運動營養食品大熱 如何科學地開發運動營養食品？

運動營養食品是當前市場的一個熱門領域。根據Zion市場研究報告，2016年全球運動營養市場市值達到283.7億美元，5年之內將保持8.1%的年均增長率，預計到2022年將達到450億美元。如此廣闊的市場前景吸引著很多傳統食品商和初創企業涌入這個領域。針對專業運動員和普通運動健康愛好者的食品大量涌現，在它們的包裝上也開始出現一些非常專業的名稱和概念。

那么，如何從營養學角度去判斷一款產品是否科學？運動營養科學到底有哪些秘密？本文為您詳細揭示運動生理學基礎和營養科學的常識，這些認知對于運動食品開發具有很強的指導意義。

全文要點：

有氧運動與無氧運動的區別

人體如何進行能量代謝

無氧運動的能量供給

l有氧運動的能量供給

l有助于提高運動能力的成分

有氧運動與無氧運動有何區別？

體育鍛煉是打擊肥胖的武器之一，無論是舉重或慢跑，游泳還是100米短跑，消耗卡路里和脂肪，都是體重管理的一部分。但體育運動和飲食也并不是相互排斥的，完整的健康需要這兩者的相互平衡。一般來說，體育運動分為兩種，無氧和有氧，每種運動方式都有自己特定的營養需求。

無氧運動是指短時間內（通常是幾秒鐘到幾分鐘）劇烈的運動。在這期間，人體內的葡萄糖被分解并產生乳酸，從而達到消耗葡萄糖和脂肪的目的。有氧運動，包括跑步，劃船，騎自行車等活動，可能是低強度或高強度的，但通常持續時間較長，對肌肉的作用效果也不同，其目標是消耗儲存在卡路里中的能量。

雖然有氧運動和無氧運動之間經常會有所區分，但實際上兩者也有許多共同點：人們通常會同時進行兩種運動，與此同時，人體內的三種能量系統——蛋白質、碳水化合物和脂肪都是主要消耗的能量物質。運動的強度和持續時間決定了是碳水化合物還是脂肪作為你能量的主要來源，哪種能量系統占主導地位，還有哪些輔助成分可以幫助支持訓練和訓練效果。

乳制品中的乳清蛋白已經被證明有助于改善跑步者中的有氧運動表現，對阻力運動也是如此▎人體能量代謝機制

通過一系列步驟，人體將食物轉化為可以被直接利用的能量—三磷酸腺苷（ATP），以維持人體內所有細胞的正常工作。ATP幾乎不會儲存在人體體內，因此，人體必須通過不斷的ATP合成，以適應體內的能量需求。加州理工大學體育與運動生理學教授兼人力資源研究實驗室主任Eddie Jo博士說：“人體內ATP的合成速度非�；钴S，并且與人體內對ATP的需求成正比�！�

三種不同的能量系統以不同的速度產生ATP，以適應不同的運動強度。

磷酸鹽系統使用磷酸肌酸來重新合成ATP，產出速率最快，雖然隨時可以獲取，但肌肉中磷酸肌酸的存量很小，從而限制了該系統產生足夠多的ATP以保證持續運動1分鐘以上的能力。磷酸鹽系統在運動開始時非常重要，同樣對持續30秒至1分鐘的短時間運動也很重要。

厭氧糖酵解不需要氧氣來促進葡萄糖產生ATP。這使其成為高強度活動中的重要能量來源途徑，能夠持續30秒至2分鐘，特別是人在鍛煉時需要吸收空氣之時。厭氧糖酵解被認為是一種中間途徑，它比有氧糖酵解產生的ATP快，但比磷酸鹽系統慢得多。

有氧糖酵解利用氧氣從碳水化合物和脂肪中產生ATP。通過有氧糖酵解的ATP生產速率比磷酸鹽系統和有氧糖酵解都要慢，但持續時間長。華盛頓大學（CWU）營養專業研究生課程主任，營養和運動科學助理教授Kelly Pritchett博士解釋說：“這是因為人體內有無限的脂肪供應，但體內的糖原往往被快速耗盡�！�

