TiO?作为焦磷酸铁预混料的替代涂层：其稳定性和生物可利用性与富马酸亚铁相比的情况

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：TiO 2 alternative coatings for ferric pyrophosphate premixes: Stability and bioaccessibility relative to ferrous fumarate

双强化盐中替代钛白粉的涂层材料及铁生物可及性研究。通过评估碳酸钙、硫酸钙、氧化锌等无机物及Opadry、Nutrafinish等商业涂层的遮色效果、碘稳定性及铁溶出特性，发现25%-65%的涂层浓度可有效掩盖FePP颜色并保持碘>50%的留存率，其中碳酸钙和氧化锌表现最优。研究证实TiO?可通过钙、镁、锌盐及复合涂层替代，同时铁释放遵循伪一级动力学，钙盐系表现最佳。

　　

Diana L. Teichman|Ariel Chan|Michael B. Zimmermann|Levente L. Diosady

多伦多大学化学工程与应用化学系，200 College Street, M5S 3E5，多伦多，安大略省，加拿大

摘要

二氧化钛（TiO₂）被广泛用于掩盖双强化盐（DFS）及其他食品（如糖果和薄荷糖）中铁强化剂的颜色，但其监管状况引发了人们对替代品的探索。2021年，欧洲食品安全局因担心其基因毒性而禁止了TiO₂的使用。本研究评估了TiO₂的替代品，包括CaCO₃、MgCO₃、ZnO、CaSO₄、Opadry以及Nutrafinish混合物（由CaCO₃和HPMC组成的商业涂层），以掩盖挤压型焦磷酸铁（FePP）预混料的颜色。这些预混料包含或不含增强铁吸收的添加剂（Na₂EDTA、柠檬酸（CA）、柠檬酸钠（TSC））。研究考察了这些涂层在储存九个月后的颜色均匀性（ΔE）、核心覆盖度、碘保留率以及在体外条件下的铁生物利用度。

实验结果表明，25%的ZnO、45%的CaCO₃、55%的MgCO₃、65%的CaSO₄、25%的Opadry和25%的Nutrafinish 002组合能够有效掩盖颜色；所有配方中均添加了15%的大豆硬脂。含有CA/TSC添加剂的FePP预混料在颜色均匀性方面优于仅含Na₂EDTA的配方。大多数配方中的碘保留率超过50%，表明产品具有较长的保质期。高温下的碘损失主要是由于涂层缺陷导致铁离子扩散增加以及铁离子与碘酸盐发生反应，而非脂肪涂层的完全液化。铁的释放遵循伪一级动力学规律，其中CaCO₃的溶解度和生物利用度最高。这些发现表明，无TiO₂的涂层可以有效掩盖颜色、保持碘的稳定性，并支持FePP基DFS产品的营养效果，为符合监管要求的、消费者可接受的配方提供了可行的方案。

引言

全球约有20亿人患有缺铁性贫血（IDA），尤其在低收入和中等收入国家（LMICs）更为普遍，这些地区人们难以获得多样化的饮食（Gardner等人，2023年）。贫血在妊娠期间可能导致早产、产后出血、死产和神经系统损伤。食品强化是一种有效的应对措施，通过向主食中添加关键营养素来改善贫血状况，无需改变消费者的生活方式。焦磷酸铁（FePP）因其感官可接受性而被提议作为食品强化剂。尽管它已被用于挤压米（Hackl等人，2016年）和肉汤块（Eilander等人，2019年），但其有限的生物利用度使得强化过程具有挑战性。焦磷酸铁在pH值高于3.5时不可溶，例如在小肠的中性环境中，因此需要采取策略来提高其吸收率（Heimbach等人，1999年）。

柠檬酸、柠檬酸钠（TSC）等铁吸收增强剂可以提高焦磷酸铁的生物利用度。当FePP与这些添加剂结合时，其生物利用度会翻倍（Hackl等人，2016年）。这些添加剂作为螯合剂，与焦磷酸铁中的铁原子结合形成复合物，使铁在溶液中更易溶解和吸收。柠檬酸和柠檬酸钠能形成多核复合物，通过桥接配体将多个金属离子连接在一起（Hider等人，2024年）。柠檬酸是一种三羧酸阴离子，其羧基可与金属（此处为铁）结合形成稳定的螯合物。

