1、中国食品添加剂 China Food Additives 2oo5 No1 铁强化剂的研究应用现状 周张章 赵国华 周才琼 阚健全 (西南农业大学食品科学学院，重庆北碚400716) 摘要：本文综述了铁在人体内的吸收代谢机理及生理功能，以及目前铁强化剂的研究利用现状。 关键词：铁；强化剂；代谢机理；生理功能 中图分类号：TS2023文献标识码：A文章编号：10062513(2005)01009504 Investigating and utilizing status of iron fortifyer ZHOU Zhang-zhang，ZHAO Guo-hua，ZHOU Cai-qiong，
2、KAN Jian-quan (Southwest Agricultural University，Chongqing 4007 16) Abstract：This article summarizes ironabsorbing and metabolizing mechanism and physiological function in vivo，what$ more，it introduces investigating and utilizing status of iron fortifyer Key words：iron；fortifyer；metabolizing mechani
3、sm；physiological function 前言 铁是调节生理作用的有效成分，在人体内有重 要的生理功能特性，影响着人体的生长发育和营养 状况。铁在人体内的利用率较低，所以缺铁的现象 非常普遍。世界卫生组织(WHO)将缺铁性贫血列 为全球四大营养性疾病之一，全世界约有112亿 人患缺铁性贫血病，约215亿人患不同程度的铁 缺乏，且尤以发展中国家多见。所以，铁的强化是 一个非常重要的课题。 1 铁在人体内吸收代谢的机理及生理功能 铁的吸收和转运主要在十二指肠和空肠，人们 公认的机制是肠粘膜细胞从肠腔摄取铁，然后转运 到体内贮存或利用。食物中的铁可分为血红素铁 和非血红素铁两种，前者来源于
4、动物性食品中的肌 球蛋白和血红蛋白，后者存在于植物性食品或动物 组织中，他们在肠黏膜细胞中的吸收机制不同。 血红素铁可直接被肠粘膜上皮细胞吸收，不受 消化液或其他食物因素影响，因而一般认为血红素 铁比非血红素铁的生物利用率要高。血红素铁进 入肠道粘膜细胞后以卟啉铁络合物的形式存在，在 肠粘膜上皮细胞内血红素的卟啉环被血红素切割 酶打开，释放出游离铁，铁吸收进入肠粘膜细胞后 以铁蛋白的形式贮存在细胞浆中。 非血红素铁的吸收机理比较复杂，食物中的非 血红素铁一般为Fe，食物中的还原性物质如抗 坏血酸、含巯基化合物在体内可将其还原成Fe“， 使之利于吸收。目前认为肠黏膜细胞摄取非血红 素铁分两条途径
5、：一是变异铁蛋白一整和蛋白 途径(IMP)，主要促进Fe“吸收；另一个是DMT一 1(Nramp_2)途径，主要吸收Fe“；而且这两条途 径之间是相互独立的。铁吸收进入肠粘膜细胞后 通过转铁蛋白转运到血浆中。 铁的排泄机制目前尚不清楚。一般人体通过 汗水和肾脏可排出一部分铁，正常情况下机体每日 约有115mg铁的损失。 人体内的铁可分为贮存铁和功能铁。贮存铁 不足20，存在于体内的“储铁池”中。功能铁占 全身总铁量的80以上，75左右存在于红血球 收稿日期：2004一l117 作者简介：周张章(1981一)，女，在读硕士研究生，研究方向：食品化学营养学。 维普资讯 http:/ 中国食品添加剂
