Alai

Tavanomaista eläinperäistä ruokavaliota vähennetään jo tasaisesti, kun ilmaston lämpenemisen kielteiset vaikutukset huolestuttavat vakavasti. Eläinperäisiin ruokavalioihin verrattuna kasvisruokavalioihin liittyy parempi primääristen luonnonvarojen käyttö, niiden tuotannossa syntyy vähemmän hiilidioksidipäästöjä ja ne käyttävät vähemmän haitallisia ympäristökäytäntöjä. Merkittävän osan maataloushyödykkeiden sisältämistä ravintoaineista saaminen ei kuitenkaan ole aina helppoa monista syistä.

Käytämme tapaustutkimuksena maniokin lehtiä esimerkkinä siitä, miten luonnossa esiintyvät myrkylliset ja ravinteiden vastaiset yhdisteet ovat tähän asti estäneet meitä saamasta käyttöönsä tätä valtavasti hyödyntämätöntä resurssia, joka sisältää miljoonia tonneja proteiineja, ravintokuituja ja prebioottisia kuituja, A-karotenoideja sekä B1-, B2-, B3- ja C-vitamiineja.1-3.

Kassava

Kassavanviljelyllä on tärkeä rooli sekä elintarviketurvan kannalta että kaupallisena viljelykasvina, ja se tarjoaa käyttökelpoisia mahdollisuuksia ylläpitää miljoonien viljelijöiden toimeentuloa 105 trooppisessa ja subtrooppisessa maassa.1-3. Sen istutus vaatii vähän vettä ja maaperää sekä aikaa, työvoimaa ja rahaa, mikä tekee siitä erinomaisen ehdokkaan köyhille alueille, joilla kuivuusjaksot ovat pitkiä.1,4

Elintarvike- ja maatalousjärjestön FAOSTATin (Food and Agriculture Organization Corporate Statistical Database) vuoden 2017 tietojen mukaan Nigeria on maailman johtava maniokin juurten tuottaja 59,5 miljoonan tonnin tuotantoluvullaan, joka vastaa 20 prosenttia maailman tuotannosta. Myös Ghana on merkittävä toimija, sillä se tuottaa 18,5 miljoonaa tonnia maniokin juuria, mikä vastaa kuutta prosenttia maailman tuotannosta. Vaikka maniokki viljellään pääasiassa tärkkelyspitoisten juuriensa vuoksi, sen lehdet ovat myös syötäviä asianmukaisen käsittelyn jälkeen, ja niitä käytetään paikallisissa ruokalajeissa Afrikassa hyvänä proteiinin ja mikroravintoaineiden lähteenä, vaikkakin niitä kutsutaan edelleen ”köyhän miehen ruoaksi”.4

Kassavan lehdissä on korkea proteiinipitoisuus, jopa 38 prosenttia kuiva-aineesta, ja niiden aminohappoprofiili on tasapainoinen. Lajikkeesta riippuen maniokin lehtien raakakuitupitoisuus voi olla jopa 20 prosenttia niiden kuivapainosta, mikä ylittää juurten raakakuitupitoisuuden kaksinkertaisesti. Lehdissä on myös runsaasti vitamiineja, kuten B1-, B2-, B3- ja C-vitamiineja, A-karotenoideja ja kivennäisaineita, joita voitaisiin proteiinin ohella hyödyntää paremmin aliravitsemuksen lievittämisessä ja kitukasvuisuuden vähentämisessä, toisin sanoen kroonisesti aliravittujen väestöryhmien vähentämisessä kehitysmaissa. Karsastuksen vähentäminen on asetettu Yhdistyneiden kansakuntien (YK) toiseksi kestävän kehityksen tavoitteeksi, ja se on suuri haaste Saharan eteläpuolisessa Afrikassa yhdessä A- ja B-vitamiinien puutteen kanssa.

