Alai

Een gestage vermindering van conventionele, op dieren gebaseerde diëten is al aan de gang temidden van grote bezorgdheid over de negatieve gevolgen van de opwarming van de aarde. In vergelijking met diëten op basis van dieren worden diëten op basis van planten geassocieerd met een beter gebruik van primaire hulpbronnen, waarbij tijdens de productie minder CO2 wordt uitgestoten en minder schadelijke milieupraktijken worden gebruikt. Het is echter om tal van redenen niet altijd gemakkelijk om een aanzienlijk deel van de voedingsstoffen in landbouwproducten te verkrijgen.

We zullen cassavebladeren als casestudy gebruiken om te illustreren hoe natuurlijk voorkomende toxische en anti-nutriëntenverbindingen ons – tot nu toe – hebben verhinderd om toegang te krijgen tot deze enorm onaangeboorde bron van miljoenen tonnen eiwitten, voedings- en prebiotische vezels, provitamine A carotenoïden en B1, B2, B3 en C vitamines.1-3

Cassave

De teelt van cassave speelt een belangrijke rol, zowel op het vlak van voedselzekerheid als commercieel gewas, en biedt nuttige mogelijkheden om het levensonderhoud van miljoenen landbouwers in 105 tropische en subtropische landen te verzekeren.1-3 De aanplant ervan vergt weinig onderhoud wat betreft water- en bodemvereisten, alsook de vereiste investering in tijd, arbeid en geld, wat het een uitstekende kandidaat maakt voor arme gebieden met langdurige droogteperiodes.1,4

Volgens de gegevens van 2017 van de Corporate Statistical Database van de Voedsel- en Landbouworganisatie (FAOSTAT) is Nigeria de grootste producent van cassavewortels ter wereld met een productiecijfer van 59,5 miljoen ton, wat overeenkomt met 20 procent van de wereldproductie. Ghana is ook een belangrijke speler met een productie van 18,5 miljoen ton cassavewortels, wat overeenkomt met zes procent van de wereldwijde productie. Hoewel cassave vooral voor zijn zetmeelrijke wortels wordt geteeld, zijn de bladeren ook eetbaar na de nodige behandelingen en worden ze in Afrika in lokale gerechten gebruikt als een goede bron van eiwitten en micronutriënten, hoewel ze nog steeds het “armeluisvoedsel” worden genoemd.4

Cassavebladeren hebben een hoog eiwitgehalte, dat kan oplopen tot 38 procent droge stof, en een goed uitgebalanceerd aminozuurprofiel. Afhankelijk van de cultivar kan het gehalte aan ruwe voedingsvezels in cassavebladeren oplopen tot 20 procent van het drooggewicht, wat een factor twee hoger is dan dat van de wortels. De bladeren zijn ook rijk aan vitaminen zoals B1, B2, B3, C, provitamine A-carotenoïden (pVAC’s) en mineralen, die, naast het eiwit, beter zouden kunnen worden benut om ondervoeding te helpen verlichten en “stunting” – d.w.z. chronisch ondervoede bevolkingsgroepen op ontwikkelingsmarkten – te verminderen. Het terugdringen van stunting is de tweede duurzame ontwikkelingsdoelstelling van de Verenigde Naties (VN) en vormt een grote uitdaging in Afrika bezuiden de Sahara, samen met een tekort aan vitamine A en B.

Vitamine A-tekort, dat vooral kinderen en vrouwen treft, veroorzaakt een verminderd gezichtsvermogen, vermindert het vermogen om infecties te bestrijden en vermindert de groeisnelheid en de botontwikkeling – en leidt in ernstige gevallen zelfs tot de dood van kinderen. In ontwikkelingslanden zijn planten de belangrijkste bron van vitamine A in de vorm van pVAC’s, die zeer slecht worden geabsorbeerd omdat zij gevangen zitten in plantencelorganellen en celwanden. De biologische beschikbaarheid van pVAC’s kan tot zes keer worden verhoogd tijdens de verwerking (bv. mechanische homogenisatie), terwijl het concept van het gebruik van pVAC’s als toegevoegd voedselingrediënt hun biologische toegankelijkheid tot een orde van grootte verbetert.5

Verbetering van de samenstelling van verwerkte voedingsmiddelen door grotere hoeveelheden eiwitten, voedings- en prebiotische vezels en andere waardevolle ingrediënten op te nemen, is in overeenstemming met de moderne voedingsrichtsnoeren. Zo wordt de consumptie van voedingsvezels in verband gebracht met een lager risico op tal van gezondheidsaandoeningen, waaronder hart- en vaatziekten, diabetes type II en constipatie, en wordt aangenomen dat deze vezels een verzadigend effect hebben.6-8

Ondanks de voordelen van een DF-rijk dieet wordt de aanbevolen inname (20-35 g/dag)9 zelden gehaald door de overgrote meerderheid van de bevolking, met name in ontwikkelde markten. Daarom zou de opname van DF-ingrediënten in verwerkte voedingsmiddelen kunnen dienen als een alternatief middel om de inname van voedingsvezels door de bevolking te verhogen. Het verhogen van het gehalte aan DF’s, eiwitten, of welke andere waardevolle ingrediënten dan ook, vormt echter een aanzienlijke uitdaging voor de kosten van de productformulering voor de voedingsindustrie. Hieruit volgt dat kosteneffectieve extractie en zuivering van waardevolle voedingsingrediënten uit cassavebladeren zeer nuttig kunnen zijn voor het verbeteren van de samenstelling van commerciële voedingsformules in zowel ontwikkelde als ontwikkelingsmarkten.

