运动营养食品及其功能性成分研究

　　运动营养学论文之第五篇

　　摘要：为减轻运动损伤、促进运动恢复、提高运动成绩,以补充身体能量、缓解运动疲劳为主要目的的运动营养食品备受关注,成为真正实现健康生活方式一个不可缺少的方面。本文系统综述了国内外运动营养食品及功能成分研究进展,最后对其发展前景作出展望,为公众了解运动营养食品知识提供有益帮助,以期为运动营养食品行业长线研发投资、体育运动产业发展提供理论支持与引导。

　　关键词：运动营养食品,功能成分,研究进展

　　1 引言

　　我国体育事业现已步入新的发展阶段,正在为加快建设体育强国而努力。自2016年发布《“健康中国2030”规划纲要》[1]以来,又相继发布《国民营养计划(2017-2030年)》及《全民健身指南》等[2]。随着民众健康理念的转变及对更高生活方式的追求,体育运动由最初的专业竞技体育向“大众体育”“全民运动”转变。然而,在体育运动过程中、后期,机体一般会出现明显的运动性疲劳,易处于营养“亏损”状态,长期下去则可能对机体造成不可逆转的损伤。消除运动性疲劳的一个有效途径是及时补充营养,让身体机能恢复正常。因此,以增强运动能力与提高体能为目标的各种运动营养学科与运动营养食品应运而生。本文主要对近年来运动营养食品现状加以总结,着重介绍其中一些功能性成分研究,以期为未来运动营养食品的开发提供理论依据与思路。

　　2 运动营养食品

　　2.1 运动营养食品定义、分类

　　运动是影响健康的重要因素,饮食作为一个特殊的因素在其中作用独特[3],运动营养食品是基于运动营养科学,结合生物科技等现代化手段开发的一种特殊功能性食品[4]以补充机体在运动时的能量消耗为目的,不同于普通食品与保健品。目前,国内外也已开发出包括饮料、片剂、能量棒、胶囊等形式多样的运动营养食品。我国于2015年发布的GB 24154-2015《食品安全国家标准运动营养食品通则》[5]中对其定义为:“为满足运动人群(指每周参加体育锻炼3次及以上、每次持续时间30 min及以上、每次运动强度达到中等及以上的人群)的生理代谢状态、运动能力及对某些营养成分的特殊需求而专门加工的食品”。根据能量与蛋白质等不同需求可分为:补充能量类、控制能量类、补充蛋白质类,针对不同运动项目特殊需求分为:速度力量类、耐力类、运动后恢复类,并且不同类运动营养食品所含的特征功效成分有所差异。

　　2.2 国内外运动营养食品研究现状

　　在竞技体育与全民体育的大背景下,运动营养食品研究成为了热点话题。就运动营养食品发展时间而言,国外运动食品起步早且发展迅速,从1938年第一代功能饮料“Lucozade”的出现到上千个品种的运动营养食品,由运动员专用食品到大众功能食品[6]。目前,运动营养食品已成为食品行业中最年轻且成长最为迅速的产业,保持了较高的增长率。据报道,2001～2004年,运动营养品和减肥产品每年平均增长10%[7],全球营养品巨头康宝莱2010年销售额高达43亿美元[8];在美国2014年美国运动营养品市场总值达到48.72亿美元,主要包括能量补给饮料、蛋白粉、肌酸、微量元素补剂(维生素、矿物质、电解质)、能量棒等产品。此外,百事可乐的“佳得乐”有着40多年历史,占美国运动饮料市场的85%[9]。在欧洲,2014年运动营养食品的市场销售额突破了40亿欧元,年消费量增长了17%,越来越多的运动人员使用运动营养食品来提高运动能力;欧美国家运动营养食品的功能主要包括补充能量、控制能量、补充蛋白质、维生素和矿物质、增强免疫功能、抗御疾病感染、抗氧化、增进关节健康、改善中枢神经系统等。从全球市场看,预测2020年运动营养食品市场总额将达到336亿美元,从2015年到2020年的年复合增长率高至7%,其中2020年亚太地区所占份额将会达到24%[10]。

