失眠是影响航天员长期飞行身心健康的问题之一[1]。据报道,美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)中79次飞行任务约有42.3% 人次需要用安眠药解决失眠问题[2]。长期睡眠不足会导致疲劳,出现内分泌紊乱、情绪低落和认知能力下降等问题,甚至还可能引发心血管疾病[3],影响作业人员的工作效率,损害身体健康。目前在研的在轨飞行失眠机制主要集中在生物钟基因的节律性表达紊乱、睡眠相关激素分泌紊乱等方面[1]。针对睡眠问题,现有的在轨改善措施包括调节生理节律、提供心理支持、进行睡眠训练,必要时进行药物干预等[4]。尽管这些方法具有一定的改善作用,但其效果有限。天然补充剂毒性低,生物活性广泛,安全性良好,是理想的补充方案。本文将从营养素和天然植物成分的作用原理、配伍原则、关键技术以及产品的应用形式等方面展开全面探讨,为后续研发改善睡眠功能食品提供科学依据和可行思路。
1 具有改善睡眠功能的食品原料研究进展
微重力、辐射、昼夜节律变化、噪音和振动等环境因素都影响着作业人员的睡眠质量,对作业人员的生物钟、睡眠姿势和睡眠时间产生影响,还会导致褪黑素的分泌减少,这将缩短快速眼动睡眠时间,引发睡眠障碍[5]。因此,在选择原料时需要聚焦飞行环境的适配性,根据原料的作用机制筛选合适的配料成分,选择的类型包括传统的氨基酸类、维生素类和矿物质类营养素,传统药食同源物质酸枣仁、五味子和百合等。合理的原料组合对于改善睡眠的功能食品的效果至关重要,这些原料具有独特的作用机制,可以协同发挥作用,调节机体的昼夜节律变化,缓解激素紊乱以及神经损伤,为适配性原料筛选提供相应的参考。
1.1 具有改善睡眠功能的营养素
1.1.1 氨基酸类
色氨酸是一种必需氨基酸,存在于多种植物和动物产品中。但是色氨酸无法通过人体自行合成,只能通过饮食获取。色氨酸在体内首先通过色氨酸羟化酶转化为5-羟色氨酸,然后再通过芳香族氨基酸脱羧酶的作用转化为5-羟色胺,再进一步加工成褪黑素,起到改善睡眠的作用。5-羟色胺作为一种单胺类神经递质,在昼夜节律、体温调节、情绪控制、认知功能和疼痛感知等众多生理过程中发挥着重要作用[6]。BRAVO等[7]对多名中老年志愿者进行测试,发现志愿者摄入色氨酸可以增加睡眠时间并减少睡眠潜伏期,这一发现在改善作业人员的睡眠问题上显得至关重。INNOCENTI等[8]的研究也表明,在夜间给予富含色氨酸的牛奶能有效延长婴儿的睡眠时间并提高其睡眠效率,减少夜间运动和醒来次数。动物实验表明,补充色氨酸后小鼠下丘脑中5-羟色胺的含量增加,进而改善了其睡眠状态[9]。
γ-氨基丁酸(gama-aminobutyric acid,GABA)作为一种非蛋白质氨基酸,是大脑中主要的抑制性神经递质,可直接作用于中枢神经系统,抑制大脑兴奋,促进神经放松,进而起到缓解压力和改善睡眠的作用。研究表明,定期给予失眠症患者GABA可提高其睡眠效率[10],使用含有GABA和L-茶氨酸的混合物也可有效减少睡眠潜伏期,改善睡眠问题[11]。这一结果证明,将GABA和其他镇静成分相结合,应用到功能食品的研发中,可能更有助于其发挥功能性成分的作用,缓解睡眠问题。
1.1.2 维生素类
