功能性食品的设计与开发原理.ppt
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1、功能性食品学The Science of Functional Foods,授课教师:王雪波西昌学院食品科学系2010年3月,主要内容,第1章 绪 论 第2章 功能性食品化学和营养学第3章 功能性食品评价的基本原理与方法 第4章 功能性食品的设计与开发原理,第4章 功能性食品的设计与开发原理,第一节 延缓衰老功能性食品第二节 减肥功能性食品的开发第三节 降血糖的功能性食品第四节 增强免疫力的功能性食品第五节 辅助降血压的功能性食品第六节 生长发育与智力的保健食品第七节 辅助降血脂的功能性食品,第一节 延缓衰老功能性食品,衰老是生物在生命过程中,整个机体的形态、结构和功能逐渐衰退的总现象。而衰老
2、的机理则是指在生物过程中的反应和作用方式。,1.衰老是机体随着时间的推移出现的退行性变化及其过程。2.衰老是个体细胞、组织、器官功能减退的状态。3.衰老是机体不能经常保持内环境稳定性和自我修复能力失调的状态。4.衰老是多种因素联合作用引起的全身性、进行性、退化性变化,而非单一过程的结果。5.衰老是机体发育成熟后出现的衰退过程等等。,一、衰老定义,机体功能,老化,出生,死亡,年龄,成熟,发育,老年人的生理特点,代谢机能下降;重要器官的生理功能下降;合成与分解代谢失去平衡,分解代谢超过合成代谢;表现出衰老现象,如血压升高、头发变白脱落以及老年斑与皮肤皱纹的出现等;伴随而来的各种老年病,如糖尿病、动
3、脉硬化、冠心病和恶性肿瘤等。,二、衰老理论,1.自由基学说衰老源于机体正常代谢过程中产生的自由基随机而破坏性的作用结果。体内的氧自由基产生过多时,能引起脂质过氧化,可形成脂褐素;氧自由基过多还会破坏细胞及其组成成分,如引起DNA突变和使蛋白质与酶等变性,从而加速衰老。,2.代谢失调学说,衰老的代谢失调学说是由我国著名营养学家郑集教授提出的。他认为从生物化学的观点来看,生命的物质基础是代谢,如果代谢途径和细胞组成成分的更新发生衰退性变化,最终可导致细胞、组织、器官和整个人体形态和功能的衰老。所以人体的衰老是内外因素作用于代谢的结果。具体而言,生物的衰老是由遗传所安排,而衰老的机理则由代谢来表达。
4、衰老始于细胞,细胞的衰老产生于代谢失调。细胞的代谢失调,是由于内外的不良因素影响而使其结构发生改变引起的。遗传是决定一切生物自然寿命(即生理性衰老)的第一因素,而代谢则是表达衰老过程中的反应或作用机理。,3.免疫学说,免疫功能是活细胞最古老的功能之一,免疫功能的衰退是机体衰老最明显的特征之一。免疫系统是维持机体内环境统一的重要功能系统,在老年期免疫功能逐渐衰退,致使肿瘤、自身免疫病等的发病率逐渐增多;胸腺是免疫系统的中心器官,是细胞免疫与体液免疫的总枢纽,胸腺从中年开始衰退,到老年时仅残存少量产生免疫因子的活力。胸腺衰退与萎缩是免疫衰老学说的重要依据之一。,4.脑中心学说,神经系统在机体适应内
5、外环境中起主导作用,在机体的衰老过程中也起重要作用。老年人中枢神经系统在结构、功能及生化等方面发生变化,脑的重量减少7%-10%,脑细胞数也有所减少。,三、影响衰老的因素,1.内在因素(1)遗传因素遗传是决定一个生物体衰老过程和寿命长短的根本因素。一般来讲,一个人的父母长寿,其人长寿的可能性就大。据郑集教授调查显示,在被调查的70 岁以上的健康老人中,80%老人的父母终年都在70 岁以上。(2)神经-内分泌因素人体是一个有机的整体,各器官间、各系统间主要靠神经内分泌来调控。如果神经内分泌机能不正常则妨碍生命的过程。例如,甲状腺功能亢进的病人,基础代谢增高,容易早衰。(3)免疫因素青春期以后,胸
