《食品科学》：中国农业大学李媛教授等：递送技术在提高运动营养食品中功能因子吸收利用效率的创新策略

随着居民生活水平以及对健康生活方式追求的提高，体育已经从职业竞技转变为大众运动。适时补充运动营养食品，对运动人员快速恢复身体状况以及调节身体机能具有重要意义。

根据GB 24154—2015《运动营养食品通则》的描述，运动营养食品是满足经常运动人群生理代谢状态、运动能力及对某些营养成分的特殊需求而专门生产的食品。为满足运动人士需求精准合理选择运动营养食品，我国将其进行了详细分类，包括两个大类和6 个子类（表1）。

运动营养食品作为运动人群食用的特殊食品，需要营养素的快速高效吸收作用以满足运动人群的营养需求，调整其代谢状态以及提高体能和体质。近年来，食品功能因子递送技术如微胶囊、乳液、脂质体和凝胶等能够显著改善功能因子的水溶性、稳定性和生物利用率，可成为解决运动功能因子吸收率低的有效途径，也逐渐成为运动食品创新配方设计的关键技术。

中国农业大学食品科学与营养工程学院的宋欣宇、刘翔宇、李媛*等首先总结运动营养食品常用的基本营养素和功能因子，并详细介绍功能因子的作用机制，然后阐述运动营养食品产业研发面临的问题和已有的技术手段，探讨运动营养食品产业的可持续研发方向，以期为未来设计新型运动营养食品，支撑运动人群营养需求，减少运动后营养缺乏对机体的损伤，提高运动人群健康水平提供理论依据和技术支撑。

1 运动相关营养物质

1.1 基本营养素

运动人群在进行高强度运动后，需要及时补充营养以缓解高强度训练带来的肌肉疲劳和能量消耗。各种营养素可以满足机体运动状态下的不同生理需求，其中，蛋白质、碳水化合物、脂质、维生素和矿物质等是运动人群所需的基本营养素，能够维持运动人群的基本营养需求，而且对于提高运动人群的身体机能也起到了至关重要的作用。一般而言，当人体运动时，营养物质的代谢与消耗加快，机体对营养素的需求也会相应增加。表2总结了基本营养素对运动人群机能的影响。

蛋白质是运动食品中最重要的一种营养素，其摄入对维持负氮平衡、保持肌肉质量和训练后恢复具有重要意义，尤其在机体能量不足、出现炎症等情况下，摄入较高剂量的蛋白质可以极大促进肌肉蛋白质的合成。从奶酪副产物中生产制备的乳清蛋白是公认的优质蛋白质之一，含有多种必需氨基酸，其中富含的亮氨酸可以刺激肌肉蛋白合成，对运动人群的肌肉生长和性能改善有着重要作用。乳清蛋白经水解可以得到乳清蛋白水解物。研究发现，乳清蛋白水解物可以有效预防运动引起的疲劳，刺激肌肉蛋白质合成，减轻肌肉损伤症状，促进肌肉功能恢复。目前常用的水解方法主要有化学水解法（酸水解、碱水解）、酶解法、微生物发酵法和亚临界水解法等。

碳水化合物是机体运动的主要能量来源，其代谢过程在运动中起着重要作用。研究显示在运动过程中，机体主要通过分解肌糖原和肝糖原产生葡萄糖维持能量供应。因此，在长时间和高强度运动的情况下及时补充碳水化合物，不仅可以补偿糖原消耗、增加糖原储备、促进运动后恢复，还能够提高运动表现和训练适应。此外，Christhttps等所做的一项系统评价中还显示，运动前和运动中立即摄入碳水化合物可以有效减轻皮质醇和肾上腺素水平的升高，从而有效解决耐力运动引起的压力荷尔蒙水平升高问题。

脂质在各种酶的帮助下消化、吸收、合成和分解，转化为人体所需的能量和物质，保证正常的生理功能，对体力活动具有重要作用。尽管与其他的宏量营养素相比，脂质对运动后机体恢复的促进作用相对较小，但是适当地补充脂质有利于促进机体对营养物质的吸收。ω-3不饱和脂肪酸是运动营养食品中常见的优质脂肪酸之一，每天补充4 g ω-3不饱和脂肪酸可以提高氨基酸的合成代谢敏感性,其抗炎特性对受伤运动员的恢复有促进作用，因此适当地补充脂质对于运动人群也较为重要。

除宏量营养素外，微量营养素对于运动过程中的物质代谢也起着重要的调节作用。维生素是调节代谢、防止细胞损伤的有机化合物，B族维生素可作为辅酶参与能量代谢；VC、VE可以作为抗氧化剂促进运动人群的能量代谢；VD可以增加卫星细胞中肌源因子的表达，增强肌肉细胞分化、生长和再生。运动相关的生理功能，如能量代谢、氧气运输、红细胞生成、免疫功能等在某种程度上依赖于矿物质。例如，钾离子、钠离子等矿物质会影响机体体液平衡；铁离子是运动过程中氧气运输和能量产生等关键过程中不可或缺的一部分；锌离子在改善免疫功能上起着重要作用。

