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做个新型食品添加剂,发篇高分Nature子刊

缺铁性贫血是体内铁储存不能满足正常红细胞的生成需要而发生的贫血。随着经济发展和营养卫生状况的改善,缺铁性贫血的患病率已逐年降低,但仍为全球性人类普遍存在的健康问题,发展中国家尤为突出。减少缺铁性贫血最有效的方法是食用含铁量高的食物或是铁强化食品。这些食品中加入生物可利用的水溶性铁化合物,如硫酸亚铁和铁钠乙二胺四乙酸,作为铁强化剂提高铁含量。

含铁量高的食物。图片来源:Nutrentsreview


但铁强化剂的加入往往也会引起食物感官性质的变化,“卖相”、“味道”或者“口感”变差。另外一些难溶的铁强化剂,如焦磷酸铁和富马酸铁,其生物利用度太低,还容易在液体食物中产生聚集体。铁纳米颗粒,因其较高的生物利用度和较低的反应活性,且不易影响食物的感官性质,已被开发作为一种新的铁强化剂。但其在溶液中易氧化及易聚集的性质,严重限制了它的应用。


日前,来自瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zürich)的Raffaele Mezzenga教授和Michael Zimmermann教授利用廉价易得、具有天然还原性的β-乳球蛋白(β-lactoglobulin,BLG,可从牛奶中获得)制成可降解的淀粉样蛋白纤维,作为铁纳米颗粒的抗氧化纳米载体和胶体稳定剂。所形成稳定的蛋白质-铁胶体,不仅在体内铁生物利用度高,而且生物安全性高,同时极大降低了对食品感官性质的影响。相关成果已发表于Nature Nanotechnology 杂志上。

Raffaele Mezzenga教授和Michael Zimmermann教授。图片来源:ETH Zürich


受启发于β-乳球蛋白(BLG)淀粉样蛋白纤维可作为绿色还原剂制备纳米金的研究,研究人员猜想BLG纳米纤维是否同样可以还原铁,使Fe处于二价状态,这样可以更加有利于铁的生物利用。实验结果表明,加入到FeCl3中的BLG纤维越多,检测到的二价铁越多。BLG中的半胱氨酸、酪氨酸和色氨酸都被发现具有还原作用,其中半胱氨酸占据着主要作用。


接着,研究人员在BLG纤维表面原位生长铁纳米颗粒,这不仅能保证铁处于二价状态,还能防止纳米颗粒产生聚集。形成的Fe-BLG纤维复合体(Fe-FibBLG)溶液呈透明状,且很稳定,不会沉降。相比而言,没有经过蛋白还原的铁纳米颗粒(Fe-Nano)稳定性差,会迅速形成沉淀。此外,往Fe-FibBLG溶液中加入盐可以将其转化为凝胶,进一步冻干成粉末,可简化与食品的混合以及运输。

BLG纤维作为铁纳米颗粒的载体。图片来源:Nature Nanotech.


接着,研究人员模拟胃肠道的环境,对Fe-FibBLG的体外消化进行了研究。他们发现,Fe-FibBLG上的纳米颗粒在酸性环境中能快速地被溶解,而蛋白纤维的酶解速度则相对略慢一点。

Fe-FibBLG在胃肠道模拟环境中的活性。图片来源:Nature Nanotech.


最后,研究人员通过大鼠的血红蛋白补充实验对Fe-FibBLG在生物体内的铁利用度进行了测试,并采用FeSO4以及Fe-Nano作为比较。研究结果表明,相比于FeSO4,Fe-FibBLG和Fe-Nano的生物利用度分别为90%和95%,相差不大。但是Fe-FibBLG作为添加剂对于食品感官性质的影响却极小。相比于FeSO4,Fe-FibBLG对于食物颜色变化以及浑浊度的影响都少得多。

对大鼠血红蛋白补充实验。图片来源:Nature Nanotech.


该研究成功地将纳米级有机和无机材料结合在一起,首次证实了具有还原性的BLG纤维可以用做铁纳米颗粒的载体。这种杂化材料在溶液中稳定性好,铁的生物利用度高,成本低,且对食品的感官性质影响很小,有希望成为高效地新型补铁强化剂。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Amyloidfibril systems reduce, stabilize and deliver bioavailable nanosized iron

Nature Nanotech., 2017, DOI: 10.1038/NNANO.2017.58


(本文由供稿)


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