A-vitamiinin puute, joka vaikuttaa pääasiassa lapsiin ja naisiin, heikentää näköä, heikentää kykyä torjua infektioita ja vähentää kasvunopeutta ja luuston kehitystä – vakavissa tapauksissa se voi jopa johtaa lasten kuolemaan. Kehitysmaissa kasvit ovat tärkein A-vitamiinin lähde pVAC-muodossa, joka imeytyy hyvin huonosti, koska se on jäänyt kasvien soluelinten ja soluseinien sisään. PVAC-yhdisteiden biologista hyötyosuutta voidaan parantaa jopa kuusinkertaiseksi prosessoinnin aikana (esim. mekaaninen homogenisointi), ja pVAC-yhdisteiden käyttäminen lisättynä elintarvikkeen ainesosana parantaa niiden biologista hyötyosuutta jopa yhden kertaluokan verran.5

Prosessoitujen elintarvikkeiden koostumuksen parantaminen sisällyttämällä niihin suurempia määriä proteiineja, ravintokuituja ja prebioottisia kuituja sekä muita arvokkaita ainesosia on nykyaikaisten ravitsemussuositusten mukaista. Esimerkiksi ravintokuitujen kulutus on yhdistetty useiden terveysongelmien, kuten sydän- ja verisuonitautien, tyypin II diabeteksen ja ummetuksen, pienentyneeseen riskiin, ja sen uskotaan lisäävän kylläisyyttä.6-8

Runsaskuituisen ruokavalion hyödyistä huolimatta suositeltava saantisuositus (20-35 g/vrk)9 täyttyy harvoin suurimmalla osalla väestöstä, erityisesti kehittyneillä markkinoilla. Siksi DF-ainesosien sisällyttäminen jalostettuihin elintarvikkeisiin voisi olla vaihtoehtoinen keino lisätä väestön ravintokuidun kulutusta. Kuitupitoisten ravintoaineiden, proteiinien tai muiden arvokkaiden ainesosien pitoisuuksien lisääminen on kuitenkin elintarviketeollisuudelle huomattava kustannushaaste tuotteiden formuloinnissa. Tästä seuraa, että arvokkaiden elintarvikkeiden ainesosien kustannustehokas uuttaminen ja puhdistaminen maniokin lehdistä voi olla erittäin hyödyllistä kaupallisten elintarvikevalmisteiden koostumuksen parantamisessa sekä kehittyneillä että kehittyvillä markkinoilla.

Taulukossa 1 esitetään maniokin lehtien taloudellinen potentiaali olettaen, että ainesosat eristetään kahdella tasolla (yksinkertainen ja yksityiskohtainen) ja että käytetään B2B-ainesosien hintoja. Yhden tonnin tuoreiden lehtien ja yksinkertaisen biojalostusprosessin taloudellinen potentiaali voi olla noin 563 puntaa.

Cassavan lehdet tuottavat tuoretta materiaalia yhtä paljon kuin juuret, joten lehtien vuotuisen maailmanlaajuisen tuotannon voidaan arvioida olevan lähes 300 miljoonaa tonnia. Sitä vastoin kulutettujen lehtien arvioitu määrä on alle miljoona tonnia vuodessa.1 Tämä on helposti ymmärrettävää, koska suurin osa lehtien kulutuksesta on tarkoitettu vain kotitalouskäyttöön, ja se tapahtuu melko pitkällisen kotitalouskäytössä tapahtuvan myrkyttömyysprosessin jälkeen, johon kuuluu murskaamista tai jauhamista ja sen jälkeen pitkää kuumentamista. Maniokin lehtiä ei valitettavasti hyödynnetä käytännössä teollisesti, ei laillisena maataloustuotteena eikä elintarvikkeiden ainesosien lähteenä. Tärkein syy siihen, että maniokin lehtiä ei hyödynnetä teollisesti, on lehtien suuri myrkyllisyys, joka johtuu syanogeeniglukosideista ja vähäisemmässä määrin muista ravitsemusta heikentävistä ainesosista, kuten fytaatista, oksalaatista ja trypsiini-inhibiittorista10,11 .

Kassavan lehdet sisältävät runsaasti syanogeenisia glukosideja (95 prosenttia linamariinia ja viisi prosenttia lotaustraliinia), jotka sijaitsevat jokaisen solun vakuoleissa ja jotka voidaan hydrolysoida soluseiniin perustuvalla linamaraasilla. Solun hajotessa linamaraasi tuottaa glukoosia ja asetonisyanohydriiniä, jotka sitten hajoavat myrkylliseksi haihtuvaksi syaanivedyksi (HCN).12

