Eisenmangel sollte vermieden werden. Er führt zu Müdigkeit, Schwindel und Atemnot. Ausserdem kann er zu Anämie, einer gestörten Gehirnentwicklung bei Kindern und einer höheren Kindersterblichkeit führen.
Um dieses Problem zu bekämpfen, haben Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) eine neue Methode entwickelt, um Lebensmittel und Getränke mit Eisen anzureichern. Dazu verwenden sie kleine kristalline Partikel, sogenannte metallorganische Gerüstverbindungen (MOF), die man einfach über Lebensmittel streuen oder direkt in Kaffee oder Brot einarbeiten kann. Ihre Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift «Matter» veröffentlicht.
«Wir bieten eine Lösung, die in verschiedenen Regionen einfach zu Grundnahrungsmitteln hinzugefügt werden kann», erklärt die Studienautorin Ana Jaklenec, Bioingenieurin am MIT. «Was in Senegal als Grundnahrungsmittel gilt, ist nicht dasselbe wie in Indien oder den USA. Unser Ziel war es daher, etwas zu entwickeln, das nicht mit den Lebensmitteln selbst reagiert. So müssen wir es nicht für jeden Kontext neu erfinden. Es kann direkt in eine Vielzahl von Lebensmitteln und Getränken eingearbeitet werden.»
Die vom MIT entwickelten Partikel können auch Jod enthalten, einen weiteren essenziellen Nährstoff. Ferner können sie für wichtige Mineralien wie Zink, Kalzium oder Magnesium angepasst werden. «Wir sind sehr begeistert von diesem neuen Ansatz zur Verbesserung der Ernährung, insbesondere in Entwicklungsländern», sagt Robert Langer, Professor am MIT.
Es ist schwieriger, als man denkt, Lebensmitteln Nährstoffe hinzuzufügen. Oft handelt es sich um empfindliche Substanzen, die während der Lagerung oder beim Kochen zerfallen. Wenn Eisen Lebensmitteln zugesetzt wird, kann es überdies mit anderen Molekülen in den Lebensmitteln reagieren, was zu einem metallischen Geschmack führt.
Eine bereits bekannte Methode besteht darin, Eisen in Polymeren einzukapseln, um es vor Abbau oder anderen unerwünschten Reaktionen zu schützen. Der Nachteil dabei ist, dass das Polymer viel Volumen hinzufügt, wodurch die Menge an Eisen, die in die Nahrung gelangt, begrenzt bleibt. «Um wirksam zu sein, ist eine beträchtliche Menge an Polymer erforderlich. Das schränkt die Menge an Eisen ein, die man in einer normalen Portion zuführen kann, wodurch es schwierig ist, die täglichen Ernährungsziele allein durch angereicherte Lebensmittel zu erreichen», erklärt Jaklenec.
Die Wissenschaftler hatten jedoch eine neue Idee, wie sich dieses Problem umgehen lässt: Anstatt Eisen in ein Polymer einzukapseln, könnte man Eisen selbst als Baustein für ein kristallines Partikel, eine metallorganische Gerüstverbindung (MOF), verwenden. MOFs bestehen aus Metallatomen, die durch organische Moleküle – sogenannte Liganden – verbunden sind, wodurch eine starre, käfigartige Struktur entsteht. Je nach Kombination von Metallen und Liganden können sie für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden.
«MOFs haben eine sehr hohe Porosität, wodurch sie viel Ladung transportieren können. Deshalb dachten wir, dass wir diese Plattform nutzen könnten, um ein neues MOF zu entwickeln, das in der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden kann», so einer der Forscher.
Die Forscher entwickelten ein MOF aus Eisen, das an Fumarsäure gebunden ist, eine Substanz, die häufig als Lebensmittelzusatzstoff verwendet wird, um den Geschmack zu verstärken oder Lebensmittel zu konservieren. Diese Struktur verhindert, dass Eisen mit Polyphenolen reagiert – Verbindungen, die häufig in Lebensmitteln wie Vollkorngetreide und Nüssen, aber auch in Kaffee und Tee vorkommen. Wenn Eisen mit diesen Verbindungen reagiert, bildet es einen Metall-Polyphenol-Komplex, der vom Körper nicht aufgenommen werden kann. Die Struktur des MOF sorgt ausserdem dafür, dass es stabil bleibt, bis es eine saure Umgebung wie den Magen erreicht, wo es sich zersetzt und seine Eisenladung freisetzt.
Auch Jod gehört zu den Spurenelementen, die der Körper nicht selber herstellen kann und deshalb über die Nahrung aufnehmen muss. Jodmangel kann zu verschiedenen gesundheitlichen Problemen führen, insbesondere während der Schwangerschaft und Kindheit. Die Forscher entschieden sich daher, neben Eisen auch Jod in ihre MOF-Partikel aufzunehmen, das sie «NuMOF» nennen. Normalerweise ist die gemeinsame Zufuhr dieser beiden Nährstoffe jedoch schwierig, da Eisen und Jod miteinander reagieren können, wodurch beide vom Körper weniger gut aufgenommen werden. Das MIT-Team konnte nun zeigen, dass sie die eisenhaltigen MOF-Partikel, sobald diese gebildet waren, mit Jod beladen konnten, ohne dass Eisen und Jod miteinander reagierten.
In Stabilitätstests erwiesen sich die NuMOFs als beständig gegen Langzeitlagerung, Hitze und Feuchtigkeit und sogar gegen kochendes Wasser. Die Struktur blieb erhalten. Als die Forscher die Partikel anschliessend an Mäuse verfütterten, stellten sie fest, dass sowohl Eisen als auch Jod innerhalb weniger Stunden nach der Aufnahme im Blut nachweisbar waren.
Die Wissenschaftler sind nun dabei, ein Unternehmen zu gründen, das mit Eisen und Jod angereicherte Getränke – insbesondere Kaffee – produzieren soll. (dhr)
