刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料的工藝優(yōu)化及其抗運動疲勞作用

中圖分類號：TS972.161 文獻標志碼：A 文章編號：2095-8730（2025）02-0083-08

運動疲勞是由長時間或高強度運動引起的生理機能暫時性失衡，其產(chǎn)生機制復(fù)雜，涉及能量供應(yīng)、代謝物積累、氧化應(yīng)激、炎癥損傷和中樞神經(jīng)系統(tǒng)保護等多重因素[1-2]。目前，市面上抗運動疲勞的產(chǎn)品多依賴于化學(xué)藥物和中藥，如咖啡因、紅景天等，長期攝入這些成分可能引發(fā)多種不良反應(yīng)[3]。隨著人們對運動健康的日益重視，食源性活性成分在抗疲勞研究中的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注4，其中，植物發(fā)酵液因富含營養(yǎng)成分和特殊的功能因子，已成為當前抗疲勞產(chǎn)品開發(fā)的重點對象[5]

刺梨（RosaroxburghiiTratt.）富含的維生素C和超氧化物歧化酶（SOD）能夠有效清除自由基[6]，其多糖組分（RRP）能促進脂肪酸氧化[7]有效調(diào)節(jié)能量代謝。但刺梨含有較高的鞣質(zhì)、有機酸及單寧，導(dǎo)致其果汁酸澀和易褐變，限制了其在飲料工業(yè)中的應(yīng)用[8]。枸杞（LyciumbarbarumL.，Goji）富含的活性成分枸杞多糖（LBP）可顯著延長小鼠負重游泳時間，抑制血液中乳酸含量的升高，提高肝糖原含量[9]，有助于緩解運動疲勞。但較高的糖分和較濃的藥味使得單一枸杞飲料的口感和風味不佳。微生物發(fā)酵可改善果蔬汁原有的不良風味[10]，賦予果蔬汁獨特口感，并可以產(chǎn)生多種營養(yǎng)物質(zhì)和功能因子[]。乳酸菌與酵母菌作為發(fā)酵工業(yè)中的關(guān)鍵微生物，可通過聯(lián)合發(fā)酵提升各種飲料的品質(zhì)[12]。因此，本文以刺梨和枸杞為原料，采用單因素和響應(yīng)面法優(yōu)化乳酸菌與酵母菌協(xié)同發(fā)酵工藝，并構(gòu)建動物模型以評價產(chǎn)品的抗疲勞作用，為刺梨枸杞發(fā)酵型運動飲料的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 材料與試劑

刺梨鮮果：產(chǎn)自貴州安順，采摘后冷鏈運輸和貯藏；枸杞干果：寧夏中寧縣杞園情枸杞開發(fā)有限公司；果膠酶 （3500U/g） 、黃原膠、蔗糖、碳酸氫鈉（食品級）：河南萬邦化工科技有限公司；乳酸菌（植物乳桿菌CICC20265、短乳桿菌CICC20269）：中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；生化檢測試劑盒：杭州聯(lián)科美訊生物醫(yī)藥技術(shù)有限公司；SPF級雄性小鼠（生產(chǎn)許可證號：SCXK（遼）2020-0001）、基礎(chǔ)飼料：遼寧長生生物技術(shù)公司。

1.2 儀器與設(shè)備

AQW200天平：上海鴻運儀器有限公司；GJJ-380型高壓均質(zhì)機：無錫帝碩自動化設(shè)備有限公司；L535-1低速離心機：湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；Q-8紫外分光光度計：上海元析儀器有限公司；THZ-10O恒溫培養(yǎng)搖床：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；DHP-9032電熱恒溫培養(yǎng)箱：賽倫科技（北京）有限責任公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料工藝流程見圖1。

新鮮刺梨 清洗、打漿、酶解、過濾 刺梨汁復(fù)水、打漿、過濾枸杞干果 枸杞汁 →混合調(diào)配蔗糖、黃原膠、碳酸氫鈉乳酸菌、酵母菌√成品 一發(fā)酵 $$ 一接種 ? 一殺菌←均質(zhì)

1.3.2 主要操作要點

（1）原料處理：選用刺梨鮮果，清洗后去籽。將刺梨果肉破碎后，按果肉與水 1：2 比例加水打漿，過80目篩，添加 0.2% 果膠酶于 45°C 酶解1.5h ，過濾得刺梨汁。枸杞干果清洗后按 1：20 （枸杞：水）比例復(fù)水 ¹h 后打槳，過濾得枸杞汁。