Tabel 1 geeft het economisch potentieel van cassavebladeren weer, uitgaande van twee niveaus van ingrediëntenisolatie (eenvoudig en gedetailleerd) en met gebruikmaking van B2B ingrediëntprijzen. Het economisch potentieel in een ton verse bladeren en een eenvoudig bioraffinageproces kan oplopen tot ca. 563 pond.

Cassavabladeren hebben dezelfde opbrengst in termen van vers materiaal als de wortels, zodat de jaarlijkse wereldwijde bladproductie kan worden geschat op bijna 300 miljoen ton. De hoeveelheid geconsumeerde bladeren wordt daarentegen op minder dan een miljoen ton per jaar geschat.1 Dit is gemakkelijk te begrijpen, aangezien het grootste deel van de bladconsumptie uitsluitend voor huishoudelijk gebruik bestemd is en plaatsvindt na een tamelijk langdurig huishoudelijk ontgiftingsproces, waarbij de bladeren worden fijngestampt of gemalen, gevolgd door langdurige verhitting. Helaas is er geen praktische industriële exploitatie van cassavebladeren, noch als een legitiem landbouwprodukt, noch als een bron van voedingsingrediënten. De voornaamste reden waarom cassavebladeren niet industrieel worden gevaloriseerd is de hoge toxiciteit van de bladeren als gevolg van cyanogene glucosiden en, in mindere mate, het bestaan van andere anti-nutritionele componenten, zoals fytaat, oxalaat en trypsine inhibitor.10,11

Cassavebladeren bevatten hoge concentraties cyanogene glucosiden (95% linamarine en 5% lotaustraline), die zich in de vacuolen van elke cel bevinden en gehydrolyseerd kunnen worden door linamarase dat zich in de celwanden bevindt. Bij cellulaire verstoring genereert linamarase glucose en acetoncyanohydrine, die vervolgens worden afgebroken tot het giftige vluchtige waterstofcyanide (HCN).12

Deze laatste stap kan spontaan optreden of als gevolg van de enzymatische werking van α-hydroxynitrilase, dat ook celwandgebonden is.13,14 Waterstofcyanide (HCN) is zeer giftig voor zowel mens als dier; een inname van 50-100 mg kan dodelijke gevolgen hebben.11 Chronische toxiciteit als gevolg van de voeding is een andere belangrijke oorzaak van bezorgdheid, vooral voor bevolkingsgroepen waar cassave een belangrijk basisproduct is. Konzo, tropische ataxische neuropathie, verergering van struma en cretinisme zijn de vaakst gerapporteerde aandoeningen van cassave-toxiciteit.2,11 Om chronische toxiciteit te voorkomen stelt de Codex sinds 1991 een maximumlimiet van 10mg totaal HCN/Kg cassavemeel voor.11

Naast ingestie is ook bekend dat de lozing van gasvormig waterstofcyanide in het milieu zeer gevaarlijk is bij de industriële verwerking van maniokwortels en zelfs op huisvlijtniveau.15 De Amerikaanse National Research Council (2002) stelde op mortaliteit gebaseerde Acute Exposure Guideline Levels (AEGL-3) vast voor ingeademde HCN tussen 30mg/m3 voor een blootstelling van 10 minuten tot 7,3mg/m3 voor een blootstelling van acht uur. NRC (2002) rapporteerde AEGL-1 zonder invaliditeit tussen 2,8mg/m3 voor een blootstelling van 10 minuten tot 1mg/m3 voor een blootstelling van acht uur. De gevoeligheid van cassavebladeren voor snel verval, gekoppeld aan het verlies van cellulaire integriteit en de tot 20 keer hogere cyanidengehalten dan bij cassavewortels9 , duidt erop dat verse bladeren naar verwachting aanzienlijke hoeveelheden giftig waterstofcyanide in hun directe omgeving zullen afgeven. Daarom moet elke aanpak voor industriële ontgifting die onvermijdelijk zal leiden tot het vervoer van enkele tonnen en de opslag van tientallen tonnen bladeren, niet alleen gericht zijn op het voldoen aan de Codex-grenswaarde voor ingestie van 10mg/kg eindproduct, maar is het ook belangrijk om risicobeperkende strategieën toe te passen om ervoor te zorgen dat de waterstofcyanide-emissies ver verwijderd blijven van het levensbedreigende AEGL-3 en beperkt blijven tot het niet-destructieve AEGL-1.

