一项由马萨诸塞大学阿默斯特分校食品科学家领导的研究发现，一种常见的食品添加剂，虽然在法国被禁止但在美国和许多其他国家允许使用，显著改变了小鼠的肠道微生物群，导致结肠炎症和肝脏蛋白质表达的变化。该研究的负责人Hang Xiao教授表示，研究结果对食品工业和人类健康及营养有很多影响。研究证实了食品中的二氧化钛纳米颗粒（TiO2 NPs）与不良健康效应之间的强烈关联。
与同事一起，Xiao在涵盖纳米技术的跨学科期刊《Small》上发表了这项研究。肠道微生物群在人类健康中起着至关重要的作用。肠道微生物群的失衡与一系列健康问题有关，包括炎症性肠病、肥胖和心血管疾病。人类暴露于食品中的TiO2 NPs主要来自一种名为E171的食品添加剂，这种添加剂含有不同大小的TiO2颗粒，其中三分之一或更多是纳米尺度的。
E171使产品看起来更白和更不透明，常见于甜点、糖果、饮料和口香糖等食品中。Xiao指出，美国儿童的E171暴露量是成年人的两到四倍。小于100纳米的食品纳米颗粒可能具有引起关注的独特生理特性。在研究中，Xiao和他的团队将E171或TiO2 NPs作为小鼠日常饮食的一部分进行喂养。一组小鼠喂食类似于许多美国人的高脂肪饮食，其中三分之二的人肥胖或超重；另一组小鼠喂食低脂肪饮食。
喂食高脂肪饮食的小鼠最终变得肥胖，而喂食低脂肪饮食的小鼠则没有。在非肥胖小鼠和肥胖小鼠中，肠道微生物群都受到E171和TiO2 NPs的干扰。纳米颗粒在两组小鼠中引起更多的负面变化。此外，肥胖小鼠对TiO2 NPs的负面影响更为敏感，导致肥胖小鼠比非肥胖小鼠受到更多损害。
研究人员发现，TiO2 NPs减少了短链脂肪酸的盲肠水平，这对结肠健康至关重要，并增加了结肠中的促炎免疫细胞和细胞因子，表明存在炎症状态。为了评估肠道微生物群被TiO2 NP破坏的直接影响，Xiao和他的同事进行了粪便移植研究。他们给小鼠服用抗生素以清除其原有的肠道微生物群，然后将TiO2 NP处理小鼠的粪便细菌移植到抗生素处理的小鼠中。
Xiao表示，结果支持他们的假设，即在饮食中加入TiO2 NPs会破坏肠道微生物群的稳态，从而导致小鼠结肠炎症。研究还测量了人类粪便样本中TiO2的水平，发现了一个广泛的范围内。Xiao表示，需要进一步研究以确定长期暴露于TiO2 NPs的健康影响。