Alai

Der sker allerede en støt reduktion af konventionelle animalske kostvaner på grund af alvorlig bekymring over de negative virkninger af den globale opvarmning. Sammenlignet med animalske kostformer er plantebaserede kostformer forbundet med en bedre udnyttelse af de primære ressourcer, idet de producerer færre CO2-emissioner i forbindelse med deres produktion og anvender mindre skadelige miljømæssige metoder. Det er imidlertid ikke altid let at få adgang til en betydelig mængde af de næringsstoffer, der er indeholdt i landbrugsråvarer, af mange forskellige årsager.

Vi vil bruge maniokblade som et casestudie for at eksemplificere, hvordan naturligt forekommende giftige og anti-næringsstofforbindelser har forhindret os – indtil nu – i at få adgang til denne enormt uudnyttede ressource med millioner af tons proteiner, kostfibre og præbiotiske fibre, provitamin A-carotenoider og B1-, B2-, B3- og C-vitaminer.1-3

Cassava

Cassava-dyrkning spiller en vigtig rolle, både med hensyn til fødevaresikkerhed og som kommerciel afgrøde, og giver nyttige muligheder for at opretholde levebrødet for millioner af landmænd i 105 tropiske og subtropiske lande.1-3 Dens plantage kræver kun lidt vedligeholdelse med hensyn til vand- og jordbehov samt tid, arbejdskraft og pengeinvesteringer, hvilket gør den til en fremragende kandidat til fattige områder med længerevarende tørkeperioder.1,4

I henhold til Food and Agriculture Organization Corporate Statistical Database (FAOSTAT) 2017-data er Nigeria den største producent af cassavarødder i verden med et produktionstal på 59,5 millioner tons, hvilket svarer til 20 procent af den globale produktion. Ghana er også en betydelig aktør med en produktion på 18,5 mio. tons cassavarødder, hvilket svarer til seks procent af den globale produktion. Selv om maniok hovedsagelig dyrkes for sine stivelsesholdige rødder, er bladene også spiselige efter den nødvendige behandling og anvendes i lokale retter i Afrika som en god kilde til protein og mikronæringsstoffer, selv om de stadig kaldes “fattigmandsføde”.4

Cassava-blade har et højt proteinindhold, der når op på 38 procent tørstof, og en velafbalanceret aminosyreprofil. Afhængigt af sorten kan indholdet af rå kostfibre i cassava-bladene nå op på op til 20 procent af deres tørvægt, hvilket er en faktor to højere end i rødderne. Bladene er også rige på vitaminer som B1, B2, B3, C, provitamin A-carotenoider (pVAC’er) og mineraler, som sammen med proteinet kunne udnyttes bedre til at afhjælpe underernæring og reducere stunting – dvs. kronisk underernærede befolkninger på udviklingsmarkederne. Nedbringelse af stunting er blevet fastsat som det andet mål for bæredygtig udvikling af De Forenede Nationer (FN) og udgør en stor udfordring i Afrika syd for Sahara sammen med mangel på A- og B-vitamin.

Vitamin A-mangel, der primært rammer børn og kvinder, medfører nedsat syn, mindsker evnen til at bekæmpe infektioner og nedsætter væksthastigheden og knogleudviklingen – og fører endda til dødsfald blandt børn i alvorlige tilfælde. I udviklingslandene er planter den vigtigste kilde til A-vitamin i form af pVAC’er, som optages meget dårligt, fordi de er fanget i planternes celleorganeller og cellevægge. Biotilgængeligheden af pVAC’er kan forbedres op til seks gange under forarbejdning (f.eks. mekanisk homogenisering), mens konceptet med at anvende pVAC’er som en tilsat fødevareingrediens forbedrer deres biotilgængelighed med op til en størrelsesorden.5

En forbedring af forarbejdede fødevarers sammensætning ved at inkludere større mængder protein, kostfibre og præbiotiske fibre og andre værdifulde ingredienser er i overensstemmelse med moderne ernæringsmæssige retningslinjer. For eksempel er indtagelse af kostfibre (DF) blevet forbundet med en nedsat risiko for en lang række sundhedsmæssige lidelser, herunder hjerte-kar-sygdomme, type II-diabetes, forstoppelse, og menes at give en mættende effekt.6-8

Trods fordelene ved en DF-rig kost opfyldes det anbefalede indtag (20-35 g/dag)9 sjældent for det store flertal af den almindelige befolkning, især på udviklede markeder. Derfor kunne inddragelse af DF-ingredienser i forarbejdede fødevarer tjene som et alternativt middel til at øge kostfiberforbruget i den brede befolkning. En forøgelse af indholdet af DF’er, proteiner eller andre værdifulde ingredienser udgør imidlertid en betydelig omkostningsmæssig udfordring for fødevareindustrien i forbindelse med produktformuleringen. Det følger heraf, at en omkostningseffektiv ekstraktion og rensning af værdifulde fødevareingredienser fra maniokblade kan være meget nyttig til at forbedre sammensætningen af kommercielle fødevareformuleringer på både udviklede markeder og udviklingsmarkeder.

