西藏蕪菁及其加工制品增強人體低氧耐受性的實驗研究

張 英，唐偉敏，尼 瑪，李交杰，尼瑪頓珠，龔凌霄，陳曉健，劉曄峰，邊 巴，吳曉琴

（1.浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，馥莉食品研究院，浙江省農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研究重點實驗室，浙江省食品加工技術(shù)與裝備工程研究中心，浙江 杭州 310058；2.西藏宏發(fā)盛桃食品開發(fā)有限公司，西藏 拉薩 850000；3.空軍杭州航空醫(yī)學(xué)鑒定訓(xùn)練中心，浙江 杭州 310007）

西藏蕪菁及其加工制品增強人體低氧耐受性的實驗研究

張 英1，唐偉敏1，尼 瑪2，李交杰3，尼瑪頓珠2，龔凌霄1，陳曉健3，劉曄峰1，邊 巴2，吳曉琴1

（1.浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，馥莉食品研究院，浙江省農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研究重點實驗室，浙江省食品加工技術(shù)與裝備工程研究中心，浙江 杭州 310058；2.西藏宏發(fā)盛桃食品開發(fā)有限公司，西藏 拉薩 850000；3.空軍杭州航空醫(yī)學(xué)鑒定訓(xùn)練中心，浙江 杭州 310007）

以西藏蕪菁的塊莖及其加工制品（蕪菁脆片和蕪菁飲料）為實驗材料，選市售的抗缺氧藥物紅景天膠囊為陽性對照物，同時設(shè)淀粉膠囊作為安慰劑，進(jìn)行了為期21 d的人體試食試驗。實驗期間受試者每周定時進(jìn)行低氧耐受性測試，記錄受試者在低氧環(huán)境中的不耐受主訴、血氧飽和度及心率，同時檢測血清超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）酶活性及丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量等指標(biāo)。結(jié)果表明：蕪菁及其加工制品能有效緩解人體的低氧反應(yīng)癥狀；各實驗組（安慰劑除外）實驗后的心率均小于實驗前。在增強人體抗氧化能力方面，陽性對照組和蕪菁脆片組的受試者連續(xù)服用7 d和14 d后血清SOD酶活性較實驗前得到顯著升高（P＜0.05）；第21天時，與安慰劑組相比，各實驗組的人體血清CAT酶活性均有顯著升高（P＜0.05），而MDA含量則顯著降低（P＜0.05）。綜上所述，蕪菁及其加工制品均具有一定的抗缺氧作用，尤其是蕪菁脆片很好地保留了蕪菁鮮品中的有效成分，其生物學(xué)功效可與紅景天媲美，是一種具有良好開發(fā)前景的抵御高原反應(yīng)的即食休閑食品。

西藏蕪菁；功能食品；低氧耐受性；人體試食試驗

西藏蕪菁（Brassica rapa L.）屬于兩年生十字花科蕓薹屬蕓薹種蕪菁亞種，是一種傳統(tǒng)的藥、食、飼三用植物[1]。《甘露本草明鏡》《四部醫(yī)典》《新編藏醫(yī)學(xué)》等藏醫(yī)學(xué)典籍記載，蕪菁具有清熱解毒、滋補、增強免疫力、抗突變、抗輻射、抗疲勞、延緩衰老和抗缺氧等功效[2]。我國西藏地區(qū)平均海拔高達(dá)3 500 m，具有空氣稀薄、含氧量少、氣壓低、晝夜溫差大等高原氣候特點，初到藏區(qū)的人，常有頭痛、胸痛、心跳加快、氣喘、呼吸困難等高原反應(yīng)，蕪菁是藏民及其愛畜牦牛進(jìn)入高海拔地區(qū)的必備食材，也是當(dāng)前藏區(qū)的一些旅游景點內(nèi)藏民們以鮮品形式銷售的一種抗缺氧食物。研究報道，蕪菁中含有黃酮[3-5]、三萜[6]、多糖[7-8]、皂苷[9]、生物堿[10]等多種生理活性成分。具有降血脂、降血糖及抗菌等功效[11]。Xie Yue等[12]對西藏蕪菁進(jìn)行分離提取獲得含不同分子質(zhì)量的多糖混合物，在動物實驗中初步驗證了其耐缺氧功效[13]。作者前期的研究工作亦表明，西藏蕪菁凍干粉能明顯延長小鼠的常壓耐缺氧時間[14]。

