功能性食品及其发展态势

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(1.中国科学院 东北地理与农业生态研究所,黑龙江 哈尔滨 150081；2.东北农业大学 食品学院,黑龙江 哈尔滨 150000)

0 引 言

自20世纪70年代功能性食品的概念被提出以来，功能性食品在食品行业中的发展受到广泛关注。功能性食品与普通食品的重要区别是它含有生物活性物质或功能性成分。科学家致力于开发新型功能性食品，通过有效生物成分之间的协同作用，来降低肥胖、糖尿病、癌症和胃肠道疾病等慢性疾病患病风险[1-2]。目前全球功能性食品产业呈现巨大的扩张，市场规模估计从7亿到1 900亿美元不等。市场上的功能性食品主要以乳制品、面包、糖果和功能饮料形式存在。由于功能性食品的开发涉及评价生物活性物质的功能、食品安全性和消费者的接受程度等，并且新型功能性食品的评价和监管要求非常严格，需要通过科学证据证明其有效性和安全性，因此，即使在过去的几年中开发了诸多新型功能性食品，但可进入市场且受消费者广泛认可的功能性食品还极有限。本文综述了功能性食品的概念、功能性食品中生物活性成分的来源与功能，以及目前市场上有代表性的功能性食品产品，并对国内外功能性食品的市场发展状况进行了评述，旨在为功能性食品进一步研究和开发提供参考和依据。

1 功能性食品的概念

功能性食品的起源可追溯到中国，因为中国人利用野菜提供营养、预防和治疗疾病的历史已有数千年之久。功能性食品的概念首先由日本人于20世纪70年代提出，并于80年代传入欧洲[3-4]。日本将功能性食品定义为“具有与生物防御、生物节律调整、防治疾病和恢复健康等有关的功能因素，经设计加工，对生物体有明显调整功能的食品”[5-6]。1998年，欧洲成立了功能性食品科学协会(FUFOSE)[7-8]。2009年，美国营养协会发布了一份声明，将功能性食品描述为“作为消费者日常饮食的一部分，对健康具有潜在益处的食品，包括全食品和含有强化、富集或增强生物活性成分的食品”[9]。

中国卫生部于1996年发布了功能性食品管理规定，将功能性食品定义为具有特殊保健功能的食品。2005年，中国国家食品药品管理局(SFDA)更新了功能性食品注册指南，并将其定义扩展为具有特殊健康功能或能够提供维生素或矿物质的食品，它适合于特定的消费人群，能够调节人体生理功能，但不以治疗疾病为目的的一类食品。它不会造成任何伤害，不具有急性、亚急性和慢性毒性[3,10]。

功能性食品发展至今已近50年，并已成为国际食品市场的重要部分。为促进食品专家、科学家、政府官员以及公众之间更好沟通，使国家之间能够更自由地进行功能性食品的交易，迫切需要一个统一的功能性食品定义。2014年，由美国农业部(USDA)和农业研究服务(ARS)联合举办的第17届国际会议上，组织了一次题为“功能性食品和生物活性化合物定义”的小组讨论，将功能性食品定义为：含有已知或未知生物活性物质的天然食品或加工食品，其中生物活性物质的含量要明确，确保功能性食品有功效、无毒并且临床实验证明其有助于预防或治疗慢性病[11]。

2 功能性食品中生物活性成分及其功能

从本质上功能性食品可分成3大类：一类是功能性食品的最简单形式，天然含有生物活性成分的常规食品，例如含有番茄红素的番茄、含有鞣花酸的覆盆子和含有β-葡聚糖的燕麦麸皮等；第二类是改良的食品，这类食品中含有增强、富集或者强化的生物活性成分，例如富含ω-3脂肪酸的鸡蛋、钙强化的橙汁和具有较高含量番茄红素的番茄等；第三类是分离纯化的食品成分，包括从大豆中分离的异黄酮、从植物油中分离的植物甾醇以及从鱼油中提取的ω-3脂肪酸等。

