蕪菁山楂復合飲料配方優(yōu)化及其對運動耐力的影響

趙云龍

（信陽農(nóng)林學院，河南信陽 464000）

高強度的運動使得身體反應遲緩，運動耐力下降，從而出現(xiàn)疲勞感。有研究表明，疲勞感的產(chǎn)生可能歸因于運動代謝產(chǎn)物如：乳酸、酮體等在體內(nèi)的蓄積和自由基生成量的增多導致肌肉的收縮能力下降，及細胞所需氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的供應不足[1-2]，而補充多糖類抗氧化劑是緩解機體運動疲勞的有效方式之一。Cai 等[3]研究證實靈芝多糖可顯著改善體內(nèi)SOD與乳酸脫氫酶（Lactate dehydrogenase，LDH）活力，延長動物的運動時間；吳云等[4]發(fā)現(xiàn)樹莓果肉多糖能維持血糖和糖原至一定的濃度水平，有效提高小鼠的運動耐力，并加快體內(nèi)的乳酸清除；謝飛飛[5]發(fā)現(xiàn)遠志多糖可較好清除多種氧自由基，并可較少運動后體內(nèi)乳酸與尿素氮的濃度，緩解運動疲勞。

蕪菁（Brassica rapaL.）屬于十字花科蕓臺屬草本植物，也稱“蔓菁”、“莞根”、“恰麻古”，具有藥食兩用特性，富含多糖、黃酮、皂苷、萜烯及香豆素等活性成分，具有抗氧化、調(diào)節(jié)機體免疫功能等作用[6-7]。李歡歡等[8]曾通過動物實驗發(fā)現(xiàn)蕪菁中性多糖可顯著提高小鼠血清中過氧化氫酶（CAT）、GSHPx 和SOD 的活性，并顯著降低丙二醛（MDA）的濃度，從而減少體內(nèi)氧化應激反應；王偉等[9]發(fā)現(xiàn)蕪菁多糖對DPPH 自由基的清除能力和還原力的EC50值分別達到8.55 和2.25 mg/mL；蔡嘯鏑等[10]研究顯示蕪菁多糖可延長小鼠負重游泳時間，具有較好的抗疲勞作用。

山楂屬于薔薇科山楂屬植物的果實，是常見水果之一，具有消食健胃、抗氧化等特性，特別是山楂多糖也具有抗疲勞的作用[11-12]。由于目前暫未有蕪菁食品加工的相關(guān)報道，為提高該資源的利用度，本研究以蕪菁多糖為原料，另添加山楂浸提物制備蕪菁山楂復合飲料，既可豐富飲料的口感，又能提高其抗疲勞作用，隨后通過動物實驗驗證，以期為蕪菁的深度開發(fā)與利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蕪菁多糖（純度：82.2%） 西安青芷生物技術(shù)有限公司；個大飽滿、無蟲點的山楂 信陽農(nóng)貿(mào)市場；葡萄糖對照品 中國食品藥品檢定研究院；濃硫酸、苯酚、乙醇等均為分析純 上海阿拉丁試劑有限公司；赤蘚糖醇、羧甲基纖維素鈉 辰善食品配料有限公司；檸檬酸、海藻酸鈉、黃原膠 中團食化食品配料有限公司；乳酸（Lactic acid，LA）、尿素氮（Blood urea nitrogen，BUN）、SOD、GSH-Px 檢測試劑盒 合肥萊爾生物科技有限公司；試驗用水 為純化水；SPF 級健康雄性小鼠 100 只，體質(zhì)量17～26 g，河南省實驗動物中心（動物許可證號：SYXK（豫）2017-0001）。

YT-774 型實驗室均質(zhì)機 英拓智能裝備有限公司；DF-45 型粉碎機 溫嶺林大機械設備有限公司；UV-3802 型紫外-可見分光光度計 上海蘭科儀器有限公司；DHG-9140 型恒溫干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司；FA1004 型分析天平 上海力辰儀器科技有限公司；

AXTD4 型臺式離心機 鹽城市安信實驗儀器有限公司；WYA-2S 型手持折光儀 濟南來寶醫(yī)療器械有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 復合飲料制備要點

1.2.2.1 山楂浸提液制備 山楂洗凈去核后，曬干粉碎過80 目篩，稱取一定質(zhì)量的山楂粉置于10 倍重量的水中，在80 ℃回流2 h 后，經(jīng)6 層紗布過濾，重復上述操作，合并兩次濾液，蒸發(fā)濃縮至總體積的20%，即得山楂浸提液，待用[13]。

