Alai

O reducere constantă a dietelor convenționale pe bază de animale are deja loc pe fondul unor îngrijorări grave legate de impactul negativ al încălzirii globale. În comparație cu dietele pe bază de animale, dietele pe bază de plante sunt asociate cu o mai bună utilizare a resurselor primare, producând mai puține emisii de CO2 în cursul producerii lor și utilizând practici mai puțin dăunătoare pentru mediu. Cu toate acestea, obținerea unei cantități semnificative de nutrienți conținuți în produsele agricole nu este întotdeauna ușoară, din numeroase motive.

Vom folosi frunzele de manioc ca studiu de caz pentru a exemplifica modul în care compușii toxici și antinutrienți naturali ne-au împiedicat – până în prezent – să accesăm această resursă extrem de neexploatată de milioane de tone de proteine, fibre dietetice și prebiotice, carotenoizi provitamina A și vitaminele B1, B2, B3 și C.1-3

Casava

Cultura de cașcaval joacă un rol important, atât în ceea ce privește securitatea alimentară, cât și ca cultură comercială, și oferă oportunități utile pentru susținerea mijloacelor de trai a milioane de agricultori din 105 țări tropicale și subtropicale.1-3 Plantația sa necesită puțină întreținere în ceea ce privește cerințele de apă și sol, precum și investițiile în timp, muncă și bani pe care le necesită, ceea ce o face un candidat excelent pentru zonele sărace cu perioade prelungite de secetă.1,4

Potrivit datelor din 2017 ale Bazei de date statistice corporative a Organizației Națiunilor Unite pentru Alimentație și Agricultură (FAOSTAT), Nigeria este principalul producător de rădăcini de manioc din lume, cu o cifră de producție de 59,5 milioane de tone, care corespunde la 20 % din producția mondială. Ghana este, de asemenea, un jucător important, producând 18,5 milioane de tone de rădăcini de manioc, ceea ce echivalează cu șase procente din producția globală. Deși maniocul este cultivat în principal pentru rădăcinile sale bogate în amidon, frunzele sale sunt, de asemenea, comestibile după tratamentele necesare și sunt folosite în mâncărurile locale din Africa ca o sursă bună de proteine și micronutrienți, deși este încă numită „mâncarea săracului”.4

Frunzele de cașcaval au un conținut ridicat de proteine, ajungând până la 38% substanță uscată, și un profil bine echilibrat de aminoacizi. În funcție de cultivar, conținutul de fibre dietetice brute din frunzele de manioc poate ajunge până la 20 la sută din greutatea lor uscată, depășindu-l de două ori pe cel al rădăcinilor. Frunzele sunt, de asemenea, bogate în vitamine, cum ar fi B1, B2, B3, C, carotenoizi de provitamina A (pVAC) și minerale, care, alături de proteine, ar putea fi mai bine utilizate pentru a contribui la ameliorarea malnutriției și la reducerea întârzierilor în creștere – adică a populațiilor care suferă de malnutriție cronică pe piețele în curs de dezvoltare. Diminuarea întârzierilor în creștere a fost stabilită ca al doilea Obiectiv de Dezvoltare Durabilă al Organizației Națiunilor Unite (ONU) și reprezintă o provocare majoră în Africa Subsahariană, alături de deficiența de vitaminele A și B.

Deficiența de vitamina A, care afectează în principal copiii și femeile, cauzează afectarea vederii, diminuează capacitatea de a lupta împotriva infecțiilor și scade rata de creștere și dezvoltarea osoasă – conducând chiar la decesul copiilor în cazurile grave. În țările în curs de dezvoltare, plantele reprezintă principala sursă de vitamina A sub formă de pVAC, care demonstrează o absorbție foarte slabă din cauza faptului că sunt prinse în organitele celulelor vegetale și în pereții celulelor. Biodisponibilitatea pVAC-urilor poate fi îmbunătățită de până la șase ori în timpul procesării (de exemplu, omogenizarea mecanică), în timp ce conceptul de utilizare a pVAC-urilor ca ingredient alimentar adăugat aduce beneficii bioaccesibilității acestora de până la un ordin de mărime.5