6、腺随着年龄增长而逐渐萎缩,进入老年,胸腺组织大部分被脂肪组织所取代,但仍残留一定的功能。(4)酶因素酶是机体代谢过程的催化剂。一些研究表明,老年人随着年龄的增高,许多主要的酶活性减弱,代谢反应亦随之降低。,2.外在因素,(1)环境因素影响人衰老的环境因素,包括空气、水土、污染、放射性物质、噪音、饮食等诸多方面,其中饮食营养占有相当主要的地位,具体情况将于下一节加以阐述。(2)社会因素如经济条件、意识形态、职业工作、社会制度都属社会因素的范畴。(3)生活方式如吸烟、酗酒等。,四、延缓衰老功能性食品的开发原理,调节生物钟增强免疫抗衰老应用微量元素抗衰老应用抗衰老功效成分控制大脑的衰老中心,五、具有
7、抗衰老的物质,1.生育酚(维生素E)存在:广泛存在于小麦胚芽(0.2%-0.3%)、玉米油(0.1%)、大豆油、棉籽油、蛋、肝、绿色蔬菜中。限量:作为抗衰老的重要物质,中国营养学会等认为,成人每天摄入800mg生育酚的量是安全的(可耐受的最高摄食量)。作为营养补充剂,人造奶油、色拉油、乳制品中的添加量为10-180mg/kg;婴幼儿食品为40-70mg/kg。,2.超氧化物歧化酶(SOD),存在:肝脏、银杏、番茄、柠檬、菠菜等中。生理功能:作为能催化超氧阴离子歧化的自由基清除剂,具有延缓衰老的作用。安全性:无毒、无抗原性、对睡眠、血压、心脏、精神、消化系统等均无异常表现。,3.姜黄素,主要成分
8、:由姜黄素、脱甲氧基姜黄素、双脱甲氧基姜黄素和四氢姜黄素等组成。生理功能:姜黄素具有很强的抗氧化作用,以消除体内有害的自由基,对.OH自由基的消除率可达69%;姜黄素能提高大鼠肝组织多种抗氧化酶的活性,能使SOD、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化氢酶的活性分别提高约20%,从而延缓组织的衰老。安全性:ADI值:0-0.1mg/kg,4.茶多酚,存在:茶叶中一般含有20%-30%的多酚类化合物生理功能:具有很强的供氢能力,可与体内多余的自由基相作用而使氧自由基消除,对O2-和HO.的最大消除率达98%和99%,其抗氧化能力比VE强18倍。安全性:LD50(249632)mg/kg(大鼠,口服)。,5.
9、食物类,大豆:大豆所含的大豆皂甙具有促进人体胆固醇和脂肪代谢,抑制过氧化脂质的生成,以及提高机体免疫功能的作用,故有延缓衰老的作用。玉米:新鲜玉米中含有维生素E、谷胱甘肽,能促进细胞分裂,延缓细胞衰老,并能抑制过氧化脂质的生成。灵芝:其子实体中含蛋白质、多种氨基酸、多糖类、萜类、有机酸、生物碱、多肽类及多种微量元素等物质。人参:人参的主要成分是人参皂甙、人参酸等。人参能提高细胞寿命,还可以促进淋巴细胞体外的有丝分裂,延长细胞生存期。人参含有的麦芽醇具有抗氧化活性,它可以与机体内的自由基相结合从而减少脂褐素在体内的沉积,延缓衰老。,六、抗衰老保健食品的功能评价,(一)、动物试验和人体试验抗衰老研
10、究一般选用生命周期短的低等动物为自然衰老模型。通过寿命试验,相关酶、代谢产物等多项指标的测定,观察试验物延缓衰老之作用。1.小白鼠寿命试验2.果蝇寿命试验3.人体试食试验,(二)、试验原则,1.动物实验和人体试食试验所列的指标均为必测项目。2.过氧化损伤模型动物和老龄动物任选其一进行生化指标测定。3.在进行人体试食试验时,应对受试样品的食用安全性作进一步的观察。,(三)、结果判定,1.动物实验:抗氧化酶活性任一指标和过氧化脂质含量指标均为阳性,可判定该受试样品抗氧化功能动物实验结果阳性。2.人体试食试验:丙二醛、超氧化物歧化酶、谷脱甘肽过氧化物酶三项实验中任一项实验结果阳性,可判定该受试样品具
