Alai

V souvislosti s vážnými obavami z negativních dopadů globálního oteplování již dochází k neustálému omezování konvenční živočišné stravy. Ve srovnání s živočišnou stravou je rostlinná strava spojena s lepším využíváním primárních zdrojů, při její výrobě vzniká méně emisí CO2 a používá se méně škodlivých postupů pro životní prostředí. Získání značného množství živin obsažených v zemědělských komoditách však není z mnoha důvodů vždy snadné.

Na příkladu listů manioku si ukážeme, jak nám přirozeně se vyskytující toxické a antinutriční sloučeniny bránily – až dosud – v přístupu k tomuto nesmírně nevyužívanému zdroji milionů tun bílkovin, dietní a prebiotické vlákniny, karotenoidů provitaminu A a vitaminů B1, B2, B3 a C.1-3

Kasava

Pěstování kasavy hraje důležitou roli jak z hlediska potravinového zabezpečení, tak jako komerční plodina, a poskytuje užitečné možnosti pro udržení živobytí milionů zemědělců ve 105 tropických a subtropických zemích.1-3 Její pěstování je nenáročné na údržbu, pokud jde o nároky na vodu a půdu, stejně jako na čas, práci a finanční investice, které vyžaduje, což z ní činí vynikajícího kandidáta pro chudé oblasti s delšími obdobími sucha.1,4

Podle údajů z podnikové statistické databáze Organizace pro výživu a zemědělství (FAOSTAT) za rok 2017 je Nigérie největším producentem kořenů manioku na světě s produkcí 59,5 milionu tun, což odpovídá 20 % celosvětové produkce. Významným hráčem je také Ghana, která produkuje 18,5 milionu tun kořenů manioku, což odpovídá šesti procentům celosvětové produkce. Ačkoli se maniok pěstuje především pro své škrobnaté kořeny, jeho listy jsou po nezbytné úpravě také jedlé a v Africe se používají v místních pokrmech jako dobrý zdroj bílkovin a mikroživin, i když jsou stále označovány za „potravinu chudých“.4

Listy kasavy mají vysoký obsah bílkovin, který dosahuje až 38 % sušiny, a vyvážený profil aminokyselin. Obsah hrubé vlákniny v listech manioku může v závislosti na kultivaru dosahovat až 20 % jejich sušiny, což dvojnásobně převyšuje obsah vlákniny v kořenech. Listy jsou také bohaté na vitaminy, jako jsou B1, B2, B3, C, karotenoidy provitaminu A (pVAC) a minerální látky, které by spolu s bílkovinami mohly být lépe využity ke zmírnění podvýživy a snížení zakrnění – tj. chronicky podvyživené populace na rozvojových trzích. Snížení zakrňování růstu bylo stanoveno jako druhý cíl udržitelného rozvoje Organizace spojených národů (OSN) a představuje hlavní problém v subsaharské Africe spolu s nedostatkem vitaminů A a B.

Nedostatek vitaminu A, který postihuje především děti a ženy, způsobuje zhoršení zraku, snižuje schopnost bojovat s infekcemi a snižuje rychlost růstu a vývoj kostí – v závažných případech vede dokonce k úmrtí dětí. V rozvojových zemích jsou hlavním zdrojem vitaminu A rostliny ve formě pVAC, které vykazují velmi špatnou vstřebatelnost, protože jsou uvězněny v organelách rostlinných buněk a buněčných stěnách. Biologickou dostupnost pVAC lze během zpracování (např. mechanické homogenizace) zvýšit až šestkrát, zatímco koncepce použití pVAC jako přidané složky potravin zvyšuje jejich biologickou dostupnost až o jeden řád.5

Zlepšení složení zpracovaných potravin zařazením vyššího množství bílkovin, dietní a prebiotické vlákniny a dalších hodnotných složek je v souladu s moderními výživovými doporučeními. Například konzumace vlákniny (VV) je spojována se snížením rizika řady zdravotních poruch včetně kardiovaskulárních onemocnění, diabetu II. typu, zácpy a předpokládá se, že poskytuje sytící účinek.6-8

