CN109303220A - 一种虾青素功能性运动饮料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种虾青素功能性运动饮料及其制作方法，本发明选用天然来源的虾青素为主要功能原料，通过设计科学有效的运载体系，协同多级稳态处理，合理配方搭配，得到富含虾青素的运动功能饮料，产品体系均匀稳定，营养均衡，生物利用率高，广泛适用于专业运动人员和普通的运动人群。本发明的饮料充分发挥了虾青素在生物体内抗氧化和抗疲劳的功效，有效地促进新陈代谢，调节机体酸碱平衡，消除疲劳，减少运动后对集体的损伤。本发明的虾青素运动功能饮料建议在运动前和运动中饮用，以更好发挥虾青素的保健功效。

Description

一种虾青素功能性运动饮料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种功能性运动饮料及其制备方法，具体涉及一种虾青素功能性运动饮料及其制作方法。
背景技术
生命在于运动，随着现代生活节奏加快、生活压力大，各种各类亚健康状况人群数量逐年递增。人们越来越重视通过运动来提高身体的素质，且健康意识不断增强，运动者逐渐开始关注运动后身体机能的恢复和运动性疲劳的消除。因此，运动功能饮料成了饮料行业关注的重点产品。
运动饮料是根据运动时生理消耗的特点而配制的，可以有针对性地补充运动时丢失的营养，起到保持、提高运动能力，加速运动后疲劳消除的作用。伴随体育运动的全民化趋势，现代运动饮料不仅要满足专业运动员需求，还要满足普通运动人群的需求。运动饮料的发展大致经历了三个阶段。第一代运动饮料以添加水、碳水化合物、电解质为主；第二代运动饮料是在第一代运动饮料基础上添加了维生素、氨基酸等功能物质；而第三代运动饮料则是充分利用生物技术的发展成果，将诸多天然产物的提取物添加到第二代运动饮料中，形成了品种丰富、风味独特且功能更全的运动功能饮料。研究报道，产生运动疲劳的主要原因有能源物质的过度消耗，疲劳物质在体内的堆积，体内酸碱平衡、渗透压平衡、水平衡的失调等。目前市面上的运动饮料主要是通过补充水分、糖分和电解质，加入化学药品和生物制品而达到提高运动能力、消除疲劳的效果。但化学药品和生物制品的副作用可能会给机体造成一定的危害，而且某些药物还含有兴奋剂成分。因此寻找安全、有效的抗疲劳食品和药品已经成为运动医学研究领域的研究热点。
虾青素(Astaxanthin)是从虾蟹外壳、牡蛎、鲑鱼及藻类、真菌中发现的一种红色脂溶性类胡萝卜素，也是类胡萝素合成的最高级别产物。虾青素被公认为是迄今为止自然界中已发现最强的天然抗氧化剂，其抗氧化能力是天然VE的1000倍，β-胡萝卜素的10倍，葡萄籽油的17倍，花青素OPC的150倍，辅酶Q10的60倍。越来越多的研究结果表明，虾青素具有多种生理活性，如抗氧化、抗炎、抗衰老、改善运动机能等等。所以，虾青素具有重要的营养和保健作用。但虾青素与维生素一样不能被人体合成，只能从食物中摄取。在自然界中，鲑鱼可逆流而上进行洄游，其运动能力堪称生物界的奇迹，发明人受鲑鱼洄游的启示，将虾青素用于运动饮料中，以达到提高运动能力、消除疲劳等作用。
然而目前虾青素在食品中的应用面临很多难点，首先是虾青素分子极性较低，水溶性差，难以应用于水介质食品，尤其是在低温冰镇饮料中的应用收到严重限制；其次，虾青素的化学性质非常不稳定，在加工及贮藏过程中极易发生氧化降解和褪色，从而丧失生物活性，并对产品的色泽品质产生不良影响；而且虾青素生物利用度较低，造成资源的浪费。因此如何解决上述难题已成为虾青素在食品中成功应用的关键。
发明内容
