Alai

Si sta già verificando una costante riduzione delle diete convenzionali basate sugli animali in mezzo a gravi preoccupazioni per l’impatto negativo del riscaldamento globale. Rispetto alle diete a base animale, quelle a base vegetale sono associate a un migliore utilizzo delle risorse primarie, producendo meno emissioni di CO2 nel corso della loro produzione e utilizzando pratiche ambientali meno dannose. Tuttavia, ottenere una quantità significativa dei nutrienti contenuti nei prodotti agricoli non è sempre facile, per numerose ragioni.

Utilizzeremo le foglie di manioca come caso di studio per esemplificare come i composti naturalmente tossici e antinutrienti ci hanno impedito – fino ad ora – di accedere a questa enorme risorsa non sfruttata di milioni di tonnellate di proteine, fibre alimentari e prebiotiche, carotenoidi della provitamina A e vitamine B1, B2, B3 e C.1-3

Cassava

La coltivazione dellaassava gioca un ruolo importante, sia in termini di sicurezza alimentare che come coltura commerciale, e fornisce utili opportunità per sostenere il sostentamento di milioni di agricoltori in 105 paesi tropicali e subtropicali.1-3 La sua piantagione è a bassa manutenzione in termini di requisiti di acqua e suolo, così come l’investimento di tempo, lavoro e denaro che richiede, il che la rende un candidato eccellente per le aree povere con lunghi periodi di siccità.1,4

Secondo i dati del 2017 del Food and Agriculture Organization Corporate Statistical Database (FAOSTAT), la Nigeria è il primo produttore di radici di manioca nel mondo con una produzione di 59,5 milioni di tonnellate che corrisponde al 20% della produzione globale. Anche il Ghana è un attore significativo, con una produzione di 18,5 milioni di tonnellate di radici di manioca, che equivale al sei per cento della produzione globale. Anche se la manioca è coltivata principalmente per le sue radici amidacee, le sue foglie sono anche commestibili dopo i trattamenti necessari e sono utilizzate nei piatti locali in Africa come una buona fonte di proteine e micronutrienti, anche se ancora chiamato il “cibo dei poveri”.4

Le foglie diassava hanno un alto contenuto proteico, che arriva fino al 38% di materia secca, e un profilo aminoacidico ben bilanciato. A seconda della cultivar, il contenuto di fibra alimentare grezza nelle foglie di manioca può raggiungere fino al 20% del loro peso secco, superando di due volte quello delle radici. Le foglie sono anche ricche di vitamine come B1, B2, B3, C, carotenoidi della provitamina A (pVAC) e minerali, che, insieme alla proteina, potrebbero essere meglio utilizzati per aiutare ad alleviare la malnutrizione e ridurre l’arresto della crescita – cioè le popolazioni cronicamente malnutrite nei mercati in via di sviluppo. La diminuzione dell’arresto della crescita è stata fissata come secondo obiettivo di sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite (ONU) e rappresenta una sfida importante nell’Africa sub-sahariana insieme alla carenza di vitamine A e B.

La carenza di vitamina A, che colpisce soprattutto i bambini e le donne, causa una riduzione della vista, diminuisce la capacità di combattere le infezioni e diminuisce il tasso di crescita e lo sviluppo delle ossa – portando persino alla morte dei bambini nei casi più gravi. Nei paesi in via di sviluppo, le piante sono la principale fonte di vitamina A sotto forma di pVAC, che dimostrano un assorbimento molto scarso a causa dell’essere intrappolate negli organelli delle cellule vegetali e nelle pareti cellulari. La biodisponibilità delle pVAC può essere migliorata fino a sei volte durante la lavorazione (per esempio, l’omogeneizzazione meccanica), mentre il concetto di usare le pVAC come ingrediente alimentare aggiunto beneficia della loro bioaccessibilità fino a un ordine di grandezza.5