1.2.2.2 混合調(diào)配 根據(jù)預實驗結(jié)果，將一定質(zhì)量的蕪菁多糖溶液完全溶于水中，配制成20%蕪菁多糖水溶液，按照一定的體積比加入山楂浸提液與蕪菁多糖水溶液，制得原料液后，添加相對原料液重量的赤蘚糖醇、檸檬酸和復合穩(wěn)定劑（m羧甲基纖維素鈉:m黃原膠:m海藻酸鈉=2:1:1），攪拌30 min。

1.2.2.3 均質(zhì)、過濾 將調(diào)配后的溶液置于均質(zhì)機內(nèi)，在60 ℃、2.5 MPa 下均質(zhì)5 min 后脫氣10 min，過濾。

1.2.2.4 灌裝、滅菌 將過濾后的溶液灌裝于瓶內(nèi)，于100 ℃滅菌8 min，即得飲料成品。

1.2.3 感官評價 參考相關(guān)飲料的評價維度和要求[14-15]，以色澤、氣味、口感和組織形態(tài)為評價指標，制定蕪菁山楂復合飲料的感官評價標準，具體見表1。另外，選擇10 位具有飲料感官評價經(jīng)驗的人員對不同配方制得的復合飲料進行感官評價，結(jié)果去掉最高分與最低分后的平均值即為該飲料的感官得分。

表1 復合飲料的感官評價標準Table 1 Sensory evaluation criterion of the compound beverage

1.2.4 復合飲料的配方考察 基于預實驗結(jié)果，分別考察山楂浸提液與蕪菁多糖溶液體積比、赤蘚糖醇用量、檸檬酸用量及復合穩(wěn)定劑的用量對復合飲料的感官評價影響，具體如下：固定赤蘚糖醇3%、檸檬酸0.2%、復合穩(wěn)定劑0.05%，考察山楂浸提液與蕪菁多糖溶液體積比（1:1、2:1、3:1、4:1、5:1）對感官得分的影響；固定山楂浸提液與蕪菁多糖溶液體積比3:1、檸檬酸0.2%、復合穩(wěn)定劑0.05%，考察赤蘚糖醇用量（1%、2%、3%、4%、5%）對感官得分的影響；固定山楂浸提液與蕪菁多糖溶液體積比3:1、赤蘚糖醇3%、復合穩(wěn)定劑0.05%，考察檸檬酸用量（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）對感官得分的影響；固定山楂浸提液與蕪菁多糖溶液體積比3:1、赤蘚糖醇3%、檸檬酸0.2%，考察復合穩(wěn)定劑用量（0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09%）對感官得分的影響。

1.2.5 復合飲料的配方優(yōu)化 在單因素實驗結(jié)果的基礎上，以山楂浸提液與蕪菁多糖溶液體積比和赤蘚糖醇、檸檬酸及復合穩(wěn)定劑的用量為響應面試驗考察因素，確定蕪菁山楂復合飲料的最佳配方，具體見表2。

表2 響應面試驗考察因素與水平Table 2 Investigating factors and levels of response surface experiment

1.2.6 質(zhì)量指標檢測 可溶性固形物含量：通過手持折光儀測定；pH：通過pH 計測定；多糖含量：通過苯酚-硫酸法[16]，在490 nm 波長下測定樣品的吸光度后，以葡萄糖標準品質(zhì)量濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制回歸方程：y=0.1252x+0.0031，r=0.9993；離心沉淀率：樣品靜置24 h 后離心（轉(zhuǎn)速：4000 r/min，離心時間：5 min），取下層沉淀稱重，計算離心沉淀率，離心沉淀率（%）=沉淀重量/飲料重量×100；微生物檢測：按照GB 4789.2-2016 和GB 4789.3-2016 要求檢測飲料的菌落總數(shù)及大腸桿菌群。

1.2.7 飲料對運動耐力的影響

1.2.7.1 動物試驗設計 所有小鼠隨機平均分為5 組，每組各20 只，分為空白對照組、陰性對照組和低、中、高劑量組，并按照《保健食品檢驗與評價技術(shù)規(guī)范》要求評價該復合飲料對運動耐力的影響，其中低、中、高劑量組分別0.1、0.2、0.3 mL/10 g 鼠重灌胃復合飲料，而空白對照組按照0.2 mL/10 g 鼠重灌胃純凈水；陰性對照組按照0.2 mL/10 g 鼠重灌胃不含有原料液的飲料樣品，每天灌胃1次，連續(xù)30 d[17]。