1.2 功能因子

基本营养素在运动中起着重要作用，但它们对运动机能的促进作用有限，难以满足机体的所有运动需求，如保护关节软骨等，因此，需要引入功能因子为机体提供更多样化的运动功效，调节机体机能。图1为代表性的功能因子和活性物质及其对人体的运动机能调节作用。根据功能性成分对机体运动机能不同方面的作用，可以将功能性成分分为以下8 种类型。

1.2.1 促进肌肉生成和改善肌肉质量的运动功能因子

肌肉质量是肌肉围度、最大力量、爆发力、耐力和柔韧性的综合指标。对于运动人群来说，良好的肌肉质量不仅可以使形体更加美观、提高身体的平衡能力与协调能力，还能保护关节与骨骼，降低受伤风险。目前被证实的可以改善肌肉质量的代表性功能因子有肌酸、牛磺酸和姜黄素等。肌酸是由精氨酸、甘氨酸以及甲硫氨酸3 种氨基酸合成的含氮化合物，可由人体自行合成，也可通过膳食进行补充。图2A为肌酸对蛋白质合成的作用机制：一方面肌酸可以刺激蛋白质合成信号通路，促进肌肉蛋白的合成；另一方面它还可以通过与细胞中的无机磷结合形成的磷酸肌酸，在运动时释放ATP维持肌肉细胞的能量状态（图2B）。早在20世纪90年代，便有学者报道了肌酸补充剂对短时间、高强度的肌肉活动和反复高强度的活动具有增效作用。Ingwall等也曾通过研究证明肌酸对于肌肉收缩过程非常重要，在肌肉细胞培养物中添加肌酸可以刺激合成肌球蛋白重链。

牛磺酸是一种半胱氨酸代谢过程中内源性合成的含硫氨基酸，可以通过膳食获取，主要存在于肉类和海鲜中。牛磺酸可以降低肌肉组织蛋白的降解速率，抑制肌萎缩相关基因（MAFbx和MuRF1）的mRNA和蛋白表达水平，从而有助于肌肉生长。于健康年轻男性而言，预先服用牛磺酸（2 g/次，3 次/d）2 周，可以在进行高强度的离心运动后减少延迟性肌肉酸痛的发生。此外，牛磺酸的摄入还能够恢复抗氧化相关基因，如超氧化物歧化酶2（SOD2）和过氧化氢酶（CAT）的表达水平，从而增强肌肉组织的抗氧化能力。姜黄素作为一种疏水性植物多酚化合物，具有抗炎、抗氧化应激、抗病毒等多种活性功能，同时在改善肌肉质量方面展现出显著的提升效果，可以有效减少运动引起的肌肉损伤、炎症和氧化应激等。研究发现，姜黄素能够通过减少肌肉肌酸激酶活动从而减少肌肉损伤并提高肌肉性能。此外，补充姜黄素还可调节促炎细胞因子肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素（IL）-6和IL-8发挥运动后的抗炎作用。Hillman等评估了姜黄素对增强式练习后延迟性肌肉疼痛和肌肉力量的影响。持续10 d（运动前6 d、运动当天和运动后3 d）服用500 mg姜黄素的运动员在运动后48 h和72 h的疼痛水平显著降低，并可以保持稳定的垂直跳跃，这表明姜黄素在增强式运动后可减轻酸痛并保持肌肉力量。

1.2.2 保护关节软骨的运动功能因子

关节软骨主要由软骨细胞和胞外基质构成，其中软骨细胞是关节软骨中的唯一细胞，主要用于合成分泌软骨基质和胶原纤维；胞外基质包括水、蛋白、多糖、胶原、糖蛋白以及其他各种非胶原蛋白。这些物质与关节软骨的缓冲振动、减少骨与骨的摩擦、减少磨损等功能密切相关。在体育运动中，往往会出现各种冲击、扭转等关节活动，这些非周期性负荷长期反复作用在关节上极易导致关节软骨的损伤。因此，在运动中摄入营养元素保护关节软骨格外重要。

胶原蛋白作为关节软骨的主要成分，对于关节软骨组织框架结构的形成有着重要意义。Wang Chao等发现III型胶原蛋白是软骨关节结构的关键调节因子，发挥着加强胶原纤维网路、限制异常原纤维增厚等作用。Wu JiannJiu等也报道了III型胶原蛋白是关节软骨中纤维网络共价调节剂，积聚在与II型胶原纤维表面交联的关节软骨中，并响应组织和机体的损伤。研究表明疏松网状纤维结构的II型胶原蛋白对软骨细胞的黏附、增殖和分化有积极作用。目前已有临床研究表明，每日摄入10 g左右水解胶原质可以有效缓解膝或髋关节病患的症状。