11、有抗氧化功能的作用。,第二节 减肥功能性食品的开发,肥胖是由于人体生理机能的改变引起体内脂肪堆积过多,导致体重增加,从而使机体发生一系列病理、生理变化的病症。一般认为,体重超过标准体重10为超重,超过20且脂肪量超过30为肥胖。,(一)肥胖的分类,肥胖分为两种:单纯性肥胖和继发性肥胖。1、单纯性肥胖是指无明显的内分泌和代谢性疾病的病因引起的肥胖,它属于非病理性肥胖。主要有两种情况:(1)体质性肥胖:这类肥胖患者往往自出生后半岁左右起,由于食欲好、营养过度,引起脂肪细胞增生肥大,脂肪分布全身,所以又叫脂肪细胞增生肥大型肥胖症,或称为幼年起病型肥胖症。体质性肥胖者部分有家族遗传倾向,饮食控制不易见
12、效。(2)获得性肥胖:这类肥胖者往往是在成年以后由于营养过度而引起肥胖,因而也称为成年起病型肥胖症。这种肥胖症与遗传因素也有一定的关系,饮食控制对这种肥胖症效果较好。2、继发性肥胖也叫症状性肥胖,是由内分泌或代谢性疾病引起的肥胖。此类肥胖仅占肥胖患者的5%以下。对于此类肥胖,应针对原发病进行治疗,否则是不可能达到减肥目的的。,(二)肥胖发生的原因及分类,肥胖发生的原因遗传因素环境和社会因素进食过量体力活动过少社会因素,(三)肥胖对健康的危害,与肥胖相关密切的疾病高血压糖尿病血脂异常动脉粥样硬化脑卒中某些肿瘤:结肠癌、乳腺癌、前列腺癌其它疾病肥胖引起的社会和心理问题,控制总热能摄入量 运动法 手
13、术疗法:腹部抽脂肪,胃部分切除 药物疗法食物(能量)摄入抑制剂:抑制食欲、增加饱腹感胃肠道脂肪吸收抑制剂通过外周组织产热而增加能耗的物质刺激脂肪代谢,减少甘油三酯合成的物质 非药物疗法:针刺疗法、耳穴贴压法、艾灸疗法、指针减肥法、推拿按摩法,(四)肥胖的预防与治疗,(五)保健食品减肥原理,(一)减少热量的摄入这里不是指减少饮食,是指通过服用保健食品达到减少热量摄入。此类产品主要是富含膳食纤维的食物。膳食纤维有以下几个功效:1、吸水性强,吸水后体积膨胀,可以填充胃肠,减少饥饿感;2、抑制消化酶的活性,减少食物的消化和吸收;3、可以吸附各种营养成分,如单糖,减少热量的吸收;4、促进胃肠蠕动,减少食
14、物在胃肠中停留时间,从而减少吸收;5、其本身含热量很低。,(二)减少脂肪的吸收,主要通过吸附脂肪使其不被吸收和抑制消化酶的活性起作用。这里主要以壳聚糖为例说明。壳聚糖能够阻碍脂类物质的吸收。食物中脂肪消化需要肠胰脂酶以胆汁酸盐做乳化剂。壳聚糖极易与带负电的胆汁酸结合,将其排出体外,由于胆汁酸盐的缺乏,脂肪也就不能被消化,从而减少对脂肪、胆固醇的吸收,有利于降低血脂。,(三)促进脂肪的转化,左旋肉碱是此类物质的代表。左旋肉碱是脂肪酸氧化不可或缺的关键物质,能够在机体内除去多余的脂肪及其他脂肪酸的残留物。体内若缺乏左旋肉碱,可影响脂肪代谢而致肥胖,因此通过补充左旋肉碱以开发利用脂肪,使其转化为能量
15、消耗掉,以达减肥目的。和其他减肥保健食品相比,左旋肉碱相对安全,副作用低,但目前对左旋肉碱能否长期食用尚无定论,而且左旋肉碱制剂中的其他成分多不能长期服用,所以,从安全的角度出发,最好不要长期服用此类产品。,(四)中草药,在我国批准的减肥类保健食品中,中草药成分的减肥保健食品占有相当大的份额。科学研究证实,中草药中含有相当多的有效成分,可以抑制消化酶活性、增快食物的排泄、促进脂肪的转化,具有相当好的减肥效果。,减肥药主要通过以下方式起作用:,(一)抑制食欲药物直接作用在神经上,抑制食欲,让人不觉得饿,不想吃东西。曲美、澳曲轻都是这一类产品。(二)抑制脂肪吸收药物可以结合、吸附脂肪。治疗期常出现
