Voedingsmiddelen verrijken met ijzer is lastig. Je kunt er ijzerpoeder doorheen roeren, maar dat heeft niet zoveel zin. Het lichaam wil ijzer in de vorm van ionen. Alleen vertonen die weer ongewenste wisselwerking met moleculen in het voedsel. De Utrechtse chemicus Mikal van Leeuwen vond daarvoor een oplossing. Hij maakte nanodeeltjes van ijzerzout en bedekte die met een laagje maiseiwit.
De mens heeft essentiële mineralen nodig om goed te kunnen functioneren. Dit zijn metalen als ijzer, calcium, magnesium en zink. Een structureel tekort van deze metalen in de dagelijkse voeding kan ernstige gevolgen hebben. Zo leidt een ijzertekort bijvoorbeeld tot bloedarmoede. Dat betekent dat je te weinig van het eiwit hemoglobine in je bloed hebt, waardoor het minder goed zuurstof kan transporteren.
Speciale supplementpillen kunnen helpen in deze behoefte aan mineralen te voorzien. Dat is belangrijk voor ondervoede mensen (bijvoorbeeld in ontwikkelingslanden) of mensen met een speciaal dieet. Maar voor de consument is het makkelijker en vaak praktischer als de mineralen direct aan de voedingsmiddelen worden toegevoegd.
Cornflakes
De manier waarop het ijzer aan voedingsmiddelen wordt toegevoegd is wel heel belangrijk. Een tijd geleden was er veel te doen rond cornflakes die ijzerpoeder bevatten. Dit soort ijzer, metallisch ijzer, wordt heel slecht opgenomen door het lichaam. Het heeft dus weinig zin om het op deze manier toe te voegen.
http://www.youtube.com/watch?v=OXuPmVZbr90
Biologisch gezien is het slimmer om uit te gaan van ijzerzouten. Die zijn vaak (tenminste gedeeltelijk) oplosbaar in het maag-darmstelsel. Het ijzer komt dan beschikbaar op de plek waar het ook opgenomen moet worden. Helaas zijn er met de meeste ijzerzouten wel weer andere problemen. Ze lossen namelijk óók op in de voedingsmiddelen. En dat kan ongewenste reacties tot gevolg hebben.
Zo kunnen ijzerionen reageren met polyfenolen. Dat zijn moleculen die in vrijwel alle plantaardige producten voorkomen. Als de ijzerionen en polyfenol met elkaar binden ontstaat een dieppaars tot zwart gekleurd molecuulcomplex. Het is natuurlijk niet de bedoeling dat een voedingsmiddel van kleur verschiet als er ijzer aan toegevoegd wordt.
De reactie tussen ijzer en polyfenolen is al heel lang bekend. Al in de middeleeuwen maakte men zwarte inkt door een ijzerzout te mengen met gegiste galappels. Die bevatten veel looizuur – een polyfenol. Ook in thee zitten polyfenolen. Als je een oplosbaar ijzerzout zoals ijzerchloride toevoegt aan een kop groene thee krijg je een pikzwarte vloeistof. Daar kun je vervolgens prima een brief mee schrijven!
(a) een oplossing van ijzerchloride (links) naast groene thee.
(b) een deel van het ijzerchloride is toegevoegd aan de groene thee.
De reactie tussen ijzer en fenolen is al heel lang bekend. Al in de middeleeuwen maakte men zwarte inkt door een ijzerzout te mengen met gegiste galappels, die veel fenolen bevatten. Ook in thee zitten fenolen. Als je een oplosbaar ijzerzout (bijvoorbeeld ijzerchloride) toevoegt aan een kop groene thee kun je vervolgens prima een brief mee schrijven!
(a) een oplossing van ijzerchloride (links) naast groene thee.
(b) een deel van het ijzerchloride is toegevoegd aan de groene thee.
Colloïden
Bij het Van ’t Hoff Laboratorium voor Fysisiche en Colloïdchemie van de Universiteit Utrecht (Debye Instituut voor Nanomateriaalkunde) hebben we samen met voedingsmiddelenfabrikant Unilever gewerkt aan een oplossing voor dit probleem. Het idee was om van het ijzer een pyrofosfaatzout te maken. IJzer-pyrosfaat is zo goed als kleurloos. Bovendien lost het niet goed op, zodat het niet met polyfenolen kan reageren. In het maag-darmstelsel daarentegen komt het ijzer wél vrij. In de maag is het zuur en in de twaalfvingerige darm basisch. Dat is allebei is goed voor de oplosbaarheid.
Het ging ons er vooral om een manier te vinden om het ijzerpyrosfaatzout aan voedingsmiddelen toe te kunnen voegen zonder dat de consument er last van heeft. Niemand wil korrels onoplosbaar zout in zijn melk of yoghurt. Dat is net alsof je er een lepel zand doorheen roert.
Gelukkig zijn er allerlei methoden om van onoplosbare zouten héle kleine deeltjes te maken, zogenaamde colloïden. Ze zijn dan nog maar een paar honderd nanometer groot, en dan merk je ze niet als je een hap neemt.
Voorbeelden van een aantal colloïddeeltjes uit het onderzoek. Deze zijn niet persé praktisch toepasbaar, maar leveren wel mooie plaatjes op!
Mikal van Leeuwen | Universiteit UtrechtWe zijn er in geslaagd een methode te ontwikkelen om deeltjes ijzerpyrofosfaat te maken van ongeveer 200 nanometer doorsnede. Daarmee zijn ook de andere essentiële mineralen tot colloïden te maken. Het is ons zelfs gelukt om ijzer en magnesium tegelijk in colloïdale deeltjes te verwerken.
Eiwitcoating
Omdat colloïden zo klein zijn, kunnen ze voor lange tijd in een vloeistof blijven ‘zweven’. Daardoor zijn ze in principe ook in te gebruiken in vloeibare voedingsmiddelen en niet alleen in droge en vaste producten.
Helaas bleek ons materiaal twee nadelen te hebben. Het bleek beperkt houdbaar: de deeltjes bleven niet langer dan een of twee weken in de oplossing zweven. Daarnaast werd duidelijk dat het ijzerpyrosfosfaat tóch een beetje reactief bleef. En dat was nou juist wat we wilden voorkomen.
Deze problemen konden in één keer opgelost worden door door de colloïdale deeltjes te bedekken met een dun laagje maiseiwit. Dit eiwit zorgt er niet alleen voor dat de deeltjes langer stabiel blijven, maar brengt ook de reactiviteit van het ijzer nog verder omlaag.
Foto’s gemaakt met een elektronenmicroscoop. Links de colloïdale deeltjes, rechts zijn ze ‘verpakt’ in de eiwitcoating.
Mikal van Leeuwen | Universiteit UtrechtHet mooie van de maiscoating is dat het eiwit ook bijna elk ander soort nanodeeltje kan bedekken. Bovendien is het biocompatibel. Daardoor zijn de deeltjes niet alleen te gebruiken in de voedingsmiddelenindustrie, maar ook in medische wereld. Het eiwit zou bijvoorbeeld gebruikt kunnen worden om nieuwe contrastvloeistoffen te ontwikkelen, of om medicijnen te verpakken in kleine deeltjes en zo ‘langer houdbaar’ te maken in het lichaam.