1.2.7.2 負重游泳時間 灌胃結(jié)束后的第1 d，各組隨機選取10 只小鼠置于常溫泳池內(nèi)，使其游泳至力竭沉沒，記錄小鼠自入水至沉沒的時間[18]。

1.2.7.3 生化指標考察 各組剩余小鼠置于常溫游泳池內(nèi)，游泳30 min 后，取出休息10 min，采血離心制備血清，通過試劑盒檢測LA 與BUN 含量。同時切取肝臟組織經(jīng)鹽水勻漿處理后，通過試劑盒檢測SOD、GSH-Px 的活力[19-20]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有結(jié)果均采用SPSS 18.0 分析，并以均值±標準差表示，另對動物實驗的組間結(jié)果進行t檢驗，以P＜0.05 表示顯著性差異，P＜0.01 表示極顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 山楂浸提液與蕪菁多糖溶液體積比對飲料的感官影響

圖1為不同山楂浸提液與蕪菁多糖溶液的體積比對復合飲料的感官得分影響。隨著山楂浸提液的占比增大，飲料的感官得分呈先增高后減小的趨勢，當體積比為3:1 時，感官評分達到最高。這歸因于蕪菁多糖濃度較高時，溶液口感偏澀，提高山楂浸提液的比例，可改善口感，并使得二者氣味協(xié)調(diào)，但山楂浸提液占比較大時，溶液酸甜感突出，并能掩蓋蕪菁特有風味，同時溶液顏色偏深，且靜置后有明顯沉淀物，因此選擇山楂浸提液與蕪菁多糖溶液體積比2:1、3:1 和4:1 作為響應面分析因素考察水平。

圖1 山楂浸提液與蕪菁多糖溶液體積比對飲料的感官品質(zhì)影響Fig.1 Effect of volume proportion of hawthorn juice and polysaccharides solution of Brassica rapa L. on sensory scores of compound beverage

2.2 赤蘚糖醇用量對飲料的感官影響

圖2為赤蘚多糖用量對復合飲料的感官得分影響，隨著赤蘚多糖用量的增多，復合飲料的感官得分先增高后降低，當用量為3%時，其感官得分最高。赤蘚糖醇作為新型甜味劑，甜度僅有蔗糖的60%～70%，穩(wěn)定性良好且溶解度高[21-22]，在飲料中復配蕪菁、山楂及檸檬酸可產(chǎn)生清爽、酸甜口感，并使蕪菁與山楂的滋味協(xié)調(diào)，但用量過多，可使甜味較為突出，清涼感過重，從而減少“口感”得分，因此選擇赤蘚糖醇用量2%、3%、4%作為響應面分析因素考察水平。

圖2 赤蘚糖醇用量對飲料的感官品質(zhì)影響Fig.2 Effect of amount of erythritol on sensory score of compound beverage

2.3 檸檬酸用量對飲料的感官影響

圖3為檸檬酸用量對復合飲料的感官得分影響，隨著檸檬酸用量的增多，復合飲料的感官得分先增大后減少，當用量為0.2%時，飲料的感官得分達到最高。適當?shù)臋幟仕嵊兄谔嵘龔秃巷嬃系目诟?，但用量增多，使得溶液酸度較高，從而掩蓋蕪菁與山楂的特有風味，造成“氣味”與“口感”得分下降，因此選擇檸檬酸用量0.1%、0.2%、0.3%作為響應面分析因素考察水平。

圖3 檸檬酸用量對飲料的感官品質(zhì)影響Fig.3 Effect of amount of citric acid on sensory score of compound beverage

2.4 復合穩(wěn)定劑用量對飲料的感官影響

羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉及黃原膠作為飲料中常用的穩(wěn)定劑，按照一定比例復配具有協(xié)同作用，考察不同復合穩(wěn)定劑的用量對飲料的感官得分影響，結(jié)果見圖4。從圖4可知，隨著復合穩(wěn)定劑用量的增多，飲料的感官得分逐漸升高，當用量為0.05%時達到最高，此時溶液中微粒懸浮穩(wěn)定，分散性好，使口感細膩、爽滑，但添加較多會造成溶液黏度偏高，“口感”得分下降，這與陳戰(zhàn)永等考察小麥肽運動飲料最佳配方結(jié)果相近[23]，因此選擇復合穩(wěn)定劑用量0.03%、0.05%、0.07%作為響應面分析因素考察水平。