　　我国的运动营养及运动营养食品研究在20世纪90年代初开始兴起,起步相比国外较晚。最早的运动营养食品类型为运动功能饮料,从之前的健力宝、红牛,到如今的运动饮料脉动、怡冠、康有利等主打品牌的问世,都见证了中国运动型饮料的成长。根据文献报道,2010年运动营养食品在中国的销售额已高达75亿元人民币。运动饮料是一种功能性软饮料,它添加了能满足运动人群所需要的营养素,可以为机体快速补充水分、电解质和能量[11]。据估算,2010年涵盖专业运功营养食品、运动饮料及概念饮料在内的运动营养食品市场,已达50亿元规模,其中专业运动营养食品规模高达10亿元[12],在短时间内实现了从引进产品到自主研发生产的跨越,行业平均年增长率在50%以上。从产品形式创新上看,我国运动营养食品种类单一,缺乏创新性。虽然我国生产运动营养产品的企业多达上千个,但专门从事运动营养食品研发和生产的企业所占有的市场主要集中在专业运动员和健身俱乐部等,远远满足不了向非运动消费人群扩展的运动营养食品市场需要,就当前国内运动群体比例的升高及在相关技术方面的加大投入,在未来发展中,运动营养食品产业仍具有较大发展空间与广阔的市场潜力[13,14]。

　　3 运动营养食品中的功能性成分

　　运动营养食品主要是依靠其中含有或人为添加的功效成分来有效缓解运动前、中、后机体出现的损伤或运动型疲劳。目前,运动营养食品种类繁多,其中功能性成分的组成、类别也复杂多变。运动营养食品的功能作用包括保护关节损伤、增强力量及改善肌肉、抗疲劳、提高免疫机能等。本文将对几种类型的运动营养食品中具有代表性的功效成分进行介绍。

　　3.1 保护关节类的功能成分

　　保护型运动营养食品的主要作用是维持关节健康与减少因过度运动而造成的关节损伤,其主要功能因子包括必需脂肪酸、泛酸、维生素、钙、水解蛋白酶、氨基葡萄糖、软骨素、甲磺酰甲烷、S-腺苷甲硫氨酸、胶原质和大豆异黄酮等[15]。

　　关节软骨组织主要是由胶原蛋白构成,胶原蛋白负责构造软骨组织的框架并将其定型,因此补充适量高质量的水解胶原质,可以维持人体自身软骨组织的功能,保护关节免于受损。研究表明,每日摄入10 g左右的水解胶原质可减轻膝或髓部骨关节病患者的疼痛,并且分子量为3000 Da左右的产品更有利于人体吸收[16]。另外,硫酸软骨素在关节中具有润滑和支撑作用,以硫酸软骨素或氨基葡萄糖为主要成分的运动营养食品,如Chondroitin Sulfate,Osteo Joint Care,More Free,Nutrajoint,ARTHx等,可作为膳食补充剂用于保护关节,并且硫酸软骨素推荐输入量为1500 mg/d[17]。大豆异黄酮除了可用于组织修复、增肌塑形以外,在抗疲劳活性研究方面也有一定作用,有文献指出大豆异黄酮显著延长小鼠游泳力竭时间,增加血清游离脂肪酸含量,降低血乳酸和尿素氮,具有缓解体力运动疲劳的功效[18]。

