运动饮料配方设计概论

运动饮料配方设计概论前言运动饮料的定义——营养素的成分和含量能适应运动员或参加体育锻炼人群生理特点、特殊营养需要，并能提高运动能力的软饮料。

（见GB 15266-1994）1 运动中人体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 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（heat burden）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（dehydration），并导致运动能力（exercise performance）的降低。

表1 不同程度水分损失对人体的影响[1]1.2 电解质损失人体体液含有一些电解质（electrolyte）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（如表2）。

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[10]。

细胞膜两侧液体的渗透性维持着液体和电解质的平衡。

表2 电解质功能成分表体育运动或劳动中，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。

表3 人体体液和汗液中电解质组成1.3 糖原损耗及血糖下降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。

肌糖原损耗与肌肉疲劳直接相关；运动员除在饮食方面注意提高体内糖原含量外，运动前或运动中临时补充糖也有一定效果。

在长时间剧烈运动前或运动中补充糖，有助于维持运动中血糖的水平，节约肌糖原并提高运动耐力。

1.4 其他以上所述运动中生理变化并不是独立存在的，它们互相联系、互为因果。

例如，剧烈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[9]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；而人体机制以大脑为中枢积极调整（消除不良物质，利用储备物质）避免“不平衡”的发生以达到一个新的平衡；但因为运动的继续进行，人体趋向于失去平衡而衰竭。

（运动对机体健康的促进作用是另一方面的话题）补充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，延缓疲劳，提高运动能力。

2. 运动饮料设计依据2.1 补充水的问题脱水或水分不足直接影响运动人员运动能力的发挥，运动中保持体内较高的水分含量对提高运动能力非常重要。

运动中充分补水有助于维持心脏输出功率，增加血液流向皮肤的量从而促进热量的散发，防止过热。

补充水分（或液体）成为运动饮料配方设计目的之一。

与纯水相比，运动饮料（水+碳水化合物+电解质+其他）作为补充水分的饮料具有以下优点：l 良好的风味特性，促进自愿喝水；l 避免因“不口渴”而导致的补水不充分；l 同时补充运动中损失的碳水化合物和电解质，提高运动能力。

不同配方组成的运动饮料，其补水效果不同；只有配方合理的运动饮料才能够真正的对运动员有利，反之会影响运动能力的发挥。

2.1.1 补水和胃排空速率（gastric emptying rate）饮料经口喝入后进入胃中，但这并不表示水分被吸收了。

进入胃内的液体只有经胃排出进入小肠后，才能吸收。

因此饮料的胃排空速率直接影响着水分吸收的快慢。

一般来讲，胃对液体的排空速率受以下因素的影响：（依影响强度的大小列出）① 胃内液体的容积；液体容积越大，排空速率越快。

② 饮料中的能量含量：能量含量（主要来自饮料中的碳水化合物）越高，胃排空速率越慢。

③ 饮料渗透压：渗透压越高越不利于液体的排空；饮料渗透压高于体液渗透压时，胃排空速率降低。

④ 饮料pH值：中性最好；酸度增加不利于排空。

⑤ 运动强度：高强度的运动可能阻碍胃排空。

VO2max（最大耗氧量）＜70%的运动对胃排空基本无影响。

基于以上分析，提倡运动员应以体液损失的速率来补充液体，这样才可以保持胃内较大的液体容积，促进胃排空和液体的吸收；但从另一方面讲，胃内液体太多容易引起胃肠不适，这有可能影响比赛成绩。

在权衡两者利弊的前提下，运动员会根据自己情况控制饮水量。

另外，饮料好喝与否也会对饮水量有影响，进而影响水分吸收。

为促使运动员自愿饮水，运动饮料的风味特性和可口性很重要。

一般运动员每小时只喝500ml水，因此他们多以500-1000ml/h的速率脱水。

2.1.2 补水和钠有效的补水方式不但要求水分吸收快，还应能将水分较多地保留在体内。

喝入的液体被人体吸收后，又会以汗液，呼吸和尿液的形式损失掉；汗液和呼吸的水分损失有利于运动时热量的散失，但过多的尿液产生却对水分保持和运动不利。

降低尿液产生有利于水分的保持；而饮料中钠的含量与尿液产生多少相关；钠含量太低（小于等于30mEQ/L）容易导致体内盐分的析出[2]。

研究表明，补充含钠的饮料，可减少尿液排出；另外钠与人体的口渴机制有关，缺少钠会使人不想喝水，也会降低液体摄入量。

WHO推荐的急性痢疾补水溶液中钠的含量为60-90mmol/L，但因为饮料中钠含量太多会影响风味，一般运动饮料钠含量为20-25mmol/L，有些更低10-12mmol/L。

针对运动饮料补水的重要性，可调节其中钠的含量。

例如，运动前/运动中饮料钠含量20-25mmol/L即可；但运动后饮料补水最重要，应适当提高钠的含量（50mmol/L）。

2. 2 补充碳水化合物（CHO）的问题运动中内源性糖(CHO)不断被利用，造成血糖含量减少和糖原的的损耗；与此相关引发继续运动中能量不足，导致肌肉和精神的疲劳，运动能力下降。

