携带纳米铁颗粒(黑点)的可食用乳清蛋白纳米纤维可以以有效和廉价的方式消除铁缺乏症。
图片来源: Yi Shen / ETH Zurich
全球约有12亿人患有铁缺乏症,并且妇女受到的影响比男子严重。在欧洲,20岁左右的妇女中,有五分之一患有铁缺乏症。典型症状包括工作效率降低、疲劳、贫血和头痛。
通过饮食或补充剂来提高铁含量水平非常棘手,因为铁必须是身体能够顺利吸收的形式。 铁是一种微量元素,添加到食物中能改变食物的颜色、味道和气味,也会影响口感,降低食欲。
蛋白纤维和铁纳米颗粒的结合
ETH卫生科学与技术系的两位教授Raffaele Mezzenga和Michael B. Zimmermann已经发现了一种用铁强化食物和饮料的新方式:用可食用乳清蛋白纳米纤维和铁纳米颗粒制成的混合材料。Mezzenga的博士生Yi Shen与Zimmermann的博士生Lidija Posavec合作的相关研究刚刚发表在《自然纳米技术》(Nature Nanotechnology)杂志上。
蛋白质纳米纤维通过将天然乳清蛋白加热至90℃变性而形成,并进一步在强酸中水解,直至形成最终的蛋白丝。然后,一些蛋白质细丝组织成更粗的蛋白质纳米纤维。
研究人员将这些纳米纤维与容易被身体吸收的铁纳米颗粒结合起来。为了合成这些纳米颗粒,研究人员将氯化铁(FeCl3)加入到上述酸溶液中直接与蛋白质纳米纤维混合,生成了粒径为20纳米的铁纳米颗粒,这些颗粒立即结合到蛋白质纳米纤维表面并很快稳定下来。这一步至关重要,因为通常情况下铁纳米颗粒不稳定:它们倾向于快速聚集在一起并形成不容易混合到食物或饮料中的聚集体。
铁缺乏症迅速得到消除
为了测试该新的铁化合物的功效,科学家首先对大鼠喂食低铁饮食,然后将该新的铁化合物用于患缺铁症的大鼠。结果表明:新化合物在治疗动物的铁缺乏和相关的贫血症状方面与硫酸亚铁(FeSO4)一样有效。硫酸亚铁是人类最常用的铁补充剂,然而食物中的硫酸亚铁通常会导致人体不良的感觉变化。
这种新的铁化合物也很容易消化。正如作者在专门的体外实验中所显示的那样,大鼠胃中的酶完全消化了乳清蛋白的纳米纤维。此外,像胃这样的酸性条件会将铁纳米颗粒溶解成铁离子,然后可以迅速将其吸收到血液中并用于产生新的红细胞。
这种新的铁化合物既可以是液体,又可以做成粉末,并且新化合物可以容易地添加到不同类型的食物中而不影响其味道、气味和颜色。
目前为止没有副作用
为了识别潜在的风险和副作用,研究人员对食用该纳米纤维两周后的大鼠的脑、心脏、肾脏和其他器官进行了微观测试。他们对以前从未在食品或食品添加剂中使用的乳清蛋白纳米纤维特别感兴趣。从结构的观点来看,这些结构类似于淀粉样纤维,而淀粉样纤维会淀积在脑中并与阿尔茨海默氏病有关,不同之处在于,本例中该纳米纤维是由水解可食用的食品蛋白而制成。
因此,ETH研究人员希望确保该铁化合物中未消化的蛋白质纤维不会积累在体内,也不会产生组织异常现象。Mezzenga说:“在检查大鼠的器官和组织时,我们没有发现有纳米颗粒或纳米纤维积聚而导致器官变化的迹象。”有一件事毋庸置疑:“我们新的铁化合物有巨大的潜力,能够以经济和有效的方式成功地消除铁缺乏症。”
替代现有产品
用于制作这种创新食品补充剂的原料价格便宜且供应充足。乳清蛋白是乳制品行业的副产品,铁盐也较便宜且随时可用。由于过程和材料都简单易得,这种铁食品补充剂将是生活在贫困国家的人的一个很好的选择,因为他们比生活在西方工业化国家的人更容易发生缺铁症。
翻译:王鹏
审阅:王舟