防暑飲料的研究進展

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(1.福建農林大學食品科學學院,福建福州 350002;2.福建農林大學，福建省特種淀粉品質科學與加工技術重點實驗室,福建福州 350002;3.福建農林大學，中愛國際合作食品物質學與結構設計研究中心,福建福州 350002)

近年來,受全球溫室效應和城市熱島效應的影響,全球氣候變暖,對人類的生存環境帶來負面影響的同時,也威脅著人類的身體健康。由于人類所處的環境溫度越來越高,受熱浪襲擊的次數和嚴重程度也在不斷增加,導致與高溫環境相關的發病率和死亡率隨之增加,如果人體長時間處于高溫環境中還會導致中暑,產生頭暈、嘔吐、抽搐、體溫過高以及熱休克等癥狀,嚴重還可致死亡。

中暑是指長時間暴露在高溫環境下或在炎熱環境中進行體力活動引起機體體溫調節功能紊亂所致的一組臨床癥候群,其臨床特征主要是高熱、中樞神經系統功能障礙和心血管功能不全,表現為中心溫度>40 ℃,皮膚干燥、痙攣、昏迷、低血壓及休克等[1-2]。對于體溫超過40 ℃的嚴重中暑患者,其致死率高達41.7%,若超過42 ℃,則致死率驟升至81.3%。中暑的危害巨大,特別在炎熱的夏季,是中暑的高發季節,我們應做好適當的防暑工作,預防中暑發生。在不同的地區,盡管存在氣候條件及地理環境的差異,人們選擇的防暑方式也會有所不同,但普遍會傾向于多飲用一些水以補充由于體液的損失而造成的水分流失?？啥嗪人皇茄a充流失的水分,并不能補充由于體液的流失而造成的電解質缺失。于是人們根據生活經驗逐漸尋找到一些植物性功能飲品,如苦丁茶、仙草凍、菊花茶、魚腥草等,可以增強機體的熱耐受性,防止中暑。但目前相關的科學研究還較少,對防暑飲料的評價方法也還不完善,亟需加強基礎研究,開發食用安全、方便和有效的防暑飲料,以適應市場需求,降低高溫中暑的危害。為此,本文綜述了中暑相關機制、防暑措施及功能評價的研究進展,以期為產品開發提供理論參考。

1　人體中暑機制與防暑措施

目前,中暑的發病機制主要有以下兩種學說[3-5]:其一是HSP70學說。機體在高溫環境下,生物體細胞膜及線粒體等受到損傷,一部分蛋白質的結構發生了變化,導致巨噬細胞功能下降,不能及時清除這些變性的蛋白質。而這些變性的蛋白質則變成抗原,同時釋放隱藏的抗原,導致作為自身抗原的HSP70抗體的產生,并同HSP70抗原結合,減少HSP70對機體的保護作用,導致機體的熱耐受性降低;其二是內毒素學說。當機體的溫度升高到一定程度時,可致腸粘膜上皮細胞的阻力減小及旁路開放增加,腸粘膜通透性增強,造成腸道屏障損害,導致大量內毒素通過腸道進入血液,刺激人的單核巨噬細胞釋放腫瘤壞死因子-α等細胞因子,在這些細胞因子與內毒素的共同作用下,機體的體溫調節發生障礙,引起中暑。

為降低中暑的發生率,目前主要采用以下兩種防暑措施。一種是傳統防暑降溫方法,包括機械通風、改善飲食、合理安排作息時間。機械通風可以加強皮膚表面的蒸發散熱,每蒸發1000 g汗可帶走約2430 kJ的熱量,從而防止或減輕體內熱量的過多蓄積,降低中暑的發生率;多吃瓜果蔬菜,適量飲用鹽開水或鹽茶水,補充體內流失掉的鹽分,或飲用一些具有消暑解渴降溫等功效的清涼飲料,如菊花茶、綠豆湯等;合理的勞動與作息,可以最大限度的恢復體能,增強機體的熱耐受性。另一種措施為藥物防暑,包括山莨菪堿、中暑速效噴霧劑、復方人參制劑。唐文春等[6]研究發現,對熱應激大鼠靜脈注射山莨菪堿,可以抑制熱應激大鼠的血壓下降,提高大鼠的生存率,說明山莨菪堿對中暑大鼠有一定的預防作用;王偉等[7]研制出將麝香、牛黃、生姜等成分經過提取、精制工藝后制成防中暑速效噴霧劑,能明顯的降低熱環境下小鼠的肛溫及死亡率,且具有使用方便、用藥量小、作用迅速等特點;羅炳德等[8]研制的復方人參制劑能有效延長大鼠高溫環境下的存活時間,降低其死亡率,說明復方人參制劑可提高小鼠的熱耐受能力。