功能性食品中的功能性成分主要包括传统型和新型两类，传统型包括氨基酸、核苷酸和维生素等；新型高效的功能性成分主要包括植物天然提取物黄酮、萜类、多酚类和低聚糖等和动物来源的分离物功能糖、甾体、多不饱和脂肪酸等[12-13]。目前公认的生物活性化合物包括酚类、类胡萝卜素、膳食纤维、β-葡聚糖、ω-3脂肪酸、益生菌、益生元、植物激素、大豆蛋白、植物甾醇、多元醇以及一些矿物质和维生素等。不同类型的功能性成分主要来源和功能活性都存在很大的差别。

2.1 非淀粉碳水化合物

非淀粉碳水化合物是葡萄糖分子和其他糖，如半乳糖、果糖等的聚合物、膳食纤维和岩藻聚糖等。由于单糖之间不通过α-[1,4]或α-[1,6]糖苷键连接，它们不能被消化酶水解，但是可以被肠道中的益生菌微生物发酵。膳食纤维包括水溶性和非水溶性两种，前者可以溶解或吸收水，并能结合肠道中的毒素和胆固醇；后者可以有效地增加粪便体积和食物在肠道的通过率，而且不溶性膳食纤维还能稀释潜在的致癌物，减少毒素与肠道的接触，并加速毒素排出体外。

富含可溶性膳食纤维的食物包括苹果、芒果、橙子、芦笋、花椰菜、胡萝卜、花生、豆类和燕麦，而不溶性膳食纤维主要存在于香蕉、浆果、菠菜、谷物以及糙米和全麦面包中。在棕色海藻和一些药用蘑菇中具有较高含量的岩藻聚糖。研究表明，非淀粉碳水化合物具有多种生物活性。国内外大量的研究已经证实：膳食纤维的作用包括预防便秘、结肠癌；降低血清胆固醇，预防冠状动脉硬化性心脏病；改善末梢神经对胰岛素的感受性，从而调节血糖水平；减少胆汁酸的再吸收，预防胆结石等[14]。另一类代表性的非淀粉碳水化合物是岩藻聚糖，它可通过抑制肿瘤细胞粘附于细胞外基质，从而诱导引起成人T细胞白血病病毒(HTLV-1)的凋亡来抑制癌细胞的扩散。研究还表明，岩藻多糖可以通过刺激巨噬细胞的吞噬作用和免疫细胞调节作用而增强对抗的感染能力[15-16]。

2.2 类胡萝卜素

类胡萝卜素作为脂溶性四萜疏水化合物，是含有至少40个C和多个共轭双键体系的氧化或非氧化烃类化合物。α-胡萝卜素、β-胡萝卜素和番茄红素是主要的非极性类胡萝卜素；叶黄素是主要的极性类胡萝卜素。在自然界中已鉴定的700多种类萝卜素中，常出现在食物中的有24种，人乳、血清和组织中大约有40种[17]。在谷物中，类胡萝卜素的主要来源是黄玉米、硬质小麦、单粒小麦和黄金大米，其含量随着品种、栽培条件、地理位置、组织部分、成熟阶段、加工和储存条件的变化而变化。加热、烹饪和机械破碎以及脂肪/油脂的存在可以提高类胡萝卜素的生物利用度。在日常饮食中，可以从谷物如黄玉米、黄金大米和蔬菜如罗勒属植物、西芹、菠菜、羽衣甘蓝、韭菜和红辣椒，蛋黄和人乳中获得人体所需的类胡萝卜素。研究发现，叶黄素连同其代谢产物内消旋玉米黄质有助于预防心脑血管疾病、癌症、老年性黄斑变性和白内障[18-19]。

2.3 多酚

酚类化合物广泛存在于植物中，其结构中含有一个或多个苯环以及不同数目的羟基、羰基和羧基等多种基团。目前已知的酚类化合物超过8 000种，它们通常以连接一个或多个糖残基的共轭形式存在。膳食酚类分为黄酮类(花色苷、黄酮醇、黄酮、黄烷酮、异黄酮、黄烷-3-醇、凝缩类单宁或原花青素、木质素、查尔酮、香豆素、香豆酸和橙酮)和非黄酮类(简单酚类、酚酸和芪类化合物)。黄酮类化合物作为辅助降血糖功能性食品中的功效成分使用频率最高[20]。

