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运动饮料的研究进展

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运动饮料的研究进展

发布日期:2020-01-10 作者: 点击:

运动饮料是根据人体在运动后机体内环境及能量消耗的现象来研制,能够在较短时间内帮助身体恢复体力、营养并能提高运动能力的饮料。在国标GB15266-2009《运动饮料》中运动饮料的定义为:营养素及其含量适应运动或体力劳动人群,能为机体补充水分、电解质和能量,可被迅速吸收的饮料。现在健康文化盛行,越来越多人开始进行运动健身,相应的运动产品也受到人们的关注。在碳酸饮料、果蔬汁及茶饮料之后,运动饮料成为新一代饮料。在产量上,运动饮料成为增长速度最快的饮料品种。该文就运动饮料的发展、分类、要素、配方设计和功能评价方法等方面进行简单介绍,并对运动饮料的发展方向提供建议,以期为研发人员提供一定的参考。

运动饮料的发展历程及分类

机体运动时体温升高,为了降温,机体会通过散失水分来带走热量。水分散失的同时伴随着矿物质的流失,导致电解质代谢紊乱;此时糖原和血糖也一并减少,引起疲劳提前发生。针对这一现象,专为运动员设计的特制饮料应运而生。

在1965年,美国肾脏及电解质研制中心的Dr.Robert Cade为佛罗里达大学橄榄球队设计了一款运动饮料,它主要含有3种营养成分:水、碳水化合物和矿物质。通过饮用发现这种饮料能够使人体从剧烈运动中的体液损耗及疲劳中恢复过来,其作用很快得到公众的认可。此后,这款饮料被命名为“Gatorade”并投入市场。这一举措在国际上掀起了研究运动饮料的风潮,随后类似的产品也陆续被投放在市场上,这种饮料被国际上正式命名为运动饮料,旨在维持体液容量、电解质平衡,及时补充能量、改善体温调节和体内代谢过程。现在国外知名的运动饮料品牌有GatoradeR、LucozadeR、PropelR、PoweradeR、Muscle MilkR等。我国的运动饮料发展从20世纪80年代的“健力宝”电解质饮料开始,到20世纪90年代引入“红牛”维生素功能饮料,发展速度较为缓慢。但到了近些年,尤其是经过申奥成功和2008年北京奥运会的成功举办的良好刺激,我国运动饮料的发展得到迅猛发展,各种品牌及饮料品种如雨后春笋般出现,如乐百氏的“脉动”、农夫的“尖叫”、达利的“乐虎”、哇哈哈的“启力”等等。据市场研究机构英敏特的一份报告显示,在2015年全球运动饮料的销售量较上一年增加了10%,达到88亿升;而运动饮料的消费则达到146亿升,同比增加了6.7%。由此可见,运动饮料的市场广阔,已在众多饮料品种中崭露头角,成为人们日常消费的宠儿。

运动饮料的品种多样,根据不同的分类标准可以分为不同类型。根据消费人群不同,运动饮料可以分为大众运动饮料、健身运动饮料和专业运动饮料。大众运动饮料的消费人群不一定参加了运动,运动饮料对他们而言是一种时兴的饮料种类,因此大众运动饮料的受众面最广。健身运动饮料则添加了更多营养素及抗疲劳物质,适合长期从事运动健身、体能消耗大的人群饮用。专业运动饮料适合从事职业运动的人群饮用。由于运动员长时间进行超负荷的训练,体内水分、电解质、血糖等物质流失更快,因此针对他们的运动饮料在配方上也更为多样和复杂,饮料的饮用时间也有严格要求。

按照运动饮料的渗透压可将其分为高渗型、等渗型、低渗型运动饮料。等渗型运动饮料的渗透压与人体渗透压基本一致,饮料中的物质能更快被人体吸收。摄入低渗型饮料会使得血液渗透压降低,体内析出离子,从而抑制人体喝水的欲望。高渗型饮料由于溶质微粒浓度高,可能引起胃排空率降低,造成肠胃不适。

运动饮料的要素及配方设计

鉴于运动时人体会大量流失水分及电解质,运动饮料配方中应有足够的糖来补充能量,并且有适量的电解质改善机体内环境。随着研究的深入,人们发现在运动饮料中加入蛋白质、氨基酸等物质能够明显改变肌肉组织的代谢反应,故蛋白质和氨基酸也成为了运动饮料中常见的添加物。运动饮料的风味会显著影响饮用量,同时运动饮料的饮用量还与胃排空率和渗透压有关,因此在设计配方时,需考虑到各个要素。

