.1%、食鹽0.1%、檸檬酸0.07%、白砂糖3.46%、葡萄糖0.87%、β-環(huán)糊精0.15%、抗壞血酸0.07%。該產品口感良好,組織穩(wěn)定,經檢測其理化指標和微生物指標均符合運動飲料的要求。甜菜汁添加型飲料具有營養(yǎng)豐富,口感好,濕潤解渴等特點,可有效增強耐力,適合于比拼耐力的體育項目如長跑、山地自行車比賽及長距離游泳等項目,但對重量型或技巧型體育項目的運動員,添加的意義不大。另外,對于甜菜汁添加型運動飲料的儲存條件[7],需要進行更深層次的研究。

2.1.2 刺葡萄 刺葡萄是中國重要的野生葡萄資源之一,廣泛分布于我國湖南、湖北、江西、貴州、四川、河南、浙江、江蘇、安徽和云南等地,富含糖、氨基酸、蛋白質、維生素、有機酸、礦物質以及原花青素和白藜蘆醇等營養(yǎng)成分和生理活性物質,其中原花青素是自然界中廣泛存在的一類多酚化合物的總稱,是清除自由基的強抗氧化劑,其抗氧化、清除自由基的能力是VE的50倍、VC的20倍,它能防治80多種因自由基引起的疾病,還具有改善人體微循環(huán)功能。白藜蘆醇是一類主要存在于葡萄、藜蘆、虎杖等植物中的多酚類化合物,具有很強的抗氧化作用,對機體特異性免疫和非特異性免疫功能都有調節(jié)作用。據報道,刺葡萄汁中的原花青素和白藜蘆醇含量分別達3147、0.27μg/m L,顯著高于其他葡萄汁。蔣輝等[8]將刺葡萄運動飲料、“佳得樂”冰橘味運動飲料以及生理鹽水分別灌胃小鼠,連續(xù)灌胃20d后,進行小鼠負重游泳實驗。結果表明:刺葡萄運動飲料能顯著延長小鼠游泳時間,且對小鼠的生理臟器無損害性改變,說明此飲料安全無毒。同時,通過對小鼠運動后丙二醛含量和超氧化物歧化酶含量的檢測,發(fā)現丙二醛含量明顯減少,超氧化物歧化酶含量顯著增加,證明刺葡萄運動飲料具有增強小鼠的抗氧化能力,消除運動性疲勞的功能。由于刺葡萄出汁較其他類葡萄高,可達61.5%,因此非常適合制作運動飲料。但在制作過程中,需解決產生沉淀和顏色褐變等問題,晉艷曦等[9]對葡萄汁生產過程中如何解決葡萄汁澄清的工藝進行了綜述,主要包括物理澄清法、化學澄清法和生物學澄清法三類,刺葡萄運動飲料開發(fā)者可結合產品質量和經濟環(huán)保性等選擇使用。

2.1.3 龍眼汁 龍眼是亞熱帶名優(yōu)水果,具有開胃健脾、補虛益智等功效,現代藥理學研究表明,龍眼還具有抗癌、抗衰老和免疫調節(jié)等作用。文良娟等[10]以龍眼為主要原料,設計了龍眼澄清、混濁果汁飲料的工藝。徐玉娟等[11]以龍眼汁和三華李汁為主要原料經復配生產了一種復合果汁運動飲料,結果表明:當龍眼汁為30%、三華李為20%時,生產的復合龍眼果汁綜合評價質量最好。在龍眼汁添加的運動飲料制作過程中,龍眼汁的制備是關鍵技術,尤其是龍眼汁的澄清工藝,莫樹平等[12]比較了自然澄清法、明膠-單寧法、海藻酸鈉-碳酸鈣法、聚乙烯聚吡咯烷酮(PVPP)法、甘草浸提液浸提法、甲殼素澄清法、冷凍澄清法7種方法對龍眼果汁的澄清效果,發(fā)現PVPP法和海藻酸鈉-碳酸鈣法效果較好。