高強度的運動，實際上都是高度有氧的，因為有氧環境下ATP生成量是的。但沒有任何類型的運動可以將無氧代謝系統徹底分離，實際上這三個系統在任何類型的運動中都在發揮作用。北卡羅來納大學運動科學系副教授Abbie Smith-Ryan博士認為，“在開發運動食品或飲料時，開發者需要考慮到不同運動類型的主要能量來源，因為這會對運動表現和后期恢復產生巨大影響。了解產品是針對耐力運動員還是短跑運動員非常有必要，這會深刻影響該產品最終的配料選擇�！�

Smith指出，補水，電解質和一些獨特的原料都可以支持主要的厭氧（短跑運動員，舉重）或有氧（耐力運動）運動。

無氧運動的能量供給：素食運動員是富肌酸食品的消費對象？

肌酸被廣泛用作運動員食物和飲料的重要成分。對于短時間內的高強度運動如舉重，ATP-PCr [磷酸肌酸]系統是主要的能量系統，要優化肌酸的儲存能力，可以多吃富含來源于肉類，魚類和家禽中蛋白質的食物。

來自肉類和海鮮的蛋白質也富含膽堿。膽堿是神經遞質的前體，而飲食中的乙酰膽堿通常足以在正常條件下滿足身體需求，但初步證據表明膽堿的消耗可能會限制運動性能。

雞蛋是膽堿最豐富的來源食物之一。膽堿是多種生理學代謝途徑中的關鍵物質，可以增強營養物質消耗的人的耐力表現。

蛋白質組分也是有益的，例如，在無氧阻力訓練中補充膠原蛋白肽能夠改善身體組成并增加年長者的肌肉力量。

在國際體育營養和能量代謝雜志上發表一篇的學術評論中，俄勒岡州立大學營養與運動科學系的Jay Penry博士和Melinda Manore博士描述了除了合成神經遞質乙酰膽堿外，膽堿在多種生理途徑中發揮的關鍵作用。膽堿是細胞膜信號的磷脂成分脂蛋白（脂質運輸所需），并在減少同型半胱氨酸中發揮作用。耐力運動可能會對其中的一些途徑加壓，從而增加人體對膽堿作為代謝底物的需求。

兩位博士的研究重點是耐力運動和人體膽堿需求之間的聯系，運動對于血膽堿水平的影響機制以及甲基代謝與可利用膽堿之間的聯系。他們還評估了口服膽堿補充劑對于增強耐力表現的能力，并提出了相關證據表明，目前成年男性的膽堿推薦攝入量可能不足。

Penry和Manore強調，“只有劇烈和長時間的體力活動才能顯著減少可利用膽堿的儲備�？诜�膽堿補充劑可能只會增加那些將膽堿消耗至正常水平之下的運動的耐力表現�！�

素食者與食肉人群相比，體內存儲的肌酸少，但利用效率更高。這使素食運動員成為富含肌酸產品的消費對象。補充肌酸可以改善肌酸儲存能力，從而促進更快地合成ATP。隨著時間的推移，肌酸儲量可以通過精心設計的訓練計劃來增加，有助于提高速度，力量和實力。

Pritchett說：“通過無氧糖酵解，高強度無氧運動的主要能量系統可以持續30秒至2分鐘，但這條路徑只能氧化碳水化合物，這意味著碳水化合物是主要的能量來源�！北M管糖原是機體能量的主要形式，但葡萄糖（來自運動前或運動期間食用的食物）和糖原都能支持高強度運動。

在長時間高強度運動的間歇期內，肌肉疲勞將會消耗大量的糖原。少量糖原儲存在肝臟中，大部分儲存在肌肉中。一般來說，人體內每公斤體重約含15g糖原。然而，只有當一個人每天吃足夠的碳水化合物和卡路里才能使糖原儲存化。