6、 China Food Additives 2005 No1 (血红蛋白)和肌肉中(肌红蛋白)中，与血红蛋白 结合的铁在血液中担负着输送氧的任务；约1存 在于细胞色素和一些酶中，参与体内许多重要的代 谢过程。铁的损耗可以分为三个阶段 J：第一阶 段为铁减少期(1D)，此时储存铁耗竭，血清铁蛋白 浓度下降。第二阶段为红细胞生成缺铁期(IDE)， 此时除血清铁蛋白下降外，血清铁也下降，同时铁 结合力上升(运铁蛋白饱和度下降)，游离原卟啉 浓度上升。第三阶段为缺铁性贫血期(IDA)，血红 蛋白和红细胞压积下降。铁缺乏时可能会引起缺 铁性贫血，免疫力下降，细胞色素酶系活性减弱，导 致氧化还原、电子传递
7、及能量代谢紊乱等不良影响。 2铁缺乏的原因 21特殊人群由于代谢机制不同引起对铁的需求 的增加 孕妇体内红细胞大量扩增，胎儿和胎盘中有大 量铁沉积，对铁的需求量增大_3 J，如果孕扫摄入的 食物结构不当，因偏食致使铁摄人不足；或孕前铁 营养不佳，缺乏足够的铁贮备未进行预防性补铁， 都有可能引起缺铁。运动锻炼对铁代谢也会产生 影响。研究表明，1500m赛跑可使血浆及血细胞中 的铁元素含量显著增高，而3000m赛跑使铁的含 量减少，究其原因，可能是因为大量运动后经肾脏 和汗液排出的铁增多，以致出现负平衡；此外运动 引起红细胞的破坏加剧，使尿和大便排出的铁增加。 22食品中其他成分影响铁的吸收 维生
8、素C、谷胱甘肽 等还原性成分可将食物 中的三价铁还原为二价而促进吸收。而草酸盐、碳 酸盐、磷酸盐、植酸盐等可与铁结合成不能溶解的 多聚体，从而使铁的吸收受阻。Hurrell RF 等研 究了大豆中的植酸盐对铁吸收的影响，认为植酸是 大豆蛋白分离物中铁吸收的主要抑制因素。 23营养性缺乏 如前所述，非血红素蛋白的吸收率受膳食成分 的影响，其吸收率一般只有120。血红素蛋白 主要存在于动物性食品中，其吸收则很少受到饮食 组成影响，吸收率一般在1535，在世界上肉消 费量很少的贫穷地区摄入的主要是植物来源的非 血红素铁，吸收率低，容易发生缺铁现象。膳食铁 的低生物利用率被认为是缺铁性贫血的一个主要
9、原因。 96 24病理因素 胃酸缺乏可制缺铁现象，食物中的Fe在酸 性环境中与胃液中的氨基酸、糖类、酰胺类等小分 子整合保持游离状态使之有利于吸收。长期胃酸缺 乏使胃pH升高，使Fe处于不溶状态而难于吸收。 另外，一些遗传缺陷可致铁转运障碍或铁生理 利用障碍，从而造成体内铁的相对缺乏。如遗传性 高铁血红蛋白血症，患者缺乏还原型二磷吡啶黄苷 递酶，不能将高铁血红蛋白还原为亚铁血红蛋白， 导致高铁血红蛋白增加，氧合血红蛋白降低，造成 组织缺氧，引起缺铁性贫血。 3铁强化剂的应用现状及其安全性评价 31常见铁强化剂 根据食品营养强化剂使用卫生标准 GB14880 94以及食品添加剂使用卫生标准 GB
10、2760-1996的规定，我国许可使用的铁强化剂 品种有硫酸亚铁、乳酸亚铁、葡萄糖酸亚铁、柠檬酸 铁、柠檬酸铁铵、富马酸亚铁、还原铁、电解铁、碳酸 亚铁、柠檬酸亚铁、琥珀酸亚铁、焦磷酸铁，以及铁 卟啉和氯化高铁等。铁营养强化剂的生物利用率 通常以硫酸亚铁作标准，其它铁剂与其相比的值 100得出的相对生物利用率(RBV)作为指标。 铁强化剂可分为血红素铁强化剂和非血红素 铁强化剂，我国目前使用的大多数都是非血红素铁 强化剂，但也批准了一些血红素铁强化剂，如铁卟 啉，另外，GB14880 94规定铁源可采用猪血中提 取的血红素铁。 铁强化剂按溶解性可以分为4类：水溶性复合 物、稀酸溶性复合物、稀酸
