Alai

En stadig minskning av konventionell djurbaserad kost sker redan nu med stor oro för de negativa effekterna av den globala uppvärmningen. I jämförelse med djurbaserad kost är växtbaserad kost förknippad med ett bättre utnyttjande av primära resurser, mindre koldioxidutsläpp i samband med produktionen och mindre skadliga miljömetoder. Det är dock inte alltid lätt att få tag på en betydande mängd av de näringsämnen som finns i jordbruksråvaror, av många olika anledningar.

Vi kommer att använda kassavablad som en fallstudie för att exemplifiera hur naturligt förekommande giftiga och näringsämnesfientliga föreningar hittills har hindrat oss från att få tillgång till denna enormt outnyttjade resurs med miljontals ton proteiner, kostfibrer och prebiotiska fibrer, karotenoider av provitamin A och B1-, B2-, B3- och C-vitaminer.1-3

Cassava

Cassavaodling spelar en viktig roll, både när det gäller livsmedelsförsörjning och som kommersiell gröda, och ger användbara möjligheter att upprätthålla försörjningen för miljontals jordbrukare i 105 tropiska och subtropiska länder.1-3 Dess plantering kräver lite underhåll när det gäller krav på vatten och jord samt tid, arbete och pengar, vilket gör den till en utmärkt kandidat för fattiga områden med långa torrperioder.1,4

Enligt uppgifter från Food and Agriculture Organization Corporate Statistical Database (FAOSTAT) 2017 är Nigeria den främsta producenten av maniokrötter i världen med en produktionssiffra på 59,5 miljoner ton, vilket motsvarar 20 procent av den globala produktionen. Ghana är också en betydande aktör och producerar 18,5 miljoner ton kassavarötter, vilket motsvarar sex procent av den globala produktionen. Även om maniok främst odlas för sina stärkelserika rötter är dess blad också ätbara efter nödvändiga behandlingar och används i lokala rätter i Afrika som en bra källa till protein och mikronäringsämnen, även om de fortfarande kallas ”fattigmansmat”.4

Cassavablad har ett högt proteininnehåll, som når upp till 38 procent torrsubstans, och en välbalanserad aminosyraprofil. Beroende på sorten kan råfibrerna i kassavabladen nå upp till 20 procent av torrvikten, vilket är dubbelt så mycket som i rötterna. Bladen är också rika på vitaminer som B1, B2, B3, C, provitamin A-karotenoider (pVAC) och mineraler, som tillsammans med proteinet skulle kunna utnyttjas bättre för att bidra till att lindra undernäring och minska hämmad tillväxt – dvs. kroniskt undernärda befolkningar på utvecklingsmarknader. Att minska hämmningen har fastställts som det andra målet för hållbar utveckling av Förenta nationerna (FN) och utgör en stor utmaning i Afrika söder om Sahara tillsammans med brist på vitamin A och B.

Vitamin A-brist, som främst drabbar barn och kvinnor, orsakar försämrad syn, minskar förmågan att bekämpa infektioner och minskar tillväxten och benutvecklingen – och leder till och med till att barn dör i allvarliga fall. I utvecklingsländerna är växter den viktigaste källan till A-vitamin i form av pVACs, som uppvisar en mycket dålig absorption på grund av att de är instängda i växternas cellorganeller och cellväggar. Biotillgängligheten hos pVACs kan ökas upp till sex gånger under bearbetning (t.ex. mekanisk homogenisering), medan konceptet att använda pVACs som en tillsatt livsmedelsingrediens förbättrar deras biotillgänglighet med upp till en storleksordning.5

Att förbättra sammansättningen av bearbetade livsmedel genom att inkludera större mängder protein, kostfibrer och prebiotiska fibrer och andra värdefulla ingredienser ligger i linje med moderna riktlinjer för näringslära. Konsumtion av kostfibrer (DF) har till exempel kopplats till en minskad risk för många hälsostörningar, inklusive hjärt- och kärlsjukdomar, typ II-diabetes och förstoppning, och tros ge en mättande effekt.6-8