本實驗以西藏蕪菁為研究對象，采用冷凍干燥方法制得蕪菁脆片，并用蕪菁水提物與竹葉黃酮復(fù)配獲得蕪菁飲料。通過人體試食試驗，考察3種不同蕪菁試樣（鮮品、脆片和飲料）對受試者低氧耐受性的改善作用，以期為西藏蕪菁作為抗高原反應(yīng)的旅游休閑食品的開發(fā)提供實踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蕪菁原料由宏發(fā)建筑工程有限公司蕪菁種植實驗基地（西藏拉薩市曲水縣）提供，竹葉黃酮粉（BLF-d24，總黃酮含量24.8%）由杭州尤美特科技有限公司提供。3種不同蕪菁試樣的制作流程如圖1所示，蕪菁塊莖、蕪菁脆片和蕪菁飲料的外觀如圖2所示。

圖1 蕪菁及其加工制品的制備流程Fig.1 Process flowcharts for preparing turnip products

諾迪康膠囊（國藥準(zhǔn)字Z10980020號，生產(chǎn)批號110308，規(guī)格280 mg/粒） 西藏諾迪康藥業(yè)股份有限公司；自制淀粉膠囊作為安慰劑（每粒含馬鈴薯淀粉280 mg）；超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）測定試劑盒、過氧化氫酶（catalase，CAT）測定試劑盒、丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量測定試劑盒 南京建成生物技術(shù)有限公司；其他化學(xué)試劑均為分析純。

圖2 塊莖蕪菁及其加工制品的形態(tài)Fig.2 Pictures of Tibetan turnip and processed products

1.2 儀器與設(shè)備

ALPHA 1-4 LSC冷凍干燥機 德國Christ公司；FA1004分析天平 上海精科天平廠；722E可見分光光度計 上海光譜有限公司；DY-84型低氧混合儀、M8000型多功能監(jiān)護(hù)儀、YM-6505加壓供氧面罩、TK-A飛行保護(hù)頭盔 空軍航空醫(yī)學(xué)研究所研制。

1.3 方法

1.3.1 實驗分組

人體試食試驗經(jīng)浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院的倫理委員會批準(zhǔn)。在選取受試者時告知本次實驗可能存在的危險，并簽署知情書。選取年齡在20～30歲之間的健康男性學(xué)生50人為受試者，根據(jù)實驗前低氧反應(yīng)測試中的低氧耐受時間隨機分為5組，分別為安慰劑組、陽性藥物組、蕪菁脆片組、蕪菁鮮品組和蕪菁飲料組。

1.3.2 試食試驗

在連續(xù)21 d的試食試驗中，安慰劑組與陽性藥物組的受試者每天定時定量服用膠囊，日服用劑量均為840 mg（280 mg/?！?粒），根據(jù)前期西藏蕪菁干粉在動物實驗結(jié)果[15]確定蕪菁飲料服用量，蕪菁脆片服用量根據(jù)蕪菁鮮品干基質(zhì)量換算而得，最終確定蕪菁鮮品組、蕪菁脆片組和蕪菁飲料組受試者服用量具體為鮮品（100 g）、脆片（17 g）和飲料（350 mL）。受試者在整個試食試驗過程中按要求填寫《身體表征記錄表》（表1）。實驗過程中，有5人（安慰劑組1人、脆片組2人、鮮品組2人）因臉形與呼吸面罩的貼合效果不佳而被取消資格，另有6人（蕪菁飲料組、陽性藥物組和安慰劑組各2人）在實驗期間有醉酒行為，將以上11人的實驗數(shù)據(jù)剔除后，最終納入分析的有效數(shù)據(jù)為安慰劑組（7人）、陽性藥物組（8人）、蕪菁鮮品組（8人）、蕪菁飲料組（8人）和蕪菁脆片組（8人）。