本发明的目的是开发一种富含虾青素的运动功能饮料及其制作方法，其配伍科学、易于产业化生产，有利于充分发挥虾青素抗运动疲劳的保健功效，满足专业运动员和普通运动人群的需求，促进人类健康。
本发明所提供的富含虾青素的功能性运动饮料，其制备方法包括以下步骤：
1)按照质量比为虾青素：油相为1:0.1～50的比例，将虾青素加入到30～100℃的油相中制成虾青素油；
所述的虾青素可以是游离态虾青素、虾青素单酯、虾青素双酯中的一种或几种的混合物；
其中油相含有质量分数为0.0001％～10％的保护剂，
所述的油相为直链脂肪酸酯或脂肪酸甘油酯中的一种或几种；
所述的保护剂为生育酚、生育酚乙酸酯、辅酶Q、没食子酸酯、丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯和鼠尾草酸中的一种或几种的混合物。
2)向步骤1)制得的虾青素油中，加入0.1～10倍质量的30～100℃的乳化剂和/或助乳化剂，搅拌混合均匀，制成虾青素油与乳化剂/助乳化剂的混合液；
所述乳化剂为蔗糖酯、吐温、卵磷脂中的一种或几种的混合物。
所述助乳化剂为乙醇、1,2‐丙二醇、1,3‐丙二醇、丙三醇中的一种或几种的混合物。
3)将步骤2)得到的虾青素油与乳化剂/助乳化剂的混合液加入到蛋白溶液中，搅拌均匀，然后向体系中加入水溶性抗氧化剂，搅拌使其充分溶解；
所述的水溶性抗氧化剂为抗坏血酸或其钠盐、乙二胺四乙酸或其钠盐、茶多酚中的一种或几种的混合物。
所述的蛋白溶液，是用pH6～8的磷酸盐缓冲液配制成的质量体积分数为0.05～10％的溶液；
4)将步骤3)获得的体系在60～150MPa压力下均质或在20～25KHz超声条件下处理，使混合液中虾青素的颗粒直径在50～5000nm；然后向体系中加入多糖溶液，搅拌均匀，再用可食用酸调节体系pH至2.5～5.5；得到富虾青素运载体系；
所述的多糖溶液，是用pH6～8的磷酸盐缓冲液配制成的质量体积分数为0.05～10％的溶液；
5)向步骤4)制备的富虾青素运载体系中加入调味剂、维生素和质量体积分数为0.0001～5％的稳定剂，充分搅拌至完全溶解水化；经灭菌后完成制备。
其中一种灭菌方式为高温瞬时灭菌，高温瞬时灭菌条件为：温度121～137℃，时间3～15秒。
所述稳定剂为阴离子型稳定剂和/或非离子型稳定剂，其中阴离子型稳定剂为阿拉伯胶、海藻酸钠、羟甲基纤维素、醋酸纤维素酞酸酯中的一种或几种的混合物；非离子型稳定剂为变性淀粉、卡拉胶、黄原胶、环糊精、羧甲基纤维素钠和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种的混合物。
本发明选用天然来源的虾青素为主要功能原料，通过设计科学有效的运载体系，协同多级稳态处理，合理配方搭配，得到富含虾青素的运动功能饮料，产品体系均匀稳定，营养均衡，生物利用率高，广泛适用于专业运动人员和普通的运动人群。本发明的饮料充分发挥了虾青素在生物体内抗氧化和抗疲劳的功效，有效地促进新陈代谢，调节机体酸碱平衡，消除疲劳，减少运动后对集体的损伤。本发明的虾青素运动功能饮料建议在运动前和运动中饮用，以更好发挥虾青素的保健功效。本发明的虾青素苹运动功能饮料产品，其制作过程简单、安全、可操作性高，同时制备得到的产品可在低温条件下稳定存在，尤其满足了运动人群喜欢喝冷饮的喜好，对推动虾青素和运动功能饮料的发展具有积极的意义。
附图说明
图1：本发明饮料制备路线图；
图2：虾青素保留率图；
图3：生物接受率图；
图4：抗疲劳试验图。
具体实施方式
