第三代运动饮料-天然产物添加型运动饮料的研究进展

张东海，苏文斌，兰瑞家

（1.廊坊师范学院体育学院，河北廊坊065000；2.廊坊师范学院化学与材料科学学院，河北廊坊065000）

第三代运动饮料-天然产物添加型运动饮料的研究进展

张东海1，苏文斌2，兰瑞家2

（1.廊坊师范学院体育学院，河北廊坊065000；2.廊坊师范学院化学与材料科学学院，河北廊坊065000）

现代运动饮料不仅要满足专业运动员需求，还要满足普通运动人群的需求。第一代运动饮料以添加水、碳水化合物、电解质为主，第二代运动饮料在第一代运动饮料基础上添加了维生素、氨基酸等功能物质，而第三代运动饮料则是充分利用生物技术的发展成果，将诸多天然产物的提取物添加到第二代运动饮料中，形成了品种丰富、风味独特且功能更全的多种饮料。本文列举了第三代运动饮料中经常添加的一些天然产物，并对开发第三代运动饮料提出了建议和展望。

运动饮料，天然产物，营养成分

运动饮料是指营养素及其含量能适应运动或体力活动人群的生理特点，能为机体补充水分、电解质和能量，可被迅速吸收的饮料[1]。运动饮料常含有水、糖类、电解质三种成分，有些还加入了其他营养素，如维生素类、氨基酸类或其他一些功能成分。一般称前者为第一代运动饮料，以脉动、激活、尖叫为代表，后者为第二代运动饮料，市场上以红牛、葡萄适、力保健、日加满等为代表[2]。后续研究在第二代运动饮料的基础上加入功能性的植物提取物，从而开发出第三代运动饮料-天然产物添加型运动饮料。目前，第三代运动饮料尚处于起步阶段，本文列举了一些第三代运动饮料中常见添加的天然产物活性成分，以期为开发人员提供一定的借鉴。

1 运动饮料的一般营养成分

1.1 糖类

糖类是运动时肌肉的主要能源物质，在体内的来源有血糖、肌糖原和肝糖原。运动时肌糖原会大量消耗，引起肌肉对血糖的提取增加，从而引起人体的血糖下降，此时若不及时补充糖分，工作肌肉会乏力，而且会使大脑对运动的协调能力减弱，造成运动时反应迟钝，产生疲劳感。

运动饮料中添加的糖类主要有葡萄糖、蔗糖、果糖以及低聚糖[3]等。根据运动营养学的研究，4%～6%的糖浓度比较适合运动饮料。而不同种类碳水化合物的复合，能控制血糖上升速度，延长供能时间，克服回跃性低血糖反应，改善渗透压使饮料更易达到等渗状态。大量实验结果表明，蔗糖、低聚麦芽糖和果糖按照一定比例复配使用，不仅能满足运动饮料的需求，且由于果糖释放速度最快，蔗糖其次，低聚麦芽糖最慢，使糖分的补充时间延长。果糖的加入不仅使饮料的果香更加饱满，改善和消除运动饮料中矿物质和盐带来的不良口味，使运动饮料口味更可口。

1.2 电解质

运动中汗液的流出会使人体内大量电解质流失，可能造成离子代谢紊乱。运动出汗之后，若只补充大量水分会引起明显多尿、脱水、血浆渗透压下降等现象，因此需补充适量的电解质，其补充量为丢失量的150%～200%。而人体排出的汗液主要电解质包括K+、Na+、Mg2+、Ca2+及Cl-等，为此一般在运动饮料中添加KCl、NaCl、CaCO3、MgCO3等电解质。

1.3 其他成分

运动饮料中除了含有水、糖、电解质外，还含有一些功能性物质，如蛋白质、氨基酸、维生素、多肽等。目前市场上供能物质主要是碳水化合物，但国外较多研究表明，蛋白质和碳水化合物相结合，其在运动后的恢复效果比单纯用碳水化合物对肝糖原的快速恢复更为有效。近年来，大豆多肽由于具有高营养、易吸收等性能，逐渐替代蛋白质和氨基酸，成为运动中和运动后快速补充的氮源[4]。维生素在运动饮料中的作用主要是抗氧化剂，常添加的维生素有维生素E和维生素C，它们都能清除体内自由基，减少运动后的延迟性肌肉酸痛，且两者复配效果比单一使用效果好，胡国鹏[5]采用槲皮素代替维生素研究其对自行车运动员的运动能力的影响，结果发现槲皮素配方运动饮料也能起到很好的抗氧化作用。