Îmbunătățirea compoziției alimentelor procesate prin includerea unor cantități mai mari de proteine, fibre dietetice și prebiotice și alte ingrediente valoroase este în conformitate cu orientările nutriționale moderne. De exemplu, consumul de fibre alimentare (DF) a fost asociat cu o scădere a riscului pentru numeroase tulburări de sănătate, inclusiv boli cardiovasculare, diabet de tip II, constipație, și se crede că oferă un efect de sațietate.6-8

În ciuda beneficiilor unei diete bogate în DF, aportul recomandat (20-35g/zi)9 este rareori atins pentru marea majoritate a populației generale, în special pe piețele dezvoltate. Prin urmare, includerea de ingrediente DF în alimentele procesate ar putea servi ca mijloc alternativ de creștere a consumului de fibre alimentare al populației generale. Cu toate acestea, creșterea conținutului de DF, de proteine sau, într-adevăr, de orice alte ingrediente valoroase, reprezintă o provocare considerabilă în ceea ce privește costurile de formulare a produselor pentru industria alimentară. Rezultă că extracția și purificarea eficientă din punct de vedere al costurilor a ingredientelor alimentare valoroase din frunzele de manioc poate fi foarte utilă pentru îmbunătățirea compoziției formulărilor alimentare comerciale, atât pe piețele dezvoltate, cât și pe cele în curs de dezvoltare.

Tabelul 1 descrie potențialul economic al frunzelor de manioc, presupunând două niveluri de izolare a ingredientelor (simplu și detaliat) și utilizând prețurile ingredientelor B2B. Potențialul economic într-o tonă de frunze proaspete și un proces simplu de biorafinare poate ajunge la aproximativ 563 de lire sterline.

Frunzele de manioc au același randament în termeni de material proaspăt ca și rădăcinile, astfel încât producția globală anuală de frunze poate fi estimată la aproape 300 de milioane de tone. În schimb, volumul estimat al frunzelor consumate este de mai puțin de un milion de tone pe an.1 Acest lucru este ușor de înțeles, deoarece majoritatea consumului de frunze este destinat exclusiv uzului casnic și are loc în urma unui proces de detoxifiere domestică destul de îndelungat, care implică pisarea sau măcinarea urmată de o încălzire îndelungată. În mod regretabil, nu există o exploatare industrială practică a frunzelor de manioc, nici ca produs agricol legitim, nici ca sursă de ingrediente alimentare. Principala cauză pentru care frunzele de manioc nu sunt valorificate industrial este toxicitatea ridicată a frunzelor datorată glucozidelor cianogenice și, într-o măsură mai mică, existența altor componente antinutriționale, cum ar fi fitatul, oxalatul și inhibitorul de tripsină.10,11

Frunzele de cașcaval conțin niveluri ridicate de glucozide cianogenice (95 la sută linamarină și cinci la sută lotaustralină), care sunt localizate în vacuolele fiecărei celule și pot fi hidrolizate de linamarază cu sediul în pereții celulari. La întreruperea celulară, linamarază generează glucoză și acetonă cianohidrină, care sunt apoi descompuse în cianură de hidrogen volatilă toxică (HCN).12

Acest ultim pas poate avea loc fie spontan, fie ca urmare a acțiunii enzimatice a α-hidroxinitrilazei, care este, de asemenea, legată de peretele celular.13,14 Cianura de hidrogen (HCN) este extrem de toxică atât pentru oameni, cât și pentru animale, fiind cunoscut faptul că ingestia a 50-100 mg poate provoca decese.11 Toxicitatea cronică indusă de alimentație este o altă cauză principală de îngrijorare, în special pentru populațiile în care maniocul este un aliment de bază. Konzo, neuropatia ataxică tropicală, exacerbarea gușei și cretinismul sunt cele mai frecvent raportate tulburări de toxicitate a maniocului.2,11 Pentru a preveni toxicitatea cronică, o limită maximă de 10 mg HCN total/Kg de făină de manioc a fost propusă de Codex încă din 1991.11

