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法律状态信息
法律状态
2013-06-26
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):A23L2/38 授权公告日:20090121 终止日期:20120429 申请日:20050429
专利权的终止
2013-05-08
著录事项变更 IPC(主分类):A23L2/38 变更前: 变更后: 申请日:20050429
著录事项变更
2009-01-21
授权
授权
2008-01-09
实质审查的生效
实质审查的生效
2006-11-01
公开
公开
技术领域
本发明涉及一种运动饮料的配方设计与制备方法,该运动饮料具有缓解体力疲劳的作用,适用于适合与参加体育锻炼人群、体力劳动人群、高温作业人群以及在热及流汗环境中的人群饮用。
背景技术
一、运动生理学的研究进展
对运动生理学的研究起源于20世纪初。当时英国的生理学家希尔(Hill)出版了他的三部运动生理学名著:《肌肉活动》、《人类的肌肉运动——影响速度与疲劳的因素》、和《有生命的机械》。这些书中的观点,特别是有关肌肉工作的论点至今仍为生理学工作者所引用。为此,希尔被誉为“运动生理学之父”。同一时期,苏联的克列斯托夫柯甫(Kretovnikoff),英国的班布里奇(BainBridge),日本的吉田章信等对运动生理学做了大量大研究,为运动生理学的建立奠定了基础。
随着研究的进展,对运动生理学的研究更为深入。当前运动生理学存在几个方面的热点。
①关于个体乳酸阈值的研究
乳酸阈(LAT)的概念是根据血乳酸浓度变化和运动强度变化的关系而提出的。当运动强度逐渐加大时,血乳酸的变化出现两个非线性的拐点,即:当血乳酸为2mmol/L左右出现第一个拐点;当4mmol/L左右出现第二个拐点。目前,在国内外广泛地用血乳酸为4mmlo/L作为乳酸阈值。
②关于运动性疲劳的研究
疲劳是一种机体的整体机能水平或工作效率降低的生理现象,应同疾病和运动训练中的过度训练相区别。运动性疲劳是一个特别复杂的生理过程。它是由运动引起的全身多器官和系统机能变化的综合结果。
运动性疲劳可分为中枢疲劳和外周疲劳。从中枢到骨骼肌细胞再到细胞内的物质代谢过程,中间任何一个环节或这些过程综合变化,都可造成疲劳。今年来提出的疲劳控制链或运动性疲劳突变理论,都力图从多方面说明运动性疲劳的发生原因,使运动性疲劳的理论更完善,以便更科学地掌握消除疲劳的方法。
二、运动饮料的演变与发展
伴随着运动生理学的发展,运动饮料的研制在20世纪二十年代开始兴起,当时其主要成分是糖和电解质,旨在校正体液容量,调节体内电解质和酸碱平衡,及时补充能量,改善体温调节和体内代谢过程等。由于添加了适当的电解质和碳水化合物,第一代运动饮料能够在人体大量排出汗液后,迅速补充流失的水分和电解质等,并补充消耗的能量,帮助人体恢复运动功能。
第一代运动饮料一经问世,就因其突出的功能性得到了全世界的认可。在品类繁多的饮料市场上,运动饮料迅速占有了一席之地,并逐渐扩大市场份额,成为了饮料市场上的领军人物。其中最具代表性的是1965年,美国肾脏和电解质研制中心的罗伯特·凯特博士为佛罗里达大学橄榄球队研制的被称为“Gatorade”的饮料,称霸于运动饮料类达25年之久。
同时,随着现代医学的发展,保健和保养的观念开始被人们所接受。人们越来越认识到,在日常饮食中摄取人体所需的充足营养,是健康的重要途径。防患于未然,同样适用于人的健康。这样一来,仅仅补充水分、电解质和能量,已经不能再满足人们对运动饮料的需求了。如果将水分、电解质和能量的补充比喻为医学上的“治标”,那么补充营养成分这一“治本”的迫切愿望就随之浮出了水面。正因如此,新一代补充型运动饮料,在第一代补充水分、电解质和能量的基础之上,它还加入了适当的氨基酸和维生素等营养成分,让运动饮料的机能性更为丰富,完成了运动饮料由点到面、由面到空间立体补给的突破。
新一代运动饮料除了能够补充人体随汗水流失的大量水分、电解质和能量,同时注重运动中神经和免疫系统功能的提高,添加保持免疫系统功能的维生素B族,以及提高中枢神经组织功能的赖氨酸和牛磺酸,有效补充人体运动中所需的营养成分,强化免疫系统功能,促进疲劳恢复。它使饮用者在享受美味的同时,轻松得到全方位的补充,它所添加的营养素及其含量,从精神状态、免疫力和疲劳恢复方面给运动机体以深层补给,全面提高运动能力。
三、新的功能性物质在运动饮料中的应用
1.乳清蛋白
乳清蛋白是一类利用先进工艺从牛奶中提取的蛋白质,它具有很高的生物学价值,特别适用于运动饮料,它能提供20-26克/100克蛋白质的高浓度支链氨基酸,这种优质蛋白质不含或只含极少量的脂肪、胆固醇和乳糖,并且蕴含生物可用钙。它对运动能力的影响主要表现为:
①提供长时间运动时骨骼肌的能量供应:乳清蛋白中的支链氨基酸可以直接被肌肉利用产能,
其它氨基酸则在肝中代谢为ATP,乳清蛋白这种分解代谢的特殊性,为肌肉提供了除肌糖原、血糖、游离脂肪酸以外的另一个能量来源。因此,当人体处于运动状态,骨骼肌大量消耗肌糖原时,补充乳清蛋白可以起到节省肌糖原,延缓肌糖原消耗速度的作用;
②促进蛋白合成和肌肉增长;
③清除自由基和具抗氧化性;
④提高机体免疫能力和延缓中枢疲劳。
2.牛磺酸
牛磺酸是一种含硫的β-氨基酸。1827年首次从牛胆中分离,牛磺酸的名称即由此而来。