2 天然产物活性成分在第三代运动饮料中的应用

2.1 蔬菜水果类

2.1.1 甜菜汁 甜菜中含有运动饮料所需的水、碳水化合物、维生素、钾、钠、镁、铁等矿物质，同时具有清热解毒、缓解腹胀、调节新陈代谢、软化血管等作用。最新发现饮用甜菜汁可以快速提升精力和增加耐力，对运动量大的运动员和体力虚弱的老人效果特别明显，张美娜等[6]以甜菜汁为原料，经过预处理、调配等工艺研制出甜菜汁运动饮料，其最佳配方为甜菜汁2.8%、羧甲基纤维素钠0.1%、食盐0.1%、柠檬酸0.07%、白砂糖3.46%、葡萄糖0.87%、β-环糊精0.15%、抗坏血酸0.07%。该产品口感良好，组织稳定，经检测其理化指标和微生物指标均符合运动饮料的要求。甜菜汁添加型饮料具有营养丰富，口感好，湿润解渴等特点，可有效增强耐力，适合于比拼耐力的体育项目如长跑、山地自行车比赛及长距离游泳等项目，但对重量型或技巧型体育项目的运动员，添加的意义不大。另外，对于甜菜汁添加型运动饮料的储存条件[7]，需要进行更深层次的研究。

2.1.2 刺葡萄 刺葡萄是中国重要的野生葡萄资源之一，广泛分布于我国湖南、湖北、江西、贵州、四川、河南、浙江、江苏、安徽和云南等地，富含糖、氨基酸、蛋白质、维生素、有机酸、矿物质以及原花青素和白藜芦醇等营养成分和生理活性物质，其中原花青素是自然界中广泛存在的一类多酚化合物的总称，是清除自由基的强抗氧化剂，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多种因自由基引起的疾病，还具有改善人体微循环功能。白藜芦醇是一类主要存在于葡萄、藜芦、虎杖等植物中的多酚类化合物，具有很强的抗氧化作用，对机体特异性免疫和非特异性免疫功能都有调节作用。据报道，刺葡萄汁中的原花青素和白藜芦醇含量分别达3147、0.27μg/m L，显著高于其他葡萄汁。蒋辉等[8]将刺葡萄运动饮料、“佳得乐”冰橘味运动饮料以及生理盐水分别灌胃小鼠，连续灌胃20d后，进行小鼠负重游泳实验。结果表明：刺葡萄运动饮料能显著延长小鼠游泳时间，且对小鼠的生理脏器无损害性改变，说明此饮料安全无毒。同时，通过对小鼠运动后丙二醛含量和超氧化物歧化酶含量的检测，发现丙二醛含量明显减少，超氧化物歧化酶含量显著增加，证明刺葡萄运动饮料具有增强小鼠的抗氧化能力，消除运动性疲劳的功能。由于刺葡萄出汁较其他类葡萄高，可达61.5%，因此非常适合制作运动饮料。但在制作过程中，需解决产生沉淀和颜色褐变等问题，晋艳曦等[9]对葡萄汁生产过程中如何解决葡萄汁澄清的工艺进行了综述，主要包括物理澄清法、化学澄清法和生物学澄清法三类，刺葡萄运动饮料开发者可结合产品质量和经济环保性等选择使用。

2.1.3 龙眼汁 龙眼是亚热带名优水果，具有开胃健脾、补虚益智等功效，现代药理学研究表明，龙眼还具有抗癌、抗衰老和免疫调节等作用。文良娟等[10]以龙眼为主要原料，设计了龙眼澄清、混浊果汁饮料的工艺。徐玉娟等[11]以龙眼汁和三华李汁为主要原料经复配生产了一种复合果汁运动饮料，结果表明：当龙眼汁为30%、三华李为20%时，生产的复合龙眼果汁综合评价质量最好。在龙眼汁添加的运动饮料制作过程中，龙眼汁的制备是关键技术，尤其是龙眼汁的澄清工艺，莫树平等[12]比较了自然澄清法、明胶-单宁法、海藻酸钠-碳酸钙法、聚乙烯聚吡咯烷酮（PVPP）法、甘草浸提液浸提法、甲壳素澄清法、冷冻澄清法7种方法对龙眼果汁的澄清效果，发现PVPP法和海藻酸钠-碳酸钙法效果较好。

2.2 五谷杂粮类

2.2.1 绿豆 绿豆是一种药食兼用的谷物，具有清热、消暑、解毒、保肝和降低血脂、胆固醇，软化血管等功效。绿豆富含蛋白质，且氨基酸种类丰富，其中人体必需的氨基酸赖氨酸含量高达6.9%。绿豆中还含有丰富的膳食纤维、碳水化合物、维生素、微量元素及鞣质、香豆素、生物碱、皂甙和黄酮类化合物等生物活性物质[13]。刘爱萍等[14]研究了绿豆运动饮料对疲劳的延缓作用，通过对小鼠负重游泳实验，结果表明：绿豆运动饮料可显著地延长小鼠负重游泳时间，增加肝糖原储备量，对小鼠在安静状态下的血乳酸积累具有明显的抑制作用，对小鼠血清尿素含量无影响，具有一定缓解体力疲劳作用。由于绿豆运动饮料具有清热解暑作用，适合运动量大的体育项目的运动人群使用或者在温度较高的季节饮用，而且绿豆运动饮料糖含量偏少，因此要制作绿豆运动饮料，常与其他物质如雪耳、百合、白砂糖或蜂蜜制成复合型运动饮料[15-16]。

