麻省理工学院的科研团队开发出一种名为NuMOF的铁基金属有机框架材料，成功解决了铁和碘在食品中稳定共存的难题。这种材料不仅能添加到盐中，还能融入咖啡、面粉、乳制品等多种食品和饮品，且不影响原有的味道和价格。目前已成功推出铁强化咖啡产品，并实现百公斤级生产，有望为全球超过20亿缺铁缺碘人群提供一种创新的解决方案。该研究以“亚铁营养金属有机框架作为食品强化剂”为题发表在《Matter》杂志上，并计划成立初创公司推广技术。

💡 **创新材料解决营养素共存难题：** 研究团队开发了NuMOF（Nutritional Metal Organic Framework），一种铁基金属有机框架材料，巧妙地利用分子层面的设计，实现了铁和碘这两种在食品中极易发生反应的营养素在同一载体中稳定共存，突破了传统加碘盐添加铁元素的技术瓶颈。

☕ **多场景应用与产品化进展：** NuMOF不仅能用于强化食盐，还可广泛应用于面粉、面包、乳制品、咖啡和茶等多种食品和饮品中，且不会改变原有的风味和口感。目前，团队已成功开发出铁强化咖啡产品，并实现了百公斤级的生产，显示出技术产业化的巨大潜力。

🔬 **pH响应释放与高效吸收：** 该材料具有pH响应特性，仅在胃酸等低pH环境下释放铁和碘，而在中性pH条件下保持稳定，避免了在口腔中产生异味，提高了消费者的接受度。体外和动物实验均表明NuMOF能够高效被人体吸收，显著提升铁水平和甲状腺碘含量。

💰 **成本效益与食品安全：** 相较于传统包埋策略，NuMOF的生产成本更低，例如在咖啡产品中的添加成本不超过总成本的1%。其成分均为食品级物质，初步的细胞和动物实验显示其在合理剂量下无毒且安全，为未来获得GRAS等食品安全认证奠定了基础。

刘雅坤 2025-10-04 11:51 天津

已推出铁强化咖啡产品，并实现百公斤级生产。

未来，你喝的咖啡中可能同时添加了碘元素和铁元素，不仅味道和普通咖啡无异，并且价格平易近人。

（来源：麻省理工学院）

近期，美国麻省理工学院罗伯特·朗格（Robert Langer）教授和安娜·雅克莱内茨（Ana Jaklenec）教授团队开发了一种铁基 MOF 材料（NuMOF，Nutritional Metal Organic Framework），成功让铁和碘在双强化盐中稳定共存。

据了解，NuMOF 除了可添加到盐中，还可添加到其他食品或饮品中，例如面粉、面包、乳制品、咖啡和茶等。目前，研究团队已经开发强化铁咖啡产品，并计划成立初创公司将产品推向市场。

审稿人对该研究评价称：“这项研究为全球微量营养素缺乏问题，提供了一种可能有效的解决方案。”

近日，相关论文以《亚铁营养金属有机框架作为食品强化剂》（Ferrous Nutritional Metal-Organic Framework as Food Fortificant）为题发表在 Matter[1]，麻省理工学院杨昕博士是第一作者，罗伯特·朗格（Robert Langer）教授和安娜·雅克莱内茨（Ana Jaklenec）教授担任共同通讯作者。

图丨相关论文（来源：Matter）

将“明星材料”MOF 引入食品领域

由缺乏铁元素引起的缺铁性贫血是一种常见疾病，其有可能伴有疲劳、运动不耐受和注意力不集中等症状。一般来说，缺碘的人群也同样存在缺铁的情况。目前，全球缺铁和缺碘的人群在 20 亿人以上。

随着过去几十年的发展，加碘盐已在全球范围内取得了广泛的社会影响力。自 1994 年起，中国开始推行加碘盐政策。它为人类健康，特别是发展中国家人民的健康状况带来了显著改善。随着加碘盐的普及，全球范围内的缺碘相关疾病大幅减少。