本发明将虾青素制成可在水介质饮料中均匀分散、稳定存在的形式，特别是可在低温、低pH环境下稳定存在，从而解决虾青素在饮料体系中的应用溶解性和稳定性问题。在补充运动时丢失的营养元素的同时，充分发挥虾青素超强的抗氧化和清除自由基能力，更好地提升虾青素的产业价值。
为了充分公开本发明的一种虾青素果醋饮料及其制作方法，下面结合实施例加以说明。
实施例1：
(1)富虾青素运载体系的制备
①以雨生红球藻来源的虾青素为原料，称取1kg虾青素原料，加入到10公斤预先加热到40℃的亚麻籽油中，其中亚麻籽油中含有质量分数为0.01％的生育酚，在氮气的保护下搅拌至其溶解，得到虾青素亚麻籽油溶液。
②向步骤①制得的虾青素亚麻籽油中，加入8倍质量的预先加热到40℃的吐温40和1,2‐丙二醇的混合物，并在200r/min下搅拌20min，混合均匀得混合液，其中吐温40与1,2‐丙二醇的质量比为1:2。
③分别用pH7.0的磷酸缓冲溶液配制质量体积分数均为2％的酪蛋白酸钠和阿拉伯胶溶液。于室温下充分搅拌后静置4h，过滤除去不溶性杂质。将步骤②得到的虾青素油与乳化剂/助乳化剂的混合液加入到酪蛋白酸钠溶液中，搅拌均匀，然后向体系中加入质量分数为0.1％的茶多酚，搅拌使其充分溶解。
④微细化及封装处理：将上述体系在80MPa压力下进行均质，使混合液中虾青素的颗粒直径在200nm附近。均质后向体系中加入步骤③制备的阿拉伯胶溶液，搅拌均匀，然后用可食用酸调节体系pH至4.0。得到富虾青素运载体系。
(2)调配及稳态化处理：向上述得到的富虾青素运载体系体系中加入调味剂、维生素和质量体积分数为0.1％的羧甲基纤维素钠，充分搅拌至完全溶解水化。
(3)杀菌、灌装：处理后的料液，经温度121℃、时间10秒高温瞬时灭菌，然后进行无菌灌装，得产品(图1)。
实施例2
(1)富虾青素运载体系的制备
①以南极磷虾来源虾青素为原料，称取1g虾青素原料，将其加入到10g预先加热到60℃的橄榄油中，并在CO2保护下搅拌至其溶解，得到虾青素橄榄油溶液。
②向步骤①制得的虾青素橄榄油溶液中，加入9倍质量的预先加热到30℃的单脂肪酸蔗糖酯和丙三醇的混合物中，并在300r/min条件下搅拌10min，使其混合均匀，得混合液，其中单脂肪酸蔗糖酯与丙三醇的质量比为1:2。
③分别用pH6.5的磷酸缓冲溶液配制质量体积分数均为1.5％的乳清蛋白和阿拉伯胶溶液。于室温下充分搅拌后静置6h，过滤除去不溶性杂质。将步骤②得到的虾青素油与乳化剂/助乳化剂的混合液加入到乳清蛋白溶液中，搅拌均匀，然后向体系中加入质量分数为0.08％的抗坏血酸，搅拌使其充分溶解。
④微细化及封装处理：将上述体系在90MPa压力下进行均质，使混合液中虾青素的颗粒直径在150nm附近。均质后向体系中加入步骤③制备的阿拉伯胶溶液，搅拌均匀，然后用可食用酸调节体系pH至3.5。得到富虾青素运载体系。
(2)调配及稳态化处理：向上述得到的富虾青素运载体系体系中加入调味剂、维生素和质量体积分数为0.1％的黄原胶，充分搅拌至完全溶解水化。
(3)杀菌、灌装：处理后的料液，经温度125℃、时间5秒高温瞬时灭菌，然后进行无菌灌装，得产品。
实施例3
(1)富虾青素运载体系的制备
①称取10g红法夫酵母来源的虾青素，将其加入到60g预先加热到40℃的大豆油中，在N2保护下搅拌至其溶解，得到虾青素大豆油溶液。
②向步骤①制得的虾青素油中加入10倍质量的预先加热到40℃的卵磷脂和乙醇的混合物，并在150r/min条件下搅拌30min，使其混合均匀，得混合液，其中卵磷脂与乙醇的质量比为1:2。
③分别用pH7.5的磷酸缓冲溶液配制质量体积分数均为2％的明胶和壳聚糖溶液。于50℃下加热并充分搅拌溶解后，静置4h，过滤除去不溶性杂质。将步骤②得到的虾青素油与乳化剂/助乳化剂的混合液加入到明胶溶液中，搅拌均匀，然后向体系中加入质量分数为0.05％的茶多酚，搅拌使其充分溶解。
