功能性饮料生产技术

9.2.1　运动型饮料生产技术

运动饮料的功能是能及时补充人体运动后失去的电解质、能量，以恢复运动员体能。运动饮料在美国及欧洲出现于20世纪60年代；我国最早研制和生产运动饮料的是广东健力宝集团公司，于20世纪80年代中期开始研制，生产以“健力宝”为商品名称的系列运动饮料，提供给我国运动员饮用，由于效果显著，具有“东方魔水”之美称。

1）运动员的营养

运动员首先应安排适合锻炼需要的平衡膳食，其次是在饮料中补充一些易损失的营养素。膳食中含有人体所需要的蛋白质、脂肪、糖类、无机盐、维生素等营养素和水分。食物中热能平稳对健康有重要的影响。热能是体力活动的基础，热量摄入不足可引起严重的营养不良和体力下降；而热量摄入过多同样会影响体力，甚至导致肥胖、心血管疾病及糖尿病。据调查资料介绍，我国运动员的热能需要量多数为14630～18392kJ／d。运动员热能消耗量的大小取决于运动的强度和持续时间。热能的摄入应与消耗适应。成年人热能支出和摄入平衡时，体重保持恒定；儿童、青少年的热能摄入量应大于消耗量，以满足生长和发育的需要。

（1）运动与碳水化合物

人体内碳水化合物贮备是影响耐力的重要因素。长时间剧烈运动时，肌糖原和肝糖原都可能被消耗而出现低血糖情况，此时会发生眩晕、头昏、眼前发黑、恶心等症状。由于体内糖类贮备量限度为400g（相当于6688kJ），应尽量使消耗不要达到这个限度。大量活动之前或活动之中供给适当的糖类是有益的，可以预防低血糖的发生并提高耐力。

（2）运动与蛋白质

运动员在加大运动量期、生长发育和减轻体重时期出现大量出汗、热能及其他营养水平下降等情况时，应增加蛋白质的补充量。蛋白质营养不仅要考虑数量，还要注意质量。

为了增加肌糖原含量，提高耐力，增加体内碱的贮备，运动员的食物多采用高糖、低脂肪、低蛋白的食品。为了满足运动员身体生长发育以及体力恢复的需要，通过饮料补充一定量的必需氨基酸是有必要的，人体对氨基酸的吸收，不会影响胃的排空，补充的氨基酸的量少，也不会引起体液pH值的改变，而且由于氨基酸属两性电解质能增加血液的缓冲性。

（3）运动与脂肪

适量的、低强度的需氧运动对脂肪代谢有良好的作用，可使脂肪利用率提高，脂蛋白酶活性增加，脂肪储存量减少。高脂肪的饮食可使活动量小的人血脂升高，但运动量大的人，其饮食中脂肪量稍多一些是无害的，脂肪食物的发热量为总热量的25%～35%。

（4）运动和水

人体的1／2由水组成，各种代谢过程的正常功能也取决于水的“内环境”的完整性。水损耗达体重5%时为中等程度的脱水，这时机体活动明显受到限制，脱水达10%时即为严重脱水。在热环境下运动时，代谢产热和环境热的联合作用，使体热大大地增加。为了防止机体过热，人体依靠大量排汗散热的调节来维持体温的稳定。运动中的排汗率和排汁量与很多因素有关，运动强度、密度和持续时间是主要因素。运动强度越大，排汗率越高。此外，如气温、湿度、运动员的训练水平和对热适应等情况都会影响排汗量。

有关资料介绍，在气温27～31℃条件下，4h长跑训练的出汗量可达4.5L，在气温37.7℃，相对湿度80%以上，70min的足球运动出汗量可达6.4L，即汗流失量达到体重的6%～10%，当流失量为体重的5%时，运动员的最吸氧能力和肌肉工作能力可下降10%～30%。所以运动员在赛前和赛中均应合理地补充一定量的水分。汗液中除含有99%以上的水以外，还含有其他的无机盐，如果补充特制的运动饮料，就更为理想。