侯香玉等研究发现,补充牛磺酸能提高大鼠运动能力,而给予丙氨酸(可耗竭体内的牛磺酸)则降低大鼠运动能力,增加全血粘度。其结果表明:体内牛磺酸对维持运动能力是必需的,外界给予则可使其运动能力进一步增加。张钧等最近研究发现给大鼠每天皮下注射牛磺酸(剂量为200mg/kg·d,持续10天),能显著延长大鼠游泳至力竭的时间(5.20±1.92h,而对照组为3.97±1.48h,p<0.001),表明牛磺酸具有抗运动性疲劳的作用。牛磺酸的抗氧化作用和Ca2+调节作用可能是其抗运动性疲劳的主要机制之一。
3.黄酮类化合物
黄酮类化合物是色原酮或色原烷的衍生物,以C6-C3-C6结构为基本母核的天然产物,即两个苯环通过3个碳原子结合而成。其中C3部分可以是脂链,或与C6部分形成六元或五元氧杂环。
许多研究已表明黄酮类化合物具有多种生物活性,除利用其抗菌、消炎、抗突变、降压、清热解毒、镇静、利尿等作用外,在抗氧化、抗癌、防癌、抑制脂肪酶等方面也有显著效果。它可以增加冠脉流量,对实验性心肌梗塞有对抗作用;对急性心肌缺血有保护作用;对治疗冠心病、心绞痛、高血压等有显著效果;对降低舒张压,防治心律失常、心血管病和活血化瘀也起重要作用。
银杏叶提取物中的黄酮类活性物质是一种较强的自由基清除剂,它们的分子结构中有多酚羟基(抗氧化作用的结构基础),能有效对抗超氧自由基引起的细胞损伤。
4.其他功能性物质
刘勰等研究发现,葡萄籽提取物原花青素可以显著延长小鼠负重游泳的时间。吕红等研究发现经口给予小鼠不同剂量的复方黄芪提取液30天,能延长小鼠负重游泳时间,并增强小鼠运动过程中肝糖原的储备量。罗海吉等研究表明,补充螺旋藻可以增进高温环境中小鼠的食欲,对于小鼠肌、肝糖原都有明显提高。金宏等发现运动使大鼠骨骼肌和心肌中糖原水平明显降低,而补充肌酸可明显抑制骨骼肌糖原水平的降低,并且具有抑制心肌糖原水平下降趋势的作用。
目前在中国运动饮料市场,消费者以解渴为主要饮用目的,对各种饮料的认识尚属初级阶段,往往将碳酸饮料,果汁饮料和带果味的运动饮料概念混淆,消费者对运动饮料虽有所耳闻,但是对其特殊的添加的成分和功能并不了解。市面上的饮料种类繁多,各有不同的作用,但并非所有的饮料都适合运动以及流汗以后饮用,如清水类,多为矿泉水或纯净水类,这类清水虽含有一定的矿物质,但却不是运动时需补充的糖和电解质;天然果汁类饮料的主要成分水、天然果汁、糖、维生素、无机盐等,但这类饮料往往渗透压太高,不利于胃的排空,同时减慢吸收。另一大类是可乐型饮料,因其含有咖啡因,对健康人士和运动员都不适合;同时因含有碳酸气易致胃胀,且含糖量较高减慢吸收,又不含无机盐类,所以并不适合运动时饮用。而一些特殊类型的饮料,虽添加了特殊营养物质如支链氨基酸等,但其吸收及效应的发挥并不完善,不能迅速补充消耗的能源和随汗丢失的无机盐。
因此,研究开发一种科技含量高、缓解体力疲劳的功效好、一次性向人体全面补充所损失的营养物质、质量稳定的运动饮料,具有非常重要的现实意义。
发明目的
本发明的目的是提供一种快速向人体补充水分、盐分、能量与其他营养物质,调节机体代谢,缓解体力疲劳的运动保健饮料,适合与参加体育锻炼人群、体力劳动人群、高温作业人群以及在热及流汗环境中的人群饮用。
技术方案
本发明在以下几方面作了大量的工作:
1.本发明的配方如下:
2.绿豆黄酮的提取采用有机溶剂浸提法,最佳提取工艺为料液比1∶10,浸提液乙醇浓度80%,于40℃浸提9h;当然本发明的绿豆黄酮不限制于本发明的表作用述,是能按照现有技术方法制备。
3.耐热型乳清蛋白的制备采用酶水解法,即每100mlWPI-9010脱盐乳清粉溶液(乳清蛋白含量5%)添加碱性蛋白酶1μl,于60℃,pH8条件下水解1h;当然本发明的耐热型乳清蛋白不限制于本发明的表作用述,是能按照现有技术方法制备。
4.绿豆蛋白水解液(分子量小于10KD)的制备采用酶水解法,即每100ml绿豆蛋白浆添加碱性蛋白酶12μl,于60℃,pH8条件下水解1h;当然本发明的绿豆多肽不限制于本发明的表作用述,是能按照现有技术方法制备。
5.灭菌条件为110℃灭菌10min。
6.确定了产品适宜的生产工艺流程:
7.本发明经动物实验证明具有缓解体力疲劳的作用。
8.本发明涉及一种具有缓解体力疲劳作用的运动饮料,由包含以下物质的原料制成:
绿豆蛋白水解液、绿豆黄酮、脱盐乳清粉水解液、绿豆水煎液。
本发明的脱盐乳清粉不限于WPI-9010脱盐乳清粉,本发明的脱盐乳清粉水解液不限于WP1-9010脱盐乳清粉水解液。
9.本发明所涉及的一种具有缓解体力疲劳作用的运动饮料,加入常用辅料制成。
制备工艺
实验仪器与试剂
实验仪器
实验试剂
(注:碱性蛋白酶最佳作用条件为T=60℃,pH=8;于85℃,pH=8时10min失活);
一、产品的总体设计
1.运动过程中人体的生理变化
体育运动或劳动中,人体处于一种高强度的应激状态下,身体或生理各部位均积极响应以维持或平衡“运动”的需要。运动中人体生理变化主要表现在以下几个方面。
1.1能源物质消耗
糖是人体运动最主要的能源物质,在体内主要以糖原的形式贮存。一个70kg体重的人,肌糖原约350g,肝糖原约80g。血液循环中所含糖为血糖,它是转运中的能源物质,总量约20g。运动时糖供能的水平比安静时增加20倍以上。长时间运动时肌肉不仅消耗糖原,同时还大量摄取血糖。当血糖摄取速度大于糖原分解速度时,会引起血糖水平下降。剧烈运动至衰竭时,肌糖原可下降至安静水平的25%,肝糖原和血糖水平也明显下降。由此诱发的运动性低血糖会严重影响以糖为主要燃料的脑细胞功能,造成中枢疲劳、不良感觉和运动能力下降。