④微细化及封装处理：将上述体系在60MPa压力下进行均质，使混合液中虾青素的颗粒直径在500nm附近。均质后向体系中加入步骤③制备的壳聚糖溶液，搅拌均匀，然后用可食用酸调节体系pH至4.5。得到富虾青素运载体系。
(2)调配及稳态化处理：向上述得到的富虾青素运载体系中加入调味剂、维生素和质量体积分数为0.5％的阿拉伯胶，充分搅拌至完全溶解水化。
(3)杀菌、灌装：处理后的料液，经温度123℃、时间10秒高温瞬时灭菌，然后进行无菌灌装，得产品。
上述实施例中，虾青素原料可以是由藻类、鱼、虾、蟹、酵母或其他植物中提取；虾青素可以是游离态虾青素、虾青素单酯、虾青素双酯中的一种或几种的混合物；用于制作虾青素微乳剂的食品级表面活性剂包括蔗糖酯系列、吐温系列、卵磷脂中的一种或几种的混合物；用于制作虾青素微乳剂的食品级助表面活性剂包括乙醇、1,2‐丙二醇、1,3‐丙二醇、丙三醇中的一种或几种的混合物；用于制作虾青素微乳剂的食用油为棕榈油、橄榄油、玉米油、大豆油、辛葵酸甘油三酯中的一种或几种的混合物；用于制备运载体系的蛋白类物质包括乳清蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钠、明胶、大豆蛋白中的一种或几种的混合物；用于制备运载体系的多糖类物质包括阿拉伯胶、果胶、瓜尔胶、甜菜胶、环糊精、壳多糖中的一种或几种的混合物；用于稳定运载体系的水溶性抗氧化剂包括抗坏血酸或其钠盐、乙二胺四乙酸或其钠盐、茶多酚中的一种或几种的混合物。用于二次稳定体系的阴离子型稳定剂包括阿拉伯胶、海藻酸钠、羟甲基纤维素、醋酸纤维素酞酸酯中的一种或几种的混合物；用于二次稳定体系的非离子型稳定剂包括变性淀粉、卡拉胶、黄原胶、环糊精、羧甲基纤维素钠和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种的混合物。其用量及具体工艺参数视具体情况来做适当的调整。
通过上述提供的实施例制备的虾青素功能性运动饮料具有以下技术特征：
1.虾青素功能性运动饮料感官指标
色泽：色泽亮丽，均匀一致；
滋味及气味：滋味柔和，酸甜适口；
形态：半透明的液体，久置允许有轻微沉淀；
杂质：无肉眼可见杂质。
2.虾青素功能性运动饮料理化指标
可溶性固形物：≥8.0％；酸度：≥0.5％；酒精度≤0.2％；砷(以As计)：≤0.5mg/L；铅(以Pb计)：≤1.0mg/L；铜(以Cu计)：≤5.0mg/L；维生素C：≥200mg/dL；虾青素含量：≥0.005％。
3.虾青素功能性运动饮料的微生物指标
细菌总数：≤100cfu/mL；大肠菌群：≤3MPN/mL；致病菌：不得检出。
适宜人群：运动和体育锻炼人群。
食用方法：开盖即饮，于运动前或运动中饮用，有利于发挥运动饮料的功能。
本发明的一种虾青素功能性运动饮料的饮用效果：增强机体能量代谢，缓解运动疲劳，提高运动耐力。
贮藏稳定性试验
取等量实施例1、实施例2和实施例3样品，封装于棕色塑料瓶内，于20℃恒温箱下放置贮藏。过程中不定期取样，测定样品中虾青素的含量，并计算贮藏过程中虾青素的保留率，以评价其稳定性。
虾青素的保留率(％)＝Cn/C0×100％
其中，Cn为贮藏过程中样品虾青素含量；C0为起始样品中虾青素含量。
贮藏到第5周后，实施例1、实施例2和实施例3样品中虾青素的保留率均大于95％，如图2所示。稳定性试验结果表明：本发明方法制备的虾青素运动饮料中虾青素稳定性良好。