在食品領域的防暑措施中,飲料由于其攜帶方便、易于獲取,深受廣大消費者的青睞。同時,由于飲料的品種繁多,可以滿足人們多樣化的需求,如碳酸型飲料可以通過氣體的相變帶走體內多余的熱量,達到降溫的目的;運動型飲料可以以最快的速度補充人體隨汗液流失的電解質。在我國傳統的飲食習慣中,也常常采用一些藥食兩用的植物性原料制作防暑飲品。

2　常用于開發防暑飲料的原料

中國南方屬亞熱帶地區,夏季氣溫較高,常易發生中暑現象,人們在長期的生活實踐中積累了一定的防暑降溫經驗,各地均有采用常見植物性原料,以熬煮的方式制備防暑飲品的習俗。其中最為常見的物品如下:

2.1　苦丁茶

苦丁茶是冬青科冬青屬苦丁茶種常綠喬木,俗稱茶丁、富丁茶、皋盧茶,是我國一種傳統的純天然保健飲料。苦丁茶中含有氨基酸、維生素、多酚類、兒茶素、黃酮類、咖啡堿、可溶性多糖、三萜類、熊果酸等多種成分[9]。沖泡后具有先苦后甘的口感,有清熱消暑、生津止渴、利尿強心、潤喉止咳、降血糖、降血脂、抑癌防癌、抗氧化、活血脈等多種功效[10-15]。郭俊生等[16]研究發現,苦丁茶可以顯著延長熱暴露果蠅的存活時間;李向輝等[17]發現在苦丁茶中加入某些微量元素和維生素后,可顯著提高果蠅的熱耐力,小鼠熱暴露實驗以及高溫游泳實驗均證實,強化苦丁茶也能提高小鼠耐熱能力。

2.2　菊花

菊花為菊科菊屬植物菊的干燥花,既是名貴的觀賞花卉也是藥食同源植物。菊花味甘、苦、微寒,具有散風清熱、平肝明目、清熱解毒之功效。菊花中富含的黃酮類、三萜類、有機酸、氨基酸、維生素、多糖等成分,具有抗氧化、抑菌、抗腫瘤、抗炎、保護心血管等[18-21]作用。張溫典[22]研究發現,將菊花提取液添加到果蠅培養基中可顯著提高果蠅的耐熱性;鄭藝欣等[23]研究也表明,不同濃度的野菊花水提物可以提高果蠅的熱耐受能力,延長其存活時間,濃度過低或過高其作用效果都會減弱。以上研究均表明菊花可提高機體的熱耐受能力，具有一定的防暑功能。

2.3　魚腥草

魚腥草為三白草科蕺菜屬植物蕺菜的帶根全草,始載于《名醫別錄》,列為下品,是國家衛生部正式確定的“藥食兩用”的品種之一。魚腥草性味辛、寒,具有清熱解毒、消腫排膿、利尿涌淋的功效[24-25]。在日常生活中,魚腥草可作為一種食材應用于膳食茶、飲料方面,尤其在我國的南方地區,常將其泡水喝,作為一種防暑飲品。王慧玲等[26]研究發現,魚腥草注射液對制熱大鼠具有良好的解熱作用,主要通過抑制下丘腦中cAMP含量的升高，促進腹中隔區AVP的釋放而發揮解熱作用。

2.4　金銀花

金銀花是忍冬屬植物的花蕾,是常用的傳統中藥,具有清熱解毒、疏散風熱的功效,其含有揮發油、有機酸類、黃酮類、環烯醚萜類、三萜及三萜皂苷類等多種類型化學成分,表現出抗炎、抗病毒、抗菌、抗氧化等多種藥理學活性[27-29]。而金銀花的防暑作用也家喻戶曉,在我國的長江流域及其以南地區,常將其制作成夏季防暑飲料,故有“清熱解毒圣藥”之稱。張玖等[30]研究發現,添加金銀花粉末或金銀花水提物均能夠顯著增強果蠅的耐熱能力。

