技术领域
本发明涉及功能食品领域，尤其涉及一种具有提高认知和缓解疲劳的功能 食品，适用于飞行人员等需要持久保持注意力和高度警觉性的作业人群。
背景技术
认知功能是大脑对外界事物的全面感知，包括感觉、知觉、注意、学习、 记忆、语言、思维和意识等。近年来，国内外对认知功能进行了大量的研究， 结果表明，氨基酸、多不饱和脂肪酸、维生素C、维生素E、B族维生素及植物 化学物等具有改善认知功能的生物学作用。疲劳是指从事体力或脑力活动，经 过一定时间或达到一定程度出现的活动能力下降，主要表现为工作能力下降、 注意力不集中、记忆力减退等。
飞行人员在低氧、低气压、振动、噪声、加速度、电离辐射以及不断变化 的气候环境等综合应激因素影响下进行的精神紧张而又复杂的飞行劳动，是现 代社会最复杂的劳动之一。在整个飞行过程中，飞行人员必须精力集中、操作 准确、动作灵活、反应迅速，保持持久的注意力和高度的警觉性。但由于飞行 人员长时间在密闭座舱内飞行，作业环境单调、续航时间延长、夜航增多、无 规律工作、高应激状态和睡眠剥夺以及跨时区飞行变化等，可导致不同程度的 脑力疲劳；低氧、气压变化、振动、噪声、加速度、及辐射等特殊因素又可导 致体力疲劳。随着航空科技的不断进步和国内外航运业务的迅猛发展，飞行疲 劳问题日益凸显。现代化高科技局部战争条件下，高性能战斗机陆续装备部队。 新装备飞机具有劳动强度大、认知负荷高、续航时间长等特点，持续飞行作业 时间可达十数小时以上。军事飞行人员在精神高度应激状态下长时间从事特殊 的军事作业劳动，承受着巨大的体力负荷和脑力负荷，飞行疲劳和认知能力下 降问题更加突出。
认知是一个极其复杂的心理、生理和生化过程，涉及神经营养的改变、突 触形态和功能的改变、中枢神经递质及受体的改变、Ca2+浓度的改变、细胞凋亡 及相关基因表达的改变、信号转导的改变等。疲劳的产生与能源物质消耗、代 谢产物堆积、内环境稳定性失调、自由基损伤等因素密切相关。
牛磺酸是中枢神经系统含量丰富的游离氨基酸，可通过多种渠道来影响认 知功能，如促进神经细胞的增殖分化，增加Fos蛋白、海马和皮层内精氨酸加 压素及β-内啡呔的含量，双向调节细胞内Ca2+保护神经细胞，影响神经递质分 泌及脑内微量元素锌含量等，起到改善学习和记忆的作用。人体约75％的牛磺 酸分布在骨骼肌内，是一种重要的细胞保护剂，可通过对细胞膜脂质过氧化的 防护作用、抑制运动过程中所产生的自由基、调节心肌细胞Ca2+平衡、提高血 浆支链氨基酸浓度、降低芳香族氨基酸／支链氨基酸比值、调节人体激素代谢等 机理，保持中枢兴奋状态，促进细胞膜结构和功能的恢复，延迟疲劳的出现和 减轻疲劳程度。
咖啡因是目前世界上使用最广泛的精神兴奋性类物质，普遍存在于茶和咖 啡等软饮料中，具有兴奋心脏、骨骼肌和中枢神经系统以及抗氧化、舒张血管、 松弛平滑肌等生理作用，对维持警醒、缓解体力疲劳具有一定作用。动物研究 发现咖啡因可以提高大鼠和小鼠的空间学习和记忆能力，临床研究发现生活中 长期大量摄入咖啡因的老龄妇女其认知和记忆能力测试表现要明显好于不摄入 咖啡因的老龄妇女。
玛咖是南美传统食物和纯天然药用植物，食用历史悠久，2011年5月在我 国被批准为新资源食品。研究发现，玛咖中含有丰富的蛋白质、氨基酸、矿物 质、不饱和脂肪酸，尤其是牛磺酸、锌、支链氨基酸(亮氨酸，缬氨酸，异亮 氨酸)等抗疲劳营养物质含量丰富。支链氨基酸能够降低芳香族氨基酸／支链氨 基酸比例、提高血浆谷氨酸盐的比例，有效改善脑力疲劳；锌是能量代谢相关 酶的重要组分，牛磺酸也具有显著的提高认知和缓解疲劳的作用。玛咖中的其 他成分如维生素B1、维生素B2、亚油酸、亚麻酸、甾醇等也具有一定的抗疲劳 作用。
