杜景涛，郑 贞,*，陈 骏，鄢显明，蒋小凤，刘精武

（1.成都中医药大学体育学院，四川 成都 611137；2.成都市郫都区中医医院，四川 成都 610000；3.长治学院体育系，山西 长治 046011）

人体在长时间剧烈运动时，体内的氧化还原平衡被破坏，生成过量的自由基与活性氧，促使体内发生氧化应激，出现组织损伤、肌肉收缩能力下降等不良现象，产生疲劳感，而对机体补充外源性抗氧化剂是延缓体力疲劳的有效方法之一[1-2]。近年来，一些多糖、皂苷、黄酮类化合物、小分子肽类等天然抗氧化活性成分被发现抗疲劳作用较好，大量用于运动饮料的添加[3-5]，通过阻止细胞氧化、抑制脂质过氧化反应及直接清除自由基等作用，降低体内氧化应激，缓解运动后身体疲劳。

党参是桔梗科植物党参（Codonopsis pilosula(Franch.)Nannf.）的干燥根部，具有补中益气、养血生津等功效，含有萜类、多糖、糖苷类、甾体类、黄酮类、木脂素、氨基酸等活性成分[6-7]。现代药理学研究表明，党参多糖具有增加血红蛋白数量、抗氧化及调节机体免疫等作用[8]。秦楠等[9]曾以党参、荞麦为原料，研制出的保健醋饮料口感柔和，风味独特，但未对其具体保健效果进行深入探讨，而杨鲜[10]在党参复合保健饮料制备时并未就不同活性成分对饮料的品质影响进行分析。由于枸杞作为国家卫生健康委员会首批认定的药食同源食品，其多糖提取物也可增强身体的运动耐力[11]。因此，本研究利用上述两种物质多糖成分的生物学活性，以两种物质的多糖提取液为原料，辅以蔗糖、柠檬酸和黄原胶，研制党参枸杞复合运动饮料，探讨不同组分对饮料品质的影响，同时以羟基自由基、超氧阴离子自由基与DPPH 自由基为机体剧烈运动后生成的自由基代表，利用复合饮料分别检测其对不同自由基的清除率，考察该复合饮料的体外抗氧化活性。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

党参、枸杞均购于成都君源堂大药房，经成都市郫都区中医医院蒋小凤医师鉴定为川党参干燥根部。

无水乙醇、氢氧化钠、苯酚、硫酸、硫酸亚铁、双氧水、磷酸氢钠、磷酸氢二钠，均为分析纯，购于国药集团化学试剂有限公司；葡萄糖对照品，购于中国食品药品检定研究院；蔗糖，购于成都某农贸市场；黄原胶，购于济南意和旺化工科技有限公司；柠檬酸，购于河南吉乾生物科技有限公司；VC，购于江苏岚羽生物工程有限公司；三羟甲基氨基甲烷(Tris)、DPPH 自由基，购于美国Sigma 公司；水杨酸、邻苯三酚，购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司；试验用水为二次纯化水。

1.1.2 仪器与设备

YP-6001 型电子天平，购于上海越平仪器有限公司；FE28 型台式pH 计，购于梅特勒-托利多有限公司；NAR-3T 型折光仪，购于上海双旭电子有限公司；JY96-II 型超声波细胞粉碎机，购于上海熙扬仪器有限公司；UV-7504 型紫外可见分光光度计，购于上海精密仪器仪表有限公司；JY-W2 型超威粉碎机，购于潍坊星尔机械设备有限公司；ZH-RHJ 型高压均质机，购于广州正恒自动化设备有限公司；GRX-9073A型干热灭菌箱，购于上海善志仪器设备有限公司；KQ5200E 型超声波器，购于昆山舒美超声仪器有限公司；TG16G 型台式高速离心机，购于常州亿能仪器设备有限公司；动物恒温游泳池，购于上海艾研生物科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 党参枸杞运动饮料制备工艺流程

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 党参多糖的提取

参照李启艳等[12]的方法稍作修改。党参洗净后晒干（含水量为15%～20%），粉碎过80 目筛，准确称取20 g 过筛样品，加水600 mL，于60 ℃、400 W 下超声提取60 min 后浓缩，加入无水乙醇至醇浓度达到60%停止，混匀后过夜，以5 000 r/min 离心20 min 后过滤，挥干乙醇后，即得党参多糖提取物。