2.2 五谷雜糧類

2.2.1 綠豆 綠豆是一種藥食兼用的谷物,具有清熱、消暑、解毒、保肝和降低血脂、膽固醇,軟化血管等功效。綠豆富含蛋白質,且氨基酸種類豐富,其中人體必需的氨基酸賴氨酸含量高達6.9%。綠豆中還含有豐富的膳食纖維、碳水化合物、維生素、微量元素及鞣質、香豆素、生物堿、皂甙和黃酮類化合物等生物活性物質[13]。劉愛萍等[14]研究了綠豆運動飲料對疲勞的延緩作用,通過對小鼠負重游泳實驗,結果表明:綠豆運動飲料可顯著地延長小鼠負重游泳時間,增加肝糖原儲備量,對小鼠在安靜狀態(tài)下的血乳酸積累具有明顯的抑制作用,對小鼠血清尿素含量無影響,具有一定緩解體力疲勞作用。由于綠豆運動飲料具有清熱解暑作用,適合運動量大的體育項目的運動人群使用或者在溫度較高的季節(jié)飲用,而且綠豆運動飲料糖含量偏少,因此要制作綠豆運動飲料,常與其他物質如雪耳、百合、白砂糖或蜂蜜制成復合型運動飲料[15-16]。

2.2.2 黑米皮 黑米種皮富集有大量純天然的黑米色素,研究結果表明,黑米色素具有很強的清除自由基和抗氧化、抗炎、抗癌等功效,是開發(fā)純天然抗氧化劑的優(yōu)質來源。黑米種皮富含蛋白質、脂肪、粗纖維、礦物質、維生素等人體必需的營養(yǎng)素和黃酮類物質、二十八烷醇等抗疲勞成分,是運動營養(yǎng)因子的“天然營養(yǎng)源”[17]。張名位等[18]以成年雄性SD大鼠為研究對象,測定了不同劑量的黑米皮提取物對高脂飼料誘導的大鼠血脂水平、血清和肝臟中總抗氧化能力、抗氧化酶活性及脂質過氧化產物丙二醛含量的影響,結果發(fā)現:攝入黑米皮提取物后高脂血癥大鼠血脂水平和動脈粥樣硬化指數均較高脂模型組顯著降低,血清氧化低密度脂蛋白抗體滴度顯著下降,脂質過氧化產物丙二醛的生成量也相應地減少;而血清和肝臟中抗氧化酶活性顯著增強。鄧文輝等[19]對黑米皮的乙醇提取液進行了濃縮沉淀和脫脂純化等研究,在此基礎上選擇蔗糖、檸檬酸、氯化鈉和?;撬釋诿灼饪s液進行了運動飲料的配方研究,結果表明:黑米色素5倍濃縮液30m L/L、蔗糖80g/L、檸檬酸2g/L、氯化鈉0.8g/L、?;撬?.35g/L的配方,綜合評價最好,且理化指標符合國家標準。

2.3 中草藥類

2.3.1 枸杞 枸杞具有堅筋骨、補精氣諸不足、明目安神、令人長壽等功效。現代藥理學認為枸杞多糖是枸杞中主要有效成分之一,具有增強機體免疫力、抗腫瘤、抗衰老、降血脂、降血糖、抗疲勞、護肝、防輻射、抗缺氧等功能[20-21]。葉瑞洪等[22]采用熱水浸提法提取枸杞提取液,并將枸杞提取液與氨基酸、維生素等原料復配,制成復合營養(yǎng)素飲料。實驗結果表明最佳的復合營養(yǎng)素運動飲料配方為:枸杞提取液250m L/L、糖量80g/L、檸檬酸量1g/L、氯化鈉0.5g/L,天冬氨酸0.593g/L、甘氨酸0.841g/L、纈氨酸0.255g/L、賴氨酸0.400g/L、異亮氨酸0.225g/L,維生素B60.010g/L、維生素B 120.0002g/L、維生素C 1.5g/L。Zhao chao等[23]采用超聲強化的亞臨界水作為提取介質,枸杞多糖的提取率顯著提高。