该研究源于一个设想：能否利用加碘盐成熟的销售渠道和供应链，把铁元素高效、精准地补充到目标人群？也就是说，用“一勺盐”同时为相关人群同时补碘和补铁。

这听上去很简单，但实践起来却充满挑战。需要了解的是，直接在碘盐中添加铁元素的方案并不可行。碘盐中的碘来源于碘酸钾或碘化钾，其易与铁元素（无论是二价铁还是三价铁）发生化学反应，从而被还原成碘单质。而碘单质又很容易升华，这不仅会导致碘挥发和损失，也会破坏铁的稳定性，进而造成这些营养元素流失。

为解决上述问题，研究团队开启了这项工作。他们在文献调研时，从金属有机框架（MOF，Metal Organic Framework）中获得灵感：因在微观尺度下存在巨大的比表面积，MOF 作为吸附气体和吸附水的“明星材料”，已经广泛应用于医药和催化等领域。

受此启发该团队提出，或许 MOF 也可以用来“吸附”碘，于是创新性地将 MOF 引入到食品领域中，通过分子层面的设计实现了铁和碘在双强化盐中稳定共存。

采用吸附策略，搭建 MOF “房子”

设计 MOF 材料，首先需要确认金属离子和有机配体的具体成分。为快速、高效地在海量有机配体中选择合适的配体，研究人员选择了使用机器学习模型。

他们先建立了一个数据库，从文献中找了大量的 MOF 例子，并通过训练模型，让其了解各种金属离子与有机配体之间形成的 MOF 材料的稳定性。然后，研究人员为训练好的模型提供一些可用于食品工业中的有机配体，让其从中预测性能合适、相对稳定的有机配体。最终，基于机器学习精准预测出铁离子的最优配体——食用级添加剂富马酸。

图丨 Fe（II）NuMOFs 的合成及碘、碘化物和碘酸盐的负载（来源：Matter）

此前，加拿大多伦多大学的化学工程师曾开发过一种包埋策略的双强化盐：将在铁颗粒表面包裹一些聚合物，通过物理隔绝防止碘和铁发生反应。但这种方式的局限性在于，在高温或高湿条件下包埋材料并不能长期及稳定存在。

在本次研究中，研究人员采用了一种完全不同的材料设计策略，他们并未延用传统的碘化钾或碘酸钾（注：这是碘盐中碘的主要来源），而是使用碘单质。实际上，单质碘本身并不稳定，而这种吸附策略的巧妙之处在于：NuMOF 内部存在很多细小的孔道，可以将其结构看作是一座蜂窝形状的“房子”，恰好可以通过牢牢吸附让这些碘分子稳定下来。

图丨由亚铁（小的绿色球体）与富马酸配体（灰色条）连接并装载碘（大的紫色球体）制成的金属有机骨架可以用铁和碘强化食盐（来源：杨昕）

研究人员希望合成二价铁基金属有机框架（Fe（II）MOF），但是在其合成过程需要非常严格的氧气控制，这会带来巨大的成本。于是，他们调整思路：先合成 MOF，然后再对 MOF 进行还原，以避免在合成过程中的无氧操作。

受日常饮食中“维生素 C 帮助铁吸收”常识的启发，研究人员将这一思路应用到材料合成中：先用铁和富马酸搭建好 MOF“房子”，再用维生素 C 把三价铁还原成更易被人体吸收的二价铁，可将其理解为“先建房，再装修”。

与传统包埋方法本质不同的是，在吸附策略中，铁不再是一种额外的成分，而是作为 MOF 材料结构的一部分。在这座“房子”中，碘和铁就像“房客”一样住进各自的孔道中，这样二者的位置既相邻又避免了直接的接触。

图丨 NuMOF-1 稳定负载碘化合物在恶劣的处理条件下（来源：Matter）

在体外实验中，研究人员将 NuMOF 与常规铁盐进行比较，结果显示前者更容易被细胞吸收。动物实验结果表明，食用 NuMOF 后，铁水平和甲状腺碘含量在几个小时内大幅度上升。相关实验显示，即便这些营养素在沸水中煮 2 个小时稳定性依然不减。