Migliorare la composizione degli alimenti lavorati includendo maggiori quantità di proteine, fibre alimentari e prebiotiche e altri ingredienti preziosi è in linea con le moderne linee guida nutrizionali. Per esempio, il consumo di fibre alimentari (DF) è stato collegato a una riduzione del rischio di numerosi disturbi di salute, tra cui malattie cardiovascolari, diabete di tipo II, stitichezza, e si ritiene che abbia un effetto saziante.6-8

Nonostante i benefici di una dieta ricca di DF, l’assunzione raccomandata (20-35g/giorno)9 è raramente soddisfatta dalla grande maggioranza della popolazione generale, soprattutto nei mercati sviluppati. Pertanto, l’inclusione di ingredienti DF negli alimenti trasformati potrebbe servire come mezzo alternativo per aumentare il consumo di fibre alimentari della popolazione generale. Tuttavia, aumentare il contenuto di DF, proteine o qualsiasi altro ingrediente di valore, rappresenta una sfida considerevole per l’industria alimentare in termini di costi di formulazione del prodotto. Ne consegue che l’estrazione e la purificazione economica di ingredienti alimentari di valore dalle foglie di manioca può essere molto utile per migliorare la composizione delle formulazioni alimentari commerciali sia nei mercati sviluppati che in quelli in via di sviluppo.

La tabella 1 mostra il potenziale economico delle foglie di manioca, assumendo due livelli di isolamento degli ingredienti (semplice e dettagliato) e utilizzando i prezzi degli ingredienti B2B. Il potenziale economico in una tonnellata di foglie fresche e un semplice processo di bioraffinazione può raggiungere circa 563 sterline.

Le foglie di manioca hanno la stessa resa in termini di materiale fresco delle radici, quindi la produzione globale annuale di foglie può essere stimata vicino ai 300 milioni di tonnellate. Al contrario, il volume stimato di foglie consumate è meno di un milione di tonnellate all’anno.1 Questo è facilmente comprensibile poiché la maggior parte del consumo di foglie è solo per uso domestico e avviene dopo un processo di disintossicazione domestica piuttosto lungo che comporta la pestatura o la macinazione seguita da un lungo riscaldamento. Purtroppo, non esiste uno sfruttamento industriale pratico delle foglie di manioca, né come prodotto agricolo legittimo né come fonte di ingredienti alimentari. La causa principale della mancata valorizzazione industriale delle foglie di manioca è l’alta tossicità delle foglie dovuta ai glucosidi cianogenici e, in misura minore, l’esistenza di altri componenti antinutrizionali, come il fitato, l’ossalato e l’inibitore della tripsina.10,11

Le foglie di Cassava contengono alti livelli di glucosidi cianogenici (95% di linamarina e 5% di lotaustralina), che si trovano all’interno dei vacuoli di ogni cellula e possono essere idrolizzati dalla linamarasi presente nelle pareti cellulari. Alla rottura cellulare, la linamarasi genera glucosio e acetone cianoidrina, che vengono poi decomposti in cianuro di idrogeno volatile tossico (HCN).12

Questo ultimo passaggio può avvenire spontaneamente o come risultato dell’azione enzimatica dell’α-idrossinitrilasi, che è anche legata alla parete cellulare.13,14 Il cianuro di idrogeno (HCN) è altamente tossico sia per gli esseri umani che per gli animali e l’ingestione di 50-100 mg può causare vittime.11 La tossicità cronica indotta dalla dieta è un’altra delle principali cause di preoccupazione, in particolare per le popolazioni in cui la cassava è un alimento fondamentale. Konzo, neuropatia atassica tropicale, esacerbazione del gozzo e cretinismo sono i disturbi da tossicità della manioca più frequentemente riportati.2,11 Per prevenire la tossicità cronica, un limite massimo di 10 mg di HCN totale/Kg di farina di manioca è stato proposto dal Codex dal 1991.11