I přes výhody stravy bohaté na VV je doporučený příjem (20-35 g/den)9 zřídkakdy splněn u naprosté většiny běžné populace, zejména na rozvinutých trzích. Začlenění složek DF do zpracovaných potravin by proto mohlo sloužit jako alternativní prostředek ke zvýšení spotřeby vlákniny u běžné populace. Zvýšení obsahu DF, bílkovin nebo jakýchkoli jiných hodnotných složek však představuje pro potravinářský průmysl značnou výzvu, pokud jde o náklady na složení výrobku. Z toho vyplývá, že nákladově efektivní extrakce a čištění cenných potravinářských složek z listů manioku může být velmi užitečná pro zlepšení složení komerčních potravinářských receptur jak na rozvinutých, tak na rozvojových trzích.

Tabulka 1 znázorňuje ekonomický potenciál listů manioku za předpokladu dvou úrovní izolace složek (jednoduché a podrobné) a při použití cen složek B2B. Ekonomický potenciál u jedné tuny čerstvých listů a jednoduchého procesu biorafinace může dosáhnout cca 563 liber.

Listy manioku mají z hlediska čerstvého materiálu stejný výnos jako kořeny, takže roční celosvětovou produkci listů lze odhadnout na téměř 300 milionů tun. Naproti tomu odhadovaný objem spotřebovaných listů je méně než jeden milion tun ročně.1 To je snadno pochopitelné, protože většina spotřeby listů je určena pouze pro domácí použití a probíhá po poměrně zdlouhavém domácím detoxikačním procesu, který zahrnuje tlučení nebo mletí a následné dlouhé zahřívání. Listy manioku bohužel nejsou prakticky průmyslově využívány ani jako legitimní zemědělský produkt, ani jako zdroj potravinářských surovin. Hlavní příčinou toho, že listy manioku nejsou průmyslově zhodnocovány, je vysoká toxicita listů způsobená kyanogenními glukosidy a v menší míře existencí dalších antinutričních složek, jako jsou fytáty, oxaláty a inhibitory trypsinu10,11 .

Listy kasavy obsahují vysoké množství kyanogenních glukosidů (95 % linamarinu a 5 % lotaustralinu), které se nacházejí ve vakuolách každé buňky a mohou být hydrolyzovány linamarázou založenou v buněčných stěnách. Po rozrušení buněk vytváří linamaráza glukózu a acetonový kyanohydrin, které se následně rozkládají na toxický těkavý kyanovodík (HCN).12

Tento poslední krok může probíhat buď spontánně, nebo v důsledku enzymatického působení α-hydroxynitrilázy, která je rovněž vázána na buněčné stěny.13,14 Kyanovodík (HCN) je vysoce toxický pro lidi i zvířata, přičemž je známo, že požití 50-100 mg způsobuje smrtelné případy.11 Chronická toxicita způsobená stravou je další hlavní příčinou obav, zejména u populací, kde je maniok hlavní potravinou. Konzo, tropická ataxická neuropatie, exacerbace strumy a kretenismus jsou nejčastěji hlášené poruchy způsobené toxicitou manioku.2,11 K prevenci chronické toxicity byl v Kodexu od roku 1991 navržen maximální limit 10 mg celkového HCN/Kg maniokové mouky.11