1.2水分损失
水在人体内不仅是一种营养素,它还起着体温调节的作用。体育运动时热负荷急剧增加,通过水分散发有利于热量的释放,从而维持人体环境的平衡;但过多的水分损失很容易造成体内的水不足(脱水),并导致运动能力的降低。
1.3电解质损失
人体体液含有一些电解质成分,它们多和有机分子结合分布于细胞内液和细胞外液中,并在人体生理中起着一定作用。细胞内液和细胞外液的电解质成分可能有所不同,但含有这些电解质的水分的分布却保持相对稳定。细胞膜两侧液体的渗透性维持着液体和电解质的平衡。体育运动或劳动中,太多的水分(1~2L/h)和电解质通过皮肤以汗液的形式流失,造成体液电解质的失衡,影响人体所有依赖这些电解质的功能性活动。
1.4乳酸堆积
当人体运动时,因肌肉得不到足够的氧气,此时需要的能量主要靠糖原的无氧降解来获得。乳酸是糖无氧降解的产物,随着糖酵解速度的增加,肌肉中的乳酸量也不断增加。这时由于乳酸得不到人体及时地清除而会在组织中堆积起来,乳酸堆积会引起肌组织和血液中pH值得下降,阻碍神经肌肉接点处兴奋得传递,影响冲动传向肌肉,抑制果糖磷酸激酶的活性,从而抑制了糖酵解,使ATP合成速率减慢。另外,乳酸堆积所造成的体液pH的下降会使肌浆中Ca2+浓度下降,从而影响肌球蛋白和肌动蛋白的相互作用,使肌肉收缩减弱,降低运动能力。
1.5自由基损伤
运动时,由于肌纤维膜破裂和内质网膜变性,使血浆脂质过氧化(LPO)水平增高。LPO不仅对调节Ca2+-ATP酶产生影响,造成胞浆中Ca2+的堆积,影响肌纤维的兴奋---收缩偶联;还对线粒体呼吸链ATP的释放、氧化酶的活性造成影响,从而导致肌肉工作能力的下降,使人体疲劳。
1.6内环境紊乱
以上所述运动中的各项生理变化并不是独立存在的,它们互相联系、互为因果。运动时体内能量物质消耗,体温升高;为维持生理的动态平衡,汗液挥发带走体内多余的热量;同时造成脱水,心率增加,最大吸氧量和血浆容量减少,体液电解质、渗透压和酸碱的失衡,大脑中枢的疲劳,神经系统、酶、激素对运动时代谢调控失调等。运动就像引发了一个剧烈的化学反应一样,企图破环人体的动态平衡系统,使人体走向衰竭。
因此,科学配方的运动饮料可补充运动中所损耗的成分,调整机体平衡,克服疲劳,提高运动能力。
2.绿豆中功能成分及提取方法的确定
本发明所用的绿豆来自吉林省洮南县,经农业部农产品质量监督检测中心测定,其中膳食纤维13.9%、碳水化物59.66%,以及丰富的矿物质和维生素:每kg绿豆中含维生素E37.7μg、维生素C1.57mg、钾5880mg、钠47.9mg、钙453mg、镁875mg、铁24.3mg、锰4.66mg、锌14.9mg、铜6.60mg、磷2040mg,不含有毒微量元素。
除上述营养素外,绿豆所含的生物活性物质还包括:鞣质(单宁)、香豆素、生物碱、植物甾醇、皂甙和黄酮类化合物等,它们中不少都具有抗氧化以及抑菌的作用。
一般来说,蛋白质、淀粉主要存在于绿豆子叶内,其他成分大多分布在被称为绿豆衣的绿豆皮中。
根据以上对各营养素的功能分析及其在绿豆中的分布规律,对绿豆的利用进行了如下设计:在对绿豆进行水煎时,水溶性的成分可以溶出,水煎液中含有丰富的无机盐、维生素、以及上述水溶性的活性成分,可以为运动人群补充丢失的营养物质。非水溶性的成分不会溶出,因而采用有机溶剂浸提的方式将其提取出来,再回填至饮料中。绿豆蛋白具有解毒作用,并且其水解产生的多肽具有清热解暑的功效,因而对绿豆蛋白的利用采用水解的方式,以期得到具有特殊功效的那部分多肽。对于绿豆中含有的淀粉及膳食纤维不做利用。概括如下:
绿豆中水溶性功能成分(香豆素、鞣酸、无机盐、维生素) 水煎
绿豆中非水溶性功能成分(黄酮类物质、植物甾醇) 乙醇浸提
绿豆蛋白水解至分子量为10000道尔顿以下的小肽
3.产品设计思路:
通过以上对运动过程中人体生理变化的分析,本运动饮料的配方设计的总原则即是尽可能多的同时向人体补充水分、能量与电解质,尽可能地缓解运动疲劳。
①延缓肌糖原的耗尽速度:通过给人体补充碳水化合物以及乳清蛋白来实现。
②清除运动中能量代谢所产生的H+:通过给人体补充碱性电解质来实现,碱性电解质可以提高血液中的碱贮备,增加血液缓冲H+的能力,促进骨骼肌中H+和乳酸向血液的释放,从而延缓肌细胞内pH值下降的速度,减缓pH值下降对人体运动能力的影响,推迟疲劳的产生。
③维护机体在运动中的正常代谢活动:通过给人体补充水分、维生素以及矿物质来实现。
④清除自由基:通过将绿豆皮中的黄酮提取回填,以及添加维生素C与牛磺酸来实现。
⑤解暑、抗疲劳:通过添加绿豆提取物、绿豆蛋白水解肽来实现。
⑥产品pH为中性,渗透压为280~330mOsm/kg,与人体等渗。
4.本发明的主要研究内容
由以上的产品总体设计,确定了本发明主要的研究内容为以下几个方面:
①绿豆皮中黄酮类化合物最优提取工艺的确定;
②乳清蛋白的改性研究;
③绿豆蛋白水解液的制备研究;
④产品生产工艺的确定;
⑤产品配方的筛选;
⑥产品的功能评价;
二、绿豆皮中黄酮类化合物最优提取工艺的研究
1.实验目的
通过正交试验确定提取绿豆皮中黄酮类化合物的最佳工艺参数,包括:浸提温度℃,乙醇浓度%,料液比,以及浸提时间/h,最终得出最佳的提取工艺。
2.试剂的配制:
①芦丁标准液:精确称取Sigma化学公司产芦丁0.0152g,加适量乙醇及蒸馏水,加热溶解,冷却后用蒸馏水定容至50mL,摇匀备用。本试验以芦丁含量100%计。