Verder zijn de in de literatuur genoemde conventionele ontgiftingsprocessen voor cassavebladeren arbeids- en energie-intensief, zodat het niet eenvoudig is om de grote hoeveelheid bladeren die na de oogst verloren gaat, industrieel te exploiteren. Bovendien maken de resterende toxische en anti-nutritionele verbindingen in de bladeren deze benaderingen onvoldoende effectief en beperken zij de exploitatie van deze potentieel enorm nuttige bron. Bijgevolg is er behoefte aan een groenere en meer doeltreffende ontgiftingsaanpak om het industriële gebruik van cassavebladeren te vergemakkelijken.

Gezien onze risicoanalyse zal een belangrijk deel van elk industrieel proces bestaan uit het voorkomen van waterstofcyanide-emissies, zodat wordt gewaarborgd dat de bladbiomassa geen bedreiging vormt voor de gezondheid en veiligheid van het publiek en de mensen die betrokken zijn bij het vervoer, de opslag en de verwerking van grote hoeveelheden cassavebladeren.

Geleid door deze gedachten en gefinancierd door een UoR-GCRF (Global Challenges Research Fund) project, waren we gelukkig genoeg om het proof of concept te bereiken voor een industrieel gebaseerde ontgiftingsbenadering, waarbij de cassavebladeren op boerderijniveau in de zon worden gedroogd om een eerste droging-geïnduceerde reductie van cyanide te bereiken en verdere cyanide-emissies te voorkomen. De gedroogde bladeren worden vervolgens tot poeder vermalen met behulp van industrieel impact malen. Het poeder wordt gereconstitueerd in water en de pH van de slurry wordt tussen 3,5 en 4 gehouden om ongewenste reacties te voorkomen. Door decanteren en microfiltratie wordt een nat meel van gebruikte bladeren verkregen met niet-detecteerbare cyanidegehalten. Het daaropvolgende conventionele drogen levert een bladmeel op.

Op de eerste dag kregen de afgevaardigden een presentatie over de ontgiftingsdoorbraak en contextuele informatie over de landbouwproductie en de voedingsvoordelen die deze biedt, samen met details over de landbouw en de economie in Afrika bezuiden de Sahara. Op dag twee concentreerden de afgevaardigden zich op het selecteren van de beste manier om de doorbraak industrieel te exploiteren.

Het tot stand brengen van een technisch en financieel levensvatbaar proces om voedingsingrediënten zonder toxische en antinutriënten uit cassavebladeren (T&AfCL) te genereren, werd als een topprioriteit gezien. De meerderheid van de afgevaardigden sprak een sterke voorkeur uit voor T&AfCL voedingsingrediënten in de vorm van minimaal geraffineerde meelsoorten/poeders om de ontwikkelingstijd en de productiekosten van deze ingrediënten tot een minimum te beperken. Afgevaardigden stelden voor dat, gezien de overvloed aan cassavebladeren en hun lage handelsprijs, dergelijke T&AfCL-voedingsingrediënten een middel zouden kunnen worden voor het bevorderen van betaalbare voeding in Afrika bezuiden de Sahara.

Wij geloven dat de weg vooruit voor cassavebladeren, evenals andere onaangeboorde plantaardige hulpbronnen, extra aandacht vereist voor het ontwikkelen van technologieën die kunnen zorgen voor ontgifting en verwijdering van antinutriëntenverbindingen. Om de slechte absorptie van voedingsstoffen uit plantaardige bronnen aan te pakken, zal de relatie tussen de structuur van plantenweefsel en de afgifte van voedingsstoffen in de darm moeten worden onderzocht.

1. Latif S, Müller J. Potential of cassava leaves in human nutrition: 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. Dietary factors that affect the bioavailability of carotenoids. J Nutr 2000, 130, 503-506
6. Lattimer JM, Haub MD. Effecten van voedingsvezels en hun componenten op de metabole gezondheid. Nutrients 2010, 2, 1266-89
7. Kristensen M, Jensen MG. Voedingsvezels in de regulatie van eetlust en voedselinname. Het belang van viscositeit. 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. Dietary fiber as a versatile food component: Een industrieel perspectief. 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. 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 in cassave. De rol van hydroxynitrile lyase in de productie van cyanide in de wortel. Plant Physiol 1998, 116, 1219-1225
14. Bradbury JH, Denton IC. Milde methoden om cassavebladeren te verwerken om cyanogenen te verwijderen en belangrijke nutriënten te behouden. Food Chem 2011, 127, 1755-1759
15. Okafor PN, Okorowkwo CO, Maduagwu EN. Occupational and dietary exposures of humans to cyanide poisoning from large-scale cassava processing and ingestion of cassava foods. Food Chem Toxicol 2002, 40, 1001-1005

Acknowledgement

De auteurs willen hun erkentelijkheid betuigen voor de financiële steun van het “Converting cassava leaves into marketable food ingredients” UoR-GCRF project.