响应面法优化香菇刺五加复合运动饮料工艺及其抗疲劳功能研究

摘要：以香菇和刺五加叶为主要原料，应用响应面法对影响复合运动饮料的主要因素进行优化，并研究复合运动饮料的抗疲劳功能特性。结果表明：当柠檬酸添加量0.16%、刺五加叶汁添加量27.10%、香菇汁添加量27.37%、木糖醇添加量8.30%时，复合运动饮料的综合评分值最高，为95.45分。小鼠负重试验和血乳酸结果表明，0.3 mL/10 g鼠质量组小鼠口服刺五加提取物15 d后，小鼠负重游泳时间显著延长（P<0.05）。0.3 mL/10 g鼠质量组小鼠灌胃香菇刺五加复合运动饮料15 d后，小鼠不负重游泳10 min，休息20 min后血乳酸值显著低于对照组（P<0.01），说明此复合运动饮料具有抗疲劳功能。

关键词：香菇；刺五加；运动饮料；抗疲劳

中图分类号： TS275.4文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）12-0306-03

收稿日期：2015-10-28

作者简介：房磊，男，吉林长春人，硕士，讲师，主要从事运动人体科学研究。E-mail：348839523@qq.com。

刺五加（Acanthopanax senticosus），俗称五加参，是我国北方地区的常见药材。刺五加的根和茎部分能够分离出多种化合物，具有多种活性成分，其中包括刺五加苷A、B、B1、C、D、E、F、G以及刺五加多糖[1-3]，还含有黄酮类、香豆精多糖、鞣酸、琥珀酸、β谷甾醇、腺苷、三萜类化合物、葡萄糖、蔗糖、胡萝卜素、维生素等多种成分[4-6]。科学研究表明，刺五加中的黄酮和皂苷具有抗肿瘤、抗疲劳、增强免疫功能、抗衰老、抗心血管疾病等方面的生物学活性[7-10]。香菇又名花菇、香蕈、香菌，在古代对其评价非常高，被供为珍品，具有很高的保健价值，香菇除含有基本的碳水化合物、脂肪、蛋白质外，铁、磷、核黄素等含量更为突出，此外，据研究表明，香菇具有抗疲劳、降血脂、抗血栓、防治肿瘤、保肝、增强免疫力等功能[11-13]。本试验研究香菇刺五加复合运动饮料的生产工艺及其在最佳工艺条件下的抗疲劳效果。

1材料与方法

1.1材料与试剂

香菇（福建古田润康食品有限公司），刺五加（亳州市常富药业销售有限公司），木糖醇（广州鸿源食品添加剂有限公司），柠檬酸（河南安力精细化工有限公司）；

1.2仪器与设备

AHC型电子计数秤，购自嘉兴市惠拓称重设备有限公司；MIK-PHS-25型pH计，购自杭州美控自动化技术有限公司；YS-2000液体色度计，购自北京康光仪器有限公司；DZF-6050型真空干燥箱，购自上海精宏实验设备有限公司；TDL-5-A型离心机，购自广州正一科技有限公司；WYT-V型手持式测糖仪，购自上海沪粤明科学仪器有限公司；C21-SK2107型电磁炉，购自广东美的生活电器制造有限公司；GJJ型高压均质机，购自江西得利时机械有限公司；HD-GZ300型灌装机，购自广州百佳设备有限公司；M372715灭菌锅，购自上海精密仪器仪表有限公司；YXL-LS-70A立式压力蒸气灭菌器，购自上海华标仪器有限公司；GT10-2高速離心机，购自佛山高科仪器有限公司。

1.3方法

1.3.1香菇刺五加复合运动饮料工艺流程

[JY]柠檬酸、木糖醇、蒸馏水

[JY，3]↓

[JB（]

香菇→浸泡→清洗→离心脱水→浸提→香菇汁

刺五加→除杂→清洗→烘干→浸提→刺五加汁[JB）}]→调配→均质→灌装、排气、封口→杀菌→冷却→感官评定→成品

1.3.2香菇汁的制取将香菇浸泡完全，离心脱水，浸提过滤得香菇汁。

1.3.3刺五加汁的制取称取一定量的烘干后的刺五加叶，将其放入不锈钢锅内，加入水的质量为刺五加叶质量的20倍，煮沸后维持25分钟，过滤，得刺五加叶汁，备用。

1.3.4感官评分标准

香菇刺五加复合运动饮料感官评分标准：选取10名有经验的专业人员作为感官评分员，以口感（25分）、气味（25分）、色泽（25分）和组织状态（25分）为指标，对产品进行感官评定，总计100分。

1.3.5响应面法优化香菇刺五加复合运动饮料的配方

在预试验的基础上，以香菇汁添加量（Z1）、刺五加汁添加量（Z2）、木糖醇添加量（Z3）、柠檬酸添加量（Z4）作为响应因素，以复合运动饮料感官评分值（Y）为响应值，设计四因素三水平的响应面试验，采用Design-Expert 8.0.6软件及Box-Behnken 中心设计原理，确定最佳复合运动饮料工艺参数。试验设计因素水平见表1。