氨基葡萄糖是关节软骨基质中蛋白多糖的重要组成部分，市售氨基葡萄糖类物质主要以盐酸氨基葡萄糖、硫酸氨基葡萄糖及其复盐形式存在，外源摄入氨基葡萄糖类物质可有效保护运动人群的骨关节，减少关节磨损等问题。氨基葡萄糖对关节腔内多种破坏软骨的酶如溶酶体酶、胶原酶的活性有抑制作用。研究人员以灌胃剂量82.5 mg/kg、1 次/d给关节腔积血模型兔灌胃盐酸氨基葡萄糖，发现盐酸氨基葡萄糖可有效增加II型胶原蛋白（COL II）的表达，其水平较对照组提高了1.77 倍，表明其在保护关节软骨方面的功效。白藜芦醇是一种天然的多酚类化合物，广泛存在于葡萄、蓝莓等70余种植物及其果实中，在抗氧化、抗炎、抗菌、抗病毒等方面有积极作用。此外，白藜芦醇对于关节软骨也具有良好作用，适量摄入白藜芦醇可以有效帮助运动人群减缓关节磨损和促进软骨修复。Maepa等发现用20～100 μmol/L白藜芦醇可以诱导猪软骨中II型胶原蛋白的合成，同时不同区域的诱导效果不同，中层区软骨II型胶原蛋白的诱导表达较浅表区的表达高1.23～2.25 倍。Qin Na通过局部关节内注射10 μL白藜芦醇可激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）信号传导和抑制mTOR活性，以及PI3K/蛋白激酶B（Akt）/mTOR操纵的缺氧诱导因子（HIF）-1α和HIF-2α表达，从而延缓关节变性，达到软骨保护作用。

1.2.3 减控体质量和体脂率的运动功能因子

肥胖往往伴随慢性炎症从而影响肌肉的代谢和修复；引起激素失衡（如胰岛素和睾酮）妨碍肌肉生长；产生代谢综合症（如高血压和高血糖）影响整体健康；增加关节负担导致运动不适；减少锻炼意愿以及影响心理因素如自尊心下降，进一步影响运动积极性。这些因素共同作用，导致肥胖者的肌力显著下降，尤其对于儿童。目前，减肥是许多运动人群的重要需求，对于减控体质量的运动营养食品及功能因子也颇受消费者青睐。

L-左旋肉碱作为转运脂肪酸的载体，将长链脂肪酸转运到线粒体进行β-氧化，分解成二氧化碳和水，是一种安全有效的减脂功能因子。其主要促进作用如下：在胞质内，脂肪酸形成长链脂酰辅酶A，与L-左旋肉碱通过肉碱脂酰转移酶（CPT）I的酯化催化以长链酰基肉碱的形式通过线粒体膜进入线粒体基质，在CPT II的催化下转化为游离肉碱和脂酰辅酶A，脂酰辅酶A通过β-氧化形成乙酰辅酶A，并通过三羧酸循环（TCA）和电子传递链（ETC）合成ATP。其中肉碱在肉碱酰基肉碱转位酶的作用下回到胞质并进行转运。因此，在长时间高强度运动中，L-左旋肉碱可以大大促进脂肪酸的氧化速率，降低糖原消耗率，缓解疲劳，具有明显减控体质量的作用。

同时，丙酮酸盐在科学减重上也有巨大潜力。Stanko等在1978年首次发现丙酮酸盐对脂肪代谢和糖代谢的促进作用。Koh-Banerjee等设置了双盲实验，23 名未经训练的女性以双盲和随机方式摄入5 g丙酮酸钙（CaPYR）或安慰剂（PL），每天2 次，持续30 d。结果显示PYR组受试者体质量增加较少（PL组：（1.2±0.3）kg；CaPYR组：（0.3±0.3）kg，P＝0.04）；且脂肪减少更多（PL组：（1.1±0.5）kg；CaPYR组：（-0.4±0.5）kg，P＝0.03），这进一步证明了丙酮酸盐的减重能力。但是其脂肪消耗机制尚未完全明确，有文章报道丙酮酸盐可能是通过提高线粒体动力，刺激细胞的合成代谢，从而加速细胞脂肪的消耗。

1.2.4 增强免疫力的运动功能因子

运动对免疫力的影响呈现双重性。适量的运动可以增强免疫系统的功能，促进免疫细胞的活性和数量，从而提高机体抵抗力。然而，长期进行高强度运动会抑制自然杀伤细胞活性，抑制具有免疫功能的IL-10、IL-4和IL-12 p40，从而导致免疫力降低。研究表明，许多高强度训练的运动员更易患上感冒等上呼吸道感染。为了提升运动人士的免疫功能，可以考虑摄入一些功能因子和活性成分，如大蒜素、辅酶Q10、羟甲基丁酸、谷氨酰胺和多种维生素等。

谷氨酰胺是人体中丰富的游离氨基酸，具有细胞和免疫调节特性，可通过影响淋巴细胞和单核细胞代谢影响免疫反应。此外，谷氨酰胺是谷胱甘肽的前体之一，可以刺激热休克蛋白的表达并影响基因表达。在剧烈运动过程中，机体可能无法自行合成足够的谷氨酰胺，因此外源摄入谷氨酰胺如红肉、鱼类以及营养补冲剂等对增强机体免疫反应有着十分重要的作用。

大蒜素是一种含硫化合物，它可以通过氧化应激、免疫和炎症反应等多种机制在免疫系统中发挥积极作用。Dwivedi等通过研究发现大蒜素可以选择性诱导辅助性T细胞（Th）1反应（Th1反应会产生宿主保护性免疫反应），同时能增强受感染巨噬细胞中应激激活蛋白激酶（SAPK）/c-Jun氨基末端激酶（JNK）途径的活化，从而有利于诱导抗炎细胞因子分泌，最终促进免疫系统反应。

