Wei-eiwit nanofibrillen geladen met ijzeren nanodeeltjes:ETH-onderzoekers ontwikkelen een nieuwe en zeer effectieve manier om ijzer te versterken in voedsel en dranken.

Wereldwijd lijden ongeveer 1,2 miljard mensen aan ijzertekort, met vrouwen erger getroffen dan mannen. In Europa, een op de vijf vrouwen rond de 20 jaar heeft een ijzertekort. Typische symptomen zijn verminderde werkprestaties, vermoeidheid, bloedarmoede en hoofdpijn.

Het verhogen van het ijzergehalte via de voeding of supplementen is lastig, omdat het ijzer in een vorm moet zijn die het lichaam met succes kan opnemen. IJzer is ook een sporenelement dat de kleur kan veranderen, smaak en geur van het voedsel waaraan het wordt toegevoegd, waardoor het veel minder smakelijk is.

Combinatie van eiwitvezels en ijzernanodeeltjes

De twee ETH-hoogleraren Raffaele Mezzenga en Michael B. Zimmermann van het departement Gezondheidswetenschappen en Technologie hebben een nieuwe manier ontdekt om eten en drinken te versterken met ijzer:met een hybride materiaal gemaakt van eetbare wei-eiwit nanofibrillen en ijzeren nanodeeltjes. De relevante studie van Mezzenga's promovendus Yi Shen in samenwerking met Zimmermanns promovendus Lidija Posavec is zojuist gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie .

De eiwit nanofibrillen worden gevormd door het denatureren van natief wei-eiwit door ze te verhitten tot 90°C, en ze verder te hydrolyseren in sterk zuur totdat ze de uiteindelijke eiwitfilamenten vormen. Verschillende eiwitfilamenten organiseren zich vervolgens in dikkere eiwitnanofibrillen.

De onderzoekers combineerden deze nanofibrillen met ijzeren nanodeeltjes die gemakkelijk door het lichaam kunnen worden opgenomen. Om deze nanodeeltjes te produceren, de onderzoekers mengden ijzerchloride (FeCl3) rechtstreeks met de eiwitnanofibrillen in dezelfde zuuroplossing, het creëren van ijzeren nanodeeltjes van 20 nanometer die onmiddellijk aan het oppervlak van de eiwitnanofibrillen bonden en effectief werden gestabiliseerd. Dit is een belangrijke truc, aangezien ijzernanodeeltjes normaal gesproken niet stabiel zijn:ze hebben de neiging om snel samen te klonteren en aggregaten te vormen die niet gemakkelijk in voedsel of dranken kunnen worden gemengd.

IJzertekort snel overwonnen

Om de werkzaamheid van de nieuwe ijzerverbinding te testen, wetenschappers dienden het toe aan ratten met ijzertekort nadat ze een ijzerarm dieet hadden gekregen. Het nieuwe preparaat genas het ijzertekort en de daarmee gepaard gaande bloedarmoede net zo goed als ijzersulfaat (FeSO4), het meest gebruikte ijzersupplement dat bij mensen wordt gebruikt; FeSO4, echter, veroorzaakt vaak ongewenste sensorische veranderingen in voedingsmiddelen.

Het nieuwe supplement was ook licht verteerbaar. Zoals de auteurs lieten zien in een ad-hoc in vitro experiment, de enzymen in de magen van de ratten verteerden de wei-eiwit nanofibrillen volledig. In aanvulling, zure omstandigheden zoals in de maag losten de ijzernanodeeltjes op in ijzerionen, dat vervolgens snel in het bloed kan worden opgenomen en kan worden gebruikt om nieuwe rode bloedcellen aan te maken.

De met ijzer beklede wei-eiwit nanofibrillen kunnen in poeder- of vloeibare vorm worden toegediend, en de nieuwe verbinding kan gemakkelijk aan verschillende soorten voedsel worden toegevoegd zonder hun smaak, geur of kleur aan te tasten.

Tot nu toe geen bijwerkingen

Om mogelijke risico's en bijwerkingen te identificeren, de onderzoekers deden microscopische tests op de hersenen van de ratten, hart, nieren en andere organen, nadat ze de nanofibrillen 2 weken hadden gegeten. Ze waren vooral geïnteresseerd in de wei-eiwit nanofibrillen, die nog nooit eerder in voedingsmiddelen of voedingssupplementen zijn gebruikt. Vanuit een structureel oogpunt, deze structuren lijken op amyloïde fibrillen, die zich ophopen in de hersenen en in verband zijn gebracht met de ziekte van Alzheimer, maar anders dan zij, in het onderhavige geval zijn gemaakt van gehydrolyseerde eetbare voedingseiwitten.

De ETH-onderzoekers wilden er daarom voor zorgen dat uiteindelijk onverteerde eiwitvezels in hun ijzersupplement zich niet ophopen in het lichaam en mogelijk weefselafwijkingen veroorzaken. "Bij het onderzoeken van de organen en weefsels van de ratten, we hebben geen enkel bewijs gevonden dat nanodeeltjes of nanofibrillen zich ophopen of mogelijk orgaanveranderingen veroorzaken", zegt Mezzenga. Van één ding kan hij zeker zijn:"Ons nieuwe ijzersupplement heeft een enorm potentieel om ijzertekort op een economische en efficiënte manier succesvol te bestrijden".

Alternatief voor bestaande producten

De ingrediënten die worden gebruikt om dit innovatieve voedingssupplement te maken, zijn goedkoop en overvloedig aanwezig. Wei-eiwitten zijn een bijproduct van de zuivelindustrie. IJzerzouten zijn ook goedkoop en gemakkelijk verkrijgbaar. Omdat zowel het proces als de ingrediënten gemakkelijk te verwerken zijn, dit ijzeren voedingssupplement zou ook een goed alternatief zijn voor mensen in arme landen die meer vatbaar zijn voor ijzertekort dan mensen in westerse geïndustrialiseerde landen.

De onderzoekers hebben een patent aangevraagd voor hun nieuwe product en kijken ernaar uit om met commerciële partners in gesprek te gaan om de technologie verder te ontwikkelen.