②NaNO2溶液:称取NaNO25g,用蒸馏水溶解并定容至100mL,现配现用。
③Al(NO3)3溶液:称取Al(NO3)3·9H2O10g,用蒸馏水溶解并定容至100mL。
④NaOH溶液:称取NaOH20g,用蒸馏水溶解并定容至500mL。
⑤乙醇溶液:称取无水乙醇,再加蒸馏水按照体积比制备浓度为:30%,40%,60%,80%的乙醇溶液。
3.实验方法
3.1 芦丁溶液浓度与吸光度标准曲线的绘制
用移液管分别量取芦丁标准液1mL,2mL,5mL,8mL置于25mL容量瓶中,用30%乙醇补充至12.5mL,加入0.7mLNaNO2溶液摇匀,放置5min后加入0.7mLAl(NO3)3溶液,6min后再加入5mL NaOH溶液,用30%乙醇溶液定容,10min后于波长510nm处进行比色测定,以试剂空白参比,实验结果见表1。
表1 芦丁标准溶液浓度与吸光度
由此可知,芦丁溶液吸光值与浓度的线性关系为:y=10.515x+0.0142
3.2绿豆皮中总黄酮的提取
将绿豆皮粉碎后过直径为0.7mm的筛子备用。称取上述绿豆皮样品2g用滤纸包好放于100ml的三角瓶中,加入乙醇做溶剂,振荡浸提(振荡频率为70次/分)。浸提结束后,吸取浸提液2ml于25mL容量瓶中,按照标准芦丁-吸光度测定法,以试剂空白参比,于波长510nm处进行比色测定其吸光度A,并从芦丁浓度与吸光值的关系式中得出芦丁浓度,经过换算求出绿豆皮中的总黄酮含量。
根据资料报道,浸提温度、溶剂的浓度、浸提时间是影响总黄酮提取率的主要因素。另据我们分析,浸提料液比、溶剂的种类对总黄酮的提取率亦有很大影响。本实验将溶剂定为乙醇,因此选取浸提温度、乙醇浓度、料液比和浸提时间四个有关因素,每个因素各取四个浸提温度/℃,乙醇浓度(%),料液比,浸提时间/h四个水平,按正交表L16(44)安排试验:
表2 试验因素水平表
4.实验结果与分析
按照以上试验设计进行实验,结果如表3所示:
表3 浸提黄酮正交实验结果与分析
5.结论
由表3可以看出,按照极差大小决定的因素主次顺序为A>B>C≈D,提取温度和乙醇浓度为主要影响因素。因此最优提取条件应为浸取温度为40℃,最佳乙醇提取浓度为80%,最佳料液比为1∶10,最佳浸提时间为9h,经测定,该浸提液中的黄酮含量为5.625mg/ml。
三、乳清蛋白的改性研究
1.实验目的
乳清蛋白是一种敏感性的蛋白质,在80℃以上的温度下就会发生变性,溶解度明显下降。目前市场上利用乳清蛋白制作的运动饮料一般都是固体的,因此如何将乳清蛋白水解改性,增加其在高温下的溶解性,使得其适合于液态运动饮料的制作也是本发明要解决的一个关键问题。
目前对乳清蛋白改性的研究表明:将乳清蛋白水解为多肽大小可以显著提高其耐热性。然而若是用这种方法,乳清蛋白水解产生的氨基酸和小肽会产生强烈的苦味,这对于饮料的口感有严重影响,并且所产生的氨基酸和小肽越多,苦味就越重。因此,本部分实验即是确定乳清蛋白的最佳水解条件(酶添加量与水解时间),将水解度控制在合适的水平,使得水解液既具有很高的耐热性,同时口感也可以接受。另外,在对水解物的溶解性、稳定性进行实验的基础上,研制出适合于功能性运动饮料中所要添加的乳清蛋白水解液。
2.实验方法
2.1乳清蛋白水解工艺流程:
研究表明,在乳清蛋白的水解作用上,碱性蛋白酶的效果最好,较胰蛋白酶和胃蛋白效果都要好,因此本实验选用碱性蛋白酶。而由于碱性蛋白酶的最适作用条件为60℃,pH=8,因此确定水解条件为T=60℃,pH=8。
因此,将乳清蛋白水解工艺确定如下:乳清粉加水制成5%的乳清蛋白溶液,于60℃水浴,用NaOH调pH值为8,加酶水解,85℃,10min灭活酶,备用。
2.2 乳清蛋白水解条件的确定:
按照上述乳清蛋白的水解流程,分别在不同酶添加量和水解时间下进行水解,而后对制得的水解液进行耐热性实验与口味评定。耐热性实验采取将水解液在115℃灭菌15min后观察是否出现沉淀的方法进行,口味评定采取品尝的方式评定乳清蛋白水解液的苦味程度。
3.实验结果与分析
3.1 确定乳清蛋白水解条件的实验结果:
将在不同酶添加量(每100ml水解液的添加量)和水解时间下水解制得的水解液进行耐热性实验与口味评定,实验结果如下:
表4 不同水解条件下乳清蛋白水解液耐热性实验结果
表5 不同水解条件下乳清蛋白水解液的口味评定
由以上实验结果可知,在酶添加量和水解时间这两个因素中,酶添加量对于乳清蛋白水解程度的影响是主要的,而在同一水解条件下,水解时间的延长对于水解液耐热性的提高并没有显著的作用,口感上也没有很大差别。
随着酶添加量的增加,水解液的耐热性也提高。当酶的添加量≤0.2μl/100ml时,水解液于115℃、15min的灭菌条件下大量沉淀,水解度明显不足;而酶添加量>0.2μl/100ml时,水解液的耐热性得到了很大的提高,可以耐受115℃、15min的灭菌条件。当酶添加量为100μl/100ml时,水解液于115℃、15min的灭菌条件下出现絮状沉淀,这可能是由于这个水解条件下,刚好使得乳清蛋白的很多疏水集团暴露,反而造成了其在高温下溶解度的下降。
随着酶添加量的增加,水解液的苦味也随之加重。当酶的添加量≥2μl/100ml时,就能尝出明显的苦味。
综合表4和表5,选择酶添加量为1μl/100ml,水解时间为1h的水解条件可以使得乳清蛋白的耐热性达到了所需灭菌强度的要求,并且从口感上来讲也是稍带些苦味,是可以接受的。