1.2.5 增强抗氧化能力的运动功能因子

运动与氧化应激密切相关，氧化应激反映了活性氧的产生与抗氧化能力的不平衡。定期适度训练可以刺激机体产生适度的氧化应激，有益于健康，然而急性、剧烈运动会导致氧化应激过度增加，活性氧大量产生。这种状况将导致所有细胞成分（包括蛋白质、脂质、碳水化合物等）受损，造成细胞、组织、器官的功能性障碍，从而引发心血管疾病、神经退行性疾病等多种疾病和衰老。对于运动人士来说，额外补充抗氧化剂对于预防和减少运动期间氧化应激是非常必要的。

许多植物提取物具有强大的抗氧化能力，包括多酚、维生素、生物碱、皂苷、多糖、多肽等。皂苷类物质通常通过提高机体对自由基的清除能力、减少脂质过氧化、减轻活性氧的损伤等方式，降低氧化应激对机体的刺激。人参皂苷是从人参根、茎中提取的成分，主要成分是类固醇糖苷和三萜皂苷，具有抗氧化、抗炎、保护神经等作用，在抗氧化功能的运动营养食品上具有广阔的应用前景。Xie Jingtian等研究发现，人参皂苷可以通过清除羟自由基保护心肌细胞免受外源性和内源性氧化剂诱导的氧化损伤。Cao Guoqiong等也发现人参皂苷可以有效减少氧化应激，抑制氧化应激相关细胞凋亡，并改善线粒体的完整性和功能。

多酚类如白藜芦醇、茶多酚、花青素等也具有抗氧化作用。多酚的化学结构由数个酚环组成，这些酚环结构的数量和特性决定了多酚独特的物理、化学和生物学特性。例如茶多酚，其结构中苯环上的π电子对酚羟基氧原子上的单电子具有共轭作用，且单电子更倾向于苯环，从而降低酚羟基中氢氧键的活性，使酚羟基上的氢活性增加，自由基竞争活性氧，最终终止自由基的自氧化反应。姜黄素作为一种从姜黄中提取的天然多酚，也是一种有效的抗氧化剂。研究结果显示，在运动前2 h和运动后立即补充90 mg姜黄素，活性氧代谢物的血清衍生物浓度与运动前相比没有显著差异（（273.6±19.7）U. CARR），而在PL实验（（308.8±12.9）U. CARR，P＜0.05）中，活性氧代谢物的血清衍生物浓度显著高于运动前值，这表明姜黄素可以通过增加血液的抗氧化能力减轻运动引起的氧化应激。

1.2.6 增加能量储备的运动功能因子

一些高强度的运动项目往往会消耗大量能量，对运动者的能量储备要求很高，需要进行合理的运动营养补充。目前市面上这一类的运动食品多为饮料类和能量棒等，主要目的是在运动前和运动间隙为运动员快速补充能量。其中主要的功能物质包括葡萄糖、麦芽低聚糖、三磷酸腺苷、肌酸、肉碱等。糖类，包括葡萄糖、果糖等，是最主要、经济且快速的热能营养素，不仅能快速起效，而且效率高、耗氧量小、代谢物易排出。高强度的运动会大量消耗机体中储备的糖原，导致能源供应不足，而补充低聚糖饮料可以将血糖维持在较高水平，从而延长运动时间、延缓运动性疲劳。低聚糖因其较低的渗透压，在胃内停留时间较短，能够迅速进入肠道并被水解吸收，从而发挥“第二肝糖原”的作用。在运动过程中，低聚糖的补充能够迅速恢复并维持机体的血糖水平，从而延长运动持续时间。研究表明，持续补充低聚糖的运动员在运动期间的血糖水平始终维持在5～6 mmol/L之间，显著高于对照组。此外，在运动结束后的恢复期，补充低聚糖的运动员血糖水平也比对照组高出20%。

1.2.7 预防运动性贫血的功能性成分

运动性贫血是指因运动训练或比赛导致血液中血红蛋白浓度和红细胞数量低于正常水平的现象。研究表明，高强度运动可引起铁代谢紊乱，导致机体铁的负平衡。因此，确保运动员摄入足够的铁以减轻运动性贫血至关重要。增加富含铁的食物摄入（如绿叶蔬菜和红肉）以及摄入促进铁吸收的VC是有效的方法。此外，口服铁补充剂是直接的补充方式，其中硫酸亚铁因其经济性和对食物口感影响小而被广泛应用。其他常用的无机铁补充剂包括富马酸亚铁和蔗糖铁等。

1.2.8 调节内分泌的运动功能因子

研究表明，运动时内分泌系统会产生相应的变化，且该变化与运动的形式和强度有关。高负荷的运动可能会扰乱运动者的内分泌与代谢系统。适时补充糖或糖和蛋白质、氨基酸混合物有助于缓解机体内分泌系统的压力。对于运动员来说，睾酮是一个重要的促合成激素，但是外源摄入的睾酮或合成类固醇属于兴奋剂，并不适合运动人群服用。研究发现利用中草药可以刺激机体自身睾酮的分泌。此外，蛹虫草（又称北冬虫夏草）的有效成分为虫草素和虫草多糖，每天摄入8 g蛹虫草对调节机体能量消耗和身体代谢及内分泌系统起着积极作用，对维持运动人士机体免疫平衡和身体健康有重要意义。