表1 受試者身體表征記錄表Table 1 Records of body conditions

1.3.3 低氧反應(yīng)測試

分別于實驗第0、7、1、21天進(jìn)行模擬7 500 m海拔高度下的低氧反應(yīng)測試，低氧反應(yīng)測試在杭州航空醫(yī)學(xué)鑒定訓(xùn)練中心完成，具體操作方法參考文獻(xiàn)[16-17]。整個測試過程中，受試者吸入經(jīng)DY-84型低氧混合儀混合的模擬7 500m海拔高度（氧含量為7.1%）的氮氧混合氣體，同時進(jìn)行倒寫數(shù)字作業(yè)。期間由床邊監(jiān)護(hù)儀監(jiān)測左手無名指甲襞循環(huán)部位的經(jīng)皮血氧飽和度（peripheral oxygen saturation，SpO2）及心率，并觀察受試者的反應(yīng)癥狀。實驗開始后受試者帶上呼吸面罩（實驗前已開啟氣體，流量15 L/min），隨即按下秒表計時，每隔10 s記錄SpO2和心率。測試期間受試者按要求倒寫數(shù)字直至出現(xiàn)明顯差錯或低氧反應(yīng)癥狀（頭暈、頭脹、惡心、出冷汗等）時停止實驗，若無不耐受主訴，當(dāng)受試者SpO2值下降至60%時，迅速摘下面罩，立即終止實驗。因機體SpO2處于66%～60%時會突然失去意識，故將SpO260%設(shè)為下限值。將SpO2從起始值降至60%所用的時間定義為低氧耐受時間。

1.3.4 血樣采集和血生化指標(biāo)測定

在連續(xù)試食0、7、14、21 d后進(jìn)行低氧反應(yīng)測試，隨后抽取受試者清晨空腹時肘部靜脈血5 mL，分離血清于離心管中，統(tǒng)一編號，－20℃冰箱中保存待測。血常規(guī)和血生化指標(biāo)由浙江大學(xué)附屬校醫(yī)院完成。血清中SOD、CAT酶活性以及MDA含量等多項抗氧化指標(biāo)、血常規(guī)及血生化指標(biāo)按照試劑盒說明書進(jìn)行測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行T檢驗和顯著性檢驗，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同蕪菁試樣對人體血清抗氧化活性的影響

2.1.1 血清SOD、CAT酶活性分析

圖3 各組受試者血清中SOD酶活性的差異Fig.3 Serum SOD activity in the subjects from each group

由圖3可見，實驗前各組受試者血清SOD酶活性之間沒有明顯差異（P＞0.05）。實驗第7天時，僅陽性藥物組受試者血清SOD酶活性與實驗前的差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。第14天時，除飲料組、安慰劑組外，其余各組受試者血清SOD酶活性較實驗前均達(dá)到顯著差異（P＜0.05）。第21天時，陽性藥物組與蕪菁脆片組的SOD酶活性均較實驗前達(dá)到顯著水平（P＜0.05），與同期安慰劑組的差異亦達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。

圖4 各組受試者血清中CAT酶活性的差異Fig.4 Serum CAT activity in the subjects from each group

由圖4可見，各組受試者血清CAT酶活性與SOD酶活性具有相似的變化趨勢。在第0、7、14天時，各組實驗者血清的CAT酶活性均無明顯差異（P＞0.05）。第21天時，各實驗組的CAT酶活性與安慰劑組間的差異均達(dá)到顯著水平（P＜0.05），其中蕪菁鮮品組和脆片組的CAT酶活性較實驗前的差異亦達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。

2.1.2 MDA含量分析

由圖5可見，連續(xù)實驗21 d后，除安慰劑組外，其余各組受試者血清中MDA含量均得到顯著降低（P＜0.05）。7 d后，各組實驗者血清中MDA含量較實驗前雖略有下降，但均無明顯差異（P＞0.05）。第14天時，僅飲料組的MDA含量較實驗前的差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。第21天時，各實驗組的MDA含量與安慰劑組相比均有顯著差異（P＜0.05），其中脆片組與飲料組的MDA含量較實驗前亦達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。

圖5 各組受試者血清中MDA含量的差異Fig.5 Serum MDA content in the subjects from each group

2.2 不同蕪菁試樣對受試者心率的影響

低氧反應(yīng)測試過程中，受試者的SpO2隨著缺氧時間的增加而逐漸降低，同時心率逐漸升高，這是人體在低氧脅迫下產(chǎn)生的正常代償反應(yīng)。即當(dāng)SpO2下降時，機體通過增加心率和呼吸頻率自行調(diào)節(jié)血液的攜氧量、心率增加幅度越小，表明人體潛在抗缺氧能力越強[18]。

各組受試者實驗前后在低氧測試過程中心率變化的平均值如圖6所示?？傮w而言，在低氧測試過程中，隨著缺氧時間的延長，心率逐漸增加。比較連續(xù)試食21 d前后各組受試者心率的變化趨勢，安慰劑組實驗前后的心率增加變化趨勢變化不大，而其他實驗組則表現(xiàn)出食用試樣21 d后，心率均整體降低，這表明紅景天膠囊、蕪菁鮮品及其加工制品均具有抑制心率增加過快的作用。

圖6 各組受試者實驗前與實驗21 d的心率變化（平均值）Fig.6 Changes in heart rates of all subjects before the test and on the 21stday of the test