4.结论
制备耐热型乳清蛋白的工艺为:将乳清蛋白粉制成5%的溶液,而后于T=60℃、pH=8.0,酶添加量为1μl/100ml的条件下,水解1h,其间要严格控制pH保持不变。经此方法改性的乳清蛋白耐热性得到了很大提高,能够满足制作液体运动饮料的需求。
四、绿豆蛋白水解液的制备研究
1.实验目的
研究表明,绿豆蛋白水解产生的分子量小于10KD的多肽具有特殊的清热解暑的功效。因此本部分实验即是利用电泳和凝胶层析技术确定得到这部分多肽的水解条件,并分析水解液的组成。
2.实验方法
2.1 绿豆蛋白浆的制备
绿豆除杂,清洗,预煮10min,浸泡3h(豆水比1∶7),过胶体磨磨浆,过筛(80目),离心(4000转/min,10min),上清液即为绿豆蛋白浆。
2.2 水解条件的确定
将上述方法制得的绿豆蛋白浆按照如下方法水解:绿豆蛋白浆,于60℃水浴,用NaOH调pH值为8,加酶水解,85℃,10min灭活酶,10000r/min离心取上清,备用。
对于在不同酶解条件下得到的水解液,利用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳技术对其进行电泳分析。所配制的分离胶的浓度为12.5%,能分离的最小多肽的分子量为10KD。电泳时样品于浓缩胶中的电流设为20mA,进入分离胶后将电流调为25mA。电泳后的胶经染色脱色后,于凝胶成像仪成像。根据电泳条带的变化筛选出使绿豆蛋白降解到10KD以下多肽的水解条件。
2.3绿豆水解物多肽片段大小的分析:
选用YMC-PACK Diol 60凝胶柱,其是以YMC-硅胶为基础的凝胶分离色谱柱,孔径为60A,适合于分子量为一万道尔顿或更低的多肽的分离和测定。将各水解液样品稀释100倍过柱,上样量为10μl。
色谱条件如下:
色谱柱:YMC-PACK Diol 60凝胶柱(8×300mm.D.I),粒径与孔径分别为5μl与6nm
流动相:0.2M KH2PO4-K2HPO4(pH7.0):NaCl/乙腈为7∶3
流速:0.7mL/min
柱温:室温
检测波长:UV 280nm
3.实验结果与分析
3.1 确定绿豆蛋白水解条件的实验结果:
分别在每100ml绿豆蛋白浆中添加碱性蛋白酶5μl、6.75μl、8.5μl、10.25μl、12μl,于未水解以及水解1h、2h、3h、4h时取样,而后对各样品进行电泳分析,所得凝胶经凝胶成像仪拍照。
观察电泳结果,蛋白标准品的电泳条带由下到上的分子量依次为10KD-90KD。由实验结果司以看出:同一酶解条件下,不同水解时间下的水解程度没有差别,而增加酶的添加量对于提高水解度具有显著效果。
当酶的添加量<10.25μl时,相比较未水解时,各水解条件下均可见原蛋白浆中分子量约为80KD道尔顿的蛋白条带在水解后消失,分子量约为70KD的蛋白条带变浅变窄,而水解后分子量约在50KD左右的蛋白条带明显增多。这说明原绿豆蛋白中的大蛋白发生了一定的降解,但降解产生的蛋白分子量仍较大,约为50KD左右,水解程度不足,没达到实验目的。
当酶的添加量为10.25μl时,可以清晰地看出随着水解时间的延长,各蛋白条带也变得越浅、越窄,水解程度也越大。
当酶的添加量为12μl时,相比较水解0h时,各水解时间下的蛋白条带均己全部消失,说明在此酶解条件下原绿豆蛋白已全部降解为分子量10KD以下的小肽。
因此,水解条件确定为T=60℃、pH=8.0,酶添加量12μl/100ml,水解时间1h。
3.2 绿豆水解物多肽片段大小的分析结果:
在此凝胶层析条件下,死时间为8min,甘氨酸样品的出峰时间为14min。即样品是从8min时出峰,到14min结束。观察凝胶层析后得到的色谱图,比较三条谱线(由下到上依次为加酶量10.25μl下水解4h、加酶12μl下水解1h、加酶12μl下水解2h后得到的多肽样品的谱线)随着酶添加量的增加,绿豆蛋白的水解程度也越高;随着水解时间的延长,水解程度也越高;并且增加酶的添加量比延长酶解时间对增加水解程度的作用要强得多。这个结果也进一步验证了在电泳实验的结论。
由以上凝胶层析结果可以知道:在T=60℃、pH=8.0、酶添加量12μl/100ml,水解1h的水解条件下,水解液主要含有的是流出时间为11min-14min的多肽,达到了原来的实验目的。
4.结论
制备具有功能性的绿豆蛋白水解液(分子量小于10KD)的工艺为:于T=60℃、pH=8.0,酶添加量为12μl/100ml的条件下,水解1h,其间要严格控制pH保持不变。
五、生产工艺的确定
1.实验目的
根据原料组成、产品质量及保藏期限等的要求,确定出产品的最佳生产工艺流程。
2.实验方法
2.1.产品灭菌条件的选择
产品需经灭菌才能确保其卫生安全,并达到较长时间保藏的目的,灭菌有保持灭菌(瓶装灭菌)法和超高温瞬时灭菌法,保持式灭菌的标准加热条件为:110~120℃,10~30min。灭菌温度的提高或时间的延长可以提高灭菌效率,但这也会导致营养损失增大,产生褐变甚至蛋白热凝固等一系列物理化学反应。因此在保证灭菌效率的前提下,应尽量选择较低温度和较短时间的组合。产品经各灭菌处理后,于37℃恒温培养7d,按GB4789.2-1994,GB4789.3-1994,GB4789.18-1994的方法检验其细菌总数和大肠菌群近似值。
2.2.产品的色差测定
将在不同灭菌条件下灭菌的产品,以TC-P2全自动测色色差计测定其L,a,b值与标准白板相比的各项差值ΔL,Δa,Δb,以及总色差ΔE,分别测三次,求其平均值。