減少來源于碳水化合物的卡路里攝入，意味著在運動開始時，糖原儲存不會滿。此外，雖然在低強度運動和高強度運動期間會使用肌糖原，但肝糖原主要用于低強度運動。

參加馬拉松比賽的運動員通常會將一些高強度訓練納入整體訓練方案中。在比賽中的加速階段和沖刺終點線之前，他們的身體都會需要無氧糖酵解產生的能量。這些運動員仍然需要持續的碳水化合物攝入�！斑@并不是像激烈的訓練那樣需要大量碳水化合物�！毙菟诡D貝勒醫學院矯形外科系運動營養師Roberta Anding說，“通常，他們會低估所需的碳水化合物量�！�

植物性食物富含礦物質，維生素和抗氧化劑，可促進體內能量產出，細胞組織重建能力和耐力提升，同時保持細胞的運轉順利。來源：ISTOCK▎有氧運動的能量供給：是吃高脂食物還是吃馬鈴薯？

脂肪和碳水化合物均可為有氧運動提供能量。脂肪是一種緩慢釋能的燃料，相比碳水化合物，脂肪生成ATP所需的時間更長。因此，當運動強度較低時，所需能量的大部分可能來自脂肪。當強度上升時，會使用更多的碳水化合物，主要來自糖原。

耐力運動員，特別是那些極低強度訓練的運動員，如超耐力運動員，騎自行車的人或游泳運動員，通常選擇高脂肪或生酮飲食（主要熱量來源于脂肪，少于15％的熱量來自蛋白質，少于5％的熱量來自碳水化合物）而非傳統的高碳水化合物飲食。然而，沒有證據表明這種膳食方法比標準的高碳水化合物飲食更好。此外，低碳水化合物/高脂肪飲食可能會削弱運動能力。

由于一些誤導，太多的運動員忽視了一種高能量，低熱量，營養豐富的食物：馬鈴薯。馬薩諸塞州圣愛德華茲大學科學和營養學兼職教授Mark Anthony博士認為，“馬鈴薯在許多持久型運動飲食中的地位低下，主要原因是它被視為高血糖指數食品�！�

除了教學之外，Anthony也訓練手球運動員，他自己也是一項高能量運動中的。他補充說，血糖指數被認為是針對糖尿病患者的一個生理指標，它可以受多種變量影響而被改變，因此無法作為測量碳水化合物質量的指標。

“事實上，血液中很容易獲得來自易消化淀粉的低唾液葡萄糖，從而使馬鈴薯成為對運動員非常有價值的肌肉-糖原加載工具。葡萄糖通過在細胞內的糖酵解環節被分解，再通過無氧代謝產生ATP。然后，產生的丙酮酸轉化成乙酰輔酶A，并進入TCA循環�！�

然而，這并不意味著運動員應該吃炸薯條和薯片，蒸煮的馬鈴薯才是他們更理想的食物�！板憻捄蠹∪馓貏e貪婪，根莖和塊莖類食物淀粉在低溫下經過慢煮，可以更有效地補充這個關鍵的能源庫�！�

馬鈴薯，包括根莖類蔬菜，是一種完整的食物。它們含有對運動員有價值的維生素和礦物質，雖然馬鈴薯的蛋白質含量很低，但它仍然保持著所有必需氨基酸的平衡。它們還富含吡哆素[維生素B6]，這對蛋白質代謝至關重要�！�

馬鈴薯含有大量的維生素C，即使在煮熟的情況下。努力訓練的運動員需要保持電解質的平衡，而且這里需要再次強調，馬鈴薯是體內主要電解質鉀的豐富來源。當葡萄糖被運送到肌肉細胞中時，它會攜帶鈉（細胞外的主要電解質）。被稱為鈉/鉀泵的細胞膜蛋白質使用能量將鈉推出細胞外，同時使鉀留在細胞內。在運動后的休息時段與康復期間，重建這個關鍵的平衡將會使用運動員的很大一部分精力。