1、运动饮料的要素

机体的热负荷随着运动或劳作的进行而迅速增加,为了维持体温体内环境的平衡,机体会通过散失水分来达到散热的目的。体内水分不足,轻则导致个体体能下降,重则使人心跳加速、注意力下降,当水分散失大于7%时,人体可能陷入昏迷甚至死亡[7]。补充水分能防止出现脱水现象,有利于调节体温、保持机体体能。

糖是为人体提供能量的重要物质,人体对糖的利用主要是内源糖,包括肌糖原和肝糖原[9-10]。饮用含糖的运动饮料,能够使血糖水平升高,使得人体在进行耐力运动后期能更高效地利用糖[11-12],并减少肝脏葡萄糖的输出[13]。但并不是任何糖浓度都适宜,研究表明,当饮料的蔗糖添加量达到6%时才能明显提高人体运动能力[14]。而糖浓度过大,除了影响风味外,还会使得饮料的渗透压过大,可能减慢胃排空率,从而造成胃部不适[6]。现在市面上大多数运动饮料的含糖量在6%~8%。可以采用多种糖源进行复配,在调整饮料渗透压的同时,利用各种糖在人体内吸收速率的差异,延长对人体补充糖的时间,使补糖效果更持久。

电解质

运动中,汗液丢失最多的元素是钠;在高温环境下运动时,汗液中钾和镁的排出也明显增多[15]。电解质的流失会造成血浆渗透压改变而降低体内酶活力,从而降低细胞兴奋性导致体能下降[16]。适当补充电解质可以维持体液渗透压,防止脱水造成的肌肉疲劳、肌肉痉挛、意识混乱、眩晕等现象[17],同时也可以防止短时间内大量补水造成的水中毒。在饮料中需要添加足够多的电解质,但电解质的浓度过高时会影响饮料的风味并使人产生口渴感,因此可按照在汗液中各元素的比例在饮料来添加。

蛋白质和氨基酸

蛋白质是人体重要组成部分,运动时蛋白的分解代谢增强。对于特殊人群,尤其是从事耐力或力量训练的运动员,他们每日所需的蛋白质远高于普通人[18-19]。补充蛋白可以作为肌肉恢复中合成蛋白质的原料,但仅从食物中补充蛋白,可能引起过多脂肪的摄入,故可在运动饮料中添加蛋白质。有研究表明,同时食用碳水化合物和蛋白质比单独补充碳水化合物,肌糖原的水平高38%[20],由此可提高机体体能并延长机体耐力。氨基酸是合成蛋白质的底物,进入人体消化道后可被迅速吸收。其中,3种必需氨基酸:亮氨酸、缬氨酸和异亮氨酸被称为支链氨基酸,研究表明支链氨基酸能促进肌肉蛋白质合成,为运动提供能量储备并推迟运动性疲劳的出现[21-22]。

除了补充以上物质,运动饮料一般还会添加维生素、咖啡因、牛磺酸等物质,来进一步改善运动能力。

风味和口感

饮料良好的风味和口感不仅是为了让消费者获得更好的感官体验,也是为了刺激消费者的饮用量。研究者发现,分别添加了橙、酸橙和柠檬的饮料,其饮用量比单纯的水的饮用量要高出将近一倍[23]。饮料中舒适的甜味和适当的咸味可以增加饮用量[24]。

2、配方设计

运动饮料的根本目的在于及时、有效地补充人体水分及各种营养物质,饮料物质吸收难易、快慢取决于饮料的渗透压及饮料对胃排空速率的影响。因此,运动饮料配方在考虑添加营养物质种类的同时,也要注意各物质的配比以降低饮料的渗透压、提高胃排空率。

渗透压

饮料的渗透压会影响饮用量,高渗型饮料会造成口渴感,而低渗型饮料则会由于物质浓度低而抑制继续补水的欲望,饮料需要针对不同目的来设计渗透压。液体渗透压是指单位体积液体所拥有微粒的数目,饮料中的糖、电解质、蛋白质、氨基酸等物质都会影响渗透压。血浆的渗透压范围为280 mmol/L~330 mmol/L,与这一范围一致的饮料称为等渗饮料,低于这一范围的饮料就是低渗饮料,高于400 mmol/L的则称为高渗饮料[25]。运动饮料主要是为了给人体补充水分、电解质、碳水化合物等成分,宜设计成等渗或低渗型。但这并不是必须的,如美国CytoSport公司的PROTEIN SHAKE,其蛋白含量接近10%,渗透压较高。但该饮料的目的不在补充水分、电解质,而是强调高质量蛋白质的作用,它通过提供高浓度的蛋白质来帮助健身人群达到增肌的目的。因此饮料的渗透压还需根据饮用目的来调节。各种糖的分子大小不同,因此当糖的浓度一样时,其渗透压不同。可以利用这种性质在饮料中复合添加葡萄糖、蔗糖或多聚糖,来调节饮料的渗透压,还可作风味调整。