2.2.2 黑米皮 黑米种皮富集有大量纯天然的黑米色素，研究结果表明，黑米色素具有很强的清除自由基和抗氧化、抗炎、抗癌等功效，是开发纯天然抗氧化剂的优质来源。黑米种皮富含蛋白质、脂肪、粗纤维、矿物质、维生素等人体必需的营养素和黄酮类物质、二十八烷醇等抗疲劳成分，是运动营养因子的“天然营养源”[17]。张名位等[18]以成年雄性SD大鼠为研究对象，测定了不同剂量的黑米皮提取物对高脂饲料诱导的大鼠血脂水平、血清和肝脏中总抗氧化能力、抗氧化酶活性及脂质过氧化产物丙二醛含量的影响，结果发现：摄入黑米皮提取物后高脂血症大鼠血脂水平和动脉粥样硬化指数均较高脂模型组显著降低，血清氧化低密度脂蛋白抗体滴度显著下降，脂质过氧化产物丙二醛的生成量也相应地减少；而血清和肝脏中抗氧化酶活性显著增强。邓文辉等[19]对黑米皮的乙醇提取液进行了浓缩沉淀和脱脂纯化等研究，在此基础上选择蔗糖、柠檬酸、氯化钠和牛磺酸对黑米皮浓缩液进行了运动饮料的配方研究，结果表明：黑米色素5倍浓缩液30m L/L、蔗糖80g/L、柠檬酸2g/L、氯化钠0.8g/L、牛磺酸0.35g/L的配方，综合评价最好，且理化指标符合国家标准。

2.3 中草药类

2.3.1 枸杞 枸杞具有坚筋骨、补精气诸不足、明目安神、令人长寿等功效。现代药理学认为枸杞多糖是枸杞中主要有效成分之一，具有增强机体免疫力、抗肿瘤、抗衰老、降血脂、降血糖、抗疲劳、护肝、防辐射、抗缺氧等功能[20-21]。叶瑞洪等[22]采用热水浸提法提取枸杞提取液，并将枸杞提取液与氨基酸、维生素等原料复配，制成复合营养素饮料。实验结果表明最佳的复合营养素运动饮料配方为：枸杞提取液250m L/L、糖量80g/L、柠檬酸量1g/L、氯化钠0.5g/L，天冬氨酸0.593g/L、甘氨酸0.841g/L、缬氨酸0.255g/L、赖氨酸0.400g/L、异亮氨酸0.225g/L，维生素B60.010g/L、维生素B 120.0002g/L、维生素C 1.5g/L。Zhao chao等[23]采用超声强化的亚临界水作为提取介质，枸杞多糖的提取率显著提高。

2.3.2 高山红景天 高山红景天系景天科多年生草本植物，它含有10种有机酸、11种酚类化合物、5种香豆素和内酯、4种肉桂醇和肉桂酰苷、3种萜类、2种植物甾醇，同时含有常量的钾、镁、钙、钠等元素，其有效成分主要是红景天甙和酪醇，现代医学证明：红景天甙具有益气强身，提高机体对各种刺激的稳定性，使中枢神经兴奋和适应原样的作用[24]。陈宇飞等[25]以瓜拉纳和高山红景天的提取液为原料，配以果葡糖浆和蜂蜜，研制出了风味独特的运动饮料，其主要配方为：瓜拉纳提取液20%，高山红景天提取液8%，果葡糖浆8%，蜂蜜2%，黄原胶0.018%，异抗坏血酸钠0.02%，山梨酸钾0.02%。但此瓜拉纳提取液中含有咖啡因等兴奋剂，专业运动员应慎用。Bi Hui-m in等[26]采用超高压的提取方式提取红景天中的红景天苷，提取率大为提高。

2.3.3 红花 红花是卫生部公布的既是食品又是药品的植物，对人体无毒副作用。红花的主要成分为红花黄色素、红花醌、红花苷等。此外，还含有少量油酸、亚油酸、亚麻酸等脂肪酸以及黄酮类化合物、氨基酸和多糖。现代科学研究表明，红花有抗疲劳、耐缺氧、增加冠脉流量、改善微循环的功效[27]。因此，将红花应用于运动饮料有重要的意义。鞠国泉等[28]以红花提取液配以电解质、维生素、糖、香料等研制的运动饮料，经小鼠负重游泳实验表明，此运动饮料能明显降低血乳酸的含量，具有消除运动引起的肌肉疲劳、增强耐力和抗缺氧的功效。在生产红花运动饮料的过程中，红花提取液的绿色提取工艺也是开发者需要考虑的难题，超临界流体萃取工艺[29]不失为一个不错的选择，但成本稍高。