维生素B6 是一种水溶性维生素,来源于香蕉、坚果、鸡肉和鱼肉等食物,是细胞代谢中非常重要的化合物。它参与神经递质的合成,作为辅酶促进色氨酸的转化代谢过程,进而促进褪黑素的合成,并且其具有消除活性氧的能力,还可促进一系列的生化反应[12]。在飞行条件下,作业人员因为高度紧张和特殊环境而经历生理和心理压力,维生素B6 能够在一定程度上维护他们的免疫功能和神经健康。通过小鼠实验,建立小鼠慢性睡眠剥夺模型,发现睡眠剥夺影响了小鼠的海马组织结构,而维生素B6 干预可在一定程度上改善睡眠剥夺给小鼠带来的损伤[13],这表示维生素B6 可能有助于缓解睡眠障碍带来的影响,进而对作业人员起到保护作用。
1.1.3 矿物质类
钙作为一种关键的矿物质,可以在神经末梢的活动中发挥作用。钙主要通过促进突触小泡与突触前膜的融合释放神经递质,从而进行一系列的生物化学反应。充足的钙摄入不仅能够促进抑制性神经递质GABA的释放,从而减轻神经系统的兴奋状态,改善睡眠质量,还可提高色氨酸羟化酶的活性,进而影响色氨酸向褪黑素的转化[14]。褪黑素是一种天然合成的激素,属于吲哚杂环类化合物,主要调节包括人类在内的昼行动物的睡眠-觉醒周期,而褪黑素受体主要分布在海马体、下丘脑和基底神经节中。当褪黑素与褪黑素受体相互作用时,机体的睡眠-觉醒机制发挥作用,调节GABA、血清素和谷氨酸等神经递质的释放,进一步影响与睡眠调节有关的大脑结构[15]。
锌是一种重要的微量矿物质,可以作为多种转录因子的辅助因子,调节谷氨酸受体以及多巴胺和血清素的受体的活性,直接影响大脑中神经元的活动,进而改善睡眠。实验证明,补锌之后尼泊尔缺铁性贫血婴儿的睡眠时间延长,这使其在改善睡眠问题上具有潜在的益处[16]。还有研究表明,每日摄入15 mg富含锌的食物可以减少睡眠时间,提高睡眠效率[17]。
综上所述,根据临床试验的结果推测,作业人员在飞行过程中获得足量的矿物质类营养素如钙和锌,可能有助于改善作业人员的睡眠质量,并且在研制改善睡眠的功能食品时综合考虑氨基酸、维生素和矿物质对作业人员的影响,可能会更好地帮助他们应对飞行环境带来的问题。
1.2 具有改善睡眠功效的天然植物或药食同源植物
1.2.1 酸枣仁
酸枣仁来源于鼠李科植物酸枣,是其干燥成熟的种子。已有研究报道称酸枣仁有镇静催眠、抗惊厥、改善记忆、抗心肌缺血等多种药理作用[18]。通过特定的提取和发酵加工制成的酸枣仁提取物,可应用于治疗睡眠的食品或者药物中。在针对啮齿动物模型上开展的实验,使用短乳杆菌发酵的酸枣仁提取物研究促睡眠的活性和作用机制,发现短乳杆菌发酵酸枣仁提取物中GABA的含量增加,这表明其是一种促进睡眠的化合物,作用机制与GABA受体结合有关。利用淀粉降解酶脱除酸枣仁提取物中的淀粉,与短乳杆菌进行发酵,得到高GABA含量的发酵产物,该发酵产物可增加啮齿动物模型的总睡眠时间[3]。相关专利表明,具有改善睡眠作用的大枣味改善睡眠质量功能饮料中添加了具有安神助眠的酸枣仁提取液,并且还有五味子等其他药食同源原料[19],由此可得,酸枣仁提取物在改善作业人员睡眠质量的功能食品的开发上提供了一定的基础。
1.2.2 五味子
五味子作为一种中药,它的化学成分主要有木脂素、多糖和有机酸等,多糖的保肝、抗疲劳、镇静和催眠的药理作用已被研究证实[20],木脂素也可与GABA以及5-羟色胺协同发挥作用,促进褪黑素的合成进而改善睡眠。在中国,临床上治疗失眠和神经衰弱的药物更多的是五味子,在治疗过程中五味子无论是以单味药入药,还是配伍组方应用,均已有颇为悠久的历史。在传统医学的漫长实践历程中,其对失眠问题展现出了持续且较为稳定的干预效用,诸多古籍医案及现代临床研究皆可为证[21]。并且在模拟航天密闭环境的小鼠睡眠障碍模型中发现,五味子乙素可以延长睡眠时间,缩短睡眠潜伏期,对睡眠障碍具有较好的改善效果[22]。鉴于飞行过程中的生理变化,五味子提取物的应用可能为调节作业人员的睡眠提供有效的支持。