1.2.2.2 枸杞多糖的提取

参照彭浩等[13]的方法稍作修改。枸杞洗净、晒干、粉碎后过80 目筛，准确称取20 g 样品，加水300 mL，于60 ℃、200 W 下超声提取30 min，浓缩后加5 倍体积乙醇，混匀后过夜，以2 000 r/min 离心过滤，挥干乙醇，即得枸杞多糖提取物。

1.2.2.3 调配

将40%党参多糖水溶液和40%枸杞多糖水溶液以一定比例混合成原料液后，加入食品添加剂（蔗糖、柠檬酸、黄原胶），调配至成品。

1.2.2.4 均质、灌装与灭菌

成品料液均质搅拌2 次后灌装（温度：65～70 ℃，压力：18～25 MPa），于121 ℃下灭菌10 min，冷却后制得党参枸杞运动饮料[14]。

1.2.3 党参枸杞运动饮料的配方优化

1.2.3.1 单因素试验设计

以党参多糖与枸杞多糖的水溶液体积比和蔗糖、柠檬酸、黄原胶的用量（相对多糖混合液的百分比）为单因素，根据预试验结果，分别考察原料液中党参多糖与枸杞多糖的水溶液体积比（3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3）、蔗糖用量（2%、4%、6%、8%、10%）、柠檬酸用量（0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%）及黄原胶用量（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）对运动饮料的感官品质影响。

1.2.3.2 响应面试验设计

在单因素试验基础上，以党参多糖与枸杞多糖的水溶液体积比（A）、蔗糖用量（B）、柠檬酸用量（C）和黄原胶用量（D）为自变量，感官得分为响应值（Y），设计四因素三水平响应面试验，利用Design-Expert 软件的Box-Behnken 试验设计原理，优化各组分配比，试验因素水平见表1 所示。

表1 响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface design

1.2.4 感官品质评价

参考复合运动饮料的感官评价经验[15]，根据成品的实际特性，制定党参枸杞运动饮料的感官评价标准，如表2 所示。邀请7 位饮料感官评价经验丰富的人员组成感官评定小组，分别按照色泽、气味、口感和组织形态四个维度，对不同组分配比制得的运动饮料进行评价，每个样品重复3 次，最终结果取平均值。

表2 运动饮料感官评价标准Table 2 Sensory evaluation criteria of the sports beverage

1.2.5 理化指标测定

1.2.5.1 pH

采用pH 计检测运动饮料的pH。

1.2.5.2 可溶性固形物含量

按照GB 15266—2009[16]要求采用折光计法测定。

1.2.5.3 离心沉淀率

称取一定质量（m0）的党参枸杞运动饮料，置于离心管中，以3 000 r/min 离心10 min 后，对管内上清液称重，记为m，按照下式计算饮料的离心沉淀率[17]。

1.2.5.4 微生物指标检测

按照GB 7101—2015《食品安全国家标准饮料》[18]要求，分别检测党参枸杞运动饮料的微生物菌落总数、大肠杆菌和致病菌。

1.2.6 体外抗氧化活性评价

1.2.6.1 羟基自由基清除率

在装有2.0mL9mmol/L 硫酸亚铁和2.0mL9mmol/L水杨酸醇溶液的试管内准确加入2.0 mL 饮料样品，摇匀后继续加入2.0 mL 20 mmol/L 双氧水混合摇匀，于37 ℃水浴加热30 min 后，以纯化水作空白对照，0.2 mg/mL VC 作阳性对照，在510 nm 处测定吸光度值，平行测定6 次，按照下式计算羟基自由基清除率[19]。

式中：w为羟基自由基清除率，%；A1为待测管吸光度值；A2为以水替代双氧水的待测管吸光度值；A0为以水替代样品的待测管吸光度值。

1.2.6.2 超氧阴离子自由基清除率

参考文献方法[19]，在装有2.0 mL Tris-HCl 溶液（0.1 mmol/L，pH 8.2）的试管内准确加入0.1 mL 饮料样品和0.1 mL 邻苯三酚盐酸溶液（3 mol/L），于25 ℃下水浴加热5 min 后，冷却至室温，以水作空白对照，0.2 mg/mL VC 作阳性对照，于420 nm 处测定吸光度值，平行测定6 次，按照公式（2）计算超氧阴离子自由基的清除率。其中：w为超氧阴离子自由基清除率，%；A1为待测管吸光度值；A2为以水替代邻苯三酚盐酸溶液的待测管吸光度值；A0为以水替代样品的待测管吸光度值。