运动过程中及时补充外源性糖（CHO），有利于血液中血糖浓度的保持，减少储存糖原的消耗[3]，延缓疲劳发生，从而有助于提高运动成绩。

2.2.1 CHO的浓度（加入量）运动饮料中加入碳水化合物（CHO）的量受两个因素的控制。

一，运动中胃肠对CHO的吸收速率和能量需要。

研究表明胃肠对CHO的吸收速率为1.2g/min，而在超过1小时的运动中，运动员需额外补充12-250卡/小时热量，所以运动中补充40～80g/hr糖类就可以达到补糖效果。

高于80g，多余的糖类会增加胃肠负担；含糖量太低，血糖补充不充分，糖原消耗。

如果运动员每小时可以喝入600～1000ml水，则为达到补糖目的，饮料含糖量应为4～13%。

二，运动中水分吸收。

糖浓度小于8%的溶液，其水分吸收和纯水无显著差异；含糖量能太低（如低于4%），则为保证每小时摄入40～80g糖，需补充更多的水增加胃容积方面的负担。

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。

实际研究表明，饮用含糖4-8%的运动饮料比饮用纯水或甜味液更有助于提高运动成绩；而且目前国内外市售运动饮料的含糖量基本在这一范围内。

需要注意的是，一种运动饮料不可能同时满足最大限度地补糖和补水；因此设计配方时依据所希望的补糖程度确定CHO具体浓度。

2.2.2 多种糖源复配的意义除以上从血糖指数方面评价外，多种糖源复配还有利于：l 风味调整（不同糖源风味特性不同，据此可进行风味调整。

）l 促进CHO、水分的吸收（多种糖源复配，激发人体多种糖源吸收/输送途径，促进能量及水分的吸收和利用[6]。

）表4 不同CHO 的特点2.3 补充电解质的问题运动饮料中加入电解质主要是考虑以下两个方面：1. 电解质饮料促进补水：电解质的存在（特别是钠）促进喝水和水分在体内的保持。

这主要是电解质与“口渴”欲望和尿液的形成有关。

2. 运动中大量排汗导致电解质的损失：汗液流失同时导致水分和电解质的流失，补充电解质和补充水分同样重要。

体液中的电解质由汗液损失后，机体会调动储存的电解质以解燃眉之急。

若机体电解质成分储备不足，就会出现电解质缺乏，直接影响各个依赖这些电解质的功能系统、破坏体液的渗透压平衡。

最好的补水饮料应是恰好包含了汗液中所损失的电解质[2],但这实际是不可能的。

运动饮料在加入电解质时必须考虑其嗜好特性；太多的电解质不利于口味调整，会产生强烈的口渴感。

补充电解质应在不影响口味前提下，尽量多加；加入比例以汗液中电解质比例为依据。

最好补充电解质的方法是日常膳食，运动饮料只是为某些户外运动提供及时方便的途径。

汗液中损失最多的是钠和氯，运动中补充电解质很大一部分是补钠和氯。

有研究表明[7]，葡萄糖和钠的摩尔比接近2时，水分吸收较好；钠的吸收和葡萄糖浓度成反比和溶液中钠的浓度成正比。

此外，采用天然的电解质成分有利于吸收。

2.4 其他营养素的加入市售运动饮料除含有水、CHO、电解质外，有些还加入了其他营养素，如维生素类、氨基酸类、咖啡因或其他功能性成分（如牛黄酸）；一般称前者为第一代运动饮料，后者为第二代运动饮料。

如表5列出了一些诉求功能性的成分。

应该说，有助于人体运动的可补充物质很多，但出于科学的态度我们不得不对它们的功能性进行深入的研究，要求所加入成分有足够的科学数据支持。

此外，应注意“功能性”发挥的前提条件；因为很多成分只有作为日常膳食补充时才有作用，这种物质加入到运动饮料中并不能发挥“立竿见影”的效果——而这正是运动饮料所必须达到的目的之一，也是它区别于其他保健食品之处。

表5 市售运动饮料所加入的功能营养性成分3. 补充型运动饮料设计理念补充型运动饮料，即根据运（活）动人体能量、营养物质消耗，水分、电解质损失等生理特征，设计配方；以补充为手段——补其所失，补其所需，促进运动（活动）机体代谢平衡的维护；基于营养代谢平衡的原则；以可口性为媒介，因为只有美味可口的饮料才促使消费者自愿主动摄入补充，而非良药苦口。

“平衡的原则+补充的手段+可口性的媒介=目的”，补充型运动饮料从补水、电解质、体力、精神状态、疲劳恢复、免疫力等多个方面给以全面补给，抵抗运（活）动负面作用，提高运（活）动水平。

4. 康师傅劲跑X补充型运动饮料4.1 基于补充型设计理念进行配方设计——精选配方基于上述严格的配方设计理念，康师傅劲跑运动饮料精选配方，添加了复配糖源、多种电解质，及在运（活）动中起重要作用的氨基酸和维生素；并有西柚和青柠两种口味。