圖4 復合穩(wěn)定劑用量對飲料的感官品質(zhì)影響Fig.4 Effect of amount of compound stabilizer on sensory score of compound beverage

2.5 響應面試驗分析

2.5.1 試驗結(jié)果 基于單因素實驗結(jié)果，進行四因素三水平響應面考察試驗，結(jié)果見表3。釆用Design Expert 8.0 軟件對表3 中結(jié)果進行多元回歸擬合，得到以4 個自變量為編碼值的二次多項回歸方程：Y=87.00+1.14A+3.28B+1.87C+2.11D-2.60AB-0.70AC+0.53AD+0.77BC+0.37BD+2.18CD-2.55A2-4.51B2-5.31C2-5.42D2，另對該回歸模型進行方差分析，結(jié)果見表4。從表4可知，該二次多項式模型具有極顯著性（P＜0.01），其決定系數(shù)為0.9721，校正決定系數(shù)為0.9442，而失擬項的P＞0.05，可知該模型能較好擬合實驗結(jié)果。在回歸方程中，一次項和二次項對復合飲料感官得分的影響均極顯著（P＜0.01)，另外山楂浸提液與蕪菁多糖溶液的體積比和赤蘚糖醇的用量以及檸檬酸用量與復合穩(wěn)定劑的用量對結(jié)果的影響均極顯著（P＜0.01），而其它交互作用對結(jié)果的影響均不顯著。從F值可知，四種因素對飲料的感官得分影響順序為：赤蘚糖醇（B）＞復合穩(wěn)定劑（D）＞檸檬酸（C）＞體積比（A）。

表3 響應面試驗結(jié)果Table 3 Results of the response surface experiment

表4 響應面方差分析Table 4 Variance analysis of response surface experiment

2.5.2 響應曲面交互分析與最佳配方驗證 圖5 為兩個因素之間的交互作用響應曲面，從圖5 可見，固定一個因素，隨著另一個因素的值增大，相應結(jié)果均呈先增大后減小的趨勢，其中山楂浸提液與蕪菁多糖溶液的體積比和赤蘚糖醇的用量，檸檬酸用量與復合穩(wěn)定劑用量的交互響應面坡度陡峭，表明飲料的感官得分受其影響較大。通過對二次多項回歸方程進行極值分析，預測得到該飲料的最佳配方參數(shù)為：山楂浸提液與蕪菁多糖溶液的體積比為3.01:1，赤蘚糖醇用量3.39%，檸檬酸用量0.23%，復合穩(wěn)定劑用量0.06%，理論預測得分88.2 分。為便于操作，選擇山楂浸提液與蕪菁多糖溶液的體積比為3:1，赤蘚糖醇用量3.4%，檸檬酸用量0.23%，復合穩(wěn)定劑（m羧甲基纖用量0.06%配制飲料，感官得分為（88.9±0.4）分，表明該回歸模型預測的結(jié)果可行，具有實際意義。

圖5 不同因素的交互作用響應曲面Fig.5 Response surface of interaction between different factors

2.6 產(chǎn)品質(zhì)量檢測結(jié)果

根據(jù)最佳配方制得的復合飲料呈淡紅色，溶液色澤均一，酸甜適中，具有蕪菁與山楂混合風味，靜置后無明顯沉淀。溶液pH 為5.5，可溶性固形物含量為9.2%，多糖含量為4.1%，離心沉淀率為0.71%，菌落總數(shù)＜100 CFU/mL，大腸桿菌＜3 MPN/mL，未有致病菌檢出，符合GB 4789.3-2016 要求。。

2.7 飲料對運動耐力的影響結(jié)果

2.7.1 負重游泳時間比較 表5 為不同組動物的負重游泳時間比較，與空白對照組相比，灌胃不同劑量復合飲料的小鼠負重游泳時間均有明顯延長，延長率分別為16.5%、25.4%和35.3%，表明蕪菁山楂復合飲料有助于提高動物的運動耐力，起到抗疲勞的作用，其中低劑量組小鼠較空白對照組的游泳時間差異，具有顯著性（P＜0.05），而中、高劑量組小鼠較空白對照組的游泳時間差異，具有極顯著性（P＜0.01），且該復合飲料的抗運動疲勞作用呈現(xiàn)劑量的正相關(guān)性。另外，陰性對照組小鼠較空白對照組的負重游泳時間，無顯著性差異（P＞0.05），表明該復合飲料中其它成分不會對運動疲勞的小鼠產(chǎn)生積極影響。