2 运动功能因子应用所面临的问题

能够促进运动机能的功能因子和活性成分非常丰富，并在运动营养中扮演着重要的角色，但许多功能因子或活性成分因其自身理化性质的局限，当被直接简单地运用于运动食品中时，会存在水溶性差、稳定性差、在胃肠道中被广泛代谢、吸收率低和难以穿透包括黏液层、细胞屏障或细胞间紧密连接在内的生物膜屏障等问题，导致细胞吸收利用率低，难以进入体液循环。这些问题不仅降低了运动食品中的功能因子和活性成分吸收利用率和速度，还极大限制了它们在机体内的作用效果，从而限制了运动营养食品的健康功效。例如，功能因子尤其是多酚类物质极易受外界环境如光、热、氧等因素的影响而无法保持其在加工、贮藏及摄入体内后的稳定性。富含高度不饱和结构的功能因子如类胡萝卜素在加工贮藏时易发生氧化，且在胃肠道消化中被降解而影响其生理活性。此外，肌酸在加热、酸性和液态条件下极易发生环化生成肌酐，从而失去活性。人参皂苷经口服后，由于其膜通透性较低，且在胃肠道中会被广泛代谢，导致生物利用率低。如果将其直接添加到运动食品中，则无法快速吸收并发挥功能活性。同样，对于白藜芦醇、姜黄素、番茄红素等功能因子来说，水溶性低、易氧化降解也阻碍了其吸收利用。白藜芦醇在肝脏和肠道中被广泛代谢，代谢产物的生物活性远低于白藜芦醇自身。此外，大蒜素易挥发，化学性质不稳定，而且有刺激性及难以接受的味道，直接添加不仅会影响食品风味和口感，而且吸收率较低。

考虑到在高强度运动后，机体对大量营养素的迫切需求，以及运动营养食品的吸收速度和利用效率对肌肉修复和增长速度的关键影响，提高运动营养食品的机体吸收效率显得尤为重要。利用递送技术包埋保护功能因子，提高水溶性和稳定性，穿过细胞屏障或生物膜屏障，进入体液循环，以发挥功能因子作用，促进机体对营养素的快速和高效吸收，在运动营养食品开发中将具有广阔的应用前景。

3 提高功能因子快速高效吸收的递送技术

目前，递送技术主要包括脂质体、乳液、胶束、凝胶、微胶囊、纳米晶、聚合物纳米颗粒和外泌体等（图3），这些技术通过包封和保护功能因子，实现其靶向递送至肠道的控释效果，进而促进肠道细胞对功能因子的吸收，提高功能因子的溶解度、稳定性、吸收率及感官特性。针对食品构建的微/纳米递送技术目前已经运用于固体粉末、饮料、营养强化剂、凝胶糖果和口服液等食品中，赋予食品更优的属性，包括营养功能性、质地、感官特性和稳定性等。以绿茶饮料为例，通过添加环糊精包埋的芳香物质，成功减少了在加热杀菌时风味的改变，提高了速溶茶的香气。本节将概括几种广泛使用的微/纳米递送技术，为运动营养食品的创新发展提供参考。

3.1 脂质体

脂质体是基于脂质的球形囊泡系统（图4），尺寸在10～1 000 nm之间，具有双亲性，可以同时运载脂溶性和水溶性物质，可有效改善肠道对疏水性运动功能因子（如多酚、维生素、类胡萝卜素等）的吸收，具有较高的生物相容性和生物可降解性。最常见的纳米脂质体制备方法是薄膜水合法，将磷脂溶解在有机相中，除去溶剂后水合形成磷脂薄膜，通过分子自组装产生脂质体。其他常见的方法还有逆向蒸发法、有机溶剂注入法等。由于脂质体特殊的组成和结构，它不仅可以提高荷载功能因子的理化稳定性，还能有效促进分子在质膜上的扩散，并降低免疫系统的识别，从而提高其生物利用率。脂质体靶向性强、易于修饰，可以通过适当的分子修饰载体表面从而主动结合特定细胞或组织上的靶标。Huang Meigui等使用脂质体共递送姜黄素和白藜芦醇，其中姜黄素主要定位于脂质体的疏水酰基链区，而白藜芦醇则定向于极性头部基团，包封率可达80.42%，这不仅提高了脂质体的稳定性，还提高了功能因子的抗氧化活性。Jhan等发现采用大豆卵磷脂、胆固醇以及β-环糊精通过薄膜水化法包封番茄红素脂质体，不仅可以解决番茄红素水溶性差的问题，还提高了其稳定性和生物利用率，使其持续缓释，可在12 h内将释放率维持在高达49.5%。