În afară de ingestie, se știe că evacuarea acidului cianhidric gazos în mediul înconjurător este, de asemenea, extrem de periculoasă în timpul prelucrării industriale a rădăcinilor de manioc și chiar la nivel de gospodărie.15 Consiliul Național de Cercetare al SUA (2002) a stabilit niveluri orientative de expunere acută bazate pe mortalitate (AEGL-3) pentru HCN inhalat între 30mg/m3 pentru o expunere de 10 minute până la 7,3mg/m3 pentru o expunere de opt ore. NRC (2002) a raportat valori AEGL-1 care nu provoacă invaliditate, cuprinse între 2,8mg/m3 pentru o expunere de 10 minute și 1mg/m3 pentru o expunere de opt ore. Susceptibilitatea frunzelor de manioc la putrezirea rapidă, împreună cu pierderea integrității celulare și nivelurile de cianuri de până la 20 de ori mai mari decât cele ale rădăcinilor de manioc9 sugerează că se așteaptă ca frunzele proaspete să degaje cantități semnificative de cianură de hidrogen otrăvitoare în mediul lor apropiat. Prin urmare, orice abordare de detoxifiere industrială care va conduce în mod inevitabil la transportul a mai multe tone și la depozitarea a zeci de tone de frunze nu trebuie să se concentreze doar pe respectarea limitei Codex de ingerare de 10mg/kg de produs final, ci este, de asemenea, important să se pună în aplicare strategii de atenuare a riscurilor pentru a se asigura că emisiile de cianură de hidrogen sunt departe de AEGL-3, care pune în pericol viața, și sunt limitate la AEGL-1, care nu provoacă invalidarea.

În plus, procesele convenționale de detoxifiere menționate în literatura de specialitate pentru frunzele de manioc necesită multă muncă și energie, astfel încât nu este ușor de exploatat industrial cantitatea mare de frunze care se irosește după recoltare. În plus, compușii toxici și antinutriționali reziduali care rămân în frunze fac ca aceste abordări să fie insuficient de eficiente și limitează exploatarea acestei resurse potențial extrem de benefice. În consecință, este nevoie de o abordare de detoxifiere mai ecologică și mai eficientă pentru a facilita utilizarea industrială a frunzelor de manioc.

Datorită analizei noastre de risc, o parte semnificativă a oricărui proces industrial va implica prevenirea emisiilor de cianură de hidrogen, asigurându-se astfel că biomasa de frunze nu reprezintă o amenințare la adresa sănătății și siguranței publicului și a persoanelor implicate în transportul, depozitarea și prelucrarea unor volume mari de frunze de manioc.

Guidați de aceste gânduri și finanțați de un proiect UoR-GCRF (Global Challenges Research Fund), am fost destul de norocoși să ajungem la dovada conceptului pentru o abordare de detoxifiere pe bază industrială, care implică uscarea la soare a frunzelor de manioc la nivelul fermei pentru a realiza o primă reducere a cianurii indusă de uscare și pentru a preveni orice alte emisii de cianură. Frunzele uscate sunt apoi transformate în pulbere prin măcinare industrială cu impact. Pulberea este reconstituită în apă, iar pH-ul suspensiei este menținut între 3,5 și 4 pentru a preveni reacțiile nedorite. Prin decantare și microfiltrare se obține o făină umedă de frunze uzate cu niveluri nedetectabile de cianură. Uscarea convențională ulterioară produce apoi o făină de frunze.

În prima zi, delegaților le-au fost prezentate descoperirea în materie de detoxifiere și informații contextuale care relatează producția agricolă și beneficiile nutriționale pe care le oferă, împreună cu detalii despre agricultură și economie în Africa Subsahariană. În cea de-a doua zi, delegații s-au concentrat pe selectarea celei mai bune căi de urmat pentru exploatarea industrială a descoperirii.

