改善主要粮食作物和粮食产品的铁输送

美国农业部和康奈尔大学的雷蒙德·格雷恩博士开创了几种技术来评估食物、膳食和整体饮食中有多少铁(Fe)是生物可利用的。这些技术对于确定和优化铁的饮食来源和缓解铁缺乏症至关重要，铁缺乏症是全球主要的营养缺乏症之一。主要粮食作物是这项研究的重点，特别是豆类，因为它们的铁含量相对较高，在缺铁普遍的地区是主要粮食作物。测量食物中铁的输送是具有挑战性的，因为更高的铁含量并不总是等同于更高的可吸收铁;因此，需要有效的工具来评估这种基本微量营养素的营养质量。

均衡的饮食必须包括所有宏观和微量营养素的充足来源。然而，微量营养素的缺陷，如维生素和矿物质是常见的。也许全世界最常见的营养缺乏是铁缺乏症。

铁在人类健康中有许多作用，但它最著名的作用可能是它在分子血红蛋白中的作用，血红蛋白是红细胞中的一种蛋白质，在身体各处运输氧气。轻度缺铁的后果可能是疲劳和嗜睡，而更严重的缺铁会导致健康问题，如心脏问题、感染风险增加、妊娠并发症，对儿童来说，还会导致认知缺陷和神经发育不良。

有许多良好的饮食来源的铁，包括动物和植物来源。与植物的来源相比，玉米，小麦，豆类，鹰嘴豆，豌豆和扁豆，玉米，小麦，豆类，鹰嘴豆，豌豆和扁豆等素材的动物来源更容易被身体吸收。

然而，从食物中评估铁的生物利用度通常是困难和昂贵的。“生物可利用性”一词指的是可以被身体吸收的铁，而铁可能与食物的其他成分结合，从而使身体无法吸收。

美国农业部德雷蒙德格拉恩博士开展的早期作品生产的方法可用于评估食品的生物可利用铁。Glahn的方法提供了一种方式，食品公司，作物育种者和营养专业人员可以测量铁生物利用度，从而识别和开发食品和加工实践，可以为食品供应提供更多的生物可利用Fe。

评估铁生物利用度的生物测定方法
格雷恩博士开发了一种名为Caco-2细胞生物测定铁生物利用度的模型。Caco-2细胞系是一种广泛用于营养摄取研究的人肠道细胞系。Glahn博士将模拟的胃和肠道消化与Caco-2细胞培养相结合，制造了一个人体上消化道的模型。这些实验条件使格雷恩博士能够准确评估决定铁生物利用度的最关键步骤，即肠道上皮细胞的摄取。铁吸收是通过测量铁储存蛋白铁蛋白来评估的，铁蛋白的形成与铁吸收成正比。

肠细胞铁素的测量使得模型系统的高吞吐量能够极其成本效益，并否定了用于评估铁生物利用度的其他方法的挑战和缺陷。自模型成立于1998年以来，通过与众多动物和人类研究的直接比较彻底验证，预测对应于相应的Fe生物利用度的正确影响在活的有机体内审判。现在，对该模型的彻底验证意味着，它可以有信心地应用于一些应用，如提高主要粮食作物的铁生物利用率的植物育种，或食品科学应用，以优化食品中的铁营养。

值得注意的是，Caco-2细胞生物测定可以预测从食物中可输送的铁量。这种区别是生物测定的一个关键特征，因为铁的化学性质及其与食物成分的相互作用意味着食物或膳食中的铁浓度并不总是与铁吸收有关。因此，生物测定是一种实用的、数据驱动的铁营养方法。

关注豆子
在过去的20年里，CaCO-2细胞生物测定的许多应用。也许最值得注意的应用是对共同豆的持续研究。Glahn博士的研究是第一个证明种子涂层的颜色可以对豆类的Fe递送产生深远的影响。研究表明，红色，红斑驳，深红色，紫色，蔓越莓和黑色等市场类中的豆类通常具有低FE生物利用度;而大多数白色和一些黄豆品种具有更高的Fe生物利用度。种子涂层颜色是由于存在或不存在称为多酚的化合物。

格拉恩研究小组的进一步研究确定了一种名为黄酮醇的多酚类化合物，特别指出黄酮醇槲皮素和杨梅素是摄取铁的抑制剂。在多酚类花青素中还发现了其他铁吸收抑制剂;然而，最重要的是，这项研究在黄酮醇类中发现了多酚类化合物，促进铁的摄入。具体来说，山奈酚、山奈酚3-葡萄糖苷、儿茶素和表儿茶素已被证明能促进铁的摄取。此外，在黄豆市场分类中，某些品种已被鉴定出这些化合物含量高，且很少或没有抑制多酚，因此表现出较高的铁生物利用度。最近，在一些品种的斑托豆中观察到的缓慢变暗的特性也导致这些促进铁吸收的多酚水平较高，而抑制化合物水平较低，从而提供更多的铁供吸收。

格伦实验室对大豆的其他研究还考察了大豆种子的铁浓度和生物利用度的成分。这些研究发现，在子叶内，也就是豆子中间的白色部分，单个子叶细胞壁不会因烹饪、咀嚼或胃肠消化而分解。考虑到豆类中70-95%的铁位于子叶，在子叶细胞内，这一观察代表了一个新的因素影响铁从豆类运输。同样的因素也适用于其他豆类。确定这一因素非常重要，因为它确定了一个可以克服的障碍，从而从豆类和其他豆类中获取额外的铁营养。

最后，Caco-2细胞生物测定发现，许多豆类消费者非常渴望的快速烹饪特性与改善铁输送有关。快速烹饪被认为与促进铁吸收的多酚化合物以及可能控制子叶细胞壁厚度的基因有关。综上所述，上述观察结果对豆类种植者、食品生产者和寻求从这种主要粮食作物中改善铁营养的消费者来说都是好消息。本研究为大豆育种提供了新的目标，最终为消费者提供了更高的营养品质，为生产者提供了增值性状。

用于Fe递送的Caco-2细胞生物测定的其他应用
玉米:Caco-2细胞已经鉴定出玉米的胚芽部分。是抑制玉米对铁吸收的主要成分。因此，脱脂玉米面粉可能是提供改善铁营养的一个机会。此外，这些研究表明，鉴定和/或培育具有较高铁密度的玉米品种也应该提供更多的生物有效铁。

扁豆：红扁豆通常被淘汰收获后。CaCO-2细胞生物测定已经鉴定了脱滤过程，改善了从扁豆的Fe递送。

豌豆：总体而言，豌豆被确定为一个优秀的豆科植物，以提供更多的生物可利用的Fe。

婴儿的补充食品:由于婴儿特别容易缺铁，补充食品代表了Caco-2细胞生物测定法的出色应用，以确定特定的食品和食品组合，以改善这一脆弱年龄组的铁营养。

食品:主要食品公司通常使用Caco-2细胞生物测定法来确定最佳配方，以提供生物可利用的铁，同时平衡感官和其他质量问题。

家禽铁生物利用度模型
铁生物利用度的人体研究既昂贵又耗时;因此，迫切需要将Caco-2细胞生物测定和动物模型相结合，以完善明确的人体研究目标，并在可能的情况下减少人体试验的数量。因此，为了补充生物测定，格雷恩博士和他的研究小组还开发了一个家禽模型来研究铁的生物利用度。结合生物测定，家禽模型已在直接与人体试验的平行比较中得到验证。在对豆类和珍珠粟等作物的研究中，生物测定法和家禽模型正确地预测了人类功效研究。因此，这些研究工具的组合现在代表了铁营养研究的流行方法。