（2）調(diào)配：按一定比例將刺梨汁與枸杞汁混合，用蔗糖調(diào)節(jié)糖度至 20^°Bx ，以刺梨汁與枸杞汁混合液的質(zhì)量為基準，加人 0.05% 黃原膠，攪拌使其充分溶解，并用碳酸氫鈉調(diào)節(jié) pH 值至4.5。

（3）均質(zhì)、殺菌：將調(diào)配完成的復(fù)合果汁在20MPa.60^qC 條件下均質(zhì) 5min ，以確保料液均勻混合。隨后，在 85°C 條件下保持 15min 進行殺菌處理，冷卻后備用。

（4）接種、發(fā)酵：將乳酸菌和酵母菌活化后，按照相應(yīng)的接種量接種至殺菌后的復(fù)合果汁中，搖晃均勻，置于 37^°C 恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵后，即得刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料。

1.3.3 單因素試驗

刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料工藝的初始參數(shù)：以刺梨汁與枸杞汁混合液質(zhì)量為基準，刺梨汁與枸杞汁的原料配比為3：1，乳酸菌接種量為 6% 、酵母接種量為 4% ，發(fā)酵時間為 48h ?；诖?，分別考察原料配比 $（ 2 ＼colon 1 ＼ 、 3 ＼colon 1 ＼lrcorner 4 ＼colon 1 ＼ 、 5 ＼colon 1 ＼ 、 6 ＼colon 1 ）$ 、乳酸菌接種量 （2%4%6%8%10%） 、酵母接種量（ 2% ！3%.4%.5%.6%） 、發(fā)酵時間 （24，36，48，60 、^72h ）對刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料感官評分的影響。

1.3.4 響應(yīng)面試驗

基于單因素試驗結(jié)果，采用Box-Behnken響應(yīng)面法對刺梨枸杞發(fā)酵工藝進行系統(tǒng)優(yōu)化。選取原料配比（A）、乳酸菌接種量 （B） 、酵母接種量（C） 和發(fā)酵時間 （D） 作為響應(yīng)變量，以感官綜合評價指標 （Q） 為響應(yīng)值，設(shè)計四因素三水平試驗，具體因素水平見表1。

1.3.5 感官品質(zhì)評價

參照《果蔬汁類及其飲料》（GB/T31121—2014）及相關(guān)飲料感官評價標準[13]，遴選10名具有食品感官評價經(jīng)驗的教師組成品評小組，對刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料從組織狀態(tài)、色澤、口感和氣味四個維度開展獨立的量化評分，具體評分標準見表2。

1.3.6 抗運動疲勞評價

動物實驗經(jīng)由河南中醫(yī)藥大學(xué)實驗動物中心倫理委員會批準（批準號：IACUC-202304021）。選取100只 6～8 周齡的SPF級雄性小鼠，體質(zhì)量為 18～25g ，在溫度為 20～22°C 、相對濕度為50%～60% 的環(huán)境下，適應(yīng)性飼養(yǎng)7d后，隨機分為五組：低劑量組、中劑量組、高劑量組、陰性對照組和陽性對照組，每組20只。根據(jù)小鼠的體質(zhì)量，低、中、高劑量組的刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料灌胃量分別為每次 0.2，0.3，0.4mL/10g ；陰性對照組每次灌胃 0.85% 生理鹽水 0.3mL10g ;按照文獻[14-15]的方法，陽性對照組每次灌胃紅牛維生素飲料 0.3mL/10g 。每組每天灌胃1次，連續(xù)30d，實驗期間小鼠自由進食和飲水。

（1）小鼠負重力竭游泳試驗：按照文獻[16-17]的方法，在末次灌胃 30min 后，從每組小鼠中隨機挑選出10只進行游泳試驗，記錄小鼠力竭游泳時間。

（2）小鼠體內(nèi)生化指標的測定：各組剩余小鼠在完成游泳試驗后，吹干體表毛發(fā)，休息 10min ，進行眼眶采血操作，分離得到血清。利用生化檢測試劑盒對血乳酸（BLA）以及血尿素氮（BUN）的含量進行檢測。采血結(jié)束后，對小鼠實施安樂死，快速取出其肝臟和肌肉組織，經(jīng)過勻漿處理，測定肝糖原與肌糖原的含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)以“均數(shù) ± 標準差”表示，運用SPSS22.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析、Design-Expert13軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1單因素試驗結(jié)果