多酚类的食物来源主要包括蔬菜、水果、谷物、茶、葡萄酒和其他饮料等[21-23]。在细胞内，酚类物质通过提供氢原子或电子，猝灭自由基和活化内源性抗氧化酶来抑制活性氧(ROS)和活性氮(RNS)的含量；另一方面酚类物质还能够螯合金属助氧化剂，从而降低氧化剂的产生。酚类的作用包括：抗氧化、预防心脑血管疾病、抗血栓生成、抗溃疡、抗癌、抗诱变、抗炎、抗菌，改善眼睛健康和视力，提高肌肉性能和免疫反应,此外酚类物质还可用作食品防腐剂、食品着色剂和风味剂，改善食品的质量[24-27]。

2.4 植物固醇

植物固醇是一种脂溶性的类胆固醇，包含甾醇和甾烷醇。二者的区别仅在于后者环上的不饱和双键变成了饱和的C-C单键。植物固醇的功能和动物固醇相似，但是结构上的不同之处在于侧链含有双键和甲基或乙基。目前已知的存在于自然界中的植物固醇大约有250多种，其主要来源包括植物油如油菜籽油、大豆油、玉米油和葵花籽油，作物种子如玉米、黑麦、小麦、大麦、小米、水稻及燕麦等，坚果以及松科树木的树油[28]。低密度脂蛋白胆固醇是冠状动脉粥样硬化和心脑血管疾病的危险因素，植物固醇能够显著降低低密度脂蛋白胆固醇的吸收。日常饮食中每天摄取2 g植物固醇可以降低血浆中10%的低密度脂蛋白胆固醇。由于对肠道微生物菌群的结构和代谢反应差异，植物固醇阻断胆固醇吸收能力的顺序如下：游离甾烷醇>甾烷醇酯>游离甾醇>甾醇酯[17]。流行病学和实验研究表明，植物固醇可以预防大多数常见的癌症，如结肠癌、乳腺癌和前列腺癌等[28]。植物固醇具有上述功能可能由于其与膜结构、肿瘤和宿主细胞组织调节肿瘤生长和凋亡的信号转导途径以及宿主的免疫功能和宿主的胆固醇代谢等方面相关[15,29]。

2.5 益生菌和益生元

益生菌是指对身体有益的活微生物，如乳酸菌、双歧杆菌等。益生元是不能被消化的食物成分，能够刺激消化系统中益生菌的生长和活性。最常见的益生元类型是非淀粉碳水化合物，如可溶性膳食纤维和其他寡糖等。益生元的来源还包括大豆及未加工处理的燕麦、小麦和大麦等。目前可提供益生菌的食物主要是酸奶。益生菌发酵乳产品中富含乳杆菌、嗜热链球菌和双歧杆菌等益生菌，富含双歧杆菌的发酵乳对肠道健康有重要作用[30]。益生菌一方面维持消化道内有益菌群和有害菌群平衡，促进营养成分的吸收并将其提供给所需要的人体细胞；另一方面益生菌可以通过抑制性物质的产生、粘附位点的阻断、营养物的竞争、毒素受体的降解和免疫的激活等方式排除不良微生物[31]。益生菌对预防和治疗腹泻疾病、胃肠道炎症和神经系统疾病都有一定功效[32]。

3 市场中功能性食品的种类和品牌

目前食品市场推出的功能性食品主要有乳制品、面包、糖果、软饮料和婴儿食品等，食品功能包括抗衰老、抗肿瘤、防痴呆、糖尿病人专用食品及护发护肤等方面，下面对市场上存在的几种主要功能性食品种类和品牌进行简述，此处功能性食品的种类主要根据功能营养成分不同进行划分。

3.1 乳制品

日本和欧洲一些国家功能性食品市场主要是肠道健康产品，尤其是益生菌产品。研究表明，奶制品的摄取和高血压、中风以及大肠癌疾病的发生成反比关系[33]。在此研究基础上，各种不同功能的乳制品被不断研制出来并推向食品市场[34]。如(1)Calpis有限公司(日本)生产的酸奶含有降血压功能成分缬氨酸-脯氨酸-脯氨酸和异亮氨酸-脯氨酸-脯氨酸；(2)美国Davisco公司开发了两种品牌为“biozate”和“BioPure-GMP”的酸奶产品，其中含有的乳清蛋白成分具有控制血压、防龋齿、抗病毒和细菌感染功能；(3)DMV国际公司(荷兰)开发出两种品牌名称为“C12”和“半胱氨酸肽”的牛奶产品，这两种产品都含有来源于牛奶蛋白的短肽，具有降低血压功能；(4)Lipid Nutrition国际公司制造了一种品牌名称为“Clarinol”的酸奶，其中含有减肥功能的共轭亚油酸成分。