3.实验结果与分析:
3.1.不同灭菌处理后产品的微生物指标检测
表6 不同灭菌处理的微生物指标检测
由以上结果可知,采用110℃~120℃,10min~30min以上各处理微生物指标均可达到国标要求。
表7 不同灭菌处理的色差测定
注:ΔL:亮度值差;Δa:红度值差;Δb:黄度值差;ΔE:总色差(与标准白板相比)
由上表可知,只有110℃,10min的灭菌条件下的产品呈绿色,其他的均呈现出了红色,并且随着灭菌温度的升高、加热时间的延长,产品的亮度逐渐降低、红度值逐渐升高,这表明产品发生了褐变,且褐变程度越来越深,其中营养成分的损失也越来越严重。综合考虑微生物指标和色差实验结果,采用灭菌温度为110℃,保持时间为10min的组合作为产品的灭菌条件。
3.3.产品的生产工艺流程及主要工艺参数的确定
通过对以上关键工艺的研究,最终确定产品的生产工艺流程及主要工艺参数如图6所示。
工艺说明如下:
①将灌装用瓶及瓶塞用洗涤剂浸泡,清洗晾干后,于121℃,15min灭菌,备用。
②将绿豆脱皮,所得绿豆皮粉碎后过直径为0.7mm的筛子,而后按照料液比1∶10,用80%乙醇作为浸提液,在40℃浸提9h,以将黄酮提取出来。
③将绿豆预煮10min,浸泡3-4h,过胶体磨磨浆,所得浆液过筛、离心(4000rpm/min)后得到绿豆蛋白浆。将绿豆蛋白浆在T=60℃、pH=8.0条件下、按照12μl/100ml添加碱性蛋白酶,水解1h得到绿豆蛋白水解液。
④将WPI-9010脱盐乳清粉配制成5%的溶液,而后在T=60℃、pH=8.0条件下、按照1μl/100ml添加碱性蛋白酶,水解1h。
⑤将其他所有的配料按照配方称好,与上述制得的物料混合,而后用绿豆的水煎液溶解并定容,灌装后于110℃灭菌10min。
⑥产品出锅后,冷却至室温,冷库冷藏。
六、产品配方的筛选
1.实验目的
由第一章中的产品设计可知,本产品中要添加的营养素有:碳水化合物、电解质、乳清蛋白、维生素、牛磺酸、绿豆黄酮以及绿豆多肽。本章实验即是要通过动物实验的方法对所设计的一系列配方进行筛选,以期筛选出缓解体力疲劳效果最好的配方。
2.实验方法
采用小鼠负重游泳实验。小鼠运动耐力的提高是抗疲劳能力加强的直接表现,而其游泳时间的长短可以反映其运动疲劳程度。
2.1实验动物
同一批的成年昆明小鼠,雌雄各半,体重为18-22g,随即分组,每组12只,禁食12h后进行如下实验。
2.2剂量分组
实验设阴性对照组、样品组、市售产品对照组三个组,以人体摄入剂量的10倍给样,以蒸馏水做阴性对照组,另外以市场上一种运动饮料产品做市售产品对照组。
2.3实验步骤
分别在给样30min、45min、60min后(灌胃),在小鼠尾巴中部缠绕其自身体重5%重量的铅丝(缠绕松紧应适宜),将其置于游泳箱中游泳(要使小鼠四肢一直保持运动)。水深不少于30cm,水温30℃,记录小鼠自游泳开始至死亡的时间,即小鼠负重游泳的时间。
3.配方设计
3.1碳水化合物的浓度与加入量的确定
糖浓度小于8%的饮料,其水分吸收和纯水无显著差异:含糖量太低(如低于4%),则无法保证人体在运动时所需的40~80g糖/每小时。根据以上推理,运动饮料中CHO的含量最好为6%,或控制在4%~8%范围内,并且一般来讲采取多种糖源复配。
本产品确定CHO的含量为6%,这样可以在保证为人体补入充足水分的同时也不影响对水分的吸收。糖源采用葡萄糖与低聚麦芽糖复配,比例为2∶1,这样不会刺激胰岛素,可以平衡血糖指数,利于为人体提供长效的能量补给,并且可以保证饮料与人体等渗。
3.2 电解质的补充
补充电解质应在不影响口味前提下,尽量多加。由于汗液流失同时导致水分和电解质的流失,因此本产品中电解质的加入比例以汗液中电解质比例为依据,参照国标来设计。
饮料中钠含量太多会影响风味,因此一般运动饮料钠含量为20~25mmol/L,本产品确定为50mg/100ml。人体损失的阳离子主要是Na+、K+,阴离子主要为Cl,因此对于Na+、K+的补充选择NaCl与KCl。对于钙的补充选择溶解性良好的碳酸钙,高剂量的钙会使乳清蛋白发生钙沉淀,因而钙添加量确定为4mg/100ml。
另外,尽管锌离子、铁离子也会随着汗液损失,并且对于代谢也有一定的调控作用,但它们会产生苦涩的金属味道,极大地影响产品的口感,因此本产品中不添加锌、铁。
3.3其他营养素的补充
研究表明,牛磺酸的最佳添加量为5%,本产品即确定牛磺酸的添加量为5%。而维生素的种类及添加量、蛋白的总含量、绿豆黄酮的添加量有待确定。
3.4配方设计
根据以上分析设计如下三个配方,用动物实验筛选哪一个延缓体力疲劳的功效最好:
表8产品配方
4.实验结果与分析
各组小鼠负重游泳时间的测定结果如下:
表9 小鼠负重游泳时间的测定结果
注:各组与阴性对照相比较,*P<0.05,**P<0.01;各组与市售饮料组相比较,#P<0.05,##P<0.01。n=12
由以上实验结果可知,在三个灌胃时间下,三个配方组的小鼠游泳时间均长于阴性对照组,同样也长于市售饮料组;在给样30min后游泳的各组中,给样配方一的小鼠游泳时间显著高于阴性对照组与市售饮料组;给样配方二与给样配方三的小鼠游泳时间则极显著地高于阴性对照组与市售饮料组。
在给样45min后游泳的各组中,给样配方一和给样配方二的小鼠游泳时间显著高于阴性对照组;给样配方三的小鼠游泳时间则极显著地高于阴性对照组与市售饮料组;
