運動營養食品的營養素、功能及酵母蛋白在其中的應用前景

尤孝鵬，陳智仙,3,*

（1.農業微生物資源發掘與利用全國重點實驗室，湖北宜昌 443003；2.酵母功能湖北省重點實驗室，湖北宜昌 443003；3.宜昌市營養健康食品工程技術研究中心，湖北宜昌 443003）

公共衛生的不斷發展促使體育運動從職業競技 發展成為了公共體育[1]。運動有益于健康體魄的塑造，但容易引發機體運動疲勞和營養流失而造成不可逆損害，好發于無氧運動、耐力運動從事者以及中老年運動人群[2]。因此，近20 年來涌現出了各種營養補劑以應對運動帶來的負面問題。運動營養食品是根據運動人士的特殊營養需求而研制的產品，可提高營養的攝入量，優化運動者的營養攝入結構，有利于提高運動水平，并為運動過程中的能量供應、緩解運動疲勞以及運動后恢復等提供保障[3]。雖然運動營養食品的市場不斷擴大，但仍存在諸多問題[4-5]：對于某些營養素的深入研究不足，無法確定其作用機制和安全性；商品價格和供求關系失衡，過高的價格直接抑制了消費者的購買欲望；整體同質化嚴重，缺乏創新；法規和相關標準的執行不足，導致市場亂象頻出；缺乏專業性和真實性的自媒體傳播產生了許多偏離真相的輿論等。

蛋白質可促進骨骼肌的修復與合成，增強骨骼肌對運動的適應性，并在特定情況下參與供能，是運動營養食品的重要原料。酵母蛋白是一種符合“大食物觀”發展理念的完全優質微生物蛋白，其生物價與乳清蛋白相當，富含全部必須氨基酸，并且氨基酸組成與人體理想氨基酸模式接近，是良好的蛋白質來源[6]。本文介紹了運動營養食品中的主要營養素及其功能，分析討論了酵母蛋白在運動營養食品中的應用價值和前景，旨在為運動營養食品的健康與創新發展提供思路。

1 運動營養食品研究概述

運動營養食品作為膳食補充劑，主要包括基本營養素和功能因子。基本營養素是指人體所需的營養素或其代謝產物，包括碳水化合物、蛋白質和脂質等，功能因子是指動物和植物的活性或功能成分，例如葡萄糖胺、姜黃素、左旋肉堿和番茄紅素等[7]。運動營養食品可以針對性地提供營養素，改善運動人群的營養狀況，減輕體育活動對機體新陳代謝的負擔[8]。

1.1 運動營養食品主要營養素

1.1.1 碳水化合物 作為主要能量物質，體內碳水化合物水平過低會引發運動疲勞。運動員對碳水化合物的依賴程度與運動強度呈正相關，適度補充碳水化合物可提高運動表現[9]。運動前適量攝入碳水化合物類運動營養食品有助于為運動員持續供能，并促進胰島素的合成與釋放，加速脂肪氧化分解，減少體內因肌糖原的無氧代謝而產生乳酸的堆積，消除運動性疲勞，提高運動員的運動水平[10-11]。

1.1.2 蛋白質 蛋白質是生物繁衍、代謝最重要的物質基礎[12]。蛋白質主要以下列方式在運動中發揮重要作用：直接參與并作為肌肉的主要成分；作為酶調控物質能量代謝反應；作為能量物質分解代謝產能。蛋白質在肌肉重塑、特殊情況下合成糖原、產生能量和維持非肌肉組織結構穩定等方面具有重要作用[13]。例如乳清蛋白可以促進機體蛋白質合成，提高免疫能力，延緩疲勞的發生和發展，提高抗氧化能力，并作為能量物質[14-15]。

1.1.3 脂肪 脂肪是機體的主要儲能形式，也是機體能量的主要來源。脂肪對運動員耐力的影響極大，同時還可在運動中起到保溫作用[16-17]。Philpott 等[18]研究表明，膳食補充ω-3 系列多不飽和脂肪酸可以改善肌肉的適應能力，有利于調節能量代謝和肌肉恢復，并避免組織氧化損傷。此外，有研究者發現磷脂酸也可以促進骨骼肌蛋白質合成，促進肌肉力量增加[19]。