　　3.2 增强力量、改善肌肉类的功能成分

　　在这一类运动营养食品中,主要富含2大类功能物质:蛋白质与氨基酸类物质,促进肌肉生长并增强肌肉收缩能力的物质,如肌酸、铬、硼、维生素C和锌等。

　　3.2.1 蛋白质或蛋白质水解物

　　按特征营养素分类,蛋白质占比很大,蛋白质不仅能够满足机体组织生长与修复需求,还可提供能量,因此运动人群的总体蛋白质需要量大大增加。在市场上乳清蛋白和大豆蛋白更多应用于运动营养食品,作为一种高营养价值的蛋白质,乳清蛋白富含亮氨酸等支链氨基酸以及其他必需氨基酸、功能肽、抗氧化成分和免疫球蛋白,可减少肌肉酸痛,加快运动性损伤的修复[19],可以提高合成速率、增加肌肉的质量和力量[20]。有文献表明,乳清蛋白比酪蛋白能更好地刺激骨骼肌蛋白质合成[21],比大豆蛋白更有利于体重增加[22];同时乳清蛋白能够预防运动训练引起的细胞免疫功能失衡,增加血清球蛋白在机体的储备,减轻剧烈运动后的免疫应激反应,从而激发运动员更佳的运动状态[23];冯晓慧等[24]研究证实,在运动员训练期间适当补充乳清蛋白及氨基酸类等能量物质,可显著改善运动员的运动能力(包括有氧和无氧),加速修复疲劳。

　　此外,牛磺酸是人体条件性必需氨基酸,是一种促进肌肉快速增长的运动营养补剂,发挥生理作用的方式与胰岛素类似,能够抑制肌蛋白的分解,使肌肉变得更大、更强壮,并且对维护膜结构的稳定、调节渗透平衡及防止细胞膜脂质过氧化反应方面具有较大作用[25]。目前,市场上牛磺酸主要作为运动饮料的功能物质,并添加钙、镁、钾等矿物质成分。

　　3.2.2 肌酸及维生素C

　　在GB 24154-2015中,肌酸是速度力量类运动营养食品的必需添加成分,适用于短跑、跳高、举重、健美及力量机械等人群使用的运动营养食品。肌酸从1993年开始进入竞技体育界,1994年成为最流行的能力增强剂,1995年传入我国[26],它又称甲胍乙酸,是三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)合成的原料物质,能为肌肉进行快速、爆发动作提供能量补充,内源性肌酸在肝脏和肾脏中由精氨酸、蛋氨酸和甘氨酸合成,外源性肌酸可从食物的肉和内脏中获得,肌酸以磷酸肌酸的形式存储在肌肉中[27]。近年来的研究发现,补充肌酸主要是为了增强短时间、高强度、反复运动时的运动能力,肌酸的增力机制包括:增加骨骼肌磷酸肌酸储存和磷酸肌酸再合成,减少肌肉损伤,减小对无氧糖酵解的依赖,降低乳酸产生[28,29]。研究表明,短时间补充肌酸可以使磷酸肌酸的储存增加,磷酸肌酸向二磷酸腺苷(adenosine diphosphate,ADP)提供高能磷酸键,形成ATP,可维持高强度运动时的ATP水平并促进反复高强度运动的间歇期磷酸肌酸的再合成,因此,补充肌酸对短时间(小于30 s)、间歇性、高强度、抗阻性运动有增力作用[30],能够使肌肉的收缩能力以及单次冲刺能力增加。除此以外,长时间补充肌酸可以明显地增加力量、短跑的能力和去脂体重[26]。有研究建议,在正常膳食情况下,每天可以补充5 g肌酸,同时配合抗阻力训练[31,32],可以增肌增力,对于耐力性、速度型运动有益处。

　　运动过程中会导致维生素的大量消耗,因而在运动前后也应注意此类物质的及时补充,维生素C有清除自由基的作用,可减少自由基对机体的伤害,延缓疲劳的发生[32]。研究表明,适量的牛磺酸和肌醇,可以促进蛋白质的合成,防止蛋白质的分解,调节新陈代谢,加速消除疲劳等[8]。