Kromě požití je známo, že při průmyslovém zpracování kořenů manioku a dokonce i na chalupě je vážně nebezpečný také únik plynného kyanovodíku do životního prostředí.15 Národní rada pro výzkum USA (2002) stanovila na základě úmrtnosti doporučené úrovně akutní expozice (AEGL-3) pro vdechovaný HCN v rozmezí od 30 mg/m3 při expozici trvající 10 minut až po 7,3 mg/m3 při expozici trvající osm hodin. NRC (2002) uvedla AEGL-1, které nezpůsobují zdravotní postižení, v rozmezí od 2,8 mg/m3 pro expozici trvající 10 minut až po 1 mg/m3 pro expozici trvající osm hodin. Náchylnost listů manioku k rychlému rozkladu spolu se ztrátou buněčné integrity a až 20krát vyšším obsahem kyanidů než u kořenů manioku9 naznačuje, že čerstvé listy by měly do svého bezprostředního okolí uvolňovat značné množství jedovatého kyanovodíku. Proto se jakýkoli přístup k průmyslové detoxikaci, který jistě povede k přepravě několika tun a skladování desítek tun listů, musí zaměřit nejen na splnění limitu pro požití 10 mg/kg konečného produktu stanoveného v Kodexu, ale je také důležité zavést strategie pro zmírnění rizik, aby se zajistilo, že emise kyanovodíku budou daleko od život ohrožujícího AEGL-3 a budou omezeny na nezneškodňující AEGL-1.

Kromě toho jsou konvenční detoxikační procesy uvedené v literatuře pro listy manioku náročné na pracovní sílu a energii, a proto není snadné průmyslově využít velké množství listů, které po sklizni přijde vniveč. Kromě toho zbytkové toxické a antinutriční sloučeniny, které v listech zůstávají, činí tyto přístupy nedostatečně účinnými a omezují využití tohoto potenciálně nesmírně přínosného zdroje. Proto je zapotřebí ekologičtější a účinnější detoxikační přístup, který by usnadnil průmyslové využití listů manioku.

Vzhledem k naší analýze rizik bude významná část jakéhokoli průmyslového procesu zahrnovat prevenci emisí kyanovodíku, čímž se zajistí, že biomasa listů nebude představovat zdravotní a bezpečnostní hrozbu pro veřejnost a osoby zapojené do přepravy, skladování a zpracování velkých objemů listů manioku.

Veden těmito myšlenkami a financován projektem UoR-GCRF (Global Challenges Research Fund) jsme měli to štěstí, že jsme dosáhli ověření konceptu průmyslového přístupu k detoxikaci, který zahrnuje sušení listů manioku na slunci na úrovni farmy, abychom dosáhli prvního snížení obsahu kyanidu vyvolaného sušením a zabránili dalším emisím kyanidu. Sušené listy se pak pomocí průmyslového nárazového mletí přemění na prášek. Prášek se rozmíchá ve vodě a pH suspenze se udržuje mezi 3,5 a 4, aby se zabránilo nežádoucím reakcím. Dekantací a mikrofiltrací se získá mokrá moučka z použitých listů s nedetekovatelným obsahem kyanidu. Následným konvenčním sušením pak vzniká listová moučka.

První den byl delegátům představen průlom v detoxikaci a kontextové informace zprostředkovávající zemědělskou produkci a její nutriční přínosy spolu s podrobnostmi o zemědělství a ekonomice v subsaharské Africe. Druhý den se delegáti zaměřili na výběr nejlepšího způsobu průmyslového využití tohoto průlomového objevu.

Vytvoření technicky a finančně životaschopného procesu výroby potravinářských složek z listů manioku bez toxických látek a antinutrientů (T&AfCL) bylo považováno za nejvyšší prioritu. Většina delegátů vyjádřila silnou preferenci pro to, aby složky potravin T&AfCL byly ve formě minimálně rafinovaných mouk/prachů, aby se minimalizovala doba vývoje a náklady na výrobu rafinovaných těchto složek. Delegáti navrhli, že vzhledem k hojnosti listů manioku a jejich nízké komerční ceně by se takové potravinové složky T&AfCL mohly stát prostředkem podpory cenově dostupné výživy v subsaharské Africe.