2.1. 1 原料配比對飲料品質(zhì)的影響

由圖2可知，當刺梨汁及枸杞汁的原料配比不超過4：1的情況下，隨著原料配比的逐漸提高，刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料的各項感官評分呈現(xiàn)整體上升趨勢，這是因為隨著刺梨汁添加比例的上升，刺梨中富含的維生素C和有機酸平衡了口感[18]同時其果香味掩蔽了枸杞的藥味。此外，刺梨的澀味可能因乳酸菌和酵母菌的代謝分解作用而有所減輕。然而，當原料配比超過4：1后，各項感官評分開始逐漸下降，尤其是口感評分下降最快，這是因為刺梨汁中含有較高含量的單寧與有機酸[19]，當其添加比例過大時，酸澀感變得明顯，從而產(chǎn)生刺激的口感。因此，選擇3：1、4：1和 的原料配比進行后續(xù)試驗。

注：不同大寫字母表示組間綜合感官評分有顯著差異（ Plt;0. 05） ；不同小寫字母表示組間同一單項指標評分有顯著差異（ Plt;0. 05） ，下同。

2.1.2乳酸菌接種量對飲料品質(zhì)的影響

由圖3可知，當接種量低于 6% 時，隨著乳酸菌接種量的逐步增加，飲料的感官評分逐漸升高，這可能是因為在此接種量范圍內(nèi)，乳酸菌的活動促進了乳酸等風味物質(zhì)的生成，并有效降解了刺梨中的單寧，從而減少了澀味，提升了整體口感和風味。而當乳酸菌接種量超過 6% 時，評分卻開始迅速下降。這可能是由于過高的乳酸菌接種量導(dǎo)致酸度過高，這不僅抑制了酵母的生長[20]，還影響其他風味物質(zhì)的生成，從而使飲料的風味變得單一。此外，過高的酸度也會導(dǎo)致口感過于刺激。因此，選擇 4%6% 和 8% 的乳酸菌接種量進行后續(xù)試驗。

2.1. 3 酵母接種量對飲料品質(zhì)的影響

在發(fā)酵過程中，酵母主要借助糖代謝生成乙醇、 CO₂ 及揮發(fā)性酯類物質(zhì)（如乙酸乙酯、己酸乙酯），同時釋放其他香氣物質(zhì)，其接種量的變化會改變飲料的感官特征[21]。由圖4可知，隨著酵母接種量的增加，刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料的感官評分最初呈現(xiàn)上升趨勢。然而，當酵母接種量高于4% 時，評分會隨之降低。這可能是因為在較低的接種量下，酵母的活性受限，導(dǎo)致乙醇和酯類物質(zhì)的生成量不足，從而缺乏酯類的果香，風味層次感減弱；隨著酵母接種量的增加，酯類物質(zhì)逐漸積累，賦予飲料果香氣，與刺梨的酸香、枸杞的甘甜相互融合，形成復(fù)合風味；當酵母接種量過高時，糖分迅速被消耗殆盡，致使酒精含量不斷上升，產(chǎn)生濃烈的酒味，口感變得辛辣刺激，同時出現(xiàn)“酵母臭”和苦味，降低了適口性。因此，選擇 3% ！4% 和 5% 的酵母接種量進行后續(xù)試驗。

2.1.4發(fā)酵時間對飲料品質(zhì)的影響

由圖5可知，當發(fā)酵時間達到 ^48h 時，飲料的感官評分最高。這可能是隨著發(fā)酵的進行，乳酸菌利用可溶性糖進行發(fā)酵產(chǎn)酸，改善了飲料的酸甜度，同時降解刺梨中的單寧以減少澀味。而酵母菌則通過糖代謝生成乙醇、 CO₂ 及酯類物質(zhì)，這些物質(zhì)與乳酸菌的代謝產(chǎn)物發(fā)生酯化反應(yīng)，形成特殊香氣，提升了飲料的風味。當發(fā)酵時間過長時，乳酸菌會持續(xù)生成乳酸，致使酸味變得過于濃烈。同時，枸杞多糖具有高黏性，被過度降解后會使得飲料的質(zhì)地變得稀薄[22]。此外，乳酸菌與酵母菌的活性會逐漸下降，部分酵母可能出現(xiàn)自溶現(xiàn)象[23]。此時飲料的酸度過高，苦味明顯，香氣減弱，色澤變暗，最終使得綜合感官指標評分顯著降低。因此，選擇36、48和 60h 作為發(fā)酵時間進行后續(xù)試驗。