　　3.3 抗疲劳及增免疫类的功能因子

　　用于缓解机体中枢或外周神经及因疲劳造成的生理功能衰退的运动营养食品配方种类繁多,除了早有报道的多肽类物质,最新研究证实中药类制剂、植物活性物质对修复、缓解运动性疲劳也有正向作用。对于中药类物质,一般采用补法[33,34,35],研究表明,中药营养补剂副作用小且分级明显,能够对机体运动生理状态进行整体调节与提高,兼具抗疲劳、抗氧化、增免疫等功效。我国中药历史悠久、博大精深,具有良好的市场接受度与研发前景[36,37,38]。在外国文献中也有提到中药的相关作用,如Hassanlouei等[39]证实中药可以降低机体运动后血乳酸堆积水平以及血清乳酸脱氢酶水平,加快消除血乳酸;Mashhadi等[40]通过运动干预实验表明肉桂、生姜中药也能显著提高运动能力。且植物活性物质,包括多糖类、黄酮类、皂苷、色素、多酚类等物质被发现具有抗运动性疲劳功能,可应用于运动营养食品。

　　在增强专业运动员及普通大众免疫功能的运动营养食品中,通常含有大蒜素、谷氨酰胺、肌苷、绿藻、虫草、锌、硒等[41]。从天然食物中寻找抗氧化、提高免疫水平的物质是近年来很活跃的一个研究领域,其中大蒜素能明显提高淋巴细胞的转化率,使中枢淋巴器官和外周淋巴器官增殖,增强细胞免疫功能;香菇多糖是一种非特异性免疫增强剂和免疫激活剂,可以通过多种途径提高机体的免疫功能,且无副作用;螺旋藻中特有的藻蓝蛋白,也能够提高淋巴细胞活性,增强人体免疫力[42]。

　　3.4 新型功能性成分

　　随着我国经济实力的日益增强,大型体育赛事的举办及健康运动意识的普及,现今涉足运动营养食品行业的科研机构与生产企业越来越多,研究不断深入,已有更多、更新的功能性物质正被应用于运动营养食品的研发,产品新资源或成分正向天然、安全、绿色的趋势不断丰富。其一,最新研究证实发酵类食品具有运动营养食品的功能[43],因为食物发酵后,可产生一些原来食物中本身不存在的新物质,从中发现有潜力的活性成分,成为运动营养食品的新资源。比如大米糠等发酵食品或提取物有改善运动能力的作用[44];黑米糠即黑米的外壳,参照中国运动员膳食营养素推荐量[45],通过对黑米糠中10种运动营养成分的分析证实,其是一种优质的动营养食品原料,具有抗氧化、抗疲劳、提高免疫力等生物活性,市场潜力相当可观[46]。目前,有关黑米糠运动功效的研究方向多集中于花青苷,金丽琴等[47,48]通过实验表明,其能够显著提高组织缺氧的耐受性及组织免疫力,具有一定抗疲劳能力,可作为潜在的耐力型营养补品原料。

　　其二,从海洋生物中寻找、提取活性物质。作为广泛存在于藻类、虾类、蟹类、鱼类、贝类以及多种动植物中的类胡萝卜素的含氧衍生物,虾青素能够有效消除细胞氧自由基,抗氧化活性强于胡萝卜素[49]。此外,研究发现口服虾青素还能够显著降低小鼠体内血乳酸水平,降低血浆游离脂肪酸与血糖的消耗,从而提高其运动能力[50]。

　　结论与展望

　　在运动营养食品产业,我国既有发展也有挑战,比如市场上产品质量参差不齐;过分夸大产品功效,导致公众认知错误、不能科学看待;缺乏专业、标准的评价体系证实最新开发的功能因子;监管欠缺,需完善相关标准法规条例。鉴于行业发展背景,首先应对产品营养、功效、安全给予重视,注重产品定位,形成良性产业链;其次利用已知功效成分优化产品配方;最后需完善运动营养健康服务体系平台,以制度与立法为先,规范食品安全风险评估工作。