类似地，Na₂EDTA也能提高挤压米中焦磷酸铁的生物利用度（Scheuchzer等人，2023年）。EDTA作为螯合剂，可减少铁与吸收抑制剂的副反应，形成铁EDTA复合物，从而增加可溶性铁的浓度。EDTA的羧基（-COO^?）和胺基（-NH₂）中的氮原子可向Fe³⁺提供电子对，形成配位键。EDTA与柠檬酸的区别在于，EDTA是六齿配体（通过六个供体原子结合），而柠檬酸是三齿配体（通过三个供体原子结合），这使得EDTA更稳定（Heimbach等人，1999年）。

EDTA和柠檬酸的螯合作用可防止铁离子沉淀，提高其溶解度，便于吸收（Knutson，2019年）。在酸性条件下，铁离子保持复合态；随着pH值升高，复合体的稳定性下降，从而促进其在小肠中的释放（Heimbach等人，1999年）。铁离子在十二指肠细胞顶膜的duodenal cytochrome b（DCYTB）酶作用下还原为亚铁离子。亚铁离子通过DMT1（二价金属转运蛋白1）穿过细胞膜进入细胞（Knutson，2019年；Gracheva等人，2024年）。

含有铁增强剂的焦磷酸铁作为强化盐中的铁来源显示出潜力。Teichman等人的研究表明，添加Na₂EDTA、CA/TSC和焦磷酸钠的FePP预混料通过涂层系统可有效防止碘损失（Teichman, Chan等人，2025年）。然而，这些添加剂会导致FePP颜色变差，因此需要添加遮色层。利用二氧化钛（TiO₂进行遮色并使用大豆硬脂进行微胶囊化后，再将其混入碘化盐中制备双强化盐（DFS）。还开发了含有FePP、锌和维生素B₉、B₁₂的配方，以生产多种强化盐（MFS）。这些强化盐在加速温度条件下储存九个月后仍保持稳定。

二氧化钛已成功用于掩盖双强化盐中亚铁富马酸的深棕色（Diosady等人，2019年；Modupe，2020年）。截至2019年，印度已有6000万消费者使用含亚铁富马酸和碘酸钾的DFS来治疗缺铁性贫血（Diosady等人，2019年；Siddiqui等人，2022年）。尽管TiO₂能有效改善DFS的感官效果，但对其潜在基因毒性的担忧引发了科学界的争议（Weir等人，2012年；Winkler等人，2018年；Ghebretatios等人，2021年）。2021年，欧洲食品安全局禁止在食品中使用二氧化钛（E171），因为担心其可能含有纳米颗粒并引发癌症风险（Shammas等人，2015年）。随后加利福尼亚州也暂时禁止了该物质的使用。美国食品药品监督管理局允许在食品中使用二氧化钛，但用量不得超过食品重量的1%（美国化学理事会，2023年；美国食品药品监督管理局，2023年）。加拿大卫生部、澳大利亚和新西兰食品标准局也允许在食品中使用二氧化钛，但需控制在允许的范围内（美国化学理事会，2023年；加拿大卫生部，2023年）。

由于TiO₂的安全性问题，尽管其在DFS中的用量很小，但仍需寻找替代的遮色剂。无机替代品CaCO₃、CaSO₄、MgCO₃、ZnO被研究作为亚铁富马酸双强化盐中的替代品，因为它们被认为是安全的（GRAS），常用于糖果、薄荷糖、食品着色剂以及钙、锌和镁的膳食补充剂中（Teichman, Siddiqui等人，2025年）。这些物质的安全性得到了验证，在食品中的应用广泛，且本身具有白色，适合在未来的TiO₂监管限制下保持产品的视觉吸引力。CaSO₄、CaCO₃和ZnO预混料在九个月储存期间表现良好，而MgCO₃预混料的附着力较差（Teichman, Siddiqui等人，2025年）。因此进一步研究了使用阿拉伯胶悬浮液或大豆硬脂悬浮液改进MgCO₃涂层的方法（Vatandoust等人，2024年）。

