陕西理工学毕业论文黑米色素运动饮料的配方设计思路 摘 要运动饮料在科学研究基础上，针对运动时能量消耗、机体内环境改变和细胞功能降低而研制的保健性饮品。黑米色素是具有强抗氧化性、抗炎等多种保健功效的天然色素。黑米运动饮料产品开发需要实验方案制定、实验研究、功效评价研究和中试及产品标准制定四个阶段。本课题是将黑米色素运用到运动饮料中的首次尝试，研究为黑米运动饮料产品开发提供基础资料，对产品进一步开发具有重要意义。 关键词黑米色素；配方设计；运动饮料 前言 黑米是我国的稻米珍品，古为“贡品”。 它不仅含有丰富的蛋白质、人体必需的多种氨基酸以及锰、锌、铁及其它微量元素,而且在黑米皮中含黑米色素。研究表明 ,黑米色素属花青苷类色素 ,是类黄酮化合物，含量为6.4g/100g1 ,有较强的清除自由基和抗氧化的能力2,是一种具有保健功能的天然食用色素资源。黑米色素的保健功效已经成为当今营养保健研究的热点之一随着体育科研工作者的深入研究 ,将黑米色素作为延缓疲劳、促进疲劳恢复的功能因子应用在运动饮料的开发方面有一定的理论和现实意义。本文主要在查阅大量相关资料的基础上，依据运动饮料科学特征，结合黑米色素的特性，提出黑米色素运动饮料配方设计思路，为后续黑米色素运动饮料的开发奠定基础，也为黑米色素在运动领域的应用提供参考。1 运动饮料及其科学特征运动饮料是一种在科学研究基础上，针对运动时能量消耗、机体内环境改变和细胞功能降低而研制的保健性饮品。它能在运动前、中、后为人本迅速补充水分、电解质和能量，维持和促进体液平衡或快速恢复。运动饮料的应用可改善休内代谢过程和体温调节，是从运动医学和营养角度来促进运动训练、竟赛和健身的积极手段3。在运动饮料研发过程中，首先必须要了解运动饮料的科学特征。真正意义上的运动饮料应该具有两个科学特征，即快速地为机体补充水分和能量。所以在考虑运动饮料配方时除了要添加足够的糖和电解质外，还要考虑饮料的口味、胃排空率、小肠的吸收效率和体液的保留程度。1.1 运动饮料的口味在运动饮料中加入适当的风味物质可使其口味变佳而捉进饮用量，在众多口味的饮料中，冷的柠檬味最受欢迎，含汽饮料相对不受欢迎。市场上的运动饮料往往加多种风味物质，原因是风味物质的口感具有叠加作用，加入2-3种风味物质比只加一种的饮用量要多。人体在运动时味觉有所变化，运动饮料的接受度和饮用量都比清水要多，导致脱水的程度也就显著的低。所以，运动饮料中加入适当的风味物质，是保证人体运动时畅饮的最关键因素。不同年龄阶段的运动人群味觉有较大的差异，故在添加风味物质是要充分调查研究不同年龄阶段口味特征，在开发运动饮料产品最好细分市场，有针对性的进行研发。碳酸气在饮料中是很常见的，也有些运动饮料含有碳酸气。碳酸气会导致运动饮料的可接受程度显著下降，并且会引起胃的充盈和不适感，故运动饮料中不应该含有碳酸气。糖和盐的添加量与运动饮料的口感直接相关。糖可以增加甜味和补充能量，运动饮料的含糖量在6%-8%时，运动饮料的可接受程度最高。含糖量高出10%时，口感会下降且容易引起高血糖。食盐可以刺激下丘脑维持渴的机制，并且有助于保持体液，6-20mg/100ml的含量口感最佳4。由此可见，运动饮料的口感直接关系到饮用量，添加适当的风味物质也是运动饮料饮用的效果保证之一。1.2 运动饮料胃排空胃排空受很多因素的影响，胃内液体量、糖浓度、渗透压浓度、酸碱度、饮料温度和运动方式等，而这些因素大多与运动饮料的组分有关。一般来说，胃内液体量越大，排空量也越大，也就是说有稳定的排空率，排空率大，在小肠吸收液体的量也就越大。对运动员而言，重要的是在运动中经常补液在胃内保持一定的液体量，帮助胃稳定的液体排出量，为小肠吸收提供足够的液体。