3.2 功能饮料

功能饮料中的一个重要类别是用维生素A、维生素C和维生素E或其他功能成分强化的非酒精饮料，其他类型的功能饮料包括含ω-3脂肪酸的饮料、含叶黄素的“眼保健”饮料和含小分子低聚肽的功能性饮料[35]等。2003年戚向阳等人研制出了一种风味、色泽较好的苹果原花青素保健饮料，具有抗氧化防衰老的功效[36]。市场上基于多酚类化合物开发的功能性食品种类较多，如“Mega-T”和“Sunphenon”分别是由美国CCA公司和日本Taiyo品牌生产的绿茶产品，由于富含多酚活性物质，可以作为减肥补充剂以及防辐射饮料；华北煤炭医学院营养研究室研制生产的茶多酚饮料可有效调节和提高小鼠血清中的超氧化物歧化酶(SOD)活性，清除体内自由基，延缓衰老[37]；除此之外，研究证明，多酚还能够与烟气中的致癌物质尼古丁和苯并芘结合降低烟草毒性[38-39]，因此可将多酚制成解烟毒保健茶。

3.3 谷物功能性食品

谷物包括黄玉米、小麦、黄金大米、燕麦和大麦等，是生产功能性食品的一类重要原料。黄玉米可生产含叶黄素和玉米黄质的功能性食品，如高叶黄素面包、饼干、松饼、玉米饼、玉米片和挤塑产品等。谷物可以作为益生菌微生物生长的可发酵底物，此外还可以作为益生元选择性地刺激存在于结肠中的乳酸杆菌和双歧杆菌生长，因此一些谷物活性成分如β-葡聚糖可以应用于乳制品和面包食品工业领域。提取的β-葡聚糖已经掺入到多种新型食品中，包括营养棒、咀嚼片、谷物早餐、饮料、烘焙产品、酸奶、冰淇淋、面食和膳食补充剂。加拿大Nutraceuticals、 Ceapro和Parrheim公司致力于提供β-葡聚糖浓缩物和富含β-葡聚糖的食品。从谷物中获得的多种活性成分被证明具有各种不同的功能，在此基础上，瑞典Magigorm公司为慢性胃肠道疾病患者开发出了包括什锦麦片(müsli)、饼干、意大利面和薄脆饼干等含有特殊加工谷物的产品[40]。除此之外，美国Oroweat Foods、加拿大Dimpflmeier Bakery和其他一些公司致力于将富含ω-3脂肪酸的亚麻籽用于加工许多日常食用的谷物食品。

3.4 其他类型功能性食品

研究表明，多酚可以通过抑制口腔中有害细菌的生长来预防龋齿和牙周病，基于此，日本已将多酚提取物制品作为防龋糖果、口香糖和消臭剂的原料[41]；多酚可具有酯化酶抑制剂活性，并能抑制肿瘤坏死因子和IgE抗体的产生，因而具有较强的抗过敏作用，可将其添加到含有过敏原的食品中，开发出各种抗过敏食品[42]。最近，姜黄素抗氧化成分被认为是具有较好安全性的中草药活性提取物，可添加到烘焙食品、奶制品、果酱和果冻、非酒精饮料和香料中，可显著提高产品的抗氧化活性[43-44]。此外，大蒜补充剂如大蒜粉、大蒜油、大蒜提取物(含有一种改善心血管功能的硫化物)和锯棕榈提取物(含抑制良性前列腺增生的脂肪酸和植物甾醇)也是具有良好前景的植物衍生物。

4 功能性食品市场

4.1 国际市场

随着全球消费者对功能性食品的兴趣和接受度日益增长，亚洲、北美、西欧、拉丁美洲、澳大利亚和新西兰等功能性食品市场不断扩大，2010年功能性食品市场份额达到763亿美元，并且年销售额以每年8%的速度增长。国际上三大功能性食品研发、消费地区分别是美国、日本和欧盟，其他地区尤其是新兴的发展中国家，功能性食品也呈现良好的增长态势，并且所占比重正在逐年加大。