1.2.6.3 DPPH 自由基清除率

准确移取2.0 mL 复合饮料于试管内，加入2.0 mL 0.2 mol/L DPPH 自由基乙醇溶液，摇匀后避光静置30 min，以无水乙醇作空白对照，0.2 mg/mL VC 作阳性对照，于517 nm 处测定吸光度值，平行测定6 次，按照公式（2）计算DPPH 自由基的清除率[19]。其中：w为DPPH 自由基的清除率，%；A1为待测管吸光度值；A2为以水替代DPPH 乙醇溶液的待测管吸光度值；A0为以水替代样品的待测管吸光度值。

1.2.7 数据处理

使用SPSS 19.0 软件进行方差分析，P＜0.05 表示具有显著性差异，P＜0.01 表示具有极显著性差异。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 党参多糖与枸杞多糖水溶液体积比对饮料感官品质的影响

固定蔗糖用量6%、柠檬酸用量0.5%、黄原胶用量0.3%，考察不同党参多糖与枸杞多糖水溶液体积比对饮料感官品质的影响，结果见图1。当党参多糖与枸杞多糖的水溶液体积比为1∶2 时，运动饮料的感官得分最高，为（85.67±1.33）分，此时饮料呈棕黄色、酸甜适中；若枸杞多糖的比例继续增大，则饮料党参香味下降明显；而党参多糖比例过大，溶液的苦涩味加重且不稳定。因此选择党参多糖与枸杞多糖水溶液体积比2∶1、1∶1、1∶2 作为响应面因素考察水平。

图1 不同党参多糖与枸杞多糖水溶液体积比对饮料感官品质的影响Fig.1 Effects of different ratios between polysaccharide extracts of Codonopsis pilosula and wolfberry on the sensory evaluation of beverage

2.1.2 蔗糖用量对饮料感官品质的影响

固定党参多糖与枸杞多糖水溶液体积比1∶2、柠檬酸用量0.5%、黄原胶用量0.3%，考察不同蔗糖用量对饮料感官品质的影响，结果见图2。随着蔗糖用量的增多，饮料的感官评分呈先增大后减小的趋势，这归因于蔗糖用量过少，饮料的涩味较重，而用量过多又影响饮料中党参与枸杞的独有风味。因此选择蔗糖用量4%、6%、8%作为响应面因素考察水平。

图2 不同蔗糖用量对饮料感官品质的影响Fig.2 Effect of different amount of saccharose on the sensory evaluation of beverage

2.1.3 柠檬酸用量对饮料感官品质的影响

柠檬酸的添加不仅有利于改善饮料的口感，还可作为酸味剂、抗氧化剂及pH 调节剂，以保持饮料的品质。固定党参多糖与枸杞多糖水溶液体积比1∶2、蔗糖用量6%、黄原胶用量0.3%，考察不同柠檬酸用量对饮料感官品质的影响，结果见图3。当柠檬酸用量为0.5%时，饮料的感官评分呈下降趋势；柠檬酸的过多添加，导致溶液的酸味突出，口感变差。因此选择柠檬酸用量0.3%、0.5%、0.7%作为响应面因素考察水平。

2.1.4 黄原胶用量对饮料感官品质的影响

党参与枸杞在超声分离提取多糖后，仍有部分大分子化合物或纤维组织进入提取液，影响饮料的稳定性，因此添加黄原胶来改善饮料的悬浮能力。固定党参多糖与枸杞多糖水溶液体积比1∶2、蔗糖用量6%、柠檬酸用量0.5%，考察不同黄原胶用量对饮料感官品质的影响，结果见图4。当黄原胶用量为0.3%时，饮料的感官得分最高，为（85.76±1.29）分；若黄原胶用量继续增大，感官得分逐渐降低，这可能与黄原胶用量过多，致使溶液黏度增大有关。因此选择黄原胶用量0.2%、0.3%、0.4%作为响应面因素考察水平。

图3 不同柠檬酸用量对饮料感官品质的影响Fig.3 Effect of different amount of citric acid on the sensory evaluation of beverage

图4 不同黄原胶用量对饮料感官品质的影响Fig.4 Effect of different amount of xanthan gum on the sensory evaluation of beverage

2.2 响应面优化试验结果

2.2.1 响应面试验设计与结果

根据上述单因素试验结果，按照Box-Behnken 设计原理，分别以党参多糖与枸杞多糖水溶液体积比（A）、蔗糖用量（B）、柠檬酸用量（C）及黄原胶用量（D）为响应面考察因素，感官评分（Y）为响应值，进行响应面分析，结果如表3 所示。