3 第三代运动饮料选用特点及要求

3.1 考虑运动项目的特点

不同项目的运动员对营养需求不完全一样。如极限与极限下强度的运动项目，即短跑和中跑等运动，热能主要是由ATP、CP和糖的无氧酵解供应，短时间内形成大量的酸性代谢产物。对这类运动员，应供给能满足机体ATP和CP迅速再合成并减少体液酸化趋向的含糖、维生素及磷、铁、镁等无机盐的饮料，如甜菜汁饮料；对于长时间低强度的运动项目，如马拉松等，运动员的总热能消耗极大，中枢神经系统疲劳，酶的活力降低，在运动的后阶段，代谢的稳定性又一次破坏，肝糖元含量下降，磷脂的合成抑制，并可产生一时性的肝脂肪浸润。这种运动恢复慢，运动员应补充含糖和有一定的蛋白质、维生素、磷脂的饮料，并含有一定的抗氧化剂，如红花、刺葡萄的运动饮料与低聚糖、大豆多肽复配就能起到很好的缓解运动疲劳、增强耐力的作用。

3.2 运动饮料的补充应适量

机体对任何物质的需要有一定的限量，即使是无毒无副作用的物质也要适量。摄入太少，起不到补充作用，但补充太多，也会适得其反，甚至产生副作用。以运动饮料中电解质的补充来说，运动中，电解质会随着汗液和尿液而排出体外。运动时间长，强度大，电解质丢失就越多。因此，在运动中和运动后可根据不同的运动项目适量补充18～59mmol/L的含钠运动饮料，不仅可补充丢失的水分和电解质，而且有助于防止或延迟运动性疲劳的发生，对提高运动成绩有明显效果。但是，如果钠摄入量过多，会增加高血压、中风、心血管疾病、胃癌、骨质疏松等疾病的风险。所以GB 15266-2009规定了运动饮料中钠的含量在50～1200mg/L，钾的含量在50～250mg/L。

3.3 补充时机应适宜

由于运动时体内各种物质的代谢速度有差异，人体对各种运动饮料中营养素的吸收速度有差异，所以，运动饮料的补充时机非常重要。一般来说，运动前，可补充适量的水和低聚糖，增加肌糖原、肝糖原储备并能补充运动中出汗所丢失的水分。有些运动饮料可促进血液循环，增加体表温度，类似有热身作用，可在运动前服用。运动中，根据运动强度和出汗量，一般每15～20min补充125～250m L运动饮料，及时补充血糖，延长运动时间，延缓疲劳发生。运动时间不到1h的运动中，可适量减少电解质的摄入量，但运动时间超过1h后，就必须及时补充含电解质的运动饮料。运动后，为减少乳酸的堆积和运动疲劳，也应及时补充运动饮料。运动结束后，前2h是肌糖原合成的最佳时机，运动后及时补充糖可使消耗的肌糖原迅速重新合成，有利于体能恢复。另外，碱性电解质也可减少乳酸的堆积。且在补充时采用少量多次的原则。一般运动中每丢失1kg体重，至少补充运动饮料1L。

4 展望

第三代运动饮料现还处于发展初期，仍存在着诸多问题。首先，诸多研究者都在第二代运动饮料的基础上添加各种天然产物的提取物，但由于天然产物的提取物成分复杂，这些复杂成分是否与第二代饮料中的功能成分发生相互作用仍缺乏系统的研究；其次，开发的第三代运动饮料多以受试者的感官评价为指标，缺乏对运动饮料功能成分与运动能力关系的研究；最后，第三代运动饮料的开发仍不能体现性别、年龄、运动量大小的差异，需开发适应不同性别、年龄、运动量大小以及不同口味的一系列运动饮料，从而满足各种运动人群的需要。随着研究的深入，生物提取技术的快速发展，天然产物的活性成分必然越来越广泛的加入到第三代运动饮料中，相信第三代运动饮料会迅速打开市场，满足各种不同消费者需要。

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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.

sports d rink；naturalp roduct；nutrition com ponent

TS275.4

A

1002-0306（2014）18-0387-04

10.13386/j.issn1002-0306.2014.18.079

2014－04－28

张东海（1966-），男，硕士研究生，副教授，研究方向：体育教学与训练学。

河北省高等教育教学改革项目（2012GJJG107）。