1.1.4 維生素 維生素是一類調節機體能量代謝以及緩解細胞損傷的有機物，不可提供能量。B 族維生素作為輔酶直接參與調控糖酵解、三羧酸循環、氧化磷酸化、脂肪酸β氧化和氨基酸代謝等能量反應，是運動營養食品中主要的維生素種類[20]。此外，維生素D 和維生素E 也常見于運動營養食品，對于提升肌肉健康和力量、清除氧自由基以及運動后身體機能的恢復等具有重要意義[21-22]。

1.1.5 礦物質 礦物質存在于組織結構中，是酶和激素的重要組成部分，并作為新陳代謝和神經功能的調節劑[23]。礦物質可直接參與組成骨組織和部分酶的輔因子、調控機體生理活動，并對維持水鹽平衡具有重要意義。例如補鈣可改善運動引發的骨損傷，提高骨密度[24]；補鐵可以提高貧血運動員的運動能力[25]。

1.1.6 其他營養素 除基本營養素外，據統計，運動營養補劑主要包括可保護關節軟骨的氨基葡萄糖、軟骨素、透明質酸等；可改善肌肉質量的牛磺酸、核酸、肌酸等；可調節內分泌的谷氨酰胺、六味地黃湯等；可控制體重的左旋肉堿、咖啡因、辣椒素等；可提高能源儲存和利用率的麥芽低聚糖、肉堿等；可增強免疫功能的大蒜素、蜂蜜花粉、輔酶Q10 等[26-27]。

1.2 運動營養食品的作用途徑

1.2.1 調控能量代謝 能量代謝加劇是機體在運動時最直接的內在變化，是一種適應性機制。能量代謝失調易引發運動疲勞，產生氧化應激，并造成乳酸的堆積和中樞神經損傷等不利后果[28]。目前，運動營養食品中抗疲勞的活性成分主要包括多糖、生物堿、皂苷、多酚、生物活性肽等，其作用機制主要包括：參與和調節能量代謝；抑制炎癥反應；降低活性氧含量；神經遞質的調節。例如Yu 等[29]研究了微膠囊化山楂多酚（HPM）對小鼠能量代謝、產物積累、炎癥、氧化應激和腸道菌群的影響和機制。結果表明HPM 提高了AKT 和PI3K 的mRNA 的表達，通過骨骼肌AMPK（AMP 依賴的蛋白激酶）途徑增強肝糖原和肌糖原的合成代謝，同時AMPK 直接參與Nrf2 的蛋白表達生成抗氧化酶，提高了超氧化物歧化酶（SOD）的表達、增強了骨骼肌總抗氧化能力（T-AOC），降低了丙二醛（MDA）、乳酸（LD）、血清尿素氮（BUN）等氧化代謝物的積累，提高了小鼠游泳能力，緩解了運動疲勞。

1.2.2 促進蛋白質合成與脂肪分解 運動營養食品中的蛋白質通過提供必須氨基酸來促進肌肉蛋白質的合成，同時，運動尤其是急性阻力運動可提高氨基酸的利用率，增強骨骼肌的蛋白質合成[30]。大豆蛋白、酪蛋白、乳清蛋白、雞蛋或牛肉形式的完全蛋白的攝入為肌肉提供了氨基酸，氨基酸主要通過激活雷帕霉素復合物1（mTORC1）的蛋白激酶靶標、蛋白質翻譯的主要調節因子、AMPK 等促進運動后的肌肉蛋白質合成[31-32]。當細胞中營養物質含量較高時，mTORC1 信號傳導被激活，這反過來又使AMPK 信號傳導失活，并促進蛋白質的積累和生長；相反，當mTORC1 信號傳導被抑制時，AMPK 信號傳導在低能量水平下被激活，蛋白質分解被激活以釋放氨基酸促進能量代謝[33]。

增加運動中或運動后脂肪的分解，是提高耐力運動能力并起到運動減肥效果的重要前提，動植物中一些天然物質具有刺激脂肪分解的作用，與運動聯合將起到更好的效果。目前已經發現咖啡因、綠茶提取物（茶堿）、藤黃果提取物（羥基檸檬酸）、辣椒素、人參（皂苷）、絲肽、二十八醇、肉堿、牛磺酸等可增強脂肪分解代謝作用，其中咖啡因和綠茶提取物的作用較顯著[34]。例如Hodgson 等[35]研究表明，富含兒茶素和咖啡因的綠茶提取物可通過PPAR-γ共激活因子1-α和PPAR 加速休息或運動期間的脂肪代謝。