16、油性大便。代表药物如赛尼可。(三)促进脂肪分解像甲状腺激素可以促进新陈代谢,生长激素和脂解素可以促进脂肪分解。(四)中成药中草药是中华民族的医学文化瑰宝,中成药类减肥药相对毒副作用小,容易为群众接受。和减肥保健食品一样,需要区分肥胖者的中医分型,辩证用药。(五)其他瘦素(Leptin)是肥胖基因表达的一种多肽类激素,通过作用于食欲中枢、抑制食欲,提高体内能量代谢率而达减肥目的,成为近年来肥胖研究领域的热点,目前正处于研究阶段。,(六)目前流行的一些减肥原料,L-肉碱:这是一种促进脂肪燃烧的氨基酸。它帮助燃烧的一种脂肪是好脂肪(甘油三酸酯)。壳聚糖:这是一种流行的脂肪阻隔剂,有些研究显示它可以阻
17、隔胃对脂肪的吸收。但它同时也会阻隔其他维生素和矿物质的吸收。铬:这也许是市场上所有脂肪燃烧剂中最出名的。铬是一种很好的产品,已经证实它可以帮助减少脂肪同时增加肌肉。麻黄:这种草药可以大大提升人体的精力,但它也可能对一些有高血压的人有害。麻黄也被认为是一种脂肪燃烧剂。,白柳:这是阿司匹林的植物形态。阿司匹林同麻黄碱一起有助于减肥。育亨冰:这种中草药广泛应用于促进男子性能力。但是也有助于减脂(小剂量)。中链甘油三酸酯:中链甘油三脂(MCT,34.73kj/g)与天然油脂(37.66kj/g)一样属于高能量配料。但 MCT在进入线粒体中无需L-肉碱的参与。故不为碳水化合物和蛋白质摄入量充足的代谢机制
18、所调控,可为那些因胰脏或胆囊出现问题而吸收不良的特殊消费者提供油脂配料。,第三节 降血糖的功能性食品,糖尿病是一种常见病,可发生于任何年龄,全世界已有1亿多糖尿病病人糖尿病是由于体内胰岛素绝对或相对不足而引起的以糖代谢紊乱为主的全身性疾病。以多饮、多食、多尿,体重减轻,血糖及尿糖增高为主要特征。可伴有脂肪、蛋白质代谢紊乱。若病情得不到很好的控制,易并发血管病变、酮症酸中毒,这些并发症严重威胁着患者的健康甚至生命。糖尿病目前尚不能彻底治愈,但是通过努力是可以控制的,使患者可以尽可能正常工作、生活,并可享受天年。,一、血糖与糖尿病,1.血糖是指血中所含的葡萄糖,正常人空腹血浆葡萄糖的水平为3.96
19、.1mmolL,全血葡萄糖水平为3.65.3mmolL;餐后0.51小时血糖最高,餐后2小时不超过7.8mmolL。,2、糖尿病糖尿病是一种内分泌代谢疾病,它是由于体内胰岛素绝对或相对不足,引起糖、脂肪、蛋白质的代谢紊乱。早期可无症状,血糖过高时可出现“三多一少”症状,即多尿、多饮、多食及体重减轻,且出现疲乏、无力及精神不振等衰弱症状。,糖尿病最常见有以下两种类型:(1)型糖尿病:起病急、血糖高、病情起伏波动大且不易控制,起病时多为20岁以下的青少年和儿童,常须终身用胰岛素治疗。(2)型糖尿病:多发生于成年人,病情一般较缓和,有的患者仅在体检中发现。治疗以运动和饮食控制为主,或加用口服降糖药,
20、一般不需要用胰岛素治疗。,3.糖尿病患者的营养特点,总能量控制在仅能维持标准的体重水平一定数量的优质蛋白质与碳水化合物低脂肪高纤维杜绝能引起血糖波动的低分子糖类(包括蔗糖和葡萄糖等)足够的维生素、微量元素与活性物质,4.在开发糖尿病专用功能性食品时,有关能量、碳水化合物、蛋白质、脂肪等营养素的搭配原则是:,能量:以维持正常体重为宜碳水化合物:占总能量的55%-60%蛋白质:与正常人一样按0.8g/kg体重供给,老年人适当增加。脂肪:占总能量的30%或低于30%。减少饱和脂肪酸,增加多不饱和脂肪酸,以减少心血管并发症的发生。钠:限制在1g/4.18MJ范围内,不超过3g/d,以预防高血压。,二、
