Inżynierowie MIT opracowali sposób na kapsułkowanie składników odżywczych w biokompatybilnym polimerze, co ułatwia ich wykorzystanie do wzbogacania żywności. Źródło:Second Bay Studios
Nowa strategia kapsułkowania składników odżywczych ułatwia wzbogacanie żywności żelazem i witaminą A.
Około 2 miliardy ludzi na całym świecie cierpi z powodu niedoboru kluczowych mikroelementów, takich jak żelazo i witamina A. Każdego roku z powodu tych niedoborów umiera dwa miliony dzieci, a ludzie, którzy nie otrzymują wystarczającej ilości tych składników odżywczych, mogą rozwinąć ślepotę, anemię i zaburzenia funkcji poznawczych .
Naukowcy z MIT opracowali teraz nowy sposób wzbogacania podstawowych produktów spożywczych tymi mikroelementami poprzez zamykanie ich w biokompatybilnym polimerze, który zapobiega degradacji składników odżywczych podczas przechowywania lub gotowania. W małym badaniu klinicznym wykazali, że kobiety, które jadły chleb wzbogacony kapsułkowanym żelazem, były w stanie wchłonąć żelazo z pożywienia.
„Jesteśmy naprawdę podekscytowani, że nasz zespół był w stanie opracować ten wyjątkowy system dostarczania składników odżywczych, który ma potencjał, aby pomóc miliardom ludzi w krajach rozwijających się, i przeprowadził go przez całą drogę od początku do badań klinicznych na ludziach” – mówi Robert Langer , profesor Instytutu Davida H. Kocha na MIT i członek Instytutu Kocha na rzecz Integracyjnych Badań nad Rakiem.
Naukowcy mają teraz nadzieję na przeprowadzenie badań klinicznych w krajach rozwijających się, w których niedobory mikroskładników odżywczych są powszechne.
Langer i Ana Jaklenec, naukowiec z Instytutu Kocha, są starszymi autorami badania, które ukazało się dzisiaj (13 listopada 2019 r.) w Science Translational Medicine . Głównymi autorami artykułu są byli podoktorzy MIT Aaron Anselmo i Xian Xu oraz absolwent ETH Zurich Simone Buerkli.
Ochrona składników odżywczych
Brak witaminy A jest główną światową przyczyną ślepoty, której można zapobiec, a także może osłabiać odporność, czyniąc dzieci bardziej podatnymi na choroby, takie jak odra. Niedobór żelaza może prowadzić do anemii, a także upośledzać rozwój poznawczy u dzieci, przyczyniając się do „cyklu ubóstwa”, mówi Jaklenec.
„Te dzieci nie radzą sobie dobrze w szkole z powodu złego stanu zdrowia, a kiedy dorosną, mogą mieć trudności ze znalezieniem pracy, więc ich dzieci również żyją w ubóstwie i często nie mają dostępu do edukacji” – mówi. /P>
Zespół MIT, finansowany przez Fundację Billa i Melindy Gatesów, postanowił opracować nową technologię, która może pomóc w wysiłkach na rzecz wzbogacania żywności w niezbędne mikroelementy. Fortyfikacja okazała się skuteczna w przeszłości na przykład w przypadku soli jodowanej i oferuje sposób na włączenie składników odżywczych w sposób, który nie wymaga od ludzi zmiany nawyków żywieniowych.
„Wykazano, że skuteczne w wzbogacaniu żywności jest podstawowe pożywienie, coś, co znajduje się w gospodarstwie domowym i ludzie używają na co dzień” – mówi Jaklenec. „Każdy je sól lub mąkę, więc nie musisz niczego zmieniać w ich codziennych praktykach”.
Jednak samo dodawanie witaminy A lub żelaza do żywności nie działa dobrze. Witamina A jest bardzo wrażliwa na ciepło i może ulec degradacji podczas gotowania, a żelazo może wiązać się z innymi cząsteczkami w żywności, nadając żywności metaliczny smak. Aby temu zaradzić, zespół MIT postanowił znaleźć sposób na kapsułkowanie mikroelementów w materiale, który chroniłby je przed rozpadem lub interakcją z innymi cząsteczkami, a następnie uwalniał je po spożyciu.
Naukowcy przetestowali około 50 różnych polimerów i zdecydowali się na jeden znany jako BMC. Polimer ten jest obecnie stosowany w suplementach diety, a w Stanach Zjednoczonych jest klasyfikowany jako „ogólnie uważany za bezpieczny”.
Korzystając z tego polimeru, naukowcy wykazali, że mogą kapsułkować 11 różnych mikroelementów, w tym cynk, witaminę B2, niacynę, biotynę i witaminę C, a także żelazo i witaminę A. Wykazali również, że mogą kapsułkować kombinacje do czterech mikroelementy razem.