（5）运动和无机盐

无机盐是构成机体组织和维持正常生理功能所必需的物质。人体由于激烈运动或高温作业而大量排汗时，会破坏机体内环境的平衡，而造成细胞内正常渗透压的严重偏离及中枢神经的不可逆变化。如体内的水消耗到体重的5%时，活动就会受到明显限制。由于大量出汗，失去了大量的无机盐，致使体内电解质失去平衡，此时如果单纯地补充水分，不但达不到补水的目的，而且会越喝越渴，甚至会发生头晕、昏迷、体温上升、肌肉痉挛等所谓“水中毒”症状。

在运动中因出汗，无机盐随同汗液排出，引起体液（包括血液、细胞间液、细胞内液）组成发生变化，人的血液pH值为7.35～7.45，呈弱碱性，正常状态下变动范围很小。当体液pH值稍有变动时，人的生理活动也会发生变化。人体体液酸碱度能维持相当恒定，是由于有一定具有缓冲作用的物质，因而可以增强耐缺氧活动能力。如果体内碱性物质贮备不足，比赛时乳酸大量生成，体内酸性代谢产物不能及时得到调节，这时运动员就容易疲劳。所以在赛前应尽量选择一些碱性食品，在运动过程中补充水的同时补充因出汗所损失的无机盐，以保持体内电解质的平衡，这是运动饮料的基本功能。钠、钾能保持体液平衡、防止肌肉疲劳、脉率过高、呼吸浅频及出现低血压状态等作用；钙、磷为人体重要无机盐，对维持血液中细胞活力、神经刺激的感受性、肌肉收缩作用和血液的凝固等有重要作用；镁是一种重要的碱性电解质，能中和运动中产生的酸。

（6）运动和维生素

维生素是人体所必需的有机化合物。维生素B1参与糖代谢，如果多摄入与运动量成正比的糖质，则维生素B1的消耗量就会增加。此外，它还与肌肉活动、神经系统活动有关。如果每日服用10～20mg维生素B1，可缩短反应时间，加速糖代谢速度。

维生素B2与维生素B1一样，也参与糖代谢。有人还发现服用维生素B1后，可提高跑步速度和缩短恢复时间，减少血液中二氧化碳、乳酸和焦性葡萄糖的蓄积。

维生素C与运动有关，机体活动时，维生素C的消耗增加，维生素C的需要量与运动强度成正比。据研究报道，运动员在比赛前服用200mg维生素C可提高比赛成绩，服用30～40min后比赛效果最显著。

如果在饮食中经常有充足的水果、蔬菜，维生素的营养状况必然良好，就不需要再补充了，在重大比赛前，可以考虑在集中训练初期和比赛前数日内，使体内维生素保持饱和状态是适宜的。

2）运动员饮食的特点

普遍认为运动成绩包含着训练和饮食两个部分。根据运动项目的特点、消耗体力情况，运动员在不同时期的营养安排是有所区别的，必要时还要照顾到个体差异。所以运动员饮食是比较复杂的特需食品。为了便于这方面的饮料开发，简单介绍一下不同运动时期的饮食特点。

（1）赛前饮食

运动员在比赛前期的运动量，一般均为调整阶段，热能消耗量不大，但在精神方面却处于高度兴奋和紧张状态。因此赛前的饮食应当根据这些生理现象进行安排。食物的选择，除注意赛前食物量以外，要考虑多用高糖、低脂肪、低蛋白、含无机盐和维生素的食品。实验证明，肌糖原含量增加，可以提高耐力性运动项目的竞技能力，而高脂肪、高蛋白的食物不但在胃内停留时间较长，难以消化，而且多数为含磷、硫、氮较多的酸性食物。如赛前过多的摄入肉类食品，不补充适量的蔬菜和水果，就会使体液趋向于偏酸性。如果体内碱性物质贮备不足，比赛时乳酸大量生成，体内的酸性代谢物不能及时得到调节，这时运动员就容易疲劳。所以赛前应尽量多选择一些含钾、钠、钙、镁等碱性元素丰富的水果和蔬菜，以增加体内的碱贮备。也可以饮用富含维生素和无机盐的饮料。

（2）途中饮料

某些长时间的运动项目，如马拉松、公路自行车、竞走、滑雪、游泳等，和一些体力消耗大、运动时间也较长的项目，如足球、篮球、排球、冰球等，运动员常常需要在比赛中饮用饮料，这些饮料就称为途中饮料。