Oltre all’ingestione, lo scarico di idrogeno cianuro gassoso nell’ambiente è anche noto per essere gravemente pericoloso durante la lavorazione industriale delle radici di manioca e persino a livello domestico.15 Il National Research Council degli Stati Uniti (2002) ha stabilito livelli guida di esposizione acuta basati sulla mortalità (AEGL-3) per l’HCN inalato tra 30mg/m3 per un’esposizione di 10 minuti fino a 7,3mg/m3 per un’esposizione di otto ore. NRC (2002) ha riportato AEGL-1 non invalidanti nell’intervallo di 2,8mg/m3 per un’esposizione di 10 minuti fino a 1mg/m3 per un’esposizione di otto ore. La suscettibilità delle foglie di manioca al rapido decadimento, unita alla perdita di integrità cellulare e ai livelli di cianuri fino a 20 volte superiori a quelli delle radici di manioca9 , suggerisce che le foglie fresche dovrebbero scaricare quantità significative di acido cianidrico velenoso nell’ambiente circostante. Pertanto, qualsiasi approccio per la disintossicazione industriale che è destinata a portare al trasporto di diverse tonnellate e allo stoccaggio di decine di tonnellate di foglie non solo deve concentrarsi sul rispetto del limite di ingestione del Codex di 10mg/kg di prodotto finale, ma è anche importante attuare strategie di riduzione del rischio per garantire che le emissioni di cianuro di idrogeno siano lontane dal pericoloso AEGL-3 e contenute al non invalidante AEGL-1.

Inoltre, i processi di disintossicazione convenzionali menzionati in letteratura per le foglie di manioca sono ad alta intensità di lavoro e di energia, quindi non è facile sfruttare industrialmente la grande quantità di foglie che va a finire nei rifiuti dopo la raccolta. Inoltre, i composti tossici e antinutrizionali residui lasciati nelle foglie rendono questi approcci insufficientemente efficaci e limitano lo sfruttamento di questa risorsa potenzialmente molto benefica. Di conseguenza, c’è bisogno di un approccio di disintossicazione più verde ed efficace per facilitare l’utilizzo industriale delle foglie di manioca.

Data la nostra analisi dei rischi, una parte significativa di qualsiasi processo industriale comporterà la prevenzione delle emissioni di acido cianidrico, garantendo così che la biomassa delle foglie non rappresenti una minaccia alla salute e alla sicurezza del pubblico e delle persone coinvolte nel trasporto, stoccaggio e lavorazione di alti volumi di foglie di manioca.

Guidati da queste riflessioni e finanziati da un progetto UoR-GCRF (Global Challenges Research Fund), abbiamo avuto la fortuna di raggiungere la prova del concetto per un approccio di disintossicazione su base industriale, che prevede l’essiccazione al sole delle foglie di manioca a livello della fattoria per realizzare una prima riduzione indotta dall’essiccazione del cianuro e prevenire qualsiasi ulteriore emissione di cianuro. Le foglie essiccate vengono poi trasformate in polvere con una macinazione industriale ad impatto. La polvere viene ricostituita in acqua e il pH dell’impasto viene mantenuto tra 3,5 e 4 per evitare reazioni indesiderate. L’applicazione della decantazione e della microfiltrazione porta a una farina di foglie umide con livelli di cianuro non rilevabili. La successiva essiccazione convenzionale produce quindi una farina di foglie.

Il primo giorno, i delegati sono stati presentati con la scoperta della disintossicazione e le informazioni contestuali che trasmettono la produzione agricola e i benefici nutrizionali che offre, insieme ai dettagli sull’agricoltura e l’economia dell’Africa sub-sahariana. Il secondo giorno, i delegati si sono concentrati sulla selezione del modo migliore di procedere per lo sfruttamento industriale della scoperta.

Stabilire un processo tecnicamente e finanziariamente fattibile per generare ingredienti alimentari senza tossici e antinutrienti (T&AfCL) è stata considerata una priorità assoluta. La maggioranza dei delegati ha espresso una forte preferenza per gli ingredienti alimentari T&AfCL sotto forma di farine/polveri minimamente raffinate, al fine di minimizzare il tempo di sviluppo e i costi di produzione di raffinazione di tali ingredienti. I delegati hanno suggerito che, data l’abbondanza di foglie di manioca e il loro basso prezzo commerciale, tali ingredienti alimentari T&AfCL potrebbero diventare un veicolo per promuovere una nutrizione accessibile in tutta l’Africa sub sahariana.