“一些发展中国家的食盐运输条件并非冷链，有时候运输条件高达四五十摄氏度，其储存条件也可能是潮湿的环境。另一方面，NuMOF 添加到食品或食盐中也面临高温烹饪条件。我们的结果证明，NuMOF 在高温和潮湿（40℃ 和 75% 相对湿度）条件下仍能够稳定存在。”杨昕对 DeepTech 表示。

已推出铁强化咖啡产品，并实现百公斤级生产

值得关注的是，NuMOF 具有 pH 响应的特性：其只在低 pH 值条件下才会释放，而在中性 pH 值下（大部分食物是中性的）不会释放。也就是说，它在常温下是稳定状态，但在胃酸环境条件下（pH 约 1 至 3），当其结构被破坏后会迅速分解并释放铁和碘。

并且，它不会对食品或饮品产生视觉和口感方面的影响，因此对于消费市场来说更容易被采用。“最重要的是，它在口腔中不会释放，所以吃起来不会像传统铁补剂那样有铁味。”杨昕表示。

图丨NuMOF-1 中铁和碘的体外释放（来源：Matter）

研究团队一直在努力探索这项技术的产业化落地的可能性。据介绍，其已推出强化铁咖啡产品，并与美国和中国的生产铁配料的相关厂家和咖啡品牌持有者合作，在食品级生产车间进行配料生产，探索把 NuMOF 用于盐和主食的可行性。现阶段，他们已经完成了从到几十公斤到百公斤级的生产。目前研究团队正在研发绿色、可放大的合成工艺，计划成立一家初创公司加速技术转化，并正在与包括盖茨基金会在内的机构洽谈合作。

图丨碘的体内释放和吸收（来源：Matter）

成本对比方面，传统用包埋策略制备的双强化盐，由于不可避免地引入更多聚合物，其价格相较于盐是额外的成本。此外，聚合物还具有一定重量，据了解，用 10g 聚合物只能包埋 4g 铁材料，这对于吨级运输总成本来说也是一笔巨大的支出。

而 NuMOF 具有成本低的优势，以铁强化咖啡产品为例，每包咖啡可满足人们日常铁的需求量的 10% 左右，而添加 NuMOF 的增加成本不超过咖啡生产总成本的 1%。对食品工业来说，不需要大规模改造工艺，只需在生产环节稍作调整。并且，原料低成本也有利于其在发展中国家的应用。

在食品安全性方面，研究人员进行了细胞和动物实验，证明 NuMOF 在合理剂量下无毒且容易被吸收。未来在正式进入市场之前，还需通过美国 GRAS（美国 FDA 评价食品添加剂的安全性指标，Generally Recognized as Safe）认定、欧洲食品安全局（EFSA，European Food Safety Authority）等食品安全方面的审批。

“好在 NuMOF 的铁、富马酸、维生素 C 和碘等成分，本身都属于食品级物质，因此安全性前景乐观。”杨昕说。

图丨杨昕（来源：杨昕）

杨昕是福建福州人，他分别在西北农林科技大学和新加坡国立大学获得本科和博士学位，之后他来到美国麻省理工学院科赫综合癌症研究所从事博士后研究，其长期专注于食药同源（Food as Medicine），致力于探索如何利用食品来解决营养缺乏和慢性疾病相关性问题。

目前，他已经接受美国堪萨斯州立大学（Kansas State University）粮食科学与产业系的教职 offer，将于 2026 年起担任该校助理教授，并建立独立实验室。杨昕计划在双强化盐方向继续优化，使 MOF 材料在食品工业中得到更广泛的应用，并进一步探索将 NuMOF 添加在锌、钙和维生素 A 等营养素中的可能性。据介绍，未来更大的研究挑战在于如何实现吨级放大生产，以及如何在不同国家的供应链中保持一致性。

参考资料：

1.Yang,X. et al. Ferrous Nutritional Metal-Organic Framework as Food Fortificant. Matter 8, 102372(2025). https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102372

2.https://jamanetwork.com/journals/jama/article-abstract/2832131

排版：刘雅坤

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