胃排空速率

饮料中的物质需要经过小肠才能被消化吸收,因此胃排空率的快慢影响着饮料物质的吸收速率。胃排空是指食物从胃排入十二指肠的过程,影响胃排空速率的因素有:胃液体积、饮料的渗透压、饮料的pH值以及运动强度。研究表明,胃液体积会极大地影响胃排空速率,胃液体积越大,胃排空率也越大[26-27]。同时胃容物中溶质的浓度越大,胃排空可能越慢[28],添加葡萄糖、氯化钠等物质使胃容物的渗透压增大也会延迟胃排空[29]。饮料的pH值过低,同样不利于胃排空,因而运动饮料设计成中性较好。含气饮料是众多饮料的一种类型,虽然有研究表明含气饮料不会影响胃排空率[30-31],但含气饮料使饮用者喉部有灼烧感,并使其产生胃胀感,抑制饮料的摄入。所以为了刺激饮用量,运动饮料中不宜含气。另外,冷冻的饮料会使胃排空率下降[32],不利于增加饮料的摄入。运动后体温升高,喝冷饮会对消化道造成强刺激,可能造成腹痛、腹泻,故运动饮料不适宜在过低温度下保存。

功能评价方法

运动饮料的评价方法有很多,可参考《保健食品检验与评价技术规范(2003版)》,主要有耐缺氧试验和运动耐力试验。机体产生运动型疲劳主要原因有腺嘌呤核甘三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)、肌糖原和肝糖原等能源物质过度消耗;乳酸堆积、渗透压、温度、水分等内环境改变;酶、激素等对运动过程中的代谢调控失调。因此测定机体特定生化指标,可了解运动饮料是否起到减轻疲劳的作用。祝青哲等[33]利用小鼠负重游泳模型,通过比较小鼠实验组和对照组的负重游泳时长以及运动后各生化指标,研究添加辅酶Q10纳米脂质体的强化运动饮料的抗疲劳作用。结果表明饮用运动饮料的小鼠游泳时间更长,血清尿素氮和血乳酸含量降低,各脏器中的辅酶Q10含量较空白组高,血清超氧岐化酶活力增强。从而证明该饮料具有抗疲劳的作用。孙晓成等[34]对比灌胃山楂钙果复合运动饮料的小鼠和对照组负重游泳时间,并测定小鼠运动后肝糖原和血乳酸的含量,结果表明实验组的游泳时间更长,肝糖原含量更高同时血乳酸含量更低,由此证明该运动饮料的有效性。施溯筠等[35]通过耐缺氧实验来探究榆黄蘑饮料的功效,结果证明榆黄蘑饮料能够增强小鼠耐缺氧的能力。

运动饮料未来的发展方向

经过近些年的发展,消费者基本已经接受运动饮料的概念,但对运动饮料的认知仍停留在“电解质饮料”的层面上,说明运动饮料需要将定位更加细致化,并且在风味、功能上做出突破。

1、定位喜欢

饮用运动饮料的饮用时间,可细分为:运动前、运动中和运动后,饮料的渗透压也可以随着饮用时间而多变。在运动前的主要目的在于补水以提高机体水分,故可设计成低渗饮料;运动中饮用更多是为了补充能量、延缓疲劳发生,可多补充糖类,为便于人体吸收,可将饮料控制在低渗或等渗型;运动后饮用则是为了迅速消除疲劳,或达到增肌的目的,可加入蛋白质、氨基酸物质,饮料的渗透压可以适当增加。

此外,针对不同目的进行运动的人群也可设计具有不同功效成分的饮料,如高蛋白饮料适合健身增肌的人群饮用,零脂肪、零胆固醇适合运动减脂的人群饮用,以适应不同运动群体的营养需求。