在给样60min后游泳的各组中,各组之间均无显著性差异。
相比较其他两个灌胃时间,给样30min后游泳可以显著地提高小鼠的运动能力,而给样45min后和给样60min后小鼠的游泳时间之间没有显著性差异。
5.结论
①三个配方均可以显著地延长小鼠负重游泳的时间,其中配方三的效果最显著,其次为配方二,因此最终选择配方三为产品配方。
②产品发挥功效的最佳时间是在饮用30min后,随着饮用后时间的延长,产品的功效逐渐减弱。
技术方案
通过上述试验,确定的技术方案是:
将灌装用瓶及瓶塞用洗涤剂浸泡,清洗晾干后,于121℃,15min灭菌,备用。将绿豆脱皮,所得绿豆皮粉碎后过直径为0.7mm的筛子,而后浸提黄酮(料液比1∶4-1∶10,浸提液乙醇浓度40%-100%,提取温度25℃-70℃,浸提时间3h-9h)。将绿豆预煮10min,浸泡3-4h,过胶体磨磨浆,所得浆液过筛、离心(4000rpm/min)后得到绿豆蛋白浆。将绿豆蛋白浆在T 60℃、pH=8.0条件下、按照5μl/100ml-12μl/100ml添加碱性蛋白酶,水解1h-4h得到绿豆蛋白水解液。将WPI-9010脱盐乳清粉配制成5%的溶液,而后在T=60℃、pH=8.0条件下、按照0.2μl/100ml-200μl/100ml添加碱性蛋白酶,水解1h-4h,得到WPI-9010脱盐乳清粉水解液。将所有配料按照如下配方称好,而后用绿豆的水煎液溶解并定容,灌装后于110℃-121℃灭菌10min-30min。产品出锅后,冷却至室温,冷库冷藏。
产品配方如下:
产品生产工艺见图1
运动饮料生产的实施例1
将灌装用瓶及瓶塞用洗涤剂浸泡,清洗晾干后,于121℃,15min灭菌,备用。将绿豆脱皮,所得绿豆皮粉碎后过直径为0.7mm的筛子,而后按照料液比1∶10,用80%乙醇作为浸提液,在40℃浸提9h,以将黄酮提取出来。将绿豆预煮10min,浸泡3-4h,过胶体磨磨浆,所得浆液过筛、离心(4000rpm/min)后得到绿豆蛋白浆。将绿豆蛋白浆在T=60℃、pH=8.0条件下、按照12μl/100ml添加碱性蛋白酶,水解1h得到绿豆蛋白水解液。将WPI-9010脱盐乳清粉配制成5%的溶液,而后在T=60℃、pH=8.0条件下、按照1μl/100ml添加碱性蛋白酶,水解1h,得到WPI-9010脱盐乳清粉水解液。将所有配料按照如下配方称好,而后用绿豆的水煎液溶解并定容,灌装后于110℃灭菌10min。产品出锅后,冷却至室温,冷库冷藏。
运动饮料生产的实施例2
将灌装用瓶及瓶塞用洗涤剂浸泡,清洗晾干后,于121℃,15min灭菌,备用。将绿豆预煮10min,浸泡3-4h,过胶体磨磨浆,所得浆液过筛、离心(4000rpm/min)后得到绿豆蛋白浆。将绿豆蛋白浆在T=60℃、pH=8.0条件下、按照12μl/100ml添加碱性蛋白酶,水解1h得到绿豆蛋白水解液。将WPI-9010脱盐乳清粉配制成5%的溶液,而后在T=60℃、pH=8.0条件下、按照1μl/100ml添加碱性蛋白酶,水解1h,得到WPI-9010脱盐乳清粉水解液。将所有配料按照如下配方称好,而后用绿豆的水煎液溶解并定容,灌装后于110℃灭菌10min。产品出锅后,冷却至室温,冷库冷藏。
运动饮料生产的实施例3
将灌装用瓶及瓶塞用洗涤剂浸泡,清洗晾干后,于121℃,15min灭菌,备用。将WPI-9010脱盐乳清粉配制成5%的溶液,而后在T=60℃、pH=8.0条件下、按照1μl/100ml添加碱性蛋白酶,水解1h,。将所有配料按照如下配方称好,而后用绿豆的水煎液溶解并定容,灌装后于110℃灭菌10min。产品出锅后,冷却至室温,冷库冷藏。
技术效果
一、产品状态
按照实施例1得到的运动饮料是乳浊液体,呈令人愉悦的黄绿色,具有绿豆的清香味,口感清爽宜人,产品均一稳定,能在常温下贮藏180天以上。
按照实施例3得到的运动饮料是澄清液体,呈令人愉悦的黄绿色,具有绿豆的清香味,口感清爽宜人,产品均一稳定,能在常温下贮藏180天以上。
二、产品缓解体力疲劳的功能评价
1.实验目的
通过动物实验的方法对按照预定配方制作的产品进行功能性评价,以期对其缓解体力疲劳的功效作出更加全面的评价。
2.实验仪器与试剂
2.1仪器与器材
ZS-1A型半自动生化分析仪,北京中生生物工程高技术公司生产
752型紫外光栅分光光度计,上海第三分析仪器厂
2.2试剂
尿素试剂盒(Urea):中生北控生物科技股份有限公司,批号:280011;
LD全血试剂:南京建成生物工程研究所,批号:20050328;
糖元试剂:南京建成生物工程研究所,批号:20050315
3.实验方法
3.1实验动物
ICR小鼠,非近交系封闭群,雄性。体重20-22g。由北京维通利华实验动物技术有限公司提供,合格证号:SCXK(京)2002-0003。
3.2给药途径与剂量
实验设阴性对照组、按照实施例1得到的运动饮料组、市售产品对照组三个组,口服灌胃,小鼠0.2ml/10g,对照组给以等体积蒸馏水,以蒸馏水做阴性对照组,以市场上一种运动饮料产品做市售产品对照组。
3.3实验步骤
3.3.1负重游泳实验:
口服给予受试样品后30min,将小鼠尾根部负荷5%体重的铅丝,置于游泳箱中游泳,水深不少于30cm,水温25±1.0℃,记录小鼠自游泳开始至死亡的时间,即小鼠负重游泳的时间。
3.3.2血清尿素的测定