1.2.3 天麻
天麻作为一种药食同源物质,可用于治疗因肝风内动、风痰阻络而引起的失眠,其在临床中改善失眠的疗效得到了广泛的认可。《中国药典》(2020年版)记载了天麻可以用于治疗失眠、神疲乏力等病症,具有安神与镇定的功效。天麻中的主要成分是天麻素,天麻素属于芳香族中单苄基类化合物,由一个芳香族核心和一个糖苷键连接的糖类构成,能够通过平衡神经递质的释放、降低炎症因子表达以及增加肠道微生物丰度来发挥天麻的镇静催眠作用[23]。在模拟航天环境的研究中,天麻可以有效缓解该条件引起的认知障碍,降低血清氧化应激分子水平,并使相关神经递质的异常变化得到纠正,这一结果表示天麻在改善飞行条件带来的影响上具有重要的意义[24]。因此,结合天麻治疗睡眠的作用,其在改善睡眠的航天食品中将具有潜在的应用价值。
1.2.4 百合
百合是一种药食同源物质,它的提取物成分极其丰富,主要包括百合皂苷类、生物碱、多糖以及酚类物质,这些成分具有抗炎抑菌、镇静催眠、抗抑郁以及免疫调节的作用。研究表明,百合能够有效治疗各种类型的失眠症状,具有优秀的镇静催眠功效。也有研究发现,百合能够巧妙地作用于大鼠体内的5-羟色胺通路,在戊巴比妥钠诱导大鼠睡眠的实验中,百合可以改善大鼠脑内多巴胺和5-羟色胺的失衡状态,延长其睡眠时间[25]。在一项改善航天员睡眠质量功能饮料的专利中,百合作为其中的成分之一,可以起到清心安神的作用[26],并且从医学的角度来看,其镇静安神的功效有助于身体保持放松的状态,帮助机体顺利入睡。这一点对于作业人员在飞行过程中应对生理失衡和心理压力具有重要意义。
1.2.5 茯苓
茯苓是一种生长在松科植物根部的菌核,具有多种药理作用。茯苓作为一种药食同源的中药材,具有抗炎、利尿、降糖降脂、镇静催眠和增强免疫力等功效[27]。茯苓的主要活性成分包含茯苓三萜酸和茯苓多糖类物质,实验证明饲喂小鼠茯苓水提取物可以缩短小鼠睡眠的潜伏期,从而发挥出茯苓镇静以及抗惊厥的作用[28]。也有实验研究发现,茯苓三萜酸可以提升人体内GABA的含量,从而起到改善睡眠的作用[29]。航天员专用的多功能沙司专利中也添加了茯苓、五味子和百合等原料,可以针对作业人员的生理功能紊乱问题制定不同的配方,改善作业人员的睡眠问题[30]。因此,将茯苓应用在航天功能食品配方中,可能有利于调节作业人员的神经系统,降低作业人员的焦虑水平并促进更好的睡眠。
综上所述,科研人员发现了一系列改善睡眠的功能食品原料的研究成果,这些成果意义非凡。若深入探讨这些原料之间的协同作用,通过合理的方式结合可为后续研发改善睡眠的功能食品提供新的思路,进而满足作业人员在飞行过程中的睡眠需求。
2 改善睡眠功能食品的配伍原则
配伍过程中使用的配伍原则有作用机制互补原则、成分叠加增效原则、稳定性匹配原则、安全性原则、口感与风味协调原则和依从性原则,同时还需要结合航天环境的适配原则,为研制改善睡眠的功能食品提供较好的理论基础。
2.1 作用机制互补原则