人参皂甙是我国传统的滋补养生名贵药材人参的主要功效成分。长期临床 实践证明人参皂甙具有多靶点、多环节综合促进学习记忆的作用，可通过影响 中枢神经系统神经递质代谢、促进中枢神经系统核酸和蛋白质合成、影响海马 形态、改善神经细胞膜流动性等作用提高机体的认知水平。其生物学作用还包 括抑制自由基的产生、加速自由基的清除、增强超氧化物歧化酶活性、调节糖 代谢、减轻细胞内钙超载、增强乳酸脱氢酶活性、减少乳酸堆积、增加血红蛋 白含量等，具有强大的抗氧化和清除自由基的作用，并且可提高肌糖原、肝糖 原的含量，降低血乳酸浓度，动物试验表明，人参皂甙可有效缓解实验动物体 力疲劳。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高认知和缓解疲劳的功能食品，适用于飞行人 员等需要持久保持注意力和高度警觉性的作业人群。
为了实现本发明目的，本发明的功能食品，主要成分包括牛磺酸、咖啡因、 玛咖粉和人参皂甙，其包括如下重量份的活性成分：
牛磺酸10～500份、咖啡因10～350份、玛咖粉10～350份、人参皂甙1～ 80份。
优选的为：牛磺酸15～400份、咖啡因15～300份、玛咖粉30～300份、 人参皂甙2～50份。
本发明所述的份为重量份，为本领域常用的微克、毫克、克、两、公斤、 吨等重量单位。
本发明功能食品的制备方法：将10～500重量份牛磺酸、10～350重量份咖 啡因、10～350重量份玛咖粉、1～80重量份人参皂甙混合，得到如上所述的本 发明功能食品。
本发明功能食品可与药学／食品学上可接受的载体混合，按照公知的制剂技 术制备成胶囊剂、片剂、咀嚼片、颗粒剂、饮料、口服液等常用剂型。
本发明针对疲劳发生及认知能力下降机理，选取牛磺酸、咖啡因、玛咖粉 和人参皂甙作为功效成分进行组方，设计研制一种提高认知和缓解疲劳的功能 食品，并采用动物实验和人体试验进行评价。研究结果表明，本发明功能食品 具有提高认知和缓解疲劳功能。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1-3
按上述配方将各种成分混合，分别得到组合物1、组合物2、组合物3。
实验例1
本实验例的目的在于研究本发明功能食品是否具有提高认知功能的作用。
实验动物
雄性昆明小鼠40只，体重(20±2)g，饲养环境为全屏障清洁级动物试验 室，室温(22±2)℃，相对湿度(50±5)％，12h～12h光照及黑暗环境循环。 喂饲全价营养颗粒饲料。实验前适应性饲养3天。
实验方法
使用实施例1中制备的本发明功能食品组合物1，对提高认知功能进行检验。 将实验用小鼠按体重随机分为4组，低剂量组、中剂量组、高剂量组和空白对照 组，每组10只。低、中、高剂量组剂量分别为每日0.25g／kg.bw、0.50g／kg.bw和 1.50g／kg.bw(相当于人体推荐量的5、10、30倍)，将本发明品以去离子水配制， 每日一次经口灌胃给予各剂量组动物，对照组给予等体积去离子水，连续灌胃 30天。给药第1天称量小鼠体重一次，给药剂量根据体重按0.4mL／20g折算成给药 体积，之后每7天称量一次，给药体积根据体重的变化定期调整。根据国家卫生 部颁发的《保健食品检验与评价技术规范》(2003版)方法将4组小鼠按跳台实 验、避暗实验、穿梭箱实验、morris水迷宫实验顺次进行实验。
实验结果
1、功能食品对小鼠跳台实验的影响
结果见表1和表2。记忆巩固测验中、高剂量组与对照组比较，潜伏期明显 延长，小鼠3min内错误次数明显少于对照组，具有显著性差异(P<0.05)。
表1跳台实验小鼠记忆获得与巩固的结果
*与对照组比较，P<0.05。
表2跳台实验小鼠记忆再现-消退实验结果
2、功能食品对小鼠避暗实验的影响
结果见表3和表4。记忆获得和记忆再现-消退实验中，中剂量组与对照组比 较，潜伏期显著延长，有显著性差异(P<0.05)。
表3避暗实验小鼠记忆获得与巩固的结果
*与对照组比较，P<0.05。
表4避暗实验小鼠记忆再现-消退的结果
*与对照组比较，P<0.05。
3、功能食品对小鼠穿梭实验的影响
结果见表5。低剂量组与对照组比较，在第一天和第三天训练的主动／被动回 避时间显著缩短，有显著性差异(P<0.05)；中剂量组与对照组比较，在第三天 和第五天训练的主动／被动回避时间显著缩短，有显著性差异(P<0.05)；高剂量 组与对照组比较，在第三天训练的主动／被动回避时间显著缩短，有显著性差异 (P<0.05)。