2.3.2 高山紅景天 高山紅景天系景天科多年生草本植物,它含有10種有機酸、11種酚類化合物、5種香豆素和內酯、4種肉桂醇和肉桂酰苷、3種萜類、2種植物甾醇,同時含有常量的鉀、鎂、鈣、鈉等元素,其有效成分主要是紅景天甙和酪醇,現代醫(yī)學證明:紅景天甙具有益氣強身,提高機體對各種刺激的穩(wěn)定性,使中樞神經興奮和適應原樣的作用[24]。陳宇飛等[25]以瓜拉納和高山紅景天的提取液為原料,配以果葡糖漿和蜂蜜,研制出了風味獨特的運動飲料,其主要配方為:瓜拉納提取液20%,高山紅景天提取液8%,果葡糖漿8%,蜂蜜2%,黃原膠0.018%,異抗壞血酸鈉0.02%,山梨酸鉀0.02%。但此瓜拉納提取液中含有咖啡因等興奮劑,專業(yè)運動員應慎用。Bi Hui-m in等[26]采用超高壓的提取方式提取紅景天中的紅景天苷,提取率大為提高。

2.3.3 紅花 紅花是衛(wèi)生部公布的既是食品又是藥品的植物,對人體無毒副作用。紅花的主要成分為紅花黃色素、紅花醌、紅花苷等。此外,還含有少量油酸、亞油酸、亞麻酸等脂肪酸以及黃酮類化合物、氨基酸和多糖?,F代科學研究表明,紅花有抗疲勞、耐缺氧、增加冠脈流量、改善微循環(huán)的功效[27]。因此,將紅花應用于運動飲料有重要的意義。鞠國泉等[28]以紅花提取液配以電解質、維生素、糖、香料等研制的運動飲料,經小鼠負重游泳實驗表明,此運動飲料能明顯降低血乳酸的含量,具有消除運動引起的肌肉疲勞、增強耐力和抗缺氧的功效。在生產紅花運動飲料的過程中,紅花提取液的綠色提取工藝也是開發(fā)者需要考慮的難題,超臨界流體萃取工藝[29]不失為一個不錯的選擇,但成本稍高。

3 第三代運動飲料選用特點及要求

3.1 考慮運動項目的特點

不同項目的運動員對營養(yǎng)需求不完全一樣。如極限與極限下強度的運動項目,即短跑和中跑等運動,熱能主要是由ATP、CP和糖的無氧酵解供應,短時間內形成大量的酸性代謝產物。對這類運動員,應供給能滿足機體ATP和CP迅速再合成并減少體液酸化趨向的含糖、維生素及磷、鐵、鎂等無機鹽的飲料,如甜菜汁飲料;對于長時間低強度的運動項目,如馬拉松等,運動員的總熱能消耗極大,中樞神經系統(tǒng)疲勞,酶的活力降低,在運動的后階段,代謝的穩(wěn)定性又一次破壞,肝糖元含量下降,磷脂的合成抑制,并可產生一時性的肝脂肪浸潤。這種運動恢復慢,運動員應補充含糖和有一定的蛋白質、維生素、磷脂的飲料,并含有一定的抗氧化劑,如紅花、刺葡萄的運動飲料與低聚糖、大豆多肽復配就能起到很好的緩解運動疲勞、增強耐力的作用。