北美市场的功能性食品品种从2006年的200多种增长到2008年的800多种。其中，加拿大在该领域呈现出显著增长态势，其功能性食品生产公司的数量近几年增长了32%，如Hamonium国际公司(益生菌)、CV技术公司(天然健康产品)和海洋营养加拿大有限公司(ω-3脂肪酸)等。日本是世界第二大功能性食品市场。统计发现在1988年到1998年间日本推出的功能性食品产品超过了1 700种[45]。在欧洲，德国、法国、英国和荷兰是功能性食品发展最重要的4个国家，市场主力主要包括联合利华(Unilever，英国)、Raisio食品集团(芬兰)、雀巢(Nestlé，瑞士)、达能集团(Danone，法国)、伊帕尔拉特集团(Iparlat，西班牙)以及Corporacion Alimentaria Penasanta,SA(CAPDA,西班牙)。在欧洲乳制品占功能性食品市场的46%，谷物食品占28%；在美国和日本功能饮料占功能性食品市场的58%，其次是谷物17%和糖果15%[46]。另外，近几年印度的功能性食品市场也呈现出显著的增长趋势，而且正在吸引各药品公司的注意力，如葛兰素史克公司、Dabur公司(纯天然草本护理产品)、Cadila Healthcare和诺华公司(瑞士)。据悉，美国制药公司雅培已经投资印度功能性食品市场，特别是婴幼儿和成人营养品，并且印度的益生菌市场正逐年渐加，2015年，印度的益生菌市场年增长率为22.6%。由此可见，功能性食品市场在国际食品市场上的地位越来越重要，并且对功能性食品的研究与开发应用也将越来越深入。

4.2 国内市场

以国家食品药品监督管理总局网站数据库为数据源，对保健食品的全面分析结果显示，截止到2014年6月，中国共批准国产保健品13 922个，进口保健食品725个，在批准的国产保健食品中以增强免疫力类保健功能的食品最多，占32.87%，其次是缓解体力疲劳的占13.98%，补充维生素的占11.13%，辅助降血脂的占10.53%以及补钙产品占8.08%[47]；保健产品地区分布差异较大，主要集中在北京市、广东省等发达地区。获批保健产品的剂型以硬胶囊、片剂、软胶囊和口服液4大剂型为主，一般食品形态的产品(如糖、酒及茶等)比例较小。纵观我国功能性食品的整个发展历程，经历了起步、迅速发展以及规范提高3个阶段。开发生产的功能性食品大致分为三代，第一代为各类强化食品和滋补产品，未经过严格的实验证明或者科学论证，仅根据食品中的营养成分来推断功能；第二代为经过动物和人体实验证明具有某种生理调节功能的食品，目前我国市场上大多为该类功能性食品；第三代是明确食品中的功能因子以及产生的作用机理，开发出量效与构效明确的新型功能性食品，这是我国功能性食品未来研究和发展的重点[48]。

4.3 功能食品市场存在的问题

我国功能性食品产业经过多年发展不断壮大，市场份额逐年扩增，但仍然存在着一些问题制约其发展，主要表现为以下3个方面：一是虽然相关企业数量不断增多，但是生产规模比较小，食品加工工艺和技术水平有限，很难生产出具影响力的高质量的功能性食品；二是非常规食品形态居多，主要以粉末、胶囊、口服液或者片剂等产品形式存在，消费者难以接受；三是新产品开发投入不足，科研投入少，基础研究不够，并且商家肆意夸大产品的功能与疗效，使得消费者产生排斥心理。功能性食品是一个涵盖食品科学、医药以及生物化学等多学科的综合性领域，目前国内功能性食品市场要滞后于国外市场，为了更好地推进我国功能性食品市场的发展，使其具有坚实的发展基础，需要政府和科研管理部门大力支持，更需要研究人员与功能性食品企业合作创新，在开发传统食品形态的基础上引导企业运用新技术和新工艺开发具有地方特色且深受消费者欢迎的功能性食品，使功能性食品产业向更好的方向发展。