此外，米淀粉和米粉可作为二氧化钛的有机、经济可行的替代品。然而，由于米淀粉颗粒无定形且静电作用力弱，其粘附性能较差，需要开发专用粘合剂来提高粘附效果。米淀粉和米粉与柠檬酸交联形成的酯类粘合剂也是TiO₂

在选择TiO₂替代品时，确保铁预混料的生物利用度至关重要。生物利用度是指从食物基质中释放出的可被吸收的营养素量（Huey等人，2024年）。随后，生物有效性是指被吸收到血液中并到达目标部位的营养素量。为了使物质具有生物有效性，首先必须确保其可被吸收，因此确定盐强化预混料的生物利用度非常重要。

本研究的目的是开发和评估用于双强化盐的焦磷酸铁（FePP）预混料的无TiO₂涂层系统。具体目标包括：（1）评估含和不含增溶添加剂（柠檬酸、柠檬酸钠、Na₂EDTA）的FePP作为亚铁富马酸（FeFum）的替代品；（2）识别并优化能够替代TiO₂的遮色剂；（3）通过比色法和显微镜观察评估这些配方的外观和涂层性能；（4）确定它们在储存过程中的碘稳定性；（5）比较FePP基配方与FeFum基配方的体外铁生物利用度，以评估其营养效果。

当焦磷酸铁（FePP）与柠檬酸、柠檬酸钠（TSC）等增溶添加剂结合，并用优化的TiO₂替代品进行遮色后，可以在保持相似生物利用度和碘稳定性的同时，有效替代强化盐中的亚铁富马酸（FeFum），同时改善外观。此外，可以找到合适的替代品来有效遮色，而不影响FePP预混料的感官或营养品质。

部分内容摘录

预混料配方概述

预混料的制备采用了Li等人（2011年）、Modupe（2020年）和Teichman, Siddiqui等人（2025年）的协议，包括挤压、遮色和微胶囊化步骤。材料、供应商和等级的完整列表见表1。

添加添加剂的挤压工艺

使用Ultra Power? Series KitchenAid?立式搅拌机将焦磷酸铁（FePP）、添加剂（Na₂EDTA、柠檬酸（CA）、柠檬酸钠（TSC）和粗粒小麦粉（粘合剂）混合，制备了四种挤压配方：

FePP DFS配方的替代遮色方案：初步试验

由于使用了粗粒小麦粉作为粘合剂，挤压后的FePP呈淡黄色；加入柠檬酸和柠檬酸钠后颜色变为绿色；加入Na₂EDTA后变为黄褐色。这些颜色变化表明需要有效的遮色策略来确保消费者接受铁强化盐。

结论

本研究证实，可以使用ZnO、CaCO₃、MgCO₃、CaSO₄、Opadry和Nutrafinish混合物等遮色剂替代TiO₂，用于FePP基DFS中。这些替代品成功掩盖了挤压FePP的颜色，包括添加了增强剂的配方，在高温高湿条件下储存九个月后仍保持超过50%的碘保留率。25%的ZnO、45%的CaCO₃、55%的MgCO₃、65%的CaSO₄、25%的Opadry和25%的Nutrafinish组合效果最佳。

CRediT作者贡献声明

Diana L. Teichman：撰写——审稿与编辑，原始草稿撰写，方法设计，数据分析，数据整理。Ariel Chan：概念构思。Michael B. Zimmermann：撰写——审稿与编辑，概念构思。Levente L. Diosady：撰写——审稿与编辑，监督，资源获取。

写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的情况

作者使用Microsoft Copilot工具提升了手稿的可读性。使用该工具后，作者对内容进行了必要的审阅和编辑，并对发表文章的内容负全责。

未引用参考文献

Teichman, 2026

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢苏黎世联邦理工学院的Pornpimol Scheuchzer博士、瑞士应用技术大学的Diego Moretti教授、Manpreet Chada、Daniel De Lopez、Nutrition International的Dr. Homero Martinez以及Lorne Heuckroft博士和Mrs. Lorne Heuckroft在技术上的支持，同时也感谢Adhya Maharaj作为多伦多大学食品工程实验室的暑期本科生所提供的帮助。