Crediamo che la strada da seguire per le foglie di manioca, così come per altre risorse vegetali non sfruttate, richieda un’ulteriore attenzione allo sviluppo di tecnologie che possano fornire la disintossicazione e la rimozione dei composti antinutrienti. Affrontare lo scarso assorbimento di nutrienti da fonti a base vegetale richiederà l’esplorazione del rapporto tra struttura del tessuto vegetale e rilascio di nutrienti nell’intestino.

1. Latif S, Müller J. Potenziale delle foglie di manioca nella nutrizione umana: Una revisione. Trends in Food Science & Technology 2015, 44, 147-158
2. Burns AE, Gleadow RM, Zacarias AM, Cuambe C E, Miller RE, Cavagnaro TR. Variazioni nella composizione chimica della Cassava (Manihot esculenta Crantz) foglie e radici come influenzato dalla variazione genotipica e ambientale. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2012, 60, 4946-4956
3. Montagnac JA, Davis CR, Tanumihardjo SA. Valore nutrizionale della Cassava per l’uso come alimento di base e recenti progressi per il miglioramento. 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. Fattori dietetici che influenzano la biodisponibilità dei carotenoidi. J Nutr 2000, 130, 503-506
6. Lattimer JM, Haub MD. Effetti della fibra alimentare e dei suoi componenti sulla salute metabolica. Nutrients 2010, 2, 1266-89
7. Kristensen M, Jensen MG. Fibre alimentari nella regolazione dell’appetito e l’assunzione di cibo. Importanza della viscosità. Appetito 2011, 56, 65-70
8. Harris PJ, Smith BG. Pareti cellulari delle piante e polisaccaridi delle pareti cellulari: strutture, proprietà e usi nei prodotti alimentari. International Journal of Food Science & Technology 2006, 41, 129-143
9. Redgwell RJ, Fischer M. Fibra alimentare come componente alimentare versatile: Una prospettiva industriale. Mol Nutr Food Res 2005, 49, 521-535
10. Latif S, Zimmermann S, Barati Z, Muller J. Disintossicazione delle foglie di manioca mediante trattamenti termici, bicarbonato di sodio, enzimatici e ultrasuoni. J Food Sci 2019, 84, 1986-1991
11. Montagnac JA, Davis CR, Tanumihardjo SA. Tecniche di lavorazione per ridurre la tossicità e gli antinutrienti della Cassava per l’uso come alimento di base. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 2009, 8, 17-27
12. Sornyotha, Kyu KL, Ratanakhanokchai K. Purificazione e rilevamento di linamarina dalla corteccia della radice di manioca mediante cromatografia liquida ad alte prestazioni. Food Chem 2007, 104, 1750-1754
13. White WLB, Arias-Garzon DI, McMahon JM, Sayre RT. Cianogenesi in manioca. Il ruolo dell’idrossinitrile liasi nella produzione di cianuro nelle radici. Plant Physiol 1998, 116, 1219-1225
14. Bradbury JH, Denton IC. Metodi miti di lavorazione delle foglie di manioca per rimuovere i cianogeni e conservare i nutrienti chiave. Food Chem 2011, 127, 1755-1759
15. Okafor PN, Okorowkwo CO, Maduagwu EN. Esposizioni professionali e dietetiche degli esseri umani all’avvelenamento da cianuro dalla lavorazione della manioca su larga scala e l’ingestione di alimenti di manioca. Food Chem Toxicol 2002, 40, 1001-1005

Riconoscimenti

Gli autori desiderano riconoscere il sostegno finanziario del progetto “Converting cassava leaves into marketable food ingredients” UoR-GCRF.