推薦馬鈴薯作為運動員高價值食物的另一個理由是：馬鈴薯在正確處理的情況下，它們的飽腹感指數。測定單一食物飽腹感指數的方法是在受試者吃了大量測試食物后，對其饑餓的傾向進行評估。而水煮馬鈴薯以優勢勝出。作為飽腹指數的食物，水煮馬鈴薯可以成為強大的食欲抑制劑。

馬鈴薯在煮沸冷卻后，其中的抗性淀粉含量很高�？剐缘矸壑饕獊碜择R鈴薯、高直鏈淀粉玉米、未成熟的香蕉和其他食物，通常也具有高飽腹感指數，有助于降低血液中的膽固醇含量。

相比那些依靠大量碳水化合物支持訓練和運動的飲食方式，飲料、豆類、膠質和其他具有多種形式碳水化合物的運動營養產品，比食用單一碳水化合物來說更為有利。葡萄糖與果糖按照2︰1的配比已被證明可以增加運動中可利用碳水化合物的量。

有助于提高運動能力的成分：氨基酸、硝酸鹽和電解質氨基酸β-丙氨酸是促進持續長達四分鐘高強度運動的另一重要物質。β-丙氨酸是生產谷氨酸的速率限制底物，谷氨酸由β-丙氨酸和另一種氨基酸組成的二肽組成。

這些氨基酸的酸性緩沖能力來源于氫離子的積聚。研究表明成人每日氨基酸的攝入量為1.6g到6.4g。隨著時間的推移，當肌肽儲存量達到完全飽和時，經常運動的成年人或運動員可以感受到疲勞程度和肌肉負重的減少。

有許多研究評估了有助于生成一氧化氮的食物價值，特別是通過硝酸鹽-亞硝酸鹽-一氧化氮轉化途徑。當氧氣不容易獲得時，這種代謝過程能夠增強血液流動能力。血流量的增加有助于支持運動和恢復。

甜菜根，甜菜根汁，石榴汁和其他富含硝酸鹽的蔬菜（包括綠葉蔬菜，菠菜，芹菜和胡蘿卜汁）是這種化合物的良好來源。然而，生長和儲存條件的不同會影響任何特定來源物質的硝酸鹽含量。有趣的是，研究表明，甜菜根汁對未經訓練和參與休閑活動的個體影響可能比經過常年訓練的運動員更大。

另外，蔬菜和其他植物食品中含有豐富的礦物質，維生素和抗氧化劑。所有這些不僅有助于能源生產和維持耐力，而且對于重建組織和保持細胞平穩運行十分必要。

所有運動飲料中應該含有鈉，以支持肌肉和神經功能。鈉和氯是汗水中丟失的兩種主要電解質，身體中鈉和氯的及時補充需要依靠運動營養產品。

咖啡因是全世界消費最廣泛的合法的促進神經興奮的成分。少量的咖啡因可以增強興奮度，特別是在睡眠不足后攝入。在每公斤體重3至6mg的劑量下，咖啡因還可以在間歇性高強度運動（例如團隊運動）和消耗性運動期間提高運動表現。

氨基酸化合物1-丙氨酰-1-谷氨酰胺是運動飲料開發者感興趣的成分。研究表明它有助于身體補水并延長消耗時間。許多運動飲料含有低劑量（300mg）和高劑量（500mg）l-丙氨酰-1-谷氨酰胺。與一般的運動飲料相比，它們顯示對于進行耐力訓練男性的疲勞時間有所改善。

為運動員設計營養飲食需要了解運動生理學，而不是通過有氧或無氧來嚴格地劃分運動，應該將鍛煉的強度視為線性進展，以幫助確定所用能量物質的主要類型和數量。

運動食品的配方設計師不需要對兩種類型的運動進行嚴格的劃分和市場化，而是可以根據特定功能成分定位產品以及產生的具體生理功效。這些功效包括補水，改善血液流動，提高警覺性和減輕疲勞感。