2 酵母蛋白在運動營養食品中的應用前景分析

近20 年來，由于人均蛋白質需求和全球蛋白質消費量逐年增長，傳統來源蛋白供應不足，可持續替代蛋白質的開發與應用已成為研究熱點[36]。酵母蛋白通常是以發酵所得釀酒酵母為原料，經過機械法或酶解除去細胞壁多糖等其他組分后富集而成的一種功能性蛋白，是一種優質的天然完全蛋白質[37]。酵母蛋白還是一種“慢”消化、高吸收率的蛋白，在不影響利用率的同時延長了消化時間[38]。與傳統蛋白的主要生產方式養殖與種植相比，酵母蛋白的生產具有更低碳排放、占用耕地更少、環境友好、綠色可持續、無宗教禁忌等優勢，更符合“大食物觀”的發展理念，并且其營養價值并不低于動物蛋白[39]。

2.1 酵母蛋白的營養特性與應用現狀

安全性是酵母在食品工業中應用的基礎，Mirzaei等[40]研究證實了釀酒酵母對于人體是安全的。酵母中蛋白質含量在40%～60%，其營養價值介于乳清蛋白和大豆蛋白之間，支鏈氨基酸的含量高于乳清蛋白[41]。研究表明，酵母蛋白具有以下特性：含有全部必需氨基酸，屬于全價蛋白，營養豐富，能夠滿足人體營養的需求；發酵工藝成熟，制造效率高，適合于規模化制造，所需用水量和耕地面積顯著降低；無致敏成分，適合人群廣泛；無豆腥味，并且風味上能夠豐富肉味等[42]。

目前關于酵母蛋白在食品工業中的應用主要包括：蛋白質補充劑、天然調味劑、澄清劑、肌肉恢復補充劑、肉制品改良劑、肉類填充劑、微膠囊化的載體材料等，其中以蛋白質補充劑和肌肉恢復補充劑為主[43]。例如劉雪姣等[44]將總蛋白含量為80.5%的酵母蛋白添加至調理雞胸肉中，發現酵母蛋白不僅能提高調味雞胸肉蛋白質含量，還能全部或者部分替代大豆分離蛋白、淀粉或者糊精，起到保水作用，從而將產品出品率提高至110%，并且整體風味協調自然、無豆腥味、口感及硬度較好；Liao 等[45]研究發現酵母蛋白可通過激活Akt/mTOR/1E-BP4 通路和調節肌源性調節因子（Myog、Myf4、Myf5 和Myod1）的表達以促進肌肉蛋白質的合成和肌肉生長。

2.2 酵母蛋白在運動營養食品中的應用前景

基于國內運動營養食品的研究現狀，針對不同應用場景或人群對運動營養食品功能的需求，結合酵母蛋白的營養與消化特性，對酵母蛋白在運動營養食品中的應用前景從以下3 個方面作分析與討論。

2.2.1 增強營養特性 目前對于食物中不同蛋白質質量的評價方法主要包括生物法和非生物法，但暫時沒有統一標準。不同來源蛋白質中的蛋白質含量、氨基酸組成和比例等均不同，對滿足人體營養需求的貢獻情況也不同。董娟等[46]在對食品中蛋白質質量的評價方法研究中表示，利用不同來源蛋白質氨基酸互補，以滿足人體蛋白質需求，不僅可以增強食物的營養價值，還能減少對動物和人類的傷害。類似地，Bohrer[47]的研究表明微生物蛋白在平衡膳食來源蛋白質中起到了顯著作用。唐曉蕎等[48]從氨基酸營養組成和含量、功效比等方面，對比研究了酵母蛋白、大豆蛋白和乳清蛋白營養質量，結果顯示，酵母蛋白中必需氨基酸含量豐富，占總量的47.58%，必需氨基酸與非必需氨基酸的比值達到了0.91，高于FAO/WHO 標準規定的40%和0.6，蛋白質功效比結果顯示混合蛋白組具有最高水平的校正PER（蛋白質功效比值），高達2.71±0.09。因此，利用蛋白質氨基酸互補機制，酵母蛋白有助于提升運動營養食品的營養價值。