Stabilirea unui proces viabil din punct de vedere tehnic și financiar pentru a genera ingrediente alimentare din frunze de manioc fără substanțe toxice și antinutrienți (T&AfCL) a fost considerată ca fiind o prioritate absolută. Majoritatea delegaților au exprimat o preferință puternică pentru ca ingredientele alimentare T&AfCL să se prezinte sub formă de făinuri/pulberi minim rafinate, pentru a minimiza timpul de dezvoltare și costurile de producție a rafinării acestor ingrediente. Delegații au sugerat că, având în vedere abundența frunzelor de manioc și prețul comercial scăzut al acestora, astfel de ingrediente alimentare T&AfCL ar putea deveni un vehicul de promovare a nutriției la prețuri accesibile în întreaga Africă subsahariană.

Credem că drumul de urmat pentru frunzele de manioc, precum și pentru alte resurse vegetale neexploatate, necesită o concentrare suplimentară asupra dezvoltării tehnologiilor care ar putea asigura detoxifierea și eliminarea compușilor antinutrienți. Abordarea absorbției slabe a nutrienților din surse vegetale va necesita explorarea relației dintre structura țesutului vegetal și eliberarea nutrienților în intestin.

1. Latif S, Müller J. Potențialul frunzelor de manioc în nutriția umană: O trecere în revistă. 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 (Variații în compoziția chimică a frunzelor și rădăcinilor de manioc (Manihot esculenta Crantz) afectate de variația genotipică și de mediu). Journal of Agricultural and Food Chemistry 2012, 60, 4946-4956
3. Montagnac JA, Davis CR, Tanumihardjo SA. Valoarea nutrițională a maniocului pentru utilizarea ca aliment de bază și progresele recente pentru îmbunătățire. 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. Factori dietetici care afectează biodisponibilitatea carotenoizilor. J Nutr 2000, 130, 503-506
6. Lattimer JM, Haub MD. Efectele fibrelor alimentare și ale componentelor sale asupra sănătății metabolice. Nutrients 2010, 2, 1266-89
7. Kristensen M, Jensen MG. Fibrele dietetice în reglarea apetitului și a aportului alimentar. Importanța vâscozității. Appetite 2011, 56, 65-70
8. Harris PJ, Smith BG. Pereții celulari ai plantelor și polizaharidele din pereții celulari: structuri, proprietăți și utilizări în produsele alimentare. International Journal of Food Science & Technology 2006, 41, 129-143
9. Redgwell RJ, Fischer M. Fibrele dietetice ca o componentă alimentară versatilă: O perspectivă industrială. Mol Nutr Food Res 2005, 49, 521-535
10. Latif S, Zimmermann S, Barati Z, Muller J. Detoxificarea frunzelor de manioc prin tratamente termice, cu bicarbonat de sodiu, enzimatice și cu ultrasunete. J Food Sci 2019, 84, 1986-1991
11. Montagnac JA, Davis CR, Tanumihardjo SA. Tehnici de prelucrare pentru a reduce toxicitatea și antinutrienții din Cassava pentru utilizarea ca aliment de bază. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 2009, 8, 17-27
12. Sornyotha, Kyu KL, Ratanakhanokchai K. Purificarea și detectarea linamarinei din cortexul rădăcinii de manioc prin cromatografie lichidă de înaltă performanță. Food Chem 2007, 104, 1750-1754
13. White WLB, Arias-Garzon DI, McMahon JM, Sayre RT. Cianogeneza în manioc. Rolul hidroxinitrilului liază în producția de cianură din rădăcină. Plant Physiol 1998, 116, 1219-1225
14. Bradbury JH, Denton IC. Metode blânde de prelucrare a frunzelor de manioc pentru eliminarea cianogenilor și conservarea nutrienților cheie. Food Chem 2011, 127, 1755-1759
15. Okafor PN, Okorowkwo CO, Maduagwu EN. Expunerea profesională și alimentară a oamenilor la otrăvirea cu cianură în urma prelucrării la scară largă a maniocului și a ingestiei de alimente din manioc. Food Chem Toxicol 2002, 40, 1001-1005

Recunoaștere

Autorii doresc să recunoască sprijinul financiar al proiectului „Converting cassava leaves into marketable food ingredients” UoR-GCRF.