21、降血糖保健食品分类,(一)食品类据专家验证,以下一些食品对血糖有较好的调节作用:南瓜、苦瓜、番薯叶、黄瓜、洋葱、魔芋、胡萝卜、蘑菇、核桃、大蒜、大豆、山药、冬瓜、玉米等。因此,有些降血糖保健食品是这些食品为原料生产的。(二)中草药类经现代医学证明,确有降血糖作用的中药有:人参、党参、黄蓖、白术、玄参、仙灵脾、黄精、山药、生地、熟地、麦冬、知母、花粉、玉竹、何首乌、五味子、地骨皮、石斛、乌梅、丹参、田三七、黄连、玉米须、泽泻、苍术、获菩、葛根、枸杞、桑白皮、桑摄、五倍子等。,(三)功能因子,在新一代保健食品的研发中,通过研究可以降血糖的食物和中草药的功效成分,开发出很多新型降血糖保健食品。1、膳
22、食纤维增加膳食纤维可改善机体对胰岛素的感受性,从而调节糖尿病人的血糖水平。另外,增加纤维摄入量可有效调节血脂,这对糖尿病人也是非常有利的。2、黄酮类主要通过影响细胞的功能起作用,作用比较缓慢、持久。,3、维生素和微量元素维生素C、B6的充足与否对糖尿病人的血糖水平有很大的影响,微量元素硒、铜和铬对控制糖尿病情也有很大作用。特别是铬,作为胰岛素正常工作不可缺乏的一种元素,参与了人体能量代谢并维持正常的血糖水平。4、多肽小分子活性多肽有明显的降血糖作用,而且不会发生低血糖。5、其他多糖类成分有些可以直接调节血糖,有些可以改善症状;洋葱所含二硫化物可提高血浆中胰岛素的浓度;长春花所含生物碱有较强的降
23、糖作用。,(四)糖醇类,糖醇类有一定甜度,其热值大多低于蔗糖,因此可适用于无蔗糖食品中低甜度食品的生产。糖醇不能完全被小肠吸收,其中有一部分在大肠内由细菌发酵,代谢成短链脂肪酸,因此热值较低。重要的有木糖醇、山梨糖醇、甘露糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇、异麦芽糖醇等。,(五)蜂胶,蜂胶是蜜蜂从植物叶芽、树皮内采集所得的树胶混入工蜂分泌物和蜂蜡而成的混合物,具有广谱抑菌、抗病毒作用。其主要成分是树脂50%-55%,蜂蜡30%-40%,花粉5%-10%。主要功效成分有黄酮类化合物。其生理作用有:具有调节血糖的功能,能显著降低血糖,减少胰岛素的用量,能较快恢复血糖正常值,消除口渴、饥饿等症状,并能有效防治糖
24、尿病所引起的并发症。,(六)魔芋食品,近年来不少研究报告指出,高纤维膳食对糖尿病患者可能有益。魔芋是一种低热能、低蛋白质、低维生素高膳食纤维的传统食品,其主要有效成分是一种属于半纤维素的葡萄甘露聚糖。据报道,魔芋葡萄甘露聚糖对于降低糖尿病人的血糖有较好的效果。魔芋精粉由天然魔芋块茎经切片干燥粉碎旋风分离过筛等而收集得到的晶体颗粒,40-80 目者占总重的90%以上。魔芋精粉遇水后即膨胀,有增稠作用,无明显异味。令受试者将其加在牛奶、豆浆、菜汤、水、肉馅、面团中自制成不同的食品。,第四节 增强免疫力的功能性食品,本节要点:免疫的基本概念具有增强免疫力的功能的物质免疫(immunity)是指机体接
25、触“抗原性异物”或“异己成分”的一种特异性生理反应,它是机体在进化过程中获得的“识别自身、排斥异己”的一种重要生理功能。与免疫有关的功能食品,是指那些能增强机体对疾病的抵抗力、抗感染、抗肿瘤以及维持自身生理平衡的食品。,一、免疫的基本概念,机体的免疫功能体现在对抗原性异物的识别和清除上。机体受到抗原性异物刺激时,可通过多种方式将其清除。1.抗原的定义抗原是指能与相应克隆的淋巴细胞上独特的抗原受体特异性结合,诱导(活化或抑制)淋巴细胞产生免疫应答的物质,这类物质可以是细菌、病毒、寄生虫、异体蛋白和药物等等。2.抗体的概念抗体可以理解为能与相应抗原特异性结合的、具有免疫功能的球蛋白。3.补体补体是
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