Tämä viimeinen vaihe voi tapahtua joko spontaanisti tai myös soluseinään sitoutuneen α-hydroksinitrilaasin entsymaattisen toiminnan seurauksena.13,14 Syaanivety (HCN) on erittäin myrkyllistä sekä ihmisille että eläimille, ja 50-100 mg:n nauttimisen tiedetään aiheuttavan kuolemantapauksia.11 Ruokavalion aiheuttama krooninen myrkyllisyys on toinen merkittävä huolenaihe erityisesti väestöissä, joissa maniokki on tärkeä peruselintarvike. Konzo, trooppinen ataktinen neuropatia, struuman paheneminen ja kretinismi ovat yleisimmin raportoituja maniokin myrkyllisyydestä johtuvia sairauksia2,11 . Kroonisen myrkyllisyyden ehkäisemiseksi Codex on vuodesta 1991 lähtien ehdottanut enimmäismääräksi 10 mg HCN:n kokonaismäärää/kg maniokkijauhoa.11

Nielemisen lisäksi kaasumaisen syaanivetykaasun päästämisen ympäristöön tiedetään olevan vakavasti vaarallista maniokin juuren teollisen jalostuksen aikana ja jopa mökkitasolla.15 Yhdysvaltain kansallinen tutkimusneuvosto (2002) vahvisti kuolleisuuteen perustuvat akuutin altistumisen ohjearvot (AEGL-3) hengitettävälle HCN:lle, jotka vaihtelevat 30 mg/m3 10 minuutin altistumisen ja 7,3 mg/m3 kahdeksan tunnin altistumisen välillä. NRC (2002) raportoi AEGL-1-arvot, jotka eivät aiheuta invaliditeettia ja jotka vaihtelevat välillä 2,8 mg/m3 10 minuutin altistumisen ja 1 mg/m3 kahdeksan tunnin altistumisen välillä. Maniokin lehtien herkkyys nopealle hajoamiselle, solujen eheyden menetys ja jopa 20 kertaa korkeammat syanidipitoisuudet kuin maniokin juurissa9 viittaavat siihen, että tuoreiden lehtien odotetaan päästävän merkittäviä määriä myrkyllistä syaanivetyä välittömään ympäristöönsä. Sen vuoksi kaikissa teolliseen myrkyttömyyteen tähtäävissä lähestymistavoissa, jotka johtavat väistämättä useiden tonnien lehtien kuljetukseen ja kymmenien tonnien varastointiin, on keskityttävä Codexin nauttimisrajan (10 mg/kg lopputuotetta) noudattamiseen, mutta lisäksi on tärkeää toteuttaa riskinhallintastrategioita, joilla varmistetaan, että syaanivetypäästöt ovat kaukana henkeä uhkaavasta AEGL-3-arvosta ja että ne pysyvät tasossa, joka ei aiheuta haittaa AEGL-1-arvolle.

Lisäksi kirjallisuudessa mainitut maniokin lehtien tavanomaiset vieroitusprosessit ovat työvoima- ja energiaintensiivisiä, joten sadonkorjuun jälkeen jätteeksi menevien lehtien suurta määrää ei ole helppo hyödyntää teollisesti. Lisäksi lehtiin jäävät myrkylliset ja ravitsemusta heikentävät yhdisteet tekevät näistä menetelmistä riittämättömän tehokkaita ja rajoittavat tämän mahdollisesti erittäin hyödyllisen resurssin hyödyntämistä. Tämän vuoksi tarvitaan vihreämpää ja tehokkaampaa myrkytyksenpoistomenetelmää, joka helpottaisi maniokin lehtien teollista hyödyntämistä.

Riskianalyysimme perusteella merkittävä osa teollista prosessia on syaanivetypäästöjen ehkäiseminen ja sen varmistaminen, että lehtien biomassa ei aiheuta terveys- ja turvallisuusriskiä väestölle ja henkilöille, jotka ovat tekemisissä suurten määrien kuljetuksen, varastoinnin ja prosessoinnin kanssa.

Näiden ajatusten ohjaamana ja UoR-GCRF-hankkeen (Global Challenges Research Fund) rahoittamana olimme onnekkaita saadessamme aikaan konseptin todisteen teollisuuteen perustuvasta detoksifikaatiomenetelmästä, johon kuuluu maniokin lehtien aurinkokuivaus maatilalla, jotta syanidin pitoisuus vähenisi ensimmäisen kerran kuivauksen ansiosta ja jotta syanidipäästöt estettäisiin. Kuivatut lehdet muutetaan sitten jauheeksi teollisen iskumyllytyksen avulla. Jauhe sekoitetaan veteen, ja lietteen pH-arvo pidetään 3,5:n ja 4:n välillä ei-toivottujen reaktioiden estämiseksi. Dekantoimalla ja mikrosuodattamalla saadaan märkää käytettyä lehtijauhoa, jonka syanidipitoisuuksia ei voida havaita. Seuraavalla perinteisellä kuivauksella saadaan sitten lehtijauho.