作用机制互补原则指不同成分通过多种生理途径或机制相互作用,从而达到协同增效的效果。研究表明,天然成分缬草的根和根茎富含缬草酸等活性化学成分能够调节与神经系统中GABA受体的结合以增强其活性改善睡眠,啤酒花作为草药中的催眠药和镇静剂可以通过促进5-羟色胺和褪黑素的释放来改善睡眠质量,当缬草与啤酒花结合使用时,两者结合制成的补充剂可以通过GABA发挥作用改善睡眠,效果比单独使用更好[31]。还有研究表明,复合维生素B包含维生素B6 和维生素B12,其参与神经系统中色氨酸的代谢与神经递质的分泌,二者作用机制互补,长期小剂量服用可以增加机体所需维生素,进而改善人体的睡眠质量[32]。
2.2 成分叠加增效原则
成分叠加增效原则指2种或者多种物质混合后,其所含成分的作用相互叠加,产生比单独使用时更好的效果。例如,酸枣仁和茶氨酸都具有改善睡眠的作用[33],通过实验将两者复合,可以提高GABA的水平来增强镇静效果,缩短入睡时间,延长深度睡眠的时间,进而起到改善睡眠的作用[34]。此外,酸枣仁对人体的生物钟具有一定的调节作用,天麻则可以改善脑部血液循环,为神经细胞提供更好的营养环境,将两者复合可以有效帮助个体恢复正常的睡眠周期,缓解焦虑和紧张的状态,更有助于人体恢复正常的睡眠[35]。在飞行条件下,若使用这种复合物将在缓解作业人员紧张情绪的同时,通过改善神经环境恢复正常的睡眠周期。
2.3 稳定性匹配原则
稳定性匹配原则指在食品配伍中,各种成分之间在物理、化学性质等方面相互适应,使整体具有较强的稳定性。例如,在食品中添加GABA时,由于GABA本身稳定性较高、水溶性极强并且具有良好的复配性,将其加入到产品中可影响人体睡眠的早期阶段,显著缩短睡眠潜伏期,增加非快速眼动睡眠时间[36],进而改善睡眠。对于一些易氧化、易分解的成分,我们需要使用合理的配伍和包装来提高其稳定性,保证包装内容物的安全和卫生。
2.4 安全性原则
安全性原则指产品的原料来源可靠,避免重金属与农药残留,配伍的成分之间不能发生化学反应、产生有害物质或者降低生物利用度,并且功能食品中有效成分剂量要适宜,不能过量。正如在生产具有改善睡眠功效且富含维生素B6 的功能食品时,需要精确控制维生素B6 的添加量,不仅要确保其能与褪黑素协同作用改善睡眠,还要符合国家剂量标准,保证产品的质量与安全性[37],确保作业人员的安全与健康。
2.5 口感与风味协调原则
口感与风味协调原则指产品可以掩盖不良味道,对于一些本身具有不良味道的功能成分,如某些中药提取物,可通过添加甜味剂、香料等进行掩盖。考虑到作业人员的饮食习惯和生活环境,开发具有良好口感的功能食品成为重要目标。例如在添加了苦瓜提取物的功能食品中,适当添加蜂蜜、木糖醇等改善口感,可创造出良好的风味,还可根据目标人群和产品定位,设计出宜人的口感和风味。例如,在软糖配方中添加低聚果糖、甜菊糖苷等天然甜味剂可调节软糖的口感,在酸奶产品中封装儿茶素,可掩盖物质本身的涩味并保护其抗氧化功能,使其具有较好的适口性[38]。因此在设计改善睡眠的功能食品时,应充分考虑作业人员的口味偏好,创造愉悦的口感以提高接受度,给予作业人员良好的饮食体验。
2.6 依从性原则
依从性原则指产品的剂型需要根据功能食品的成分特点和适用人群,选择合适的剂型。针对飞行过程中作业人员的需求,可建议选择易于服用的口服液或胶囊剂型,以便摄入。并且本文还要优化产品的服用频率和方式,可以使作业人员在有限的时间内实现补充。例如将每日需服用多次的产品,通过优化配方和工艺,制成每日只需服用一次的产品,可简化服用过程,提高依从性。已有研究表明,酸枣仁百合发酵液对试验人群睡眠问题的改善作用显著,随着服用时间以及服用剂量的增加,其改善睡眠的效果越明显[39],进而说明了产品的依从性原理。
2.7 航天环境适配原则