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析

2.2.1響應(yīng)面試驗結(jié)果及回歸模型

根據(jù)單因素實驗結(jié)果進行Box-Behnken響應(yīng)面分析，結(jié)果見表3。

運用多元回歸分析方法進行擬合，得到回歸模型為： Q=88.92+1.11A+1.08B+1.17C+ 3.33D-4.50AB+0.35AC-0.88AD+2.32BC+ 3.65BD-0.85CD-9.92A²-6.95B²-4.20C²- 6.32D² 。由表4可知，該模型極其顯著（ Plt;0.01），表明該模型可以精準揭示各因素與感官評分之間的真實關(guān)聯(lián)性[10-]。 R²=0.9853，R_adj²= （200.9902，失擬項不顯著（ ∣Pgt;0.05） ，說明模型方程擬合程度較高。通過 F 值可知，各因素對刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料感官評分的影響按大小順序依次為： D （發(fā)酵時間） gt;c （酵母接種量） gt;A （原料配比） gt;B （乳酸菌接種量），其中一次項 A，B，C，D 交互項 AB，BC，BD 以及二次項 A²，B²，C²，D² 均對刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料的感官評分產(chǎn)生了極為顯著的影響（ Plt;0.01 。

2.2.2 各因素交互作用分析

響應(yīng)曲面的坡度陡峭程度反映了兩個因素間交互作用的顯著性，坡度越陡，交互作用越顯著；

曲面顏色的深淺則反映響應(yīng)值的大小，顏色越深，響應(yīng)值越大[24]。如附圖1所示，原料配比和乳酸菌接種量、乳酸菌接種量和酵母接種量、乳酸菌接種量和發(fā)酵時間之間的響應(yīng)曲面更加陡峭，表明兩兩之間的交互作用顯著；而其他因素之間的交互作用并不明顯，這一結(jié)果與表4中的回歸模型方差分析結(jié)果相吻合。

2.2.3 回歸模型最優(yōu)組合及發(fā)酵工藝的驗證

經(jīng)響應(yīng)面優(yōu)化得出刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料在模型預(yù)測中的最佳工藝參數(shù)為：原料配比為3.86：1.00，乳酸菌接種量為 7.48% ，酵母接種量為4.78% ，發(fā)酵時間為 52.53h ，感官評分為91.6。為了便于實際操作，對參數(shù)進行了調(diào)整：原料配比為4：1，乳酸菌接種量為 7% ，酵母接種量為 5% ，發(fā)酵時間為 52h 。依據(jù)上述參數(shù)開展驗證試驗，所制得的刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料感官評分為（ 92.40±1.31? 分，與預(yù)測值較為接近，證明了該模型優(yōu)化結(jié)果的可靠性。

2.3刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料的抗運動疲勞作用

2.3.1小鼠負重力竭游泳時間的比較

小鼠負重力竭游泳試驗是一種常用于評估小鼠體力、耐力和抗疲勞能力的實驗方法[25]。由圖6可知，與陰性對照組比較，不同劑量的刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料均顯著延長了小鼠的負重游泳時間（ Plt;0.05） 。其中，低、中、高劑量組分別延長了4.56，7.68，12.94min ，呈現(xiàn)劑量依賴性效應(yīng)。此外，陽性對照組與高劑量組之間的小鼠負重游泳時間差異并不顯著。由此可見，刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料能夠顯著延長小鼠負重力竭游泳時間，表明其具有顯著的抗運動疲勞作用。

2.3.2小鼠體內(nèi)肝糖原和肌糖原含量的變化

與陰性對照組相比，低劑量組、中劑量組、高劑量組、陽性對照組的肝糖原含量分別提高了42. 61% 88.29% ） 130.52% .123.61% （圖7.A）;肌糖原分別提高了 79.85% ！ 149.25% ） 175.37% 、189.55% （圖7.B）。進一步分析表明，低劑量組、中劑量組、高劑量組與陰性對照組之間存在顯著差異（ Plt;0.05） ，且高劑量組與陽性對照組的差異并不顯著，表明刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料通過增強機體能量代謝，顯著提高了肝糖原和肌糖原儲備水平，從而減輕機體在高強度運動或應(yīng)激狀態(tài)下的疲勞感。這可能是刺梨多糖與枸杞多糖的協(xié)同作用，即刺梨多糖通過激活A(yù)MPK/ACC通路，促進脂肪酸的氧化供能[，減少糖原的消耗；而枸杞多糖則通過上調(diào)骨骼肌中GLUT4的表達，增加葡萄糖的攝取[26]，進而增加糖原合成。