2.5　廣東涼茶

涼茶是傳統中草藥植物性飲料的通稱,是我國南方沿海地區居民根據當地的氣候、水土特征,在長期預防疾病與保健的過程中,以中醫養生理論為指導,將藥性寒涼和能消解人體內熱的中草藥煎水做飲料喝的一種湯劑,用以消除夏季人體內的暑氣,或治療冬日干燥引起的喉嚨疼痛等病癥,具有清熱解毒、生津止渴、祛火除濕等功效[31],其中又以廣東涼茶為中國傳統涼茶文化的代表。胡晨霞等[32]通過觀察廣東涼茶對熱休克大鼠HSP70基因表達的影響,發現熱休克加涼茶處理組相比于單純熱休克模型組的大鼠肝組織HSP70基因的表達降低,表明廣東涼茶的清熱降火作用能夠對抗熱應激因素所導致的HSP70表達增加,使機體趨于正常狀態。

2.6　其他

除以上可用于防暑飲料的物品外,在我國其它地區,人們在日常生活中也常將仙草、老蔭茶、淡竹葉、綠茶及綠豆湯等作為夏季防暑飲品,只是未見其防暑功能的相關研究報道。如在我國的南方地區,常將仙草制作成仙草凍食用,主要是由于仙草中的香精素成分具有鎮靜、清涼、解渴、利水之功效[33];在我國的重慶地區,夏天酷暑難耐,人們習慣性的飲用老蔭茶,以達到降溫、消暑、解渴的目的;而作為普遍飲品的綠茶,由于其富含茶多酚、氨基酸、植物堿、色素、維生素等成分,日常飲用不僅能夠達到抗氧化、抗腫瘤、降血脂、降血壓、預防心血管疾病和糖尿病的目的[34-36],同時也是夏季清熱解暑的好飲品。

3　防暑功能評價方法

對防暑功能的評價實驗一般原理是將生物體置于高溫環境中進行熱暴露,而后測定各項生理和行為指標。采用的生物體主要有果蠅、實驗鼠、畜禽,也包括人體實驗,不同的實驗對象和評價方法各有優缺點,目前有關防暑功能的評價標準,科學界尚未達成共識?，F將主要的幾種方法介紹如下:

3.1　基于果蠅熱耐受性的防暑功能評價

果蠅(Drosophila melanogaster)是一種雙翅目(Diptera)昆蟲,由于其易飼養、生產周期短、高繁殖、基因組小、遺傳工具豐富等優勢,已經成為生物與基礎醫學研究領域中最常用的一種模式生物[37-38]。目前,基于果蠅的熱耐受性研究建立的防暑功能評價方法主要是通過將果蠅在基礎培養基上(25±1) ℃適應性培養3 d,而后轉入各基礎、實驗培養基(25±1) ℃繼續培養3 d,最后將果蠅在(36±1) ℃的培養箱中進行熱暴露實驗,10 h后每隔2～3 h觀察并記錄一次果蠅死亡數直至全部死亡,除去非熱死亡數,計算果蠅的平均生存時間[39-41],得到喂食不同培養基對果蠅熱耐受性的影響,從而確定含有不同成分的培養基的消暑功能。該方法的優勢是實驗操作簡便、快捷,而且由于果蠅的基因組序列較簡單,個體間的差異較小,因而其實驗結果較為靈敏;但相比于果蠅而言,由于人類的基因組序列較復雜,差異較大,果蠅的實驗結果難以應用到人體身上,僅能用于定性或進行作用機制的研究。

3.2　基于實驗鼠熱耐受性的防暑功能評價

小鼠作為一種良好的動物模型,其在熱耐受性方面的研究主要通過測定小鼠在熱暴露條件下肛溫、心率、淋巴細胞形態、肝臟等組織器官中HSP70和HSP70 mRNA表達水平的變化情況來表征高溫對小鼠各項身體指標的影響,并通過測定小鼠熱暴露實驗和高溫游泳力竭實驗的存活時間,研究不同物質對小鼠熱耐受能力的影響,以確定其防暑功效。熱暴露實驗和高溫游泳力竭實驗主要是將一定數量的小鼠適應性培養3 d后隨機分為實驗組和空白組,并對實驗組連續灌胃一周的實驗樣品,末次灌胃30 min后,將其中一半小鼠進行熱暴露實驗,熱暴露溫度為(41±1) ℃,觀察記錄每只小鼠的存活時間;另一半小鼠做高溫游泳力竭實驗,水溫為(41±1) ℃,以小鼠體力耗竭沉入水底停止呼吸為準,觀察小鼠游泳持續時間,計算每組小鼠平均游泳時間。李向輝等[17]通過小鼠熱暴露實驗和高溫游泳力竭實驗探究強化苦丁茶對小鼠熱耐受能力的影響,表明強化苦丁茶可以提高小鼠的熱耐受能力;葛宇等[42]通過同樣的方法測定,表明海藻糖對提高小鼠熱耐受能力具有促進作用。小鼠實驗的優勢在于實驗過程簡單,其基因組序列同人類也具有較高的同源性,使得實驗結果對人類具有較高的參考價值,但由于熱暴露會導致實驗動物的痛苦,涉及動物福利等倫理問題容易引發爭議,且普通食品的活性成分含量較低,與藥物相比作用效果較為溫和,用實驗鼠來評價其功能可能會出現靈敏度低的問題。