3.2 運動飲料的補充應適量

機體對任何物質的需要有一定的限量,即使是無毒無副作用的物質也要適量。攝入太少,起不到補充作用,但補充太多,也會適得其反,甚至產生副作用。以運動飲料中電解質的補充來說,運動中,電解質會隨著汗液和尿液而排出體外。運動時間長,強度大,電解質丟失就越多。因此,在運動中和運動后可根據不同的運動項目適量補充18~59mmol/L的含鈉運動飲料,不僅可補充丟失的水分和電解質,而且有助于防止或延遲運動性疲勞的發(fā)生,對提高運動成績有明顯效果。但是,如果鈉攝入量過多,會增加高血壓、中風、心血管疾病、胃癌、骨質疏松等疾病的風險。所以GB 15266-2009規(guī)定了運動飲料中鈉的含量在50~1200mg/L,鉀的含量在50~250mg/L。

3.3 補充時機應適宜

由于運動時體內各種物質的代謝速度有差異,人體對各種運動飲料中營養(yǎng)素的吸收速度有差異,所以,運動飲料的補充時機非常重要。一般來說,運動前,可補充適量的水和低聚糖,增加肌糖原、肝糖原儲備并能補充運動中出汗所丟失的水分。有些運動飲料可促進血液循環(huán),增加體表溫度,類似有熱身作用,可在運動前服用。運動中,根據運動強度和出汗量,一般每15~20min補充125~250m L運動飲料,及時補充血糖,延長運動時間,延緩疲勞發(fā)生。運動時間不到1h的運動中,可適量減少電解質的攝入量,但運動時間超過1h后,就必須及時補充含電解質的運動飲料。運動后,為減少乳酸的堆積和運動疲勞,也應及時補充運動飲料。運動結束后,前2h是肌糖原合成的最佳時機,運動后及時補充糖可使消耗的肌糖原迅速重新合成,有利于體能恢復。另外,堿性電解質也可減少乳酸的堆積。且在補充時采用少量多次的原則。一般運動中每丟失1kg體重,至少補充運動飲料1L。

4 展望

第三代運動飲料現還處于發(fā)展初期,仍存在著諸多問題。首先,諸多研究者都在第二代運動飲料的基礎上添加各種天然產物的提取物,但由于天然產物的提取物成分復雜,這些復雜成分是否與第二代飲料中的功能成分發(fā)生相互作用仍缺乏系統(tǒng)的研究;其次,開發(fā)的第三代運動飲料多以受試者的感官評價為指標,缺乏對運動飲料功能成分與運動能力關系的研究;最后,第三代運動飲料的開發(fā)仍不能體現性別、年齡、運動量大小的差異,需開發(fā)適應不同性別、年齡、運動量大小以及不同口味的一系列運動飲料,從而滿足各種運動人群的需要。隨著研究的深入,生物提取技術的快速發(fā)展,天然產物的活性成分必然越來越廣泛的加入到第三代運動飲料中,相信第三代運動飲料會迅速打開市場,滿足各種不同消費者需要。

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The third generation of sports drinks research progress in additive,type of sports drinks w ith natural products

ZHANG Dong-hai1,SUWen-bin2,LAN Rui-jia2
(1.Faculty of Physical Education,Lang Fang Teachers’College,Langfang 065000,China;2.Faculty of Chemistry and Material Science,Lang Fang Teachers’College,Langfang 065000,China)

Modern sports d rink w ill not only meet the needs of p rofessional athletes,but also need to meet the needs of some ordinary peop le who love sports.Sports d rink of first generation mainly contained water,carbohyd rates and elec trolyte.Some functionalmaterials such as vitam in and am ino acid were added to the sports d rink of first generation,which formed the sports d rink of second generation.On the base ofmaking use of the result of biological technology,the sports d rink of third generation contained many natural p roducts which had the characteristic of various kinds,unique flavor,and more function.Some natural p roducts which were added to the sports d rink of third generation were listed in this paper.Some recommendations to develop the sports d rink of third generation were also given here.

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1002-0306(2014)18-0387-04

10.13386/j.issn1002-0306.2014.18.079

2014-04-28

張東海(1966-),男,碩士研究生,副教授,研究方向:體育教學與訓練學。

河北省高等教育教學改革項目(2012GJJG107)。

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