Tabel 1 viser det økonomiske potentiale af maniokblade under antagelse af to niveauer af ingrediensisolering (simpel og detaljeret) og under anvendelse af B2B-priser på ingredienserne. Det økonomiske potentiale i et ton friske blade og en simpel bioraffineringsproces kan nå op på ca. 563 £.

Cassava-blade har samme udbytte i form af frisk materiale som rødderne, så den årlige globale bladproduktion kan anslås til tæt på 300 mio. ton. Derimod anslås mængden af forbrugte blade at være mindre end 1 mio. tons om året.1 Dette er let forståeligt, da størstedelen af bladforbruget kun er til husholdningsbrug og finder sted efter en ret langvarig husholdningsafgiftningsproces, der omfatter stødning eller formaling efterfulgt af langvarig opvarmning. Desværre er der ingen praktisk industriel udnyttelse af maniokblade, hverken som et legitimt landbrugsprodukt eller som en kilde til fødevareingredienser. Den primære årsag til, at maniokblade ikke udnyttes industrielt, er den høje toksicitet af bladene på grund af cyanogen glucosider og, i mindre grad, eksistensen af andre antiernæringsmæssige komponenter som fytat, oxalat og trypsininhibitor10,11 .

Cassava-blade indeholder høje niveauer af cyanogene glucosider (95 procent linamarin og fem procent lotaustralin), som befinder sig i vacuolerne i hver celle og kan hydrolyseres af linamarase, der er baseret i cellevæggene. Ved celleopløsning danner linamarase glukose og acetocyanhydrin, som derefter nedbrydes til giftigt flygtigt hydrogencyanid (HCN).12

Dette sidste trin kan ske enten spontant eller som følge af den enzymatiske virkning af α-hydroxynitrilase, som også er cellevægsbundet.13,14 Cyanbrinte (HCN) er meget giftigt for både mennesker og dyr, og indtagelse af 50-100 mg er kendt for at forårsage dødsfald.11 Kostbetinget kronisk toksicitet er en anden hovedårsag til bekymring, især for befolkninger, hvor maniok er en vigtig basisvare. Konzo, tropisk ataktisk neuropati, forværring af struma og kretinisme er de hyppigst rapporterede forstyrrelser som følge af kassava-toksicitet2,11 . For at forebygge kronisk toksicitet har Codex siden 1991 foreslået en maksimumsgrænse på 10 mg total HCN/Kg cassavemel.11

Ud over indtagelse er udledning af gasformig hydrogencyanid i miljøet også kendt for at være alvorligt farlig under industriel forarbejdning af maniokrod og endda på husstandsniveau.15 Det amerikanske National Research Council (2002) har fastsat mortalitetsbaserede akutte eksponeringsgrænseværdier (AEGL-3) for indåndet HCN på mellem 30 mg/m3 for en eksponering på 10 minutter og helt ned til 7,3 mg/m3 for en eksponering på otte timer. NRC (2002) rapporterede ikke-invaliderende AEGL-1 i intervallet 2,8 mg/m3 for eksponering på 10 minutter til 1 mg/m3 for eksponering i otte timer. Maniokbladers modtagelighed for hurtig forrådnelse kombineret med tabet af celleintegritet og de op til 20 gange højere niveauer af cyanider end maniokrødder9 tyder på, at friske blade forventes at udlede betydelige mængder giftig hydrogencyanid i deres umiddelbare omgivelser. Derfor skal enhver tilgang til industriel afgiftning, der nødvendigvis vil føre til transport af flere tons og oplagring af titusindvis af tons blade, ikke kun fokusere på at overholde Codex-grænsen for indtagelse af 10 mg/kg slutprodukt, men det er også vigtigt at gennemføre risikobegrænsende strategier for at sikre, at hydrogencyanidemissionerne er langt fra den livstruende AEGL-3 og begrænses til den ikke-invaliderende AEGL-1.

Dertil kommer, at de konventionelle afgiftningsprocesser, der er nævnt i litteraturen for kassava-blade, er arbejds- og energikrævende, og det er derfor ikke let at udnytte den store mængde blade, der går til spilde efter høst, industrielt. Desuden gør de resterende giftige og antinæringsmæssige forbindelser, der er tilbage i bladene, disse metoder utilstrækkeligt effektive og begrænser udnyttelsen af denne potentielt enormt gavnlige ressource. Der er derfor behov for en grønnere og mere effektiv afgiftningsmetode for at lette den industrielle udnyttelse af maniokblade.

I betragtning af vores risikoanalyse vil en væsentlig del af enhver industriel proces indebære forebyggelse af hydrogencyanidemissioner og dermed sikre, at bladbiomassen ikke udgør en sundheds- og sikkerhedstrussel for offentligheden og de mennesker, der er involveret i transport, opbevaring og forarbejdning af store mængder af cassava-blade.