低温条件下的稳定性试验
取等量实施例1、实施例2和实施例3样品，封装于棕色塑料瓶内，于4℃冰箱放置贮藏。贮藏至20天后，测定样品的粒径和表面油率，以评价本发明产品在低温条件下的稳定性。
表面油率的测定：将一定量的正己烷添加到样品溶液中，用玻璃棒缓慢搅拌，使未包埋的虾青素完全转移至正己烷相中，静置10min后取2mL正己烷相，利用HPLC测定其中虾青素含量。表面油率的计算公式如下：
表面油率率(％)＝m1/m0×100％式(4-2)
式中，m0表示体系中总虾青素的量，mg；m1表示正己烷相中虾青素的量，mg。
粒径的测定：取一定量样品，用超纯水稀释，充分混匀，利用Mastersizer2000激光粒径分析仪测定其粒径分布，平均粒径(直径)的计算公式如下：
式中，Dn为平均粒径(直径)，ni表示粒子数量，di单个粒子的粒径(直径)。
低温条件下的产品稳定性试验结果如下表所示：
上述试验结果可以看出：当贮藏至20天时，本发明实施例产品的粒径和表面油率与0天相比，均无显著变化。说明在低温贮藏过程中，虾青素稳态体系没有遭到破坏，没有发生凝聚，亦没有因为虾青素外溢而出现油水分离的现象。该试验结果表明，本发明通过将虾青素制成可在水介质饮料中均匀分散、稳定存在的形式，特别是可在低温环境下稳定存在，从而解决虾青素饮料体系在低温环境中稳定贮藏的问题。
低pH条件下的稳定性试验
取三份实施例1样品，封装于棕色塑料瓶内，分别用1mol/L的氢氧化钠溶液或1mol/L的盐酸溶液调节体系pH为3.0，4.0，7.0。然后于自然条件下贮藏放置。贮藏至20天后，分别测定三组样品的粒径和表面油率，以评价本发明产品在不同pH条件下的稳定性。粒径与表面油率测定方法同低温条件下的稳定性试验。低pH条件下的稳定性试验结果如下表所示：
上述试验结果可以看出：当贮藏至20天时，三组不同pH条件下的实施例1产品粒径和表面油率与0天相比，均无显著变化。说明在低pH(pH3.0/4.0)环境下，虾青素稳态体系没有因为低酸环境而遭到破坏，亦没有因为虾青素外溢而出现油水分离的现象。该试验结果表明，本发明通过将虾青素制成可在水介质饮料中均匀分散、稳定存在的形式，特别是可在低pH环境下稳定存在，从而解决虾青素饮料体系在低pH环境中稳定贮藏的问题。
综合上述两组试验结果，可以看出，本发明制备的一种虾青素功能性运动饮料，通过对虾青素进行体系设计，可以使其在制备的饮料体系中稳定存在。特别是在酸性饮料中，更尤其在低温贮藏饮料体系中稳定存在，以更好地满足运动人群不同的饮用喜好。
生物利用率表征试验
参照Mark L.Failla等学者提出计算生物可接受率(Bioaccessibility)的方法，来表征营养素的生物利用率情况。试验小鼠按照体重随机分为3组，分别为实施例1、实施例2和实施例3组，每组5只小鼠。饲料和水自由摄取，适应喂养一周，实验前，禁食不禁水10h。各组均按照10mg/kg·体重剂量进行灌胃，灌胃体积为10mL/kg·体重。灌胃结束后正常进食进水，收集24h内的小鼠粪便，真空冷冻干燥，称量，研磨，测其中虾青素总含量。
生物可接受率的计算公式如下：
式中，灌胃量为灌胃样品中总虾青素量，mg；排泄量为灌胃后24h内粪便中总虾青素量，mg。
试验结果表明，本发明产品中虾青素的生物可接受率达70％以上，较目前报道的虾青素油剂生物可接受率30％而言显著提高(图3)。
抗疲劳试验