航天环境适配原则指产品需要适配微重力、辐射等环境因素,从生理、物理以及安全等角度考虑进行设计,使产品原料配方遵循飞行环境的特殊性。在飞行过程中,环境因素会导致作业人员出现一系列的健康问题,例如肠胃不适、骨密度变化、氧化应激、免疫反应变化等问题[40]。改善睡眠的航天功能食品作为太空食品的一种,在原料配方、生产、包装以及贮存过程中需要优化设计改善上述情况的发生,并提供必要的营养确保食品在飞行过程中维持较好品质。基于此,在优化产品配方的过程中,需要避免使用高发酵易产气的食品原料,维持肠道微生态的平衡,防止胃肠胀气;严格控制矿物质的含量配比,例如钠的适宜摄入量控制在2 200 mg/d[41],可用于缓解骨质疏松的状况,同时使用微胶囊包埋技术提高矿物质的利用率;选择适宜的产品剂型,制作成低碎屑、易包装的糊状或块状食品;在辐射防护过程中,将抗氧化成分进行科学配伍,通过模拟实验验证其有效性,提升产品在辐射环境的稳定性。
通过以上配伍原则的指导,可以从多个角度优化改善睡眠功能食品的配方,使作业人员能够借助功能食品快速进入良好的睡眠,为飞行任务的顺利开展提供保障。
3 功能食品研制关键技术
在飞行条件下,研发能够改善睡眠的功能食品时,所需的技术手段多种多样,主要包括分离提取技术、稳态化技术、缓释技术、微胶囊化制备技术以及纳米颗粒制备技术等,这些技术在研制新型产品,提升产品功能上都起到极其重要的作用。
3.1 分离提取技术
分离提取技术指将功能性成分从复杂混合物中分离出来,以满足功能食品对特定成分纯度和活性的要求。根据现有的提取天然植物分子所具有的提取技术可知有:传统的浸泡法、热回流提取法、超声法和酶提取法。例如在提取天然有效成分酸枣仁皂苷时,使用超声法,酶提取法以及超声与酶提取联合法3种不同的提取方法,结果显示超声与酶提取联合法能够显著提高提取率[42]。在制备改善睡眠的软胶囊中,莲子和五味子均采用醇提法提取天然成分,操作简单且提取率高,更适用于后续的生产[43]。从天麻中提取天麻素具有多种方法,例如历史悠久的传统浸泡法、效率较高的热回流提取法以及酶提取法等[44],在制作天麻保健食品时传统浸泡法操作比较简单、投入低,但是其提取率较低、生产周期长,不适合规模化商业应用;热回流提取法的效率相对较高,可用于中小企业工业化生产;酶提取法的提取率更高,但是该条件需要精确控制酶解条件,生产投入较大,适合高价的商业产品,这些技术为提取所需的有效成分提供了保障,但在实际生产过程中需要结合实际情况,选择适合的分离提取技术。
3.2 稳态化技术
稳态化技术指通过物理、化学或生物等一系列手段,提高功能成分在加工、贮存和使用过程中的稳定性,使功能食品中的营养成分在飞行环境下保持稳定,防止因微重力、高辐射等因素导致氧化、降解,维持功能食品的功效。例如,具有调节睡眠作用且富含色氨酸的食品,极易受温度等因素的影响而被氧化,故可以在食品中加入抗氧化剂协同作用保持其稳定性,从而确保功能食品在飞行环境中的睡眠调节功效[45]。还有使用分子结构修饰运载体的稳态化技术,可用于改善虾青素的水溶性以及增强与蛋白质的结合能力,从而增强虾青素在功能食品中的生物利用度[46],这一技术不仅可以减少原料的损耗,还可以延长产品的货架期。
3.3 缓释技术