2、口味多样化

对饮料功能做出细分外,还可根据消费人群偏好来细分饮料的消费定位。根据英敏特在2016年分析中国软饮料消费趋势的一份报告显示,青少年在口味上会更倾向于奶味、奶香味和甜味饮料,女性青少年比起男性青少年对奶香味饮料的倾向更明显(45%比36%),同时女性青少年对果味和酸味更感兴趣,比例分别为果味37%比29%,和酸味37%比27%。而在口味程度上,青少年更青睐偏甜口味,年龄较大的消费者则偏向清淡口味。由此,研发者可以根据不同性别、不同年龄段的口味喜好,设计具有奶香味、果味、酸味、清淡口味的运动饮料,以迎合各个消费群体的口味需求。

随着物质生活的丰富,人们对新鲜事物的包容度越来越高,对食物的口味也是越来越挑剔,想要挑动消费者的味蕾,就必须在口味上做出创新。例如,脉动已经拥有多种口味:苹果味、青柠味、橘子味、水蜜桃味、荔枝味、柚子味、菠萝味等,但脉动还在不断尝试推出新口味。在脉动新推出的仙人掌口味时,曾引起了消费者对其口味的质疑,但正是出于对“仙人掌”口味的好奇,消费者尤其是年轻的消费者愿意尝试新口味。而这种“猎奇”的口味也获得了部分消费者的青睐。CytoSport公司的Muscle Milk即时蛋白饮,除了原味,还有香草味、巧克力味、香蕉味、草莓味和曲奇味等多种口味供消费者选择,在保证产品功效的同时满足消费者对口味多样化的追求。另外,愉快的风味也能促进人们饮用的积极性,从而有利人们在运动中保持愉悦心情。

3、功能复合化

单一的营养功效已经不能满足消费者的需求,消费者希望在一种产品中同时获得多种功效。例如,在运动饮料中,运动健身的人们不仅想要补充水和电解质,他们往往还希望饮料能有抗氧化、减脂、美容等功能。Tu MeR推出了含姜黄素的柑橘味运动饮料,强调该饮料的抗炎和抗氧化效果。Kuli Kuli专注于开发辣木的功能,并研制了一款含辣木成分的运动饮料Moringa Green Energy。辣木富含蛋白质、氨基酸、维生素和黄酮类物质,具有良好的抗氧化效果,能够帮助人体补充能量,从运动后的疲劳中快速恢复。澳大利亚的Tribeca健康有限公司推出的Green Tea X50富含绿茶中多种抗氧化剂:白藜芦醇、儿茶素、支链氨基酸等,有助于人们快速缓解疲劳,该饮料还有蜜桃、芒果、覆盆子、柠檬、百香果和姜味等多种口味可以选择。美国Strength Systems公司研发了一款Muscle Pro52的运动饮料,这款饮料富含蛋白质和功能性脂肪酸,旨在帮助健身人群增加脂肪消耗并增强肌肉力量。

4、添加天然成分

随着人们的健康意识越来越强,人们对食物成分更趋向于天然、有机成分,也更注重成分的营养功效。比起在饮料中单纯、单独添加有效成分,人们更愿意在配料表中看到带有有效成分的天然物质。如近期百事公司为迎合消费者“更愿意消费有机产品”这一趋势,推出有机版本的佳得乐饮料,旨在减少人工色素和香料的添加以迎合健康饮食的潮流。近些年来在椰子饮料中风头最盛的当属Vita Coco椰子水,该椰子水选用新鲜的纯天然青椰子,从采摘到灌装完成不超过72 h,保持了椰子水的营养和自然口感。由于它的清新口感和纯天然原料,并富含钾、镁、钙、磷等电解质,Vita Coco椰子水已经成为众多运动爱好者的心头好,并在几年内跻身国际一线饮料品牌。

结论

经过几十年的发展,我国的运动饮料已在饮料市场上占据一席之地,但是目前市面上的运动饮料基本上是添加了糖、矿物质、维生素、氨基酸的电解质饮料,人们对产品的消化吸收速率、能量补充和消除疲劳效率的研究不足;而且运动饮料的功能和风味较为单一,不能满足广大消费者的需求。本文概述了运动饮料的配方设计要素和功能评价方法,以期为研发者提供参考,使运动饮料的配方设计更科学、饮用吸收更高效。本文还为运动饮料的未来发展方向提供建议,即运动饮料还需定位更加细致、口味更加丰富、功能更加复合、成分更加天然,以进一步开拓市场,巩固市场地位。

苏启葡萄糖补水液原味

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