11、可溶性复合物和保护性 复合物。一般来说水溶性复合物的生物利用率最 高，但对食物颜色和味道改变的可能性也最大。常 用的如硫酸亚铁、葡萄糖酸亚铁等。稀酸溶性复合 物溶于水和稀酸，如延胡索酸亚铁、琥珀酸亚铁和 糖质酸铁等，他们的吸收率与硫酸亚铁相似，且对 色、味改变较低，常用于婴儿谷类食品和巧克力强 化。稀酸可溶性复合物不溶于水，可溶于稀酸，如 磷酸铁、氨基磷酸铁和焦磷酸铁等，是最常用的铁 强化物，几乎不引起色、味改变，但因在胃酸中的溶 解度不恒定，往往吸收率变化很大。保护性复合物 主要有血红蛋白和NaFeEDTA，一般效果较好。下 面介绍几种常用的铁强化剂的一般理化性质： 维普资讯 http:/
12、中国食品添加剂 China Food Additives 2005 No1 (1)硫酸亚铁：硫酸亚铁为蓝绿色单斜晶系晶 体或颗粒，无臭，味咸涩，易溶于水，不溶于乙醇，易 风化、潮解。其生物利用率较高，但是易引起脂质 氧化或食品色泽变化，安全性好，1985年被FDA 列为GRAS。可按需要添加到各种食品中。 (2)葡萄糖酸亚铁：葡萄糖酸亚铁为黄灰色或 绿黄色细粉或颗粒，微有焦糖样气味，易溶于水，不 溶于乙醇。生物利用率高，在水中溶解性好，风味 平和无涩味，安全性好，1985年被FDA列为 GRAS。特别适合于强化乳饮料。 (3)焦磷酸铁：焦磷酸铁为一种棕黄色或黄白 色、无臭、微有铁味的粉末。微溶
13、于水及醋酸。生 物利用率较低，但产品适配性好、不易与其他组分 发生反应。安全性好，1994年被FDA列为GRAS。 它非常适用于那些不适用可溶性或部分可溶性盐 的场合。研究发现高温杀菌后其铁生物利用率可 能增高。 (4)NaFeEDTA：NaFeEDTA是一种较为新型 的铁强化剂，我国在1998年第十九届全国食品添 加剂标准化技术委员会建议将NaFeEDTA作为铁 强化剂添加到食品中。在2002年的铁强化酱油工 程中正式将NaFeEDTA作为铁强化剂添加到酱油 中。Walter，Tomas7 3等的研究表明，在玉米饼中添 加NaFeEDTA在体外和体内实验的吸收效果 (53)均优于延胡索酸亚铁
14、和硫酸亚铁，另外， NaFeEDTA促进其他铁剂的吸收，可以使延胡索酸 亚铁的吸收率提高087到29(P0001)， 可以作为一种优良的营养强化剂。而且NaFeED TA对食物的感官性状，如风味、色泽等影响较小， 且不易造成食物氧化。另外，Whittaker，P 等报 道，大鼠摄入硫酸亚铁后在051h左右，而 NaFeEDTA在4h左右血浆铁水平达到最大值，他 们的毒理学实验表明NaFeEDTA的LD50(13 g Fekg)与硫酸亚铁的LD50(11 g Fekg)约在同一 水平上。 32几种新型的侯选铁强化剂 (1)乳化铁：日本近期开发出将乳化剂与焦磷 酸二铁乳化成超微粒子的焦磷酸二铁制剂
15、，有流状 和粉末型两种，分别为淡黄色的乳状流体及淡黄色 的粉末，性质稳定，在水溶液中分散性好，人体吸收 率高，对胃肠无副作用，吸收后转化为血红蛋白比 例高，改善贫血效果显著。 (2)氨基酸铁 J：椐报道，氨基酸与二价铁形 成的二肽配合物可以被小肠直接吸收，从而使其生 物利用率大大提高。目前，氨基酸微量元素配合物 作为饲料添加剂研究较多，但作为食品营养强化剂 尚属空白。迄今为止，有关氨基酸螯合铁的吸收特 点的研究报道尚不多见。 (3)紫菜多糖铁(HI)：孟凡德【l 等研究了紫 菜多糖铁(HI)的生物利用度，认为它能在体内较 快地被还原剂还原为铁()，且水溶性好，多糖Fe (III)配合物作为补铁