2.3 受試者的低氧耐受時間變化及不耐受主訴分析

表2 各組低氧耐受時間的比較Table 2 Hypoxia tolerance time in the subjects from each group

表2 各組低氧耐受時間的比較Table 2 Hypoxia tolerance time in the subjects from each group

組別 受試者低氧耐受時間/s 平均低氧耐受時間/s 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8#安慰劑組0 d 120300 190 200 210150 120 184.00±62.94 7 d 300180 210 190 180170 160 198.57±47.41 14 d 200300 150 190 150140 180 187.14±54.68 21 d 180280 180 140 150120 140 170.00±53.23陽性藥物組0 d 140170 240 150 190100 300 170 182.50±62.28 7 d 140150 300 130 120110 150 180 160.00±60.47 14 d 120160 250 180 120150 150 300 178.75±64.02 21 d 120150 200 120 150300 150 180 171.25±58.66蕪菁鮮品組0 d 230230 200 270 110120 170 120 181.25±60.58 7 d 140180 200 190 160150 190 180 173.75±21.34 14 d 160200 180 190 150160 160 180 172.50±17.53 21 d 140130 120 200 190150 180 250 170.00±43.22蕪菁脆片組0 d 150110 240 120 300120 120 180 167.50±69.02 7 d 120120 120 140 300270 130 210 176.25±73.86 14 d 140120 260 130 300120 130 150 168.75±70.19 21 d 160120 150 170 300120 190 120 166.25±59.99蕪菁飲料組0 d 300240 160 120 150120 150 150 173.75±63.23 7 d 300240 100 110 170220 140 100 172.50±74.21 14 d 300100 170 150 220140 130 100 163.75±67.39 21 d 160300 130 180 170140 160 150 173.75±53.44

本研究采用了常規(guī)用于飛行員在高空作業(yè)時體能測試的評價方法。然而此次實驗未能獲得理想結(jié)果。從表2可知，各組受試者的低氧耐受時間均未表現(xiàn)出統(tǒng)計學(xué)意義上的顯著性差異（P＞0.05），這可能與樣本量偏小、模擬要素過于單一（僅涉及相應(yīng)海拔高度的空氣組成，而未考慮其他氣候因素）有關(guān)。此外，受試者均為青年學(xué)生，生活作息無規(guī)律也可能是導(dǎo)致本次實驗中低氧耐受時間差異不明顯的原因之一。對受試者在低氧反應(yīng)測試過程中出現(xiàn)的不適癥狀及其主訴進(jìn)行記錄并統(tǒng)計見表3。

表3 試食試驗過程中各組受試者的不耐受主訴及自覺狀態(tài)Table 3 Uncomfortable responses and conscious state of the subjects from each group during the feeding test

由表3可知，安慰劑組中，大多數(shù)受試者出現(xiàn)的不良癥狀在實驗后均未得到改善，而實驗組均得到不同程度的緩解。其中，陽性藥物紅景天表現(xiàn)出的抗缺氧效果最為明顯，受試者實驗前的不適癥狀在實驗后均得到改善，且精力更加旺盛。服用蕪菁鮮品及其加工制品（脆片、飲料）的受試者出現(xiàn)不良癥狀得到緩解的效果顯著優(yōu)于安慰劑組。這表明西藏蕪菁鮮品及其加工制品表現(xiàn)出的抗缺氧功能接近于紅景天藥物。