注：不同小寫字母表示數(shù)值間差異顯著（ Plt;0.05 ），下同。

2.3.3小鼠體內(nèi)血乳酸（BLA）和血尿素氮（BUN） 含量的變化

由圖8.A可知，與陰性對照組相比，低劑量組、中劑量組、高劑量組和陽性對照組的BLA含量分別降低了 10.12%.28.79%.33.71% 和30.63% ，并且中劑量組、高劑量組與陰性對照組差異顯著（ Plt;0.05） 。圖8.B顯示，與陰性對照組相比，低劑量組、中劑量組、高劑量組和陽性對照組的BUN含量分別降低了 6.21% 、 18.33% ！34.92% 和 39.57% ，且中劑量組、高劑量組與陰性對照組差異顯著（ Plt;0.05） 。這些數(shù)據(jù)表明刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料既能夠減少BLA在小鼠體內(nèi)積累，又能夠顯著延緩運動后小鼠體內(nèi)蛋白質(zhì)的分解[2，有效抑制BUN的生成，從而提升機體的運動耐受能力，達到抗疲勞的效果。

3 結(jié)論

本研究通過單因素試驗結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化了刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料的乳酸菌-酵母菌協(xié)同發(fā)酵工藝參數(shù)，即原料配比4：1、乳酸菌接種量 7% 、酵母接種量 5% 、發(fā)酵時間 52h ，顯著提升了飲料的感官品質(zhì)。該飲料通過提升能量儲備（肝糖原、肌糖原）和減少代謝產(chǎn)物積累（血乳酸、尿素氮），顯著增強小鼠的運動耐力。這一發(fā)現(xiàn)意味著刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料在增強體力和耐力方面具有潛在的應(yīng)用價值，有望作為一種抗疲勞功能性飲品推向市場。此外，該產(chǎn)品以刺梨、枸杞為主要原料，可有效推動貴州、寧夏等地的特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，促進農(nóng)民增收，助力鄉(xiāng)村經(jīng)濟振興

在抗疲勞作用機制方面，刺梨枸杞復(fù)合發(fā)酵飲料可能通過提升能量代謝水平、促進乳酸清除及抑制蛋白質(zhì)分解等多重途徑發(fā)揮作用。然而，其具體的功能成分及分子作用機制仍需進一步深人研究，以期為未來的工業(yè)化生產(chǎn)提供堅實的理論依據(jù)和技術(shù)支持。

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Abstract： Using Rosa roxburghii juice and Lycium barbarum juice as raw materials，the co-fermentation technology of lactic acid bacteria and yeast was adopted. The process parameters were optimized by single-factor experiments and Box-Behnken response surface methodology. Anti-fatigue eficacy was evaluated through a load-bearing exhaustive swimming test and biochemical analyses in mice.The optimal conditions were as follows ： Rosa roxburghii-to-Goji juice ratio of 4：1（m：m） ，lactic acid bacteria inoculum 7%（v/v） ，yeast inoculum 5%（v/v） ，and fermentation time 52h ，achieving a sensory score of 92.4. Compared with the negative control group，the low-，medium-，and high-dose groups prolonged exhaustive swimming time by 4.56，7.68， and 12.94min ， respectively； Hepatic glycogen content increased by 42.61% ！ 88.29% ，and 130.52% ，and muscle glycogen by 79.85% ， 149.25% ，and 175.37% in the corresponding groups. Additionally，medium and high doses significantly reduced blood lactate and blood urea nitrogen levels （ （Plt;0.05） ）. The study demonstrates that the Rosa roxburghii-Goji co-fermented beverage efectively enhances anti-exercise fatigue ability in mice， indicating its potential as a functional food.

Key words： Rosa roxburghi; Lycium barbarum ； co-fermentation； response surface optimization；anti-exercisefatigue

（責任編輯：曹文磊）