表5 不同組小鼠的負重游泳時間（n=10）Table 5 The loaded swimming time of mice of different groups (n=10)

2.7.2 體內(nèi)生化指標結(jié)果比較 蕪菁山楂復合飲料對不同組運動后小鼠體內(nèi)LA、BUN、SOD 和GSHPx 的影響見表6。由于機體劇烈運動時，LA 生成量逐漸增多，不僅可減緩肌肉收縮能力，并能降低血液pH，引起各種生理副反應，加重疲勞感[24-25]，同時當體內(nèi)的糖類、脂類物質(zhì)的分解無法滿足其能量需求時，蛋白質(zhì)與氨基酸的分解便加強，使得BUN 濃度升高[26-27]。與空白對照組相較，灌胃復合飲料的各組運動后小鼠體內(nèi)LA 與BUN 含量均明顯降低，其中低、中、高劑量組LA 含量分別顯著下降1.2 mmol/L（P＜0.05）、1.8 mmol/L（P＜0.01）、2.5 mmol/L（P＜0.01），而BUN 含量分別顯著下降了1.1 mmol/L（P＜0.05）、1.8 mmol/L（P＜0.01）、2.3 mmol/L（P＜0.01），表明灌胃一定量的蕪菁山楂復合飲料有助于減少運動后體內(nèi)的乳酸蓄積，加快其代謝清除，并減少蛋白質(zhì)與氨基酸的分解，而陰性對照組的LA、BUN 結(jié)果與其相較，未有顯著性變化（P＞0.05），表明飲料中的其他組分不會對運動后的動物體內(nèi)LA 與BUN 濃度產(chǎn)生影響。

表6 復合飲料對運動后小鼠體內(nèi)LA、BUN、SOD 和GSH-Px 的影響（n=10）Table 6 Effect of compound beverage on LA, BUN contents and SOD, GSH-Px activities in mice after exercise (n=10)

自由基能夠破壞線粒體等生物膜，造成生物膜的流動性受損和能力代謝的紊亂，也可產(chǎn)生疲勞感[28-29]，而體內(nèi)主要的抗氧化酶SOD 與GSH-Px 可有效減輕氧自由基的不利影響，與空白對照組相較，灌胃蕪菁山楂復合飲料的各組運動后小鼠SOD 和GSH-Px 的活力均有明顯提高，其中低、中、高劑量組的SOD 活力分別顯著升高28.0 U/mL（P＜0.05）、50.2 U/mL（P＜0.01）、62.1 U/mL（P＜0.01），而GSH-Px的活力分別顯著升高35.7 U/mL（P＜0.05）、67.1 U/mL（P＜0.01）、78.7 U/mL（P＜0.01），表明該復合飲料在體內(nèi)具有較好的抗氧化作用，有助于增強機體的運動耐力，這與馬識淳等對襄荷桑葚復合飲料的考察結(jié)果相近[30]，而陰性對照組的SOD 與GSH-Px 結(jié)果與其相較，未有明顯變化（P＞0.05），表明飲料中的其他組分不會對運動后的動物體內(nèi)的SOD 與GSH-Px 活力產(chǎn)生積極影響。

3 結(jié)論

本研究以蕪菁多糖和山楂為原料，添加赤蘚糖醇、檸檬酸等常用輔料，制得蕪菁山楂復合飲料。通過單因素實驗與響應面分析確定該復合飲料的最佳配方為：山楂浸提液與蕪菁多糖溶液的體積比為3:1，赤蘚糖醇用量3.4%，檸檬酸用量0.23%，復合穩(wěn)定劑m羧甲基纖維素鈉:m黃原膠:m海藻酸鈉=2:1:1）用量0.06%，所得飲料的感官評分為（88.9±0.4）分，溶液呈淡紅色，溶液色澤均一，酸甜適中，具有蕪菁與山楂混合風味，靜置后無明顯沉淀。動物實驗結(jié)果表明，蕪菁山楂復合飲料可明顯延長小鼠的運動時間，減少其運動時體內(nèi)乳酸的蓄積和蛋白質(zhì)、氨基酸的分解，并可提高體內(nèi)SOD 和GSH-Px 的活性，從而可為相關(guān)運動食品的開發(fā)提供思路。