缓释技术指通过特殊的制剂工艺,使功能食品中的有效成分在体内缓慢、持续地释放,维持体内有效浓度的稳定,延长作用时间,减少服用频率。对于含有褪黑素的睡眠功能产品,采用缓释技术可以根据褪黑素释放和持续的时间,治疗或预防睡眠-觉醒周期障碍或延迟入睡,有利于作业人员在飞行过程中改善睡眠[47]。在制备安神缓释片时,将纯化后的酸枣仁作为原料,采用多层缓释骨架片工艺使成品具有良好的稳定性,并可降低药物的释放速度,逐渐发挥作用,稳定的缓释性能提升了产品竞争力,比较适合作业人员进行长期补充的营养需求[48]。
3.4 微胶囊化制备技术
微胶囊化制备技术指将固体、液体或气体等功能性物质巧妙地包裹在微小的胶囊内,形成具有保护核心成分的特定结构和独特功能的微胶囊。在实际制备刺五加五味子软胶囊的过程中,选用豆油作为软胶囊的基质,将五味子总木脂素加入到基质中,通过合理的囊壳配比来制备软胶囊[49],能够有效保护胶囊内部的核心成分免被破坏。并且微胶囊化的包埋作用联合姜黄素的界面抗氧化作用可以有效地增强鱼油的氧化稳定性[50],可将该方法应用于功能食品上,不仅能够有效隔离外部环境,增加产品中核心成分的稳定性,提高作业人员饮食的整体质量,还可以将该技术拓展使用在相关产品的研发过程中。
3.5 纳米颗粒制备技术
纳米颗粒制备技术指利用纳米颗粒的特殊物理化学性质,如比表面积大、活性高等,改善功能成分的溶解性、稳定性和生物利用度。在实际应用中,使用纳米颗粒递送封装的姜黄素,可以使姜黄素具有更好的热稳定性,并且可以到达胃肠道,显著增强产品功效[51],并在实际贮存过程中可延长产品的贮存时间,提升产品的商业竞争力。此外,纳米技术还可应用于食品贮藏保鲜、营养强化、检测分析以及新型包装材料中[52],为功能食品的研究与开发提供新思路。
综上,以上关键技术的结合和应用,不仅能够确保作业人员在飞行过程中获得必要的营养支持,还可以提升改善睡眠的功能食品成分的纯度、稳定性和生物利用度等,为功能食品的成功研制提供必要的支持。
4 现有改善睡眠的功能食品剂型研究
在飞行过程中,为保证作业人员在飞行环境中的睡眠质量,开发有效的功能食品至关重要。目前功能食品的形式多种多样,包括片剂、胶囊、粉末、液体和能量棒等,其中具有改善睡眠作用的商业产品剂型以软糖、液体饮料、固体饮料、乳制品和烘焙食品为主,不同形式各有优势,可满足人群多样化的需求。
4.1 片剂
片剂通常由粉末压制而成,是最常见的剂型之一,这种剂型能够精确控制摄入的剂量,方便贮存、携带和服用。研究表明,将酸枣仁、天麻、灵芝、五味子与GABA进行复配制备片剂,制成的酸枣仁复合制剂具有改善睡眠的潜力[53]。但是片剂在使用过程中具有溶解速度慢的问题,可能会影响片剂内功能性物质的溶出与吸收。在飞行过程中,片剂的便携性与稳定性使其成为一种较好的选择。
4.2 胶囊
胶囊通常由明胶或植物基材料制成,内部含有粉末或液体成分。胶囊的外壳可以设计在特定条件下溶解,从而控制成分释放的时间和地点,减少对胃黏膜的刺激。这种剂型不仅可以掩盖食品原材料的不良味道,还可以提高成分的生物利用度,可将其应用于改善睡眠的功能食品的研发中。例如使用地黄、酸枣仁、莲子心、炙远志、陈皮和甘草为主要原料制成的六味安神胶囊,可以用于治疗失眠症[54]。但是胶囊也存在一些弊端,例如它的生产成分较高,并且在吞咽时对部分人可能存在困难。
4.3 粉末
粉末形式的功能食品通常由干燥的水果、蔬菜或其他植物成分制成干燥研磨制成,能够保留大部分营养成分,可以方便地添加到饮料或者食品中。例如,施利奇[42]以酸枣为原料,开发出了一款酸枣果肉与仁复合固体饮料,方便在飞行环境中携带和保存,并且作业人员可以根据个人口味和需求调节剂量。但是粉末形式的食品需要冲水食用并保存在干燥的地方,并且物质中可能存在一些潜在药物相互作用的情况。
