Добавление микрочастиц железа в пищу может помочь бороться с недоеданием

Около 2 миллиардов людей во всем мире страдают от дефицита железа, что может вызывать анемию, замедление развития мозга у детей и повышать детскую смертность. Для решения этой проблемы исследователи из Массачусетского технологического института создали новый метод обогащения продуктов питания и напитков железом с помощью мелких кристаллических частиц. Эти частицы, называемые металлоорганическими каркасами, можно добавлять в пищу, основные продукты, например хлеб, а также в напитки, такие как кофе и чай.

Разработанные в исследовании частицы могут также переносить йод – еще один важный питательный элемент. Их можно модифицировать для доставки других минералов, таких как цинк, кальций или магний.

Обогащение продуктов питания может стать эффективным способом борьбы с дефицитом питательных веществ, однако этот метод часто сталкивается с трудностями, так как многие нутриенты нестабильны и разрушаются при хранении или приготовлении. Добавление железа в продукты может вызвать реакции с другими компонентами, что придает пище металлический привкус. Ранее лаборатория показала, что инкапсуляция питательных веществ в полимеры защищает их от разрушения и взаимодействия с другими молекулами. В небольшом клиническом исследовании выяснилось, что женщины, употреблявшие хлеб с инкапсулированным железом, эффективно усваивали этот минерал.

Однако у этого метода есть один недостаток: полимер увеличивает объем добавляемого материала, что ограничивает количество железа и других питательных веществ, которые можно включить в продукты. Чтобы обойти эту проблему, ученые предложили новый подход: вместо заключения железа в полимер, использовать само железо как строительный элемент для кристаллической частицы, называемой металлоорганическим каркасом, или MOF.

MOF представляют собой структуру из атомов металлов, связанных органическими молекулами – лигандами, образующими прочную каркасную конструкцию, похожую на клетку. В зависимости от выбранных металлов и лигандов такие каркасы могут применяться в самых разных областях. В этом исследовании ученые создали MOF из железа, связанного с лигандом фумаровой кислотой, который часто используют в пищевой промышленности для улучшения вкуса или сохранности продуктов.

Такая структура предотвращает реакцию железа с полифенолами – веществами, присутствующими в цельнозерновых продуктах, орехах, кофе и чае. При взаимодействии с железом полифенолы образуют комплекс, который организм не способен усвоить. MOF остается стабильным до попадания в кислую среду, например в желудок, где каркас распадается и высвобождает усвояемое железо.

Ученые также включили йод в свою MOF-частицу, названную NuMOF (Nutrient Metal-Organic Framework). Йодированная соль эффективно предотвращает дефицит йода, и в настоящее время разрабатываются "двойные" обогащенные соли, содержащие как йод, так и железо. Совместное добавление этих элементов представляет сложность, так как железо и йод могут взаимодействовать между собой, снижая усвояемость. В исследовании Массачусетского технологического института показали, что после формирования железосодержащих MOF-частиц их можно насыщать йодом так, чтобы элементы не вступали в реакцию.

Испытания на стабильность показали, что NuMOF выдерживают длительное хранение, высокие температуры, повышенную влажность и даже кипящую воду. Во всех испытаниях частицы сохраняли свою структуру. Когда исследователи дали их мышам, оказалось, что железо и йод поступают в кровоток уже через несколько часов после приёма NuMOF.