1.3.6负重游泳试验

将小鼠按体质量随机分为4组，每组12只。设第一组为空白对照组，第二、三、四组灌香菇刺五加复合运动饮料剂量分别为0.1 mL/10 g、0.2 mL/10 g、0.3 mL/10 g 鼠体质量，连续灌胃15 d后测定要求的指标。末次给小鼠灌胃30 min后，在小鼠尾部的位置固定质量为5%体质量的铅丝，使小鼠游泳。水深30 cm，水的温度为250 ℃±1.0 ℃，记录小鼠从游泳开始至死亡的时间，记为小鼠负重游泳时间[14-16]。

1.3.7血乳酸测定

取一定量运动饮料，分组情况同上，喂小鼠30 min后，采血20 μL加入40 μL破膜液中进行振荡均匀破碎细胞。再使小鼠游泳10 min后，即刻采血20 μL，加入40 μL破膜液中，振荡均匀。休息20 min，再采血20 μL，加入40 μL破膜液中，振荡均匀。用乳酸测定仪测定，所得测定值乘3即为血乳酸值（mmol/L）。按下式计算血乳酸升高比值和消除比值[17-19]。

血乳酸升高比值=（游泳后0 min的血乳酸值-游泳前血乳酸值）/游泳前血乳酸值；

血乳酸消除比值=（游泳后的血乳酸值-游泳后休息 20 min 的血乳酸值）/游泳后的血乳酸值。

2结果与分析

2.1香菇刺五加复合运动饮料工艺参数的优化

2.1.1数学模型的建立与显著性检验

采用Box-Benhnken中心组合试验设计，进行四因素三水平的RSM（response surface methodology）分析试验。考察香菇汁添加量（Z1）、刺五加汁添加量（Z2）、木糖醇添加量（Z3）、柠檬酸添加量（Z4）对香菇刺五加复合运动饮料感官评分值（Y）的影响，对以上4个因素作如下转换：X1=（Z1-0.16）/0.01，X2=（Z2-25）/5，X3=（Z3-30）/5，X4=（Z4-8）/1。试验设计方案及结果见表2。

采用Design-Expert8.0.6软件对表3进行多元回归拟合、方差分析及显著性检验，得到以复合运动饮料感官评分值为目标函数，关于各条件编码值的二次回归方程为：

Y=94.67+0.76X1+2.02X2-1.71X3+0.13X4-1.92X1X2-0.79X1X3-0.57X1X4-0.025X2X3+1.32X2X4+0.12X3X4-2.06X12-4.76X22-3.39X32-1.02X42。

对该模型进行显著性检验，可得到方差分析，见表3。模型的可信度分析见表4。

由表3、表4可知，模型的P值小于0.000 1，远小于001，说明该模型极显著，回归模型与实际测定数值能够很好地拟合，试验误差较小，因此，可以用该回归方程代替试验真实值对试验结果进行分析，R2=94.30%，预测值与实测值之间具有高度的相关性，说明方程可靠性较高。在回归模型中，X2、X3、X1X2、X12、X22、X32对响应值影响极显著，X1、X2X4、X42对响应值影响显著。影响香菇刺五加复合运动饮料感官评分值由强到弱的因素为刺五加叶汁添加量>香菇汁添加量>柠檬酸添加量>木糖醇添加量。

2.1.2各因素的交互作用对香菇刺五加复合运动饮料感官评分值的影响

响应面图是响应值对应各因素X1、X2、X3所构成的三维空间曲面图，可直观反映各因素的交互作用。在固定另外2个因素的情况下，对模型进行降维分析，以考察各因素间的交互作用对响应值液化挤出物DE值的影响。由Design-Expert8.0.6软件对其进行统计分析，所得响应曲面见图1。投影图也能够较直观地反映出各个因素交互作用对响应值的影响。投影图中的椭圆形表示两因素交互作用显著，而圆形则表示两因素交互作用不显著[20-23]。柠檬酸添加量（X1）、刺五加叶添加量（X2）之间的交互作用极显著，具体表现为投影图呈明显的椭圆形，刺五加汁添加量（X2）、木糖醇添加量（X4）之间的交互作用显著，投影图呈现出椭圆形，而交互作用不显著，具体表现为投影图几乎呈现为圆形。

2.2小鼠负重游泳试验结果

由表5可见，0.3 mL/10 g鼠质量剂量组小鼠口服刺五加提取物15 d后，小鼠负重游泳时间显著延长（P<0.05）。

2.3血乳酸測定结果

由表6可见，0.3 mL/10 g鼠质量组小鼠灌胃香菇刺五加复合运动饮料15 d后，小鼠不负重游泳10 min和休息20 min后血乳酸值极显著低于对照组（P<0.01）。

3结论

香菇刺五加复合运动饮料的最佳工艺参数为：柠檬酸添加量0.16%、刺五加汁添加量27.10%、香菇汁添加量 27.37%、木糖醇添加量8.30%。在最佳条件下，香菇刺五加复合运动饮料感官评分可达95.45分。小鼠负重游泳试验和血乳酸结果表明，0.3 mL/10 g鼠质量组小鼠口服刺五加提取物15 d后，负重游泳时间显著延长（P<0.05）。0.3 mL/10 g 鼠质量组小鼠灌胃香菇刺五加复合运动饮料 15 d 后，小鼠不负重游泳10 min，休息20 min后血乳酸值极显著低于对照组（P<0.01），说明此复合运动饮料具有抗疲劳功能。

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