2.2.2 替代乳清蛋白 乳清蛋白及其水解物因其氨基酸組成與人體接近，具有較高的生物價，是運動營養食品中蛋白質的主要來源，可通過調控物質能量代謝起到緩解運動疲勞、減少機體組織損傷、促進脂肪分解和運動后恢復、提高運動能力等積極作用[49]。乳清蛋白作為動物來源蛋白，其生產效率低，對環境影響較大，因此尋找可持續替代蛋白是未來的必然趨勢[50]。孫合群等[51]對比研究了小麥蛋白粉、大豆蛋白粉、乳清蛋白粉和酵母蛋白粉的氨基酸含量和組成，結果顯示乳清蛋白粉和酵母蛋白粉的純蛋白質含量分別為82.8%±2.22%和80.5%±2.02%，其中乳清蛋白粉和酵母蛋白粉的必需氨基酸分別占總蛋白含量的47.52%和44.89%。蛋白質的營養價值取決于氨基酸的含量、種類和組成比例，從這點來看，酵母蛋白與乳清蛋白相當。Yamanashi 等[52]的研究表明，補充支鏈氨基酸可通過激活mTOR 信號途徑以顯著改善血管緊張素 II 誘導的骨骼肌萎縮，有效預防并緩解肌肉減少癥。類似地，Peng 等[53]使用雙盲試驗研究表明補充支鏈氨基酸可以顯著提升50 歲以上成年人阻力訓練期間的肌肉質量，包括肌肉含量、力量以及耐力，并降低體脂率。酵母蛋白中支鏈氨基酸含量較高，部分替代運動營養食品中乳清蛋白的潛力。

2.2.3 延長飽腹感 相較于消化速率較快的乳清蛋白和大豆蛋白，作為“慢消化”蛋白的酵母蛋白更有利于帶來飽腹感[54]。此外，研究表明，不同消化速率的蛋白對餐后全身蛋白質沉積的調節不同，快速可消化蛋白可引起明顯但短暫的餐后血漿氨基酸和小肽的提高，刺激蛋白質的合成，但同時可能增加氨基酸的氧化；相反，慢速可消化蛋白質會導致血漿中氨基酸和多肽在餐后少量而長時間的增加，抑制機體蛋白質降解，進而增加整體蛋白質存留[55]。目前具有飽腹作用，應用在代餐食品中最多的原料為富含膳食纖維的植物，例如魔芋粉、紫薯粉等，因此，酵母蛋白可為以“減脂”、“代餐”為核心的體重管理類運動營養食品的創新開發提供新思路。

3 結論

在后疫情時代和國民受教育水平不斷提高的影響下，人們的健康意識不斷加強，運動營養食品也成了大眾消費品，其市場容量不斷擴大。受資源短缺和緊張的國際形勢影響，原料獲取難度與成本越來越高，同時，產品同質化嚴重以及缺乏創新等多種因素限制了運動營養食品的發展。酵母蛋白因其較高的營養價值及其生產制造的天然優勢，為運動營養食品的創新開發提供優質選擇。首先，酵母蛋白應用于運動營養食品中，可通過蛋白質互補以增強產品的營養特性；其次，酵母蛋白具有部分替代乳清蛋白的可能，相應減少因動物來源蛋白生產而引起的環境污染和資源浪費，實現節能減排，助推綠色、可持續發展的同時規避了動物蛋白可能引發的過敏反應或者宗教禁忌；最后，酵母蛋白因其“慢消化”的特性，為體重管理類運動營養食品的創新提供思路，不僅滿足了飽腹的需求，還提升了營養價值。然而，目前酵母蛋白在溶解性、起泡性、乳化性等加工性能上與傳統蛋白存在差距，一定程度上限制了其在食品中的應用。

未來運動營養食品發展必將更加標準化、精準化、差異化和專業化，加強對酵母蛋白的基礎、工藝與應用研究，對酵母蛋白更好地應用于運動營養食品具有重要意義。主要包括：優化提取工藝對酵母蛋白進行修飾，通過改變空間結構或與其他物質復配以改善其加工特性，從而提高酵母蛋白在食品體系中的配伍性與兼容性；結合現代生物組學與臨床研究，加深對酵母蛋白在體內的代謝途徑和作用機制的認識，建立健全成分與功效間的聯系，以明確其適宜用量和實現精準營養。

? The Author(s) 2024.This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).