3.2 乳液

乳液是2 种不相溶的液体形成的非均相分散体系，一般分为3 种类型：油分散在水中组成的水包油（O/W）乳液、水滴分散在油中的油包水（W/O）乳液以及将一种乳液分散在另外的连续相中形成的多重乳液（常见的有水包油包水（W/O/W）和油包水包油（O/W/O））。乳液的制备方法一般包括低能量乳化法和高能量乳化法。低能量乳化法是通过优化组成（包括适当比例的油、水、表面活性剂、助表面活性剂等）从而自发形成热力学稳定的体系。而有些乳液由于分散状态在热力学上不稳定，因此通常需要大量的能量（一般采用机械装置施加高破坏性力）将分散相分解成连续相中的液滴，也就是高能量乳化法，其制备常见的方法是超声波、涡旋、均质等。由于乳液液滴尺寸小、比表面积大，因此乳液能有效提高活性物质的溶解性、吸收率以及生物利用度，可通过乳液法将功能因子加入到运动营养食品中。例如，乳液在提高人参皂苷、白藜芦醇、脂溶性维生素等疏水化合物的溶解度、稳定性和生物利用度方面有促进作用。三七皂苷在口服后易被胃酸、糖苷酶等降解和代谢，采用纳米乳液技术可提高三七皂苷的稳定性，与普通溶液相比，三七皂苷纳米乳液的口服生物利用度提高了58.47 倍。将肌酸包封在基于卵磷脂的纳米乳液中，肌酸的生物利用度比悬浮液形式的肌酸提高了2.2 倍。

3.3 胶束

胶束是较有潜力的递送载体之一，由两亲性分子通过疏水作用、静电作用等多种驱动力介导分子自组装而成，形成具有核壳结构的纳米颗粒（图5）。其亲水片段形成亲水带电外壳，疏水片段倾向于掩埋在疏水内核并容纳疏水性活性因子，从而提升其水溶性。

胶束常用的制备方法有薄膜水化法、透析法、冷冻干燥法、乳化法等。其中薄膜分散法是指将聚合物以及药物溶解到易挥发的有机溶剂中，通过旋蒸等方法将有机溶剂挥去并在容器底部形成共聚物薄膜，然后加入水溶液，搅拌得到载药胶束。该方法操作简便，且利于实现大规模工业化应用。透析法则是将疏水性物质和共聚物溶解于与水混溶的有机溶剂后装入透析袋中，在水的透析下，有机溶剂逐渐和水交换，共聚物的疏水链段在溶剂影响下逐渐聚结，从而形成胶束核。该方法操作简单，是实验室常用的制备方法。胶束作为载体可提高活性物质的水溶性，延长活性物质的体内循环时间，提高生物利用度，因此在运动营养食品中具有广阔的应用前景。姜黄素因其分子质量小、疏水性强、空间位阻小等特点可较好地被包封于胶束中，被包封的姜黄素在水溶性和紫外稳定性等方面均得到显著改善。Bao Cheng等以α-乳清蛋白为载体制备胶束，对姜黄素进行包封，结果显示被包封的姜黄素水溶性提高的同时生物利用度也提高了6.85 倍。除了姜黄素，番茄红素作为一种良好的运动功能因子也可被胶束包封从而改善其性质。Chang Ruxin等利用疏水作用将番茄红素荷载于水解α-乳清蛋白自组装形成的胶束中，最大负载量达5%，不仅提高了番茄红素的水溶性和稳定性，而且极大地提高了番茄红素的抗氧化活性，光照20 h后，番茄红素胶束的保留率为66.6%，而游离番茄红素的保留率为0。

3.4 微凝胶

微凝胶是由亲水性大分子通过物理或化学交联形成的具有吸水膨胀性的三维网络结构，可以制备成纳米或者微米尺度。微凝胶因其生物相容性、生物降解性以及控释特性，在功能因子递送领域具有广泛的应用前景。用于制备微凝胶的材料通常为生物聚合物，包括天然多糖（海藻酸盐、壳聚糖等）和蛋白质（乳清蛋白、肌原纤维蛋白）等。目前微凝胶的制备方法很多，包括乳化法、沉淀聚合法和微流控法等。其中乳液聚合法是目前常用的制备方法，通常是将含有生物聚合物的水相与含有疏水性物质的油相进行乳化，在乳化过程中或乳化后生物聚合物在物理或化学的方式下交联形成微凝胶。其中化学交联例如羧基离子配位交联可以在机体肠道环境下响应性释放，因此可以抵抗胃酸环境，并将功能因子靶向递送到肠道内。利用三偏磷酸钠将氧化淀粉共价交联，形成带负电荷的氧化淀粉微凝胶。通过静电相互作用，这种负电荷微凝胶对正电荷的花青素和溶菌酶展现出较高的负载能力。Wang Zhaoran等研究了氧化淀粉微凝胶对花青素的包埋和释放能力，结果显示氧化淀粉微凝胶通过保护花青素免受胃酸降解从而将其输送到肠道发挥作用。Liu Ying等设计了半胱氨酸修饰氧化魔芋多糖与铁离子的双交联微凝胶，该微凝胶能够在胃酸环境中稳定存在。在此基础上对益生菌进行了包封，以保护其不受胃酸胁迫，并在肠道内通过pH值响应性释放益生菌。与此同时，释放后的益生菌表面所缠结的巯基化魔芋多糖又与肠黏液层上的黏蛋白发生巯基化交换反应生成二硫键，将益生菌定植于黏液层上，大大提高了双歧杆菌的肠道活菌数和菌群丰度，从而能够更好地发挥健康作用。