3 討 論

急性高原?。╝cute mountain sickness，AMS）是指人體位于海拔3 000 m以上高度時（超過機體代償）時出現(xiàn)的一系列缺氧反應(yīng)，嚴(yán)重時可引起生理改變并產(chǎn)生病理癥狀[19]。研究證明，AMS的發(fā)病機制與機體組織細(xì)胞的脂質(zhì)過氧化程度有著密切關(guān)系[20]。在氧分壓較低的高原環(huán)境下，人體內(nèi)的氧化與抗氧化平衡容易被打破，導(dǎo)致MDA含量上升，進(jìn)而導(dǎo)致人體細(xì)胞受損[21]。因此通過提高機體的抗氧化能力，包括增強體內(nèi)抗氧化酶系的活性以及降低體內(nèi)脂質(zhì)過氧化水平，減輕氧自由基對機體的損害，可使高原缺氧情況下氧自由基的產(chǎn)生與清除維持平衡狀態(tài)，對AMS的發(fā)生起到積極的預(yù)防作用[22]。紅景天、西藏蕪菁均來自我國高寒缺氧的青藏高原地區(qū)，高寒缺氧的惡劣環(huán)境使得植物次生代謝產(chǎn)物得到積累[23]，因而西藏蕪菁含有豐富的滋補增氧的抗氧化成分[24]。西藏蕪菁鮮品、脆片預(yù)防急性高原病的功效在本實驗得到了驗證，除能有效提高人體血清中的SOD、CAT酶活性外，還降低了血清中MDA的含量。雖然各組間的低氧耐受時間不存在顯著差異，但各實驗組在實驗21 d后心率降低，而安慰劑組的心率變化不大，同時各實驗組對不耐受主訴的緩解作用均強于安慰劑組。西藏蕪菁具有生長快、產(chǎn)量高、抗逆性強等特點，是一種藏區(qū)特有的寶貴資源。本研究旨在對比研究西藏蕪菁及其不同加工制品在人體中的生物學(xué)功效，以期找到較好的產(chǎn)品形態(tài)，既能充分保留蕪菁特有的生物活性成分，又便于攜帶和商業(yè)流通。本研究表明蕪菁脆片、鮮品具有與陽性對照藥物相媲美的生物學(xué)功效。受試者服用紅景天膠囊14 d后可明顯提高機體的SOD酶活性，而服用蕪菁鮮品僅需7 d，表明蕪菁鮮品具有起效快的特點。本研究所用的蕪菁飲料試樣，是以蕪菁曬干粉為原料，提取獲得有效成分，再與竹葉黃酮配伍而成，日曬和提取過程，均會在一定程度上導(dǎo)致有效成分損失，故蕪菁飲料在人體實驗中表現(xiàn)出的生物學(xué)效應(yīng)弱于蕪菁脆片和陽性對照。但由于蕪菁鮮品的生產(chǎn)具有季節(jié)性，且不耐儲藏，上市時間集中，保質(zhì)期短，不易攜帶和流通。采用特殊的低溫干燥技術(shù)，將蕪菁鮮品加工成果蔬脆片是一種尚佳的選擇。

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Effects of Tibetan Turnip and Its Processed Products on Human Tolerance to Hypoxia

ZHANG Ying1, TANG Wei-min1, NI Ma2, LI Jiao-jie3, NI Ma-Dun zhu2, GONG Ling-xiao1, CHEN Xiao-jian3, LIU Ye-feng1, BIAN Ba2, WU Xiao-qin1
(1. Zhejiang Key Laboratory for Agro-Food Processing, Zhejiang R & D Center for Food Technology and Equipment, Fuli Institute of Food Science, School of Biosystems Engineering and Food Science, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 2. Tibet Hongfa Shengtao Food Development Co.Ltd., Lhasa 850000, China; 3. Hangzhou Center of Aeromedical Assessment and Training, Air Force, Hangzhou 310007, China)

A 21-day human feeding trial was conducted using fresh and processed turnip products (turnip crisp and beverage) as experimental objects, commercially available antihypoxic Rhodiola capsules as positive control and starch capsules as placebo. All subjects received hypoxia reaction tests. During the tests, uncomfortable responses, SpO2and heart rates were recorded. Meanwhile, blood routine indexes, serum SOD and CAT activities and MDA content of all subjects were also determined. Results revealed that fresh turnip as well as its processed products could effectively alleviate hypoxia reaction symptoms. Except for the placebo group, the mean heart rates of the subjects on the 21stday in all experimental groups were smaller when compared with those before the test. As for the antioxidant capacity analysis, serum SOD activities in the positive control and turnip crisp group elevated significantly after 7-day treatments when compared with that before the test (P ＜ 0.05). The same result for the turni p crisp group after administration for 14 days was observed (P ＜ 0.05). The CAT activity of all experimental groups also exhibited a significant increase on the 21stday when compared with the placebo group, while MDA contents in all experimental groups declined significantly (P ＜ 0.05). In conclusion, turnip and its processed products have the same bioactive activity as Rhodiola. The turnip crisp retains most of the bioactive components present in fresh turnip. Thus it can be developed as a snack food with the potential resistance to altitude sickness.

Tibetan turnip; functional food; anti-hypoxia capacity; human feeding trial

TS201.4

A

1002-6630（2014）03-0178-05

10.7506/spkx1002-6630-201403036

2013-02-28

國家自然科學(xué)基金項目（31371754）

張英（1961—），女，教授，博士，研究方向為天然產(chǎn)物與功能性食品。E-mail：yzhang@zju.edu.cn