Testy laboratoryjne wykazały, że kapsułkowane mikroskładniki odżywcze nie uległy uszkodzeniu po dwugodzinnym gotowaniu. Kapsułkowanie chroniło również składniki odżywcze przed światłem ultrafioletowym i utleniającymi chemikaliami, takimi jak polifenole, występujące w owocach i warzywach. Kiedy cząstki zostały wystawione na bardzo kwaśne warunki (pH 1,5, typowe dla pH w żołądku), polimer stał się rozpuszczalny, a mikroelementy zostały uwolnione.
W testach na myszach naukowcy wykazali, że zgodnie z oczekiwaniami cząsteczki rozpadły się w żołądku, a ładunek dotarł do jelita cienkiego, gdzie może zostać wchłonięty.
Zastrzyk żelaza
Po udanych testach na zwierzętach naukowcy postanowili przetestować kapsułkowane mikroskładniki odżywcze na ludziach. Badanie prowadził Michael Zimmerman, profesor nauk o zdrowiu i technologii w ETH Zurich, który bada odżywianie i wzbogacanie żywności.
W swojej pierwszej próbie naukowcy włączyli kapsułkowany siarczan żelaza do owsianki kukurydzianej, produktu z kukurydzy powszechnego w krajach rozwijających się, i zmieszali kukurydzę z sosem warzywnym. W tym wstępnym badaniu odkryli, że ludzie, którzy jedli ufortyfikowaną kukurydzę – studentki uniwersytetu w Szwajcarii, z których większość była anemiczna – nie wchłaniali tyle żelaza, ile mieli nadzieję naukowcy. Ilość wchłoniętego żelaza stanowiła nieco mniej niż połowę tego, co zostało wchłonięte przez osoby, które spożywały siarczan żelaza, który nie był zamknięty w kapsułkach.
Następnie naukowcy postanowili przeformułować cząstki i stwierdzili, że jeśli zwiększą zawartość procentową siarczanu żelaza w cząstkach z 3% do około 18%, mogą osiągnąć szybkość wchłaniania żelaza bardzo zbliżoną do odsetka niekapsułkowanego siarczanu żelaza. W tej drugiej próbie, również przeprowadzonej w ETH, zmieszali kapsułkowane żelazo z mąką, a następnie użyli go do pieczenia chleba.
„Przeformułowanie mikrocząstek było możliwe, ponieważ nasza platforma była dostosowywalna i podatna na podejścia do produkcji na dużą skalę”, mówi Anselmo. „Pozwoliło nam to ulepszyć naszą formułę w oparciu o informacje zwrotne z pierwszej próby”.
Następnym krokiem, jak mówi Jaklenec, jest przeprowadzenie podobnego badania w kraju, w którym wiele osób doświadcza niedoborów mikroelementów. Naukowcy pracują obecnie nad uzyskaniem zgody regulacyjnej od Wspólnego Komitetu Ekspertów ds. Dodatków do Żywności Organizacji ds. Żywności i Rolnictwa/Światowej Organizacji Zdrowia. Pracują również nad identyfikacją innych produktów spożywczych, które byłyby przydatne do wzbogacenia, oraz nad zwiększeniem procesu produkcyjnego, aby mogły wytwarzać duże ilości sproszkowanych mikroelementów.
###
Odniesienie:„Stabilna termicznie platforma mikrocząstek do doustnego dostarczania mikroelementów” autorstwa Aarona C. Anselmo, Xian Xu, Simone Buerkli, Yingying Zeng, Wen Tang, Kevina J. McHugh, Adama M. Behrensa, Evan Rosenberg, Aranda R. Duan, James L. Sugarman, Jia Zhuang, Joe Collins, Xueguang Lu, Tyler Graf, Stephany Y. Tzeng, Sviatlana Rose, Sarah Acolatse, Thanh D. Nguyen, Xiao Le, Ana Sofia Guerra, Lisa E. Freed, Shelley B. Weinstock, Christopher B. Sears, Boris Nikolic, Lowell Wood, Philip A. Welkhoff, James D. Oxley, Diego Moretti, Michael B. Zimmermann, Robert Langer i Ana Jaklenec, 13 listopada 2019 r., Science Translational Medicine .
DOI:10.1126/scitranslmed.aaw3680
Inni autorzy artykułu to Yingying Zeng, Wen Tang, Kevin McHugh, Adam Behrens, Evan Rosenberg, Aranda Duan, James Sugarman, Jia Zhuang, Joe Collins, Xueguang Lu, Tyler Graf, Stephany Tzeng, Sviatlana Rose, Sarah Acolatse, Thanh Nguyen , Xiao Le, Ana Sofia Guerra, Lisa Freed, Shelley Weinstock, Christopher Sears, Boris Nikolic, Lowell Wood, Philip Welkhoff, James Oxley i Diego Moretti.