16、剂不仅具有合适的稳定性和 溶出性能，而且释放出Fe(HI)后配体多糖不会对 身体产生副作用和毒性，还能促进铁的吸收和利 用，可望成为一种新型的营养强化剂。 (4)高铁酵母添加物：薛冬桦等培养高铁营 养酵母菌株并测定了其在人体内的铁吸收率，与硫 酸亚铁的吸收率相似，且它所含维生素、蛋白质等 营养较为丰富，所以可以作为一种多营养型的营养 强化剂。 (5)乳铁蛋白：乳铁蛋白(Lactoferrin，Lf)是一 种糖蛋白，大约由700个氨基酸残基构成的，分子 量约为80，000，属于转铁蛋白家族。因其晶体呈 红色，故也有学者称之为“红蛋白”Ll 。主要存在 于哺乳动物的各种外分泌物如乳汁、眼泪中，乳汁
17、 尤其是初乳中Lf的含量很高。乳铁蛋白通过它的 氨基和羧基末端的两个铁结合区域高亲和性，可逆 地与铁结合，并维持铁元素在一个较广的pH范围 内而完成铁在十二指肠细胞的吸收和利用。姜冬 梅 等的实验表明，乳铁蛋白比硫酸亚铁中的铁 更容易吸收。另外，摄人乳铁蛋白可明显减缓铁对 肠道的刺激作用Ll 。另外，乳铁蛋白具有广谱的抗 菌作用，而且能够增强机体的抗病毒、抗肿瘤及免疫 能力，将其应用于食品行业有着广阔的前景。 33安全性评价 尽管铁是一种必需营养素，但是过量摄人仍然 存在一定的危险性。过量铁可通过自由基反应介 质损害细胞和组织。游离铁经Fenton反应产生自 由基，导致细胞膜脂质过氧化造成的细
18、胞膜损 伤 ，另外，自由基形成过程与癌症、心血管疾病 等疾病密切相关，铁在这些疾病中所扮演的角色有 待进一步的探索。目前，临床上一般以硫酸亚铁、 葡萄糖酸亚铁等作为补铁剂，但常伴有胃肠刺激和 锈味等副作用及生物利用度低、化学稳定性差的问 97 维普资讯 http:/ 中国食品添加剂 China Food Additives 2005 No1 题。FDAWHO联合食品添加剂专家委员(JEC FA)会曾对很多种铁强化剂进行过安全性评价，并 分别对它们制订了不同的ADI。此外，它们的安全 性还与其质量标准规格有关，应对如铅和汞等污染 物进行严格控制。 4强化载体的选择 对营养强化剂的选择和应用，应注
19、意选择合适 的载体食品，既能使强化剂中的铁被较好地吸收， 又不致影响食品的色、香、味等感官性状 。铁强 化的食物载体种类较多，现列举如下： (1)谷类：谷粉为最普通的强化食物。但是它 也具有两个缺点，一是谷类中合有高剂量的植酸影 响吸收；二是谷类中脂类极易被氧化，为了避免铁 剂加入后造成的色、味改变，通常只在谷粉中加入 吸收率较低的元素铁强化，而在大米中加人磷酸铁 强化，这对复合铁的选择造成限制。 (2)盐：在印度铁强化盐已普及并已取得明显 疗效，一般剂量为1mgg盐，但铁强化盐容易变 色。 (3)糖：糖一般作为选择性铁强化食物：一般 多选择生物利用率高而颜色改变少的NaFeEDTA 作为强化
20、剂、通常剂量为13mgkg盐。 (4)牛奶：婴儿强化配方多用牛奶。一般每升 牛奶中加入硫酸亚铁512mg 。 (5)酱油：目前酱油也是铁强化的主要载体， 由于酱油颜色较深，不容易出现感官性状改变的问 题。 5 结语 我国铁缺乏的情况较为普遍，虽然铁强化剂的 种类较多，但由于许多铁强化剂的生物可利用率不 高、而且存在着色泽、风味和沉淀等问题，所以还有 待于开发生物利用率高、不影响食品感官品质的优 秀的铁强化剂。 参考文献： 1王贵娟肠粘膜铁吸收和转运的研究进展国外医学临床生物 化学与检验学分册，2002年第23卷第5期：297299 2姜永煌，罗庆为乳化铁的特性及应用中国食品添加剂，2000 年
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