3.3　基于人體熱耐受指標的防暑功能評價

目前,評價人體熱耐受能力主要是通過比較對照組和實驗組在高溫前后血清中的抗氧化指標(如SOD水平、MDA含量及抑制羥自由基能力等)、HSP表達水平、急相反應蛋白(如α-抗胰蛋白、α-酸性糖蛋白、觸珠蛋白、轉鐵蛋白、纖維粘連蛋白、C-反應蛋白、銅藍蛋白)的表達情況[4,43-44]。牟東[4]研究發現,谷氨酰胺聯合大劑量維生素C可提高機體的血清超氧化物歧化酶(SOD)水平、降低血清丙二醛(MDA)及血清內毒素水平、誘導HSP70表達,表明谷氨酰胺聯合大劑量維生素C可提高機體的熱耐受能力;楊劍虹等[43]研究表明,高溫訓練后實驗組(防暑湯)士兵和對照組士兵外周血淋巴細胞HSP72含量均呈上升趨勢,但實驗組士兵的HSP72上升幅度遠大于對照組,從而促進熱耐受的形成,增強抵抗熱損傷的能力。雖然基于人體的熱耐受能力評價防暑功能是最直觀的評價方法,但由于人體實驗存在較高的風險,多數研究只能在部隊高溫訓練時進行,研究方法和研究對象均受到限制。

3.4　基于畜禽養殖的防暑功能評價

人工養殖的畜禽同樣面臨高溫環境的影響,也需要采取一些防暑降溫措施,例如在飼料中添加一些功能性成分。目前多數研究主要是基于測定畜禽血清和腸道的抗氧化性能以及血漿中cAMP的含量變化進行評價。這是由于高溫會導致畜禽的小腸細胞產生大量且具有毒性的活性氧自由基,促使畜禽出現過氧化狀態,而抗氧化酶活性的下降也降低了機體自身清除自由基的能力,引發脂質過氧化反應,產生氧化應激,造成細胞膜損傷[45-47],大量內毒素通過腸道進入血液,引起機體體溫調節發生障礙,進而出現中暑。李文立等[48]研究發現,添加不同比例的谷氨酰胺到雞飼料中,可提高雞血清及腸道的抗氧化能力;黃冠慶等[49]研究表明,高溫條件下飼糧中添加谷氨酰胺可顯著提高黃羽肉雞血液谷胱甘肽過氧化物酶活性,顯著降低血液中丙二醛(MDA)含量,提高機體的抗氧化能力;李悅[50]將維生素C添加到大熊貓基礎日糧中,能有效的防止大熊貓中暑現象的發生,緩解大熊貓熱應激,增加大熊貓干物質攝入量、平均日增重,降低呼吸率,且與對照組以及添加維生素C前實驗組相比,實驗組總蛋白質(TP)、Ca、K、血紅蛋白(HGB)、血糖(Glu)含量增加,皮質醇含量降低,明顯降低熱應激對大熊貓的影響。盡管人工養殖的畜禽與人體差異較大,但生物的中暑機理和耐熱機制類似,畜禽飼料防暑成分的研究也具有很重要的參考價值。

4　防暑飲料研究開發的展望

4.1　研究構建簡易靈敏的防暑功能評價方法,爭取列入保健功能目錄

根據《保健食品功能目錄》,可將功能食品依據其不同的保健功能分為23類,如免疫調節、抗疲勞、減肥等,但防暑功能暫未列入該目錄。根據《保健食品新功能產品申報與審評指南(征求意見稿)》的要求,國家食品藥品監督管理局鼓勵以傳統養生保健理論為指導的新功能產品的研發和申報,而防暑屬于中國傳統的養生理念,且在民間已有較好的群眾基礎和悠久的歷史傳統。但新功能產品的申報,需要建立防暑功能評價方法和檢驗方法,制定科學的評價指標,使其功能學評價實驗自檢報告與國家食品藥品監督管理局確定的檢驗機構出具的功能學驗證報告相一致,實驗結果相符。這尚需開展更多的基礎研究,探索更多簡易靈敏的方法,獲得學界共識。