对上述试验结果进行多元回归拟合，得到感官得分与各因素的二次多项回归模型：Y=85.66+0.57A+0.42B+0.55C-0.53D-1.50AB+1.50AC+0.80AD+0.50BC-0.56BD-0.31CD-1.10A2-2.75B2-2.25C2-1.64D2。

对该模型进行显著检验与方差分析，结果见表4。

由表4 可知，该回归模型P＜0.01，表明该模型回归效果显著，可较好地反映实际结果，R2=0.977 3，说明该模型拟合值与实际结果具有高度相关性，而模型失拟项P=0.071 3，表示该模型方程并不显著，说明回归方程拟合度较好，可准确反映各因素与响应值的关系，一次项A、B、C、D对饮料感官得分的影响均极显著（P＜0.01），二次项对感官得分的影响也均为极显著（P＜0.01），而交互项AB、AC对感官得分的影响极显著（P＜0.01），AD、BC、BD对感官得分的影响显著（P＜0.05）；另从表中F值可知，各因素对饮料的感官品质影响程度顺序为：柠檬酸用量（C）＞党参多糖与枸杞多糖的水溶液体积比（A）＞黄原胶用量（D）＞蔗糖用量（B）。

表3 响应面试验结果Table 3 Results of the response surface experiment

表4 响应面试验方差分析Table 4 The variance analysis of response surface experiment

2.2.2 响应曲面分析

党参枸杞运动饮料配方中各因素的交互作用对饮料感官品质的影响见图5。响应曲面越陡峭，说明感官得分（Y）受不同因素的交互作用影响越大。由图5 可知，运动饮料的感官得分与各影响因素之间具有明显的抛物曲线关系，且随着交互因素值的增大，感官得分呈先升高后降低趋势。

图5 各因素交互作用对饮料感官得分影响的响应面图Fig.5 Response surface methodology of the interaction of various factors on the sensory score of beverage

对二次多项回归拟合方程进行极值分析，确定党参枸杞运动饮料最佳配方为：党参多糖与枸杞多糖的水溶液体积比为1∶2，蔗糖用量6%，柠檬酸用量0.5%，黄原胶用量0.3%（相对多糖混合液的百分比），此时感官得分最高预测值为86.12 分。对该优化配方进行验证试验，得到饮料的感官得分为（86.53±1.29）分，与预测值相近，相对误差仅为0.48%，表明该回归模型可较好地预测党参枸杞运动饮料的最佳配方参数。

2.3 运动饮料的质量检验结果

根据最佳配方制得的党参枸杞运动饮料色泽均匀、棕黄透亮，酸甜适中，并有党参与枸杞的香味，静置后未有明显沉淀与分层。

饮料的pH 为5.3，可溶性固形物含量14.2%，离心沉淀率为0.86%，微生物菌落总数＜10 CFU/mL，且未有大肠杆菌和其他致病菌被检出。

2.4 体外抗氧化活性结果

通过体外自由基清除模型研究，分别比较党参枸杞运动饮料和0.2 mg/mL VC 对相同浓度（100 mg/L）的羟基自由基、超氧阴离子自由基与DPPH 自由基清除能力，结果见表5。党参枸杞运动饮料与0.2 mg/mL VC 对DPPH 自由基的清除率相近，且无显著性差异，而运动饮料对超氧阴离子自由基的清除率极显著高于VC（P＜0.01），但对羟基自由基的清除能力明显弱于VC（P＜0.01），表明党参枸杞运动饮料在体外具有一定的抗氧化性。

表5 不同物质对三种自由基的清除率(n=6)Table 5 The radical removal rates of different substances on three types of free radicals(n=6)单位：%

3 结论

本研究以党参、枸杞为原料，辅以蔗糖、黄原胶研制党参枸杞复合运动饮料。通过单因素试验与响应面试验确定运动饮料的最佳配方为：40%党参多糖与40%枸杞多糖水溶液体积比为1∶2，蔗糖用量6%，柠檬酸用量0.5%，黄原胶用量0.3%（相对多糖混合液的百分比），在此配方下制得的运动饮料感官评分为86.53 分，产品呈棕黄透亮、色泽均匀，酸甜适中，并混有党参与枸杞香味，静置后未有明显沉淀与分层。该饮料对羟基自由基、超氧阴离子自由基和DPPH 自由基的清除率分别为73.75%、69.48%和71.55%，具有一定的体外抗氧化活性，从而在体育市场具有较好的推广前景。