①供应途中饮料的目的。

a.供给机体热能、水分、无机盐、维生素等营养素，以预防长时间运动而可能引起的低血糖和疲劳。

b.在人体大量出汗的情况下，维持人体血容量和电解质的平衡，补充丢失的离子，防止因失水和无机盐缺乏可能发生的神经肌肉功能失调、血液浓缩、心血管系统负担加重，心律紊乱甚至抽筋等。

c.提高运动的耐久力。

②途中饮料的组成。国内外途中饮料品种很多，但在成分上大同小异。一般都含有葡萄糖、蔗糖、多种无机盐和维生素、果汁和果酸。我国常用的一种途中饮料配方为葡萄糖12%、氯化钠0.1%～0.4%、柠檬酸0.1%、钾0.1%、维生素C0.1%～0.2%，还可以加入硫酸镁0.05%。根据不同运动情况对配方中的各种成分酌情增减。

途中饮料的温度不宜过低，以免引起对胃的刺激，一般为11～20℃，根据研究资料报道，运动员每小时水分的最大吸收量为800mL，糖的最大吸收量为50g。途中饮料的补充应采取少量多次的原则，每次150～200mL为宜。

（3）赛后饮食

赛后的合理营养对促进运动员体力恢复，保持良好的体能有重要意义。赛后几天的饮食应保持有充足的热能，要供给含糖类、蛋白质、无机盐和维生素比较丰富且易消化、含脂肪少的食物。

3）运动饮料的特点和开发程序

目前对运动饮料研究比较集中的课题是能量的供应、渗透压的选择、营养素的配比和生理生化效应等。一般运动饮料均具有以下特点：

①在规定浓度时，运动饮料与人体体液的渗透压相同，这样人体吸收运动饮料的速度为吸收水时的8～10倍，因此饮用运动饮料不会引起腹胀，可使运动员放心参加运动和比赛。

②运动饮料能迅速补充运动员在运动中失去的水分，既解渴又能抑制体温上升，保持良好的运动机能。

③运动饮料一般使用葡萄糖和砂糖，可为人体迅速补充部分能量，此外饮料中一般还加有促进糖代谢的维生素B1和维生素B2，以及有助于消除疲劳的维生素C。

④运动饮料一般不使用合成甜味剂和合成色素，具有天然风味，运动中和运动后均可饮用。

研制运动饮料和一般销售的饮料不同，它不但要求色、香、味好，还要使运动员在比赛中保持最佳竞技状态，减低疲劳程度。因此设计的产品是否合理，能否满足运动员的特殊需要，还需要进行一系列生理生化指标的测定，方能给以评价。开发这类产品大致程序为：

①确定使用对象和使用时期。

②初步设计配方。

③以运动模型作配方的初步测试、筛选。

④将初步筛选出的配方进行调整，再进行动物模型测试，初步确定配方。

⑤运动饮料试验（包括测定必要的生理生化指标）。

⑥确定配方，制订原材料标准、生产工艺、成品质量标准、包装规格、试生产。

⑦正式投产。

4）运动员饮料加工实例

（1）麦芽低聚糖运动饮料

麦芽低聚糖是以淀粉为原料经酶法生产的含3～8个葡萄糖分子的碳水化合物，能经小肠逐步消化吸收。麦芽低聚糖的渗透压约为葡萄糖的1／4，其甜度约为蔗糖的30%，生理特点是被吸收利用的速度比单糖、双糖慢，一次摄入后可以维持较长时间的能量补充；同时，引起的胰岛素反应平稳，克服了运动中服用单糖、双糖引起的回跃性低血糖反应。因此，麦芽低聚糖是一种较好的运动能量补充剂。

功能性低聚糖对提高饮料质量十分重要。除麦芽低聚糖外，还有蔗果寡糖、低聚异麦芽糖、大豆低聚糖、低聚半乳糖、异构乳糖、低聚木糖、帕拉金糖和偶合糖等。把这些物质加进饮料或者其他食品中可作为“双歧因子”，有益于健康。目前，这些功能性低聚糖是采用生物技术的方法制造的，以淀粉、蔗糖、麦芽糖或乳糖为原料再用相应的酶或固定化细胞方法工业化生产，仍处于批量生产和开发之中。

①配方举例：见表9.1。

表9.1　低聚麦芽糖运动饮料配方举例（以100L成品饮料计）

②工艺流程。