3.5 微胶囊

微胶囊是利用食品生物大分子封装功能因子从而获得的具有核壳结构的微小粒子，可以使被包裹的芯材免受光、热、pH值等外界因素的影响。微胶囊中最常用的壁材主要有蛋白类（如乳清蛋白、大豆分离蛋白等）、淀粉及其衍生物类（如羧甲基淀粉、低聚糖等）、植物胶类（如海藻酸钠、阿拉伯胶、卡拉胶等）、脂类（如卵磷脂、单甘酯等）、糊精类（如麦芽糊精、环糊精等）以及纤维素类（如羧甲基纤维素、聚葡萄糖等）。微胶囊的制备方法有很多，包括喷雾干燥法、冷冻干燥法、溶剂挥发法、超临界技术、电喷雾技术等。其中喷雾干燥法由于其操作工艺简单、干燥速度快且效率高成本低，被广泛用于食品微胶囊粉末的生产。图6展示了喷雾干燥法制备微胶囊的生产工艺图。

微胶囊技术不仅可以提高活性物质的热稳定性和生物利用度等，还具有保护挥发物质、改善口味和质地等优点，可应用于运动营养食品中光热不稳定、易挥发、口味不佳的功能因子。番茄红素具有抗氧化、增强免疫系统能力以及抗炎症的功效，补充番茄红素可以减轻运动带来的肌肉疼痛和疲劳，也能提高运动耐力。Rocha等利用喷雾干燥技术和改性淀粉封装番茄红素，封装效率在21%～29%，极大地提高了番茄红素的贮藏稳定性，在10 ℃条件下保存时，微胶囊化的番茄红素保留率是游离番茄红素的1.3 倍。益生菌因其能够调节肠道菌群、提升免疫力的特性，在运动食品中也受到越来越多关注。然而益生菌的活力会在食物储存和胃肠道运输过程中急剧下降，因此可以利用微胶囊包封益生菌以增强其体内存活率。Yeung等研究发现，将长双歧杆菌包封于海藻酸盐和壳聚糖形成的微胶囊中，可通过保护长双歧杆菌免受胃相低pH值的影响，有效提高该益生菌的口服递送活力。长双歧杆菌微胶囊暴露于pH 2.5条件下5 min数量减少了1.4 CFU，而未处理组减少了2.7 CFU。

3.6 纳米晶体

纳米晶体是指药物在稳定剂作用下分散于介质中（通常为水），并利用高压均质或控制析晶等纳米化技术形成的药物纳米胶体分散体系，通过干燥等手段进一步固化还可形成固态纳米晶体。纳米晶体的制备方法包括自上而下法、自下而上法以及组合法。自上而下法是依靠介质研磨或高压均质等过程中产生的碰撞力、剪切力、空化作用，将大颗粒物质转化为均匀的纳米颗粒的高能耗制备工艺；自下而上技术则是通过控制沉淀或结晶获得纳米级晶体，药物溶解在其良性溶剂中，通常制备成饱和溶液，然后将所得溶液滴入含有稳定剂的药物不良溶剂中，依靠产生的过饱和现象使药物晶体析出；组合法是将上述两种处理相结合，以更好地控制晶体尺寸及溶出度。

纳米晶体技术易于实现工业化生产，处理后的活性物质粒径达到纳米级别，显著增大了比表面积并提高了溶解度，从而有效提升了物质的口服吸收利用率，为运动营养食品中难溶性功能因子的递送提供了巨大潜力。Singh等利用自上而下方法制备了白藜芦醇纳米晶体，显著提高了白藜芦醇的理化稳定性，口服生物利用度较游离白藜芦醇提高了3.5 倍。Mauludin等以十二烷基硫酸钠为稳定剂，采用自上而下法获得负载芦丁的纳米晶体片剂。溶于水5 min内，几乎80%的芦丁从纳米晶体片剂中溶解，是普通微晶片剂的2 倍，且30 min内芦丁纳米晶溶解率可达100%。表3总结了常用的递送技术的原理、优点以及具体应用。

3.7 其他递送技术

除了上述提到的递送系统之外，聚合物纳米颗粒和外泌体等递送技术对运动功能因子的封装保护作用也值得关注。聚合物纳米颗粒尺寸通常在100 nm以内，具有形态结构稳定和粒子大小均一的特点，可通过选择不同聚合方式和聚合单体从分子水平上进行设计、合成和制备。制备方法主要包括乳液聚合法、溶剂蒸发法、机械粉碎法和模板法等。Kumari等通过溶剂蒸发法将槲皮素包封于聚-D,L-丙交酯纳米颗粒内部，成功改善了其水溶性和稳定性。外泌体是细胞自然分泌的基于膜结构的细胞外囊泡，携带包括核酸、蛋白质和脂质等在细胞间通讯中起重要作用的生物分子，具有先天稳定性、低免疫原性和出色的组织/细胞穿透能力，是运动功能因子靶向递送的良好载体，其分离方法主要是超速离心、超滤和尺寸排阻色谱法等。Sun Dongmei等将姜黄素封装到外泌体中，发现血液中外泌体负载的姜黄素比游离姜黄素更集中，且炎症缓解效果更佳。