Ensimmäisenä päivänä delegaateille esiteltiin detoksifikaation läpimurto ja asiayhteyteen liittyvää tietoa, jossa kerrottiin maataloustuotannosta ja sen tarjoamista ravitsemuksellisista hyödyistä sekä annettiin yksityiskohtaisia tietoja maanviljelystä ja talouselämästä Saharan eteläpuoleisessa Afrikassa. Toisena päivänä valtuutetut keskittyivät valitsemaan parhaan tavan edetä läpimurron teolliseen hyödyntämiseen.

Teknisesti ja taloudellisesti elinkelpoisen prosessin luominen myrkky- ja antinatrienttivapaiden kassavanlehtien (T&AfCL) elintarvikeainesosien tuottamiseksi nähtiin ensisijaisena tavoitteena. Enemmistö osanottajista toivoi vahvasti, että T&AfCL-elintarvikkeiden ainesosat olisivat mahdollisimman vähän jalostettujen jauhojen/jauheiden muodossa, jotta kehitysaika ja jalostuksen tuotantokustannukset olisivat mahdollisimman pienet. Valtuutetut ehdottivat, että kun otetaan huomioon maniokinlehtien runsaus ja niiden alhainen kaupallinen hinta, tällaisista T&AfCL-elintarvikkeiden ainesosista voisi tulla väline, jolla edistetään kohtuuhintaista ravitsemusta Saharan eteläpuolisessa Afrikassa.

Me uskomme, että maniokinlehtien ja muiden hyödyntämättömien kasvipohjaisten resurssien osalta on keskityttävä kehittämään tekniikoita, joiden avulla saadaan aikaan myrkytyksen poistaminen ja ravintoaineiden vastaisten yhdisteiden poistaminen. Kasvipohjaisista lähteistä peräisin olevien ravintoaineiden huonoon imeytymiseen puuttuminen edellyttää kasvikudoksen rakenteen ja ravintoaineiden vapautumisen välisen suhteen tutkimista suolistossa.

1. Latif S, Müller J. Maniokin lehtien potentiaali ihmisen ravitsemuksessa: 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. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2012, 60, 4946-4956
3. Montagnac JA, Davis CR, Tanumihardjo SA. Nutritional Value of Cassava for Use as a Staple Food and Recent Advances for Improvement. 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. Karotenoidien biosaatavuuteen vaikuttavat ravintotekijät. J Nutr 2000, 130, 503-506
6. Lattimer JM, Haub MD. Ravintokuidun ja sen komponenttien vaikutukset metaboliseen terveyteen. Nutrients 2010, 2, 1266-89
7. Kristensen M, Jensen MG. Ravintokuidut ruokahalun ja ruoan saannin säätelyssä. Viskositeetin merkitys. Appetite 2011, 56, 65-70
8. Harris PJ, Smith BG. Plant cell walls and cell-wall polysaccharides: structures, properties and uses in food products. International Journal of Food Science & Technology 2006, 41, 129-143
9. Redgwell RJ, Fischer M. Ravintokuitu monipuolisena elintarvikekomponenttina: 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. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 2009, 8, 17-27
12. Sornyotha, Kyu KL, Ratanakhanokchai K. Linamariinin puhdistaminen ja osoittaminen maniokin juuren kuoresta korkean suorituskyvyn nestekromatografialla. Food Chem 2007, 104, 1750-1754
13. White WLB, Arias-Garzon DI, McMahon JM, Sayre RT. Syanogeneesi maniokissa. Hydroksinitriililyaasin rooli juurisyanidin tuotannossa. Plant Physiol 1998, 116, 1219-1225
14. Bradbury JH, Denton IC. Mietoja menetelmiä maniokin lehtien käsittelyyn syanogeenien poistamiseksi ja tärkeimpien ravintoaineiden säilyttämiseksi. Food Chem 2011, 127, 1755-1759
15. Okafor PN, Okorowkwo CO, Maduagwu EN. Ihmisten työperäinen ja ravitsemuksellinen altistuminen syanidimyrkytykselle maniokin laajamittaisesta jalostuksesta ja maniokkiruoan nauttimisesta. Food Chem Toxicol 2002, 40, 1001-1005

Kiitokset

Tekijät haluavat kiittää UoR-GCRF-hankkeen ”Converting cassava leaves into marketable food ingredients” taloudellista tukea.