同时胃排空率受糖浓度的影响，当糖浓度在6%以下时，影响很小，当大于6%时，随着糖浓度的增高，胃排空率显著降低，这可能与能量密度有关。渗透压浓度与胃排空率之间的关系目前存在较大争议，一般认为，饮料的渗透压会降低胃排空率。高渗溶液从胃排空入十二指肠的速率慢于等渗盐溶液或低渗溶液，其机制是由于高渗溶液使十二指肠上的渗透压受体失水而产生延缓胃排空的信号所致。饮料的PH越小，胃排空率越小5。运动强度在65%最大摄氧量以上时也会影响胃排空率。饮料的温度对胃排空的影响是暂时的，接近人体温度的饮料对胃排空的影响很小。1.3 运动饮料的小肠吸收当运动饮料被摄入，并从胃里排空入十一指肠后，水，糖和电解质就开始被吸收。十二指肠壁的通透性很大，水和一些小分子物质较容易在渗透压的作用下而被吸收。小肠吸收主要与运动饮料的渗透压浓度和溶质的转运有关。关于运动饮料渗透压浓度与小肠吸收率之间的关系，也存在较大争议。一般认为等渗透压的吸收最快，其次是低渗的，最后是高渗透压。糖是运动饮料的基本成分，也是决定其渗透压高低的关键因素。蔗糖和低聚糖是运动饮料中最适合添加的糖，能在不显著提高渗透压的同时促进水的吸收6。溶质的转运和渗透压的浓度是互补的，当饮料中含有多种可转运的糖时，可促进水的吸收。所以，在运动饮料中加入多种的糖比较好。1.4 运动饮料的在体内保留作为运动饮料，水分和糖分的快速吸收及水分在体内的保留非常重要。体内保留足够的水分不仅在运动中能帮助防止和纠正脱水，而且在运动后能帮助机体尽快地促进水分恢复。水分保留在体内，也直接与运动饮料的组分有关。钠就具有维持体液平衡的作用，但咖啡因是一种利尿剂和兴奋剂，不利于体液的恢复和保留。2 黑米色素的特征黑米是营养价值很高的药食两用稻米，黑米中的氨基酸、黄酮、铁、锌含量很高，使它能够发挥滋阴补肾、健脾暖肝、明目活血、降压强心等作用7。黑米表皮一般为棕红色到深黑色，富含花色苷类物质。近年来，随着人们生活水平的提高，花色苷类色素作为一类具有很高开发价值的天然色素也受到很大的重视。花色苷类色素为水溶性色素，其应用范围很广，如奶制品、果冻、腌制果品、腌渍蔬菜等都可用花色苷类色素着色。从黑米米粉中提取的天然红色素是一种安全、无毒的食用色素，该色素广泛应用于食品、药品、化妆品等行业。它不但着色力强，还可使成品营养丰富、安全无毒，有很好的发展前景。目前食品工业中红色的着色主要采用焦糖色素，焦糖色素稳定性好, 但是通过高温加铵盐制成的焦糖色素含4- 甲基咪唑,有致癌惊厥作用, 黑米色素代替焦糖色素应用到碳酸饮料中可弥补其不足。但是在将天然的黑米色素添加到饮料等食品中最大的问题是其稳定性差，容易变色。2.1 黑米色素的稳定性黑米色素的稳定性涉及到它本身的结构、浓度、质量以及外界光强度、温度、PH值、及其他成分的作用等8。通过对黑米色素分子结构如图1的研究表明，黑米色素属花色苷类化合物。其主要由鼠李糖苷和阿拉伯糖苷组成9黑米色素是2-苯基苯并吡喃阳离子结构或黄烊盐的多羟基和甲氧基衍生物，由于缺少电子而使它具有强烈的反应性,加上母核上连接有多个羟基,使其不稳定,花色苷的稳定性发生变化的具体表现是颜色发生变化,黑米花色素褪色和失调严重影响了其应用。Vc、金属离子等具有稳定黑米色素的作用10。在酸性低温环境下，黑米色素的稳定性较好。黑米色素的稳定差是黑米运动饮料开发中需要突破的关键技术问题。王凤洁等11研究表明PH值逐渐增大，其最大吸收波长有向长波方向移动，但吸光度逐渐减小，黑米色素溶液中的红色减弱。温度超过8，时间超过1.5小时，黑米色素就变得不稳定，说明温度对黑米色素降解具有较强的作用。黑米色素在室内散射光的照射下，稳定性较好，而在日光直射下稳定性却很差，直射光对黑米色素的降解有促进作用。