4 递送技术在运动营养食品的应用

递送技术是开发功能性食品和营养保健品的一种具有广泛应用潜力的有效方法，在营养强化食品的开发中（如通过向食品中添加生物活性物质增强活性物质体外稳定性、体内活性和吸收率等）发挥着重要作用。如图7所示，目前已有许多学者将递送技术运用于开发运动营养食品中，如运动饮料、粉剂、口溶膜、口服液、能量棒以及压片，用于提高营养物质稳定性、促进营养吸收以及改善食品感官特性。Wang Qimeng等将姜黄素荷载于部分水解的α-乳清蛋白自组装的胶束中，负载率可达15.8%，并开发了姜黄素功能性运动乳饮料，不仅改善了乳饮料的感官特性，而且提高了姜黄素的稳定性，该姜黄素乳饮料的生物利用度较游离姜黄素提高了8 倍。Marsanasco等发了一款增强营养价值的运动功能性饮料，利用薄膜水合法获得脂质体包封的VE和VC并运用于饮料，不仅提高了维生素的热稳定性，还改善了产品的感官特性。Neves等运用脂质体技术包封白藜芦醇，有效提高了白藜芦醇的稳定性、生物相容性以及肠道通透性，这一技术在运动营养食品的开发中有很大的前景。还有许多研究如对姜黄素进行包封以提高其在运动营养食品中的生物利用度、封装槲皮素以提高贮藏稳定性等，均表明递送技术应用于运动营养食品有极大的潜力。

随着研究的深入，运动营养食品的市场也逐渐出现应用递送技术的创新产品，为消费者提供了更为高效、便捷且美味的营养补充选择。如美国的能量补充剂品牌Joggy基于水基纳米脂质体递送系统，上市了一款能量补充剂，优化了活性成分大麻二酚的稳定性和生物利用度（较传统产品提高了4 倍）；康比特推出的炽金乳清蛋白粉产品，利用卵磷脂包埋乳清蛋白原料，蛋白质相对含量高达82%，能够促进机体快速高效吸收；必乐则采用独有的纳米胶囊和蛋白表面修饰技术打造专业型产品，营养吸收效率提升100%～300%。此外，日本明治企业旗下的ZAVAS品牌以独特的混合和造粒技术研发出的蛋白粉不仅溶解度高，还大大提高了机体吸收效率。

递送技术在运动营养食品领域已展现出卓越的潜力。无论是便捷的粉剂、清爽的饮料，还是其他多样化的食品形式，递送技术都以其独特的方式，为运动营养食品带来了前所未有的创新与突破。然而，尽管递送技术在运动营养食品领域展现出巨大的潜力，当前企业在推进递送技术产业化方面仍面临诸多挑战，包括技术的成熟度不足、生产成本难控制以及市场接受度待提升等问题，都需要进行深入的研究与探讨。为了推动递送技术在运动营养食品产业的可持续性发展，需要加强企业和高校之间的产学研合作，以产业需求为导向，深化对递送技术的理解与研究，攻克技术难题，提升运动食品的科技含量，并促进科研成果的有效转化与落地。同时，还需密切关注市场动态，深入了解消费者需求，通过加强产学研一体化合作，共同推动递送技术与运动营养食品的深度融合，从而创造出更多符合市场需求、满足消费者期待的创新产品。

5 结 语

本文总结了运动营养食品的相关营养素和功能因子的分类，详细分析了功能因子的作用机制，讨论了可应用于运动营养食品的递送技术，以期推动运动营养食品产业的可持续研发。运动营养食品按其营养成分和组成可分为基本营养素类和功能因子类，其中基本营养素可以满足人体在运动过程中的能量需求，而功能因子由于能有效缓解高强度运动带来的肌肉疲劳和能量损耗等，在运动营养食品中展现出优异的潜力，但其溶解度和吸收利用率低等局限性使其难以在机体内有效发挥作用。递送技术不仅可以显著提高运动营养食品中活性成分的稳定性，而且促进功能因子的机体吸收利用率，是提升运动功能因子高效吸收的有效途径，也是运动食品创新配方设计的关键技术。目前常见的功能因子递送系统包括脂质体、乳液、微胶囊、纳米晶、微凝胶和胶束等，均已证明可有效提高功能因子的溶解性和生物利用度。因此，利用递送技术包埋保护功能因子在运动营养食品开发中将具有广阔的应用前景，并为运动营养食品产业带来更多的科技创新和发展机会。例如借助递送技术开发个性化营养配方，未来的运动营养食品可以根据个体的运动类型和健康状况，提供个性化的功能因子营养配方，从而有效地满足不同运动人群的需求；多功能复合配方的研究，结合多种功能因子，如结合抗氧化剂、氨基酸和电解质等成分，开发复合型运动营养食品，以实现协同效应，从而更全面地支持运动后的恢复和能量补充。而支撑这种复合配方的递送技术需要进一步优化，以确保各成分的稳定性和生物利用度；多层次递送系统的构建，将不同功能因子分层包埋，以实现分阶段释放。例如，初期快速释放能量补充成分，后期释放恢复和修复成分，从而更好地满足运动员在不同阶段的需求等。未来运动营养食品的研发或可聚焦于此以满足消费者对运动和健康的需求，提升运动功能因子的体感，提高运动人群健康水平。

引文格式：

宋欣宇, 刘翔宇, 岳庆, 等. 递送技术在提高运动营养食品中功能因子吸收利用效率的创新策略[J]. 食品科学, 2025, 46(9): 411-424. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241009-037.

SONG Xinyu, LIU Xiangyu, YUE Qing, et al. Innovative strategies based on delivery technology to improve the absorption and utilization of functional ingredients in sports nutrition foods[J]. Food Science, 2025, 46(9): 411-424. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241009-037.

实习编辑：刘芯；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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