Jsme přesvědčeni, že cesta vpřed pro listy manioku, stejně jako pro další nevyužité rostlinné zdroje, vyžaduje další zaměření na vývoj technologií, které by mohly zajistit detoxikaci a odstranění antinutričních sloučenin. Řešení špatné absorpce živin z rostlinných zdrojů bude vyžadovat prozkoumání vztahu mezi strukturou rostlinných tkání a uvolňováním živin ve střevě.

1. Latif S, Müller J. Potenciál listů manioku v lidské výživě: A review. Trends in Food Science & Technology 2015, 44, 147-158
2. Burns AE, Gleadow RM, Zacarias AM, Cuambe C E, Miller RE, Cavagnaro TR. Variations in the Chemical Composition of Cassava (Manihot esculenta Crantz) Leaves and Roots As Affected by Genotypic and Environmental Variation [Rozdíly v chemickém složení listů a kořenů manioku (Manihot esculenta Crantz) v závislosti na genotypu a prostředí]. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2012, 60, 4946-4956
3. Montagnac JA, Davis CR, Tanumihardjo SA. Nutriční hodnota manioku pro použití jako základní potraviny a nejnovější pokroky pro zlepšení. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 2009, 8, 181-194
4. Achidi AU, Ajayi OA, Bokanga M, Maziya-Dixon B. The use of cassava leaves as food in Africa. Ecol Food Nutr 2005, 44, 423-435
5. Hof KHV, West CE, Weststrate JA, Hautvast JGAJ. Dietní faktory ovlivňující biologickou dostupnost karotenoidů. J Nutr 2000, 130, 503-506
6. Lattimer JM, Haub MD. Vliv vlákniny a jejích složek na metabolické zdraví. Nutrients 2010, 2, 1266-89
7. Kristensen M, Jensen MG. Vláknina v regulaci chuti k jídlu a příjmu potravy. Význam viskozity. Appetite 2011, 56, 65-70
8. Harris PJ, Smith BG. Rostlinné buněčné stěny a polysacharidy buněčných stěn: struktura, vlastnosti a použití v potravinářských výrobcích. International Journal of Food Science & Technology 2006, 41, 129-143
9. Redgwell RJ, Fischer M. Dietary fiber as a versatile food component (Vláknina jako univerzální složka potravin): An industrial perspective. Mol Nutr Food Res 2005, 49, 521-535
10. Latif S, Zimmermann S, Barati Z, Muller J. Detoxification of Cassava Leaves by Thermal, Sodium Bicarbonate, Enzymatic, and Ultrasonic Treatments. J Food Sci 2019, 84, 1986-1991
11. Montagnac JA, Davis CR, Tanumihardjo SA. Processing Techniques to Reduce Toxicity and Antinutrients of Cassava for Use as a Staple Food [Zpracovatelské techniky ke snížení toxicity a antinutrientů manioku pro použití jako základní potraviny]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 2009, 8, 17-27
12. Sornyotha, Kyu KL, Ratanakhanokchai K. Purification and detection of linamarin from cassava root cortex by high performance liquid chromatography. Food Chem 2007, 104, 1750-1754
13. White WLB, Arias-Garzon DI, McMahon JM, Sayre RT. Cyanogeneze v manioku. Úloha hydroxynitril lyasy v produkci kyanidu v kořenech. Plant Physiol 1998, 116, 1219-1225
14. Bradbury JH, Denton IC. Mírné metody zpracování listů manioku k odstranění kyanogenů a zachování klíčových živin. Food Chem 2011, 127, 1755-1759
15. Okafor PN, Okorowkwo CO, Maduagwu EN. Profesní a dietní expozice lidí otravě kyanidem z rozsáhlého zpracování manioku a požití potravin z manioku. Food Chem Toxicol 2002, 40, 1001-1005

Poděkování

Autoři děkují za finanční podporu projektu „Converting cassava leaves into marketable food ingredients“ UoR-GCRF.

Prof.