表5穿梭实验小鼠主动／被动回避时间的结果
*与对照组比较，P<0.05。
4、功能食品对小鼠morris水迷宫实验的影响
结果见表6。探查实验中，中剂量组与对照组比较，60s内进入目标象限次 数显著增加，有显著性差异(P<0.05)；在对位探查实验中，低、中、高剂量组 与对照组比较，进入目标象限所花时间显著缩短，有显著性差异(P<0.05)，中 剂量组与对照组比较，60s内进入目标象限次数显著增加，有显著性差异 (P<0.05)。
表6水迷宫实验探查和对位探查实验结果
*与对照组比较，P<0.05。
结果分析
跳台实验中，中、高剂量组与对照组比较，记忆巩固潜伏期明显延长，小 鼠3min内错误次数明显少于对照组，差异具有显著性(P<0.05)，提示中、高剂 量组的本发明功能食品对小鼠记忆获得过程有促进作用。避暗实验中，中剂量 组与对照组比较，其记忆获得和记忆再现-消退的潜伏期显著延长，差异具有显 著性(P<0.05)，提示中剂量组的本发明功能食品对小鼠被动回避反应的记忆获 得及记忆再现有一定的促进作用。穿梭实验中，低、中、高剂量组与对照组比 较，主动／被动回避时间在不同的训练周期均有显著性差异(P<0.05)，提示低、 中、高剂量组的本发明功能食品对小鼠记忆有一定的改善作用。水迷宫实验中， 低、中、高剂量组与对照组比较，探查和对位探查实验有显著性差异(P<0.05)， 提示低、中、高剂量组的本发明功能食品能明显地提高小鼠的空间辨别能力或 空间辨别的记忆再现能力。
小鼠跳台实验、避暗实验、穿梭实验是测量是否能够改善实验动物记忆的 常用实验方法，morris水迷宫是一种研究与海马功能直接相关的空间学习记忆模 型，能较准确地反映动物的空间学习记忆能力。本研究结果表明，低剂量组穿 梭实验、水迷宫实验结果阳性，中剂量组跳台实验、避暗实验、穿梭实验、水 迷宫实验结果均为阳性，高剂量组跳台实验、穿梭实验、水迷宫实验结果均为 阳性，提示各剂量组本发明功能食品对小鼠的学习记忆均有明显改善，具有提 高认知的功能。
实验例2
本实验例的目的在于研究本发明功能食品是否具有缓解体力疲劳的功能。
实验动物
雄性昆明小鼠200只，体重(20±2)g，饲养环境、喂饲饲料同实验例1。
实验前适应性饲养3天。
实验方法
使用实施例2中制备的本发明功能食品组合物2，对缓解体力疲劳功能进行 检验。将实验用小鼠按体重随机分为4组，每组50只。实验分组、剂量设计同 实验例1。将本发明品以去离子水配制，每日一次经口灌胃给予各剂量组动物， 对照组给予等体积去离子水，连续灌胃30天。末次灌胃后将每组动物再分成5 个小组，每小组10只小鼠。根据国家卫生部颁发的《保健食品检验与评价技术 规范》(2003版)方法将5个小组的小鼠分别进行负重游泳时间、血清尿素氮、 肝糖原、血乳酸及血清磷酸肌酸激酶5个指标测定。
实验结果
结果见表7，低、中、高剂量组小鼠负重游泳时间、肝糖原均较对照组增加， 血清磷酸肌酸激酶均较对照组降低，差异非常显著(P<0.01)，中、高剂量组小 鼠血乳酸曲线下面积较对照组降低，差异非常显著(P<0.01)。三个剂量组的血 清尿素氮含量较对照组均有下降，但未发现显著差异(P>0.05)。
表7功能食品对小鼠负重游泳时间、血清尿素氨、肝糖原、血清磷酸肌酸激酶、血乳酸
曲线下面积的影响
*与对照组比较，P<0.05，**与对照组比较，P<0.01。
结果分析
负重游泳时间的长短与运动耐力有关，可以反映机体运动疲劳的程度。肝糖 原是维持血液中葡萄糖正常水平的重要贮存物，也是肌纤维收缩时能量的来源， 可反映机体糖原储备。乳酸堆积是导致疲劳的重要原因，通过测定运动前后不 同时期血乳酸含量，可对疲劳程度和恢复情况作出评价。磷酸肌酸激酶主要存 在于骨骼肌和心肌中，参与糖酵解的控制、线粒体的呼吸和肌肉的收缩供能， 是机体ATP-CP供能系统代谢的关键酶，可作为评定肌肉承受刺激、骨骼肌细微 损伤及适应与恢复的重要敏感指标。