4.4 液体
液体形式的功能食品通常包括营养补充液、功能性饮料、果汁和健康饮品等,这种形式比较容易吸收,适合需要快速补充营养的作业人员。实验表明,刘淑芳[55]通过实验将百香果汁加入到酸枣仁中,制成的复方饮料具有改善睡眠的效果,并且其感官评分也较高。刺五加速溶茶、枸杞刺五加运动饮料和刺五加复合果醋都是具有改善睡眠的液体功能饮料[56]。在制备酸枣仁调整方口服液时,使用壳聚糖澄清剂进行澄清,澄清后进行分离过滤,得到的口服液制品也能改善睡眠质量[57]。但是液体制剂不易携带,其中的功能性成分可能在环境因素下发生变化,这些变化会降低该产品的功效。
4.5 能量棒
能量棒通常富含蛋白质、纤维以及其他营养素,是一种便于携带的功能食品,可能会比较适合作业人员在飞行任务前后快速补充能量。例如,使用巴旦木、腰果仁、蔓越莓干等干果为原料制作的坚果能量棒,在及时补充蛋白质、脂肪和碳水化合物的同时,又满足人们对营养健康生活的追求[58]。虽然能量棒中含有较多的营养物质,但并不全面,不可完全代替正常的膳食结构。
当前,受环境因素的限制,飞行领域功能食品多为片剂和胶囊形态[59]。这类剂型虽然具有精准供给营养、贮存便利的优势,但是这类剂型缺乏风味,长此以往易产生抵触情绪。因此亟待破局,需从食品工艺改良、风味优化角度入手,提升作业人员的进食意愿,保障飞行过程中营养保障的有效性。
5 总结与展望
在飞行条件下,微重力环境、辐射暴露等因素损害作业人员的身体健康,因此我们要深入研究改善睡眠的功能食品,以睡眠障碍问题为核心,采用创新性技术方法进行开发。首先,以网络药理学构建筛选模型,通过整合氨基酸类物质、维生素类物质、矿物质类物质和天然植物成分,深入挖掘研究它们的作用机制,精准识别具有调节神经递质、平衡内分泌系统和缓解生理应激的活性成分组合。其次,聚焦昼夜节律紊乱的问题,从分子水平探究功能食品的作用,同时使用AI睡眠监测系统采集作业人员多维度睡眠数据,精确识别个体睡眠障碍的类型,根据个体化差异选择安全有效的个性化原料配方。在配制过程中,还需要结合作业人员的饮食习惯优化配方设计,确保产品的可接受性和适配性,例如采用冻干技术保留成分活性,制成便携的片剂状产品;使用风味掩蔽技术改善药食同源物质的不良气味,使其具备良好的可接受度。最后,结合AI睡眠监测系统在模拟飞行环境下进行动物实验,初筛验证效果,并在此基础上开展人体试验,根据最终的实时数据反馈评估最终的改善验证效果,具体的研究思路如图1所示。
图1 改善睡眠航天功能食品研发思路图
Fig.1 Development ideas for improving sleep with aerospace functional foods
通过整合现有功能食品研发成果,并与创新技术方法相结合,研制出可在飞行环境下食用的又具有健康功效与良好适口性的新型功能食品,可为保障作业人员健康提供重要支持。但是,目前对功能食品的研究还面临着若干挑战:一方面,在辐射环境下,功能食品的长期稳定性和成分变化规律还没有得到充分阐明;另一方面,功能食品效应差异性机制亟需深入挖掘。未来,随着精准营养学和智能监测技术的发展,基于实时健康数据反馈的动态配方调整系统有望实现功能性食品的个性化定制,为广泛存在睡眠障碍的人群提供更加科学有效的健康管理解决方案。
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