4.2　深入研究防暑功能成分的作用機理

迄今為止,已有的防暑功能的物質基礎及其作用機制主要集中在抗氧化成分的抗氧化機制上,一般認為防暑功能成分可以通過降低機體內的自由基含量,以減少其對生物膜的破壞作用,從而達到防暑目的,研究尚不深入。對于防暑功能的確切成分的研究還較為粗淺,主要明確為茶多酚、黃酮類、三萜類、有機酸,維生素和微量元素,對于各成分的其他作用機制研究較少。另外,防暑功能成分是否能提高生物體的熱適應能力,是否會影響人體的代謝產熱和散熱,是否能通過調控人體內的基因表達和人體下丘腦體溫調節中樞,進而影響與人體體溫調節密切相關的內分泌系統、骨骼肌、皮膚血管以及汗腺等組織器官的活動,仍有待進一步研究。

4.3　防暑飲料中各配料間的相互作用研究

飲料中的成分一般較為復雜,除植物性原料的萃取成分外,還可添加礦物質鹽類、維生素、氨基酸、小分子糖類及其他食品添加劑,有關這些成分之間的交互作用,目前研究還較少。已有研究表明,茶多酚與VE的聯合使用能提高高溫下肉仔雞的抗氧化性能,改善其生產能力[51];而谷氨酰胺聯合VC可減輕熱應激對小鼠腸粘膜的損傷,保護腸粘膜屏障功能,有效降低腸源性內毒素血癥的發生,預防高熱中暑[52]。因此,有必要研究各配料成分的相互作用,通過配方設計來提高產品的防暑效能,是今后的重要方向。

4.4　加強防暑飲料的安全性研究

由于許多防暑飲料的原料本身是藥食兩用物品,并非日常食用之物,故其安全性研究也是一個重要的環節。例如:涼茶飲用適當可起到消暑解渴、降火的目的,但如果過量或不正確服用則會導致脾胃損傷、腹痛噯氣、腹脹腹瀉、食欲減退、精神疲乏以及水鈉潴留的浮腫等副作用[53-54]。因此,除了基本的原料安全性檢測外,一方面仍需對防暑飲料配方中各成分的合理性進行評價,包括主輔料所具有的功效以及可能潛在的毒副作用;另一方面由于防暑飲料的配方中大部分屬于中藥范疇,故并非適合所有人群,應對防暑飲料的適飲人群進行界定,為該行業的健康可持續發展提供保障。

4.5　研發不同地域、不同人群、不同體質特點的防暑飲品

由于我國幅員遼闊,存在著明顯的地域及氣候差異,導致人們的生活及飲食習慣有所不同,而飲食習慣的不同也造成了人體體質的差異。此外,除了飲食習慣對人體質有影響,生活環境對體質的影響也不可小覷,不同的生活區域,由于山水、氣候及植被的差異,人的適應性也會不同,故在防暑飲料的開發方面,也應有所差異。對于不同地域的人群,如生活在重慶地區的居民,由于火鍋文化盛行,在炎熱的夏季時常飲用老蔭茶,其不僅有消暑降溫的作用,還能夠有效緩解重慶火鍋的麻辣感,去除油膩;而菊花茶因具有清熱解毒、清肝明目、緩解眼睛干澀疲勞,加入蜂蜜或枸杞更有抗疲勞的功效,適合城市中電腦辦公人群;對于不同體質的人群,如免疫力低下者、高血脂、高血糖患者,則適合飲用綠茶,綠茶中的茶氨酸可使人體抵御感染的能力增強5倍[55],而富含的茶多酚則可有效的降低血脂和血糖的含量。因此,可依據不同地域、不同人群、不同體質開發相應的防暑飲料。

5　結論

防暑飲料作為一種新型的功能性飲料,其研究與開發有利于應對因全球氣候變暖和城市熱島效應引發的中暑現象,降低中暑人群的發生率及死亡率;而且作為有防暑觀念的國人而言,防暑飲料的研發必將有廣闊的市場空間,在滿足消費者需求的同時,也填補了市場空缺,完善飲料行業的架構,并實現飲料產品由合成向天然、由低營養向高營養、由解渴向保健的轉型。防暑飲料行業的快速發展,也為具有防暑功效的新功能產品的研發與申報提供借鑒,夯實防暑功能的理論基礎,為爭取早日將防暑列入保健功能目錄添磚加瓦。

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