本功能食品低、中、高剂量组小鼠负重游泳实验、肝糖原均呈阳性，中、高 剂量组小鼠血乳酸结果阳性，提示本功能食品可显著提高运动耐力、促进糖原 储备或减少糖原消耗、减少运动后乳酸堆积。根据卫生部《保健食品检验与评 价技术规范(2003版)》评价标准认为本发明功能食品具有缓解体力疲劳的功能， 中、高剂量组作用更为显著。2011年卫生部又在《保健食品功能范围调整方案》 (征求意见稿)中建议在动物实验中增加血清磷酸肌酸激酶的检测。本发明功 能食品低、中、高剂量组血清磷酸肌酸激酶均较对照组显著降低，进一步说明 本功能食品在缓解体力疲劳功能方面的有效作用。
实验例3
本实验例的目的在于研究本发明功能食品是否具有快速缓解脑力疲劳功能 的作用。
试验对象
健康男性青年志愿者8名，平均年龄29.2±5.8岁，体检未发现心、肝、肾 等重要脏器疾患，起居规律，自述无睡眠障碍。将受试对象按照一般状况指标 为参数配对，随机分为试验组和对照组，每组4人。
试验方法
使用实施例3中制备的本发明功能食品组合物3，对快速缓解脑力疲劳功能 进行检验。试验组在试验前0.5h食用本发明功能食品组合物3，对照组服用安 慰剂。实验前睡眠良好，早上开始禁止饮用浓茶、咖啡、酒精饮料及有关药物。 试验过程分两个阶段进行：①训练阶段：受试者集中讲解并熟悉实验步骤和测 试方法后，主要开展教八飞机模拟器模拟飞行训练，包括教八飞机模拟器模拟 大航线飞行、模拟长航时飞行以及双任务操作等练习，至模拟飞行成绩良好(正 确保持率达80％以上，并连续2～3次操作中的成绩稳定)。②实施阶段：凌晨 0∶30服用本发明功能食品，01∶00～05∶00完成模拟飞行测试。飞行课目为大航线 飞行：垂直风速8，风向0，风力0，共飞行7条边，每边5min。分别在试验前 和试验开始后第1h、2h、3h、4h飞行任务完成后测定主任务(模拟飞行成绩)、 附加任务、闪光融合频率(CFF)并填写嗜睡量表和疲劳量表。
试验结果
结果见表8、表9。试验组和对照组主任务(模型飞行飞行成绩)保持率及 附加任务在试验开始后第2h、3h、4h与第1h比较均未见显著差异(P>0.05)， 但试验组正确反应时时间和完成任务个数始终维持在较为平稳水平，而对照组 正确反应时逐渐升高、完成任务个数逐渐降低，试验开始后第4h完成任务个数 降低最为明显。试验组和对照组在试验开始后第1h、2h、3h、4h嗜睡量表和疲 劳量表得分均较试验前显著升高(P<0.05)。对照组CFF逐渐降低，差异具有统 计学意义(P<0.05)，而试验组CFF与试验前相比未见显著差异。
表8功能食品对模拟长航时主任务及附加任务的影响
表9功能食品对模拟长航时飞行嗜睡量表、疲劳量表、CFF的影响
*与同组内试验前比较，P<0.05，**与同组内试验前比较，P<0.01。
结果分析
模型飞行飞行成绩保持率可反映受试者的操作能力，附加任务是考察受试 者主任务操作能力的储备力，可间接反映完成主任务所占用的劳动负荷。模拟 长航时飞行后，对照组主任务保持率、附加任务均有不同程度的降低或延长， 受试者嗜睡感、疲劳感均有一定程度增加，尤其是夜间模拟长航时飞行第4h明 显降低，说明此时飞行操作能力及储备明显降低，嗜睡感、疲劳感也明显增加， 而试验组食用本发明功能食品后，可在一定程度上缓解这种情况。随着飞行时 间的延长，对照组CFF明显降低，说明中枢疲劳程度在加重，而试验组食用本 发明功能食品1h、2h、3h、4h后CFF始终保持平稳水平，表明本发明功能食品 有快速对抗中枢神经系统疲劳的作用，可维持警觉性。
综上所述，本发明功能食品具有提高认知和缓解疲劳的功能。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述， 但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是 显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均 属于本发明要求保护的范围。