因为光线会诱使带有生物活性的有机生物令天然色素分解或氧化而褪色。牛明功等12对黑米色素研究表明当氧化剂存在时，氧化剂会直接氧化色素使其结构发生变化，且色素变色，短时间反应结束后，结构基本稳定不变，颜色也基本不变了，所以氧化剂会破坏黑米色素稳定性。但还原剂天然黑米色素的影响不大。铁等金属离子对黑米色素有保色作用，能提高其稳定性。铁的含量可通过实验获得，同时实验时必须考虑铁的加入对其他离子的影响。Pha=鼠李糖 Ara=阿拉伯糖图1 黑米色素分子结构2.2 黑米色素的抗氧化性张名位专家等研究表明黑米中花色苷类化合物是其抗氧化作用最重要的物质基础13。经他们分析得出结论：黑米花色苷的抗氧化作用的强弱取决于两个因素：一是酚羧基上氢原子的活性；二是酚基自由基的位阻，位阴大，酚基自由基自动氧化链反应的传递速度减慢，使链反应中断而提高抗氧化性。而3个芳香环形成共轭体系是黑米色素抗氧化活性的结构基础。黑米色素的抗氧化性特征是其运用到运动饮料开发的营养基础。综上所述，黑米色素应用运动饮料开发中有利有弊，研发要做的工作时通过科学配方设计避其弊,用其利，使黑米色素运动饮料产品开发成为可能。3 黑米色素运动饮料产品开发思路 在查阅相关技术资料的基础上，分析认为将黑米色素有效运用到运动饮料开发需要四个阶段的工作。3.1 资料收集与实验方案制定 收集国内外关于黑米色素提取，抗氧化性、清除自由基等理化特性，运动饮料配方，运动饮料功效试验几方面的理论和技术研究资料，深入分析探讨黑米色素在运动营养品应用开发现状，重点分析存在的问题和和可供借鉴的实验方法。在此基础上制定开发黑米运动饮料的方案。3.2 实验研究首先进行黑米色素提取实验研究。实验技术路线为黑米种皮黑米色素的提取固液分离上清液浓缩黑米色素浓缩膏。其次根据黑米色素的特性，重点进行黑米色素稳定性研究。主要通过加入金属离子，抗氧剂等稳定剂使黑米色素在至少6个月内达到稳定状态，即加入到运动饮料中不变色，不沉淀，同时不改变其他成分的生化特性，同考虑运动饮料的渗透压和可吸收性等因素。稳定性实验主要通过单因素实验、多因素实验及响应面分析来确定能有效稳定黑米色素的方法。再次要进行配方设计研究。参考运动饮料配方和黑米色素功能研究资料的基础上，提出运动饮料配方设计初步方案，在此基础上开展口感适应性实验，功能因子最佳使用量筛选实验，初步确定黑米色素运动饮料的配方设计。3.3 功效评价研究招募自愿参试者，通过体能运动和疲劳改善实验，比较实验组前后血乳酸等生理、生化指标的变化，运用统计学分析来建立、完善评价方法。3.4 中试及产品企业标准制定 完成前面三项工作后要进行中试，中试主要目的看在较大量生产的情况下能否达到小试的效果。一般来说，中试要在研究人员和相关设备厂家技术人员共同合作来完成。中试基本达到效果后，根据中试过程中相关技术指标，来制定企业生产标准。产品标准一般囊括产品的生产规范、产品达到的相关技术和成分指标。企业的产品标准不能低于国家或行业的标准。以上四个阶段关键是黑米色素运动饮料的配方设计和功效评价。技术难点在饮料的稳定性。4 小结 通过对运动饮料科学特征的剖析及黑米色素特性的阐述，提出了黑米运动饮料的开发思路。运动饮料是根据人体运动过程中的生理生化特征，能有有效补充能量和水分的功能性饮料，不仅适合专业运动员，而且适合普通的运动人群，市场容量极大。将黑米色素有效应用到运动饮料的开发，不仅对黑米色素的研究具有理论意义，而且对丰富运动饮料品种具有现实意义。本课题的研究只是运动饮料产品开发的基础性工作，要开发出黑米运动饮料还需要很多具体的实验和生产方面的作用。课题的而研究对于黑米色素的研究及应用拓展都具有一定参考作用。 参考文献 1黎杰强,朱碧岩,陈敏清.特种稻米营养分析J.华南师