Guidet af disse tanker og finansieret af et UoR-GCRF-projekt (Global Challenges Research Fund) var vi så heldige at nå frem til proof of concept for en industrielt baseret afgiftningsmetode, som indebærer soltørring af cassava-bladene på bedriftsniveau for at opnå en første tørringsinduceret reduktion af cyanid og forhindre yderligere cyanidemissioner. De tørrede blade bliver derefter omdannet til et pulver ved hjælp af industriel slagmaling. Pulveret rekonstitueres i vand, og pH-værdien i opslæmningen holdes mellem 3,5 og 4 for at forhindre uønskede reaktioner. Anvendelse af dekantering og mikrofiltrering fører til et vådt brugt bladmel med ikke-detekterbare cyanidniveauer. Efterfølgende konventionel tørring giver så et bladmel.

På den første dag blev de delegerede præsenteret for afgiftens gennembrud og kontekstuelle oplysninger om landbrugsproduktion og de ernæringsmæssige fordele, den giver, samt oplysninger om landbruget og økonomien i Afrika syd for Sahara. På den anden dag fokuserede de delegerede på at vælge den bedste måde at komme videre med den industrielle udnyttelse af gennembruddet på.

Etablering af en teknisk og økonomisk levedygtig proces til fremstilling af toksiske og antinutrientfrie cassavablade (T&AfCL) fødevareingredienser blev betragtet som en topprioritet. Flertallet af de delegerede gav udtryk for en stærk præference for, at T&AfCL-fødevareingredienser skal foreligge i form af minimalt raffineret mel/pulver for at minimere udviklingstiden og raffineringsomkostningerne ved produktionen af disse ingredienser. Delegerede foreslog, at sådanne T&AfCL-fødevareingredienser i betragtning af de rigelige mængder af maniokblade og deres lave handelspris kunne blive et middel til at fremme ernæring til en overkommelig pris i Afrika syd for Sahara.

Vi mener, at vejen frem for maniokblade og andre uudnyttede plantebaserede ressourcer kræver yderligere fokus på udvikling af teknologier, der kan levere afgiftning og fjernelse af anti-næringsstofforbindelser. For at løse problemet med den dårlige absorption af næringsstoffer fra plantebaserede kilder vil det være nødvendigt at udforske forholdet mellem plantevævets struktur og frigivelse af næringsstoffer i tarmen.

1. Latif S, Müller J. Potential of cassava leaves in human nutrition: En gennemgang. Trends in Food Science & Technology 2015, 44, 147-158
2. Burns AE, Gleadow RM, Zacarias AM, Cuambe C E, Miller RE, Cavagnaro TR. Variationer i den kemiske sammensætning af Cassava (Manihot esculenta Crantz) blade og rødder som påvirkes af genotypisk og miljømæssig variation. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2012, 60, 4946-4956
3. Montagnac JA, Davis CR, Davis CR, Tanumihardjo SA. Ernæringsværdi af kassava til brug som basisfødevare og nylige fremskridt med henblik på forbedring. 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. Kostfaktorer, der påvirker biotilgængeligheden af carotenoider. J Nutr 2000, 130, 503-506
6. Lattimer JM, Haub MD. Effekter af kostfibre og deres komponenter på metabolisk sundhed. Nutrients 2010, 2, 1266-89
7. Kristensen M, Jensen MG. Kostfibre i reguleringen af appetit og fødeindtagelse. Betydningen af viskositet. Appetite 2011, 56, 65-70
8. Harris PJ, Smith BG. Plantecellevægge og cellevægspolysaccharider: strukturer, egenskaber og anvendelser i fødevareprodukter. International Journal of Food Science & Technology 2006, 41, 129-143
9. Redgwell RJ, Fischer M. Kostfibre som en alsidig fødevarekomponent: Et industrielt perspektiv. 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 (Afgiftning af kassavablade ved termisk, natriumbicarbonat, enzymatisk og ultralydsbehandling). J Food Sci 2019, 84, 1986-1991
11. Montagnac JA, Davis CR, Davis CR, Tanumihardjo SA. Forarbejdningsteknikker til reduktion af toksicitet og antinutrienter i kassava til brug som basisfødevare. 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. Cyanogenese i kassava. Hydroxynitrillyasens rolle i produktionen af cyanid i roden. Plant Physiol 1998, 116, 1219-1225
14. Bradbury JH, Denton IC. Milde metoder til behandling af kassava-blade for at fjerne cyanogener og bevare vigtige næringsstoffer. Food Chem 2011, 127, 1755-1759
15. Okafor PN, Okorowkwo CO, Maduagwu EN. Erhvervsmæssig og ernæringsmæssig eksponering af mennesker for cyanidforgiftning i forbindelse med storskalabehandling af kassava og indtagelse af kassavafødevarer. Food Chem Toxicol 2002, 40, 1001-1005

Anerkendelse

Forfatterne ønsker at takke for den finansielle støtte fra UoR-GCRF-projektet “Converting cassava leaves into marketable food ingredients” (omdannelse af kassava-blade til salgbare fødevareingredienser).