末次给样30min后,在温度为30℃的水中不负重游泳90min,休息60min后拔眼球采全血约0.5ml(不加抗凝剂)。置于4℃冰箱约3h,血凝固后2000r/min离心15min,取血清备用。用ZS-1A型半自动生化分析仪在OD340nm处测定血清尿素含量。
3.3.3肝糖元测定:
在小鼠禁食8h后,口服给予受试品后30min,处死动物,取肝脏经生理盐水漂洗后用滤纸吸干,依照肝糖元测定试剂盒说明书制备样品待测,用752型紫外光栅分光光度计在0D620nm处测定吸光度值并通过计算处理得到肝糖元的值。
3.3.4血乳酸测定:
口服给予受试品后30min(即运动前)采血100μl,将小鼠置于温度为30℃的水中不负重游泳10min(即运动中)后第二次采血100μl,休息20min(即运动后)后第三次采血100μl,依照全血乳酸测定试剂盒说明书制备样品待测,用ZS-1A型半自动生化分析仪在OD560nm处测定乳酸含量。
4.实验结果与分析
对小鼠负重游泳时间以及三项生化指标的测定结果如表10所示:
表10 小鼠负重游泳时间与各项生化指标的测定结果
注:各组与阴性对照相比较,*P<0.05,**P<0.01;n=10
由以上结果可知,本产品相比较阴性对照具有显著延长小鼠游泳时间的作用,提示该样品有一定的缓解体力疲劳的作用。而市售饮料组与阴性对照组的小鼠负重游泳的时间几乎相等,未见该市售饮料具有延长小鼠游泳时间的作用。
血清尿素氮的含量可说明体内含氮物质分解代谢状况,也是评价机体在特殊条件下体力劳动负荷承受能力的一个较灵敏的指标,血清尿素氮含量越低说明体内含氮物质的分解越少,机体对负荷的适应性越强。观察上述实验结果,本产品对小鼠血清尿素的含量没有影响,这是由于产品中所含有的蛋白质与氨基酸的量很少,仅有0.1%,对减缓含氮物质的代谢分解来讲剂量不够,或是受试样品的次数太少,还不足以观察出产品对于代谢调控的长期积累作用。而市售饮料组与阴性对照组的小鼠相比血清尿素氮的含量有所上升,提示该市售饮料反而使得小鼠体内的含氮物质的分解增多,其机体对负荷的适应性有所降低。
肝糖原贮备的增加可维持较长时间的血糖水平,为机体提供更多的能量,减少剧烈体力劳动后糖原的消耗,从而具有增进体能,增强耐力、抗疲劳的作用。观察上述实验结果,本产品相比较阴性对照可以减少小鼠肝糖元的消耗量,虽然没有达到统计学意义上的显著水平(其未能显示出统计学差异的原因可能在于灌胃受试样品的次数太少),但已经可以看出产品的明显作用趋势,提示本产品可减少小鼠肝糖元的消耗量,降低剧烈体力劳动后糖原的消耗,从而具有增进体能、增强耐力、抗疲劳的作用。市售饮料组与阴性对照组的小鼠相比肝糖元的含量也有所上升,表明市售饮料对于减少小鼠肝糖元的消耗也具有一定的作用。
血乳酸的含量可以说明在无氧条件下体内糖酵解的程度,而在对全血乳酸影响的实验中,首先比较同一组在不同时间下的血乳酸含量,则可以发现阴性对照组小鼠在运动中与运动前的血乳酸含量几乎一样,而在运动后血乳酸含量有所升高;而市售饮料组与本产品组小鼠的血乳酸含量在运动前、运动中、运动后始终呈上升趋势。
本产品组小鼠运动前的血乳酸含量显著低于阴性对照组,说明本产品可以提高小鼠在静止状态下进行有氧代谢在其能量代谢中的比例,减弱了糖酵解产能途径的发生,从而减少了血乳酸的生成量;
本产品组的小鼠运动中以及运动后的血乳酸含量显著高于阴性对照组与市售饮料组,结合负重游泳实验的结果,对上述结果做出如下分析:
①本产品增强了小鼠对于体内能量的动员能力,使得小鼠在无氧条件下快速应激,通过糖酵解途径产能;
②当小鼠因运动在肌细胞中产生大量乳酸之后,本产品促进其骨骼肌中的H+和乳酸向血液的释放,使得肌细胞内的H+和乳酸能及时转移出去,从而避免肌浆pH的下降,延缓运动疲劳的发生;
③本产品增强了小鼠血液缓冲H+的能力,当运动产生的大量乳酸进入血液中后,尽管乳酸分子得不到及时的清除,但是H+可以被及时地中和掉,从而也减缓了血液pH下降对机体运动能力的影响;
④本产品组的小鼠在血乳酸含量较高的水平下仍能都延长小鼠负重游泳的时间,这提示产品提高了小鼠对乳酸的耐受能力。
另外,由于本部分实验的目的是为了衡量产品在饮用后对于缓解体力疲劳的即时作用,因此确定小鼠的受试方式为仅灌胃一次,而不是长期喂饲。这就使得本产品对于血乳酸积累的抑制效果仅仅是本产品对小鼠代谢的一次调控效果,其对于血乳酸积累的抑制强度还不足以及时地抑制在运动中乳酸的生成速度,而若是在一段时间内连续喂饲本产品,则可以使得本产品对于小鼠代谢的调控作用有个积累的过程,使得其对于血乳酸积累的抑制作用可以足够抵制运动中乳酸的生成速度,从而明显地抑制机体血乳酸的积累。因此若想对本产品抑制乳酸积累的效果进行更加深入的研究,可以在较长期的喂饲后再进行相应的测定。
5.结论
由以上对产品进行功能性评价的实验,我们可以得到以下结论:
市售运动饮料仅仅能提高小鼠的肝糖原储备,而对于延长小鼠负重游泳时间、血乳酸含量无影响、还会造成小鼠血清尿素含量的升高,这些提示该饮料没有缓解体力疲劳的作用。
按照实施例1得到的运动饮料可以显著地延长小鼠负重游泳的时间;可以增加小鼠肝糖原的储备量,降低剧烈体力劳动后糖原的消耗;对小鼠在静止状态下的血乳酸的积累具有明显的抑制作用;对于小鼠血清尿素的含量无影响。综合评价,本产品确实具有一定的缓解体力疲劳作用。
附图说明
图1产品的工艺流程
机译: 具有增强免疫力和缓解疲劳作用的功能性饮料及其生产方法
机译: //具有预防宿醉的作用的组合物具有缓解宿醉,保护肝脏或通过摄入酒精来恢复疲劳的作用
机译: 一种具有一种或多种改善身体健康作用和抗疲劳作用的组合物