试验小鼠按照体重随机分为3组，分别为蒸馏水对照组和实施例1试验组。饲料和水自由摄取，适应喂养一周。实验时，两组小时分别按灌胃体积为10mL/kg·体重进行灌胃，每天灌胃一次，连续灌胃1周。然后进行负重游泳试验，每组小鼠按照体重的5％进行负重游泳，记录最大游泳时间。试验结果如附图4所示。结果显示，空白组小鼠的最大游泳时间为18.3min，实施例1组实验小鼠的最大运动时间为27.8min(图4)。此实验结果表明，在运动前服用本发明制备的产品，可显著提高运动时间，说明本发明产品具有显著的抗疲劳，提高运动耐力的功效。

Claims (10)

1.一种富含虾青素的功能性运动饮料，其特征在于，所述的功能性运动饮料其制备方法包括以下步骤：
1)按照质量比为虾青素：油相为1:0.1～50的比例，将虾青素加入到30～100℃的油相中制成虾青素油；
2)向步骤1)制得的虾青素油中，加入0.1～10倍质量的30～100℃的乳化剂和/或助乳化剂，搅拌混合均匀，制成虾青素油与乳化剂/助乳化剂的混合液；
3)将步骤2)得到的虾青素油与乳化剂/助乳化剂的混合液加入到蛋白溶液中，搅拌均匀，然后向体系中加入水溶性抗氧化剂，搅拌使其充分溶解；
4)将步骤3)获得的体系在60～150MPa压力下均质或在20～25KHz超声条件下处理，使混合液中虾青素的颗粒直径在50～5000nm；然后向体系中加入多糖溶液，搅拌均匀，再用可食用酸调节体系pH至2.5～5.5；得到富虾青素运载体系；
5)向步骤4)制备的富虾青素运载体系中加入调味剂、维生素和质量体积分数为0.0001～5％的稳定剂，充分搅拌至完全溶解水化；经灭菌后完成制备。
2.如权利要求1所述的功能性运动饮料，其特征在于，所述的虾青素是游离态虾青素、虾青素单酯、虾青素双酯中的一种或几种的混合物。
3.如权利要求1所述的功能性运动饮料，其特征在于，所述的1)中的油相含有质量分数为0.0001％～10％的保护剂，所述的保护剂为生育酚、生育酚乙酸酯、辅酶Q、没食子酸酯、丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯和鼠尾草酸中的一种或几种的混合物。
4.如权利要求1或3所述的功能性运动饮料，其特征在于，所述的油相为直链脂肪酸酯或脂肪酸甘油酯中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的功能性运动饮料，其特征在于，所述的乳化剂为蔗糖酯、吐温、卵磷脂中的一种或几种的混合物；
所述助乳化剂为乙醇、1,2‐丙二醇、1,3‐丙二醇、丙三醇中的一种或几种的混合物。
6.如权利要求1所述的功能性运动饮料，其特征在于，所述的水溶性抗氧化剂为抗坏血酸或其钠盐、乙二胺四乙酸或其钠盐、茶多酚中的一种或几种的混合物。
7.如权利要求1所述的功能性运动饮料，其特征在于，所述的步骤3)中的蛋白溶液，是用pH6～8的磷酸盐缓冲液配制成的质量体积分数为0.05～10％的溶液。
8.如权利要求1所述的功能性运动饮料，其特征在于，所述的多糖溶液，是用pH6～8的磷酸盐缓冲液配制成的质量体积分数为0.05～10％的溶液。
9.如权利要求1所述的功能性运动饮料，其特征在于，所述的灭菌方式为高温瞬时灭菌，其条件为：温度121～137℃，时间3～15秒。
10.如权利要求1所述的功能性运动饮料，其特征在于，所述的稳定剂为阴离子型稳定剂和/或非离子型稳定剂，其中阴离子型稳定剂为阿拉伯胶、海藻酸钠、羟甲基纤维素、醋酸纤维素酞酸酯中的一种或几种的混合物；非离子型稳定剂为变性淀粉、卡拉胶、黄原胶、环糊精、羧甲基纤维素钠和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种的混合物。
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