Trots fördelarna med en DF-rik kost uppfylls sällan det rekommenderade intaget (20-35 g/dag)9 för det stora flertalet av den allmänna befolkningen, särskilt på utvecklade marknader. Därför kan införandet av DF-ingredienser i bearbetade livsmedel fungera som ett alternativt sätt att öka kostfiberkonsumtionen i den allmänna befolkningen. Att öka innehållet av DF-ämnen, proteiner eller andra värdefulla ingredienser är dock en stor utmaning för livsmedelsindustrin när det gäller kostnaderna för produktformuleringen. Av detta följer att en kostnadseffektiv extraktion och rening av värdefulla livsmedelsingredienser från maniokblad kan vara mycket användbar för att förbättra sammansättningen av kommersiella livsmedelsformuleringar både på utvecklade marknader och på utvecklingsmarknader.

Tabell 1 visar den ekonomiska potentialen för maniokblad, med två nivåer av isolering av ingredienser (enkel och detaljerad) och med användning av B2B-priser på ingredienser. Den ekonomiska potentialen i ett ton färska blad och en enkel bioraffineringsprocess kan uppgå till ca 563 £.

Cassava blad har samma avkastning i form av färskt material som rötterna, så den årliga globala bladproduktionen kan uppskattas till nära 300 miljoner ton. Däremot uppskattas volymen av konsumerade blad vara mindre än en miljon ton per år.1 Detta är lätt att förstå eftersom majoriteten av bladkonsumtionen endast är avsedd för hushållsbruk och sker efter en ganska långvarig hushållsavgiftningsprocess som inbegriper stampning eller malning följt av långvarig upphettning. Tyvärr finns det inget praktiskt industriellt utnyttjande av maniokblad, vare sig som en legitim jordbruksprodukt eller som en källa till livsmedelsingredienser. Den främsta orsaken till att maniokblad inte utnyttjas industriellt är bladens höga toxicitet på grund av cyanogena glukosider och, i mindre utsträckning, förekomsten av andra näringshämmande komponenter som fytat, oxalat och trypsinhämmare.10,11

Cassavablad innehåller höga halter av cyanogena glukosider (95 procent linamarin och fem procent lotaustralin), som finns i vakuolerna i varje cell och kan hydrolyseras av linamaras baserat i cellväggarna. Vid cellförstöring genererar linamaras glukos och acetoncyanohydrin, som sedan sönderdelas till giftig flyktig vätecyanid (HCN).12

Detta sista steg kan ske antingen spontant eller som ett resultat av den enzymatiska verkan av α-hydroxynitrilas, som också är cellväggsbundet.13,14 Vätecyanid (HCN) är mycket giftigt för både människor och djur där intag av 50-100 mg är känt för att orsaka dödsfall.11 Kostinducerad kronisk toxicitet är en annan viktig orsak till oro, särskilt för befolkningar där maniok är en viktig basvara. Konzo, tropisk ataktisk neuropati, exacerbation av struma och kretinism är de mest frekvent rapporterade sjukdomarna orsakade av kassavatoxicitet.2,11 För att förhindra kronisk toxicitet har Codex sedan 1991 föreslagit en högsta gräns på 10 mg total HCN/kg kassavamjöl.11

Förutom intag är utsläppet av gasformig vätecyanid i miljön också känt för att vara mycket farligt vid industriell bearbetning av maniokrot och till och med på småhusnivå.15 USA:s National Research Council (2002) fastställde mortalitetsbaserade riktvärden för akut exponering (AEGL-3) för inandad HCN mellan 30 mg/m3 för exponering under 10 minuter hela vägen till 7,3 mg/m3 för exponering under åtta timmar. NRC (2002) rapporterade icke invalidiserande AEGL-1 i intervallet 2,8 mg/m3 för exponering under 10 minuter till 1 mg/m3 för exponering under åtta timmar. Cassavabladens känslighet för snabb nedbrytning tillsammans med förlusten av cellulär integritet och de upp till 20 gånger högre nivåerna av cyanider än cassavarötter9 tyder på att färska blad förväntas släppa ut betydande mängder giftig vätecyanid i sin omedelbara omgivning. Därför måste alla tillvägagångssätt för industriell avgiftning som måste leda till transport av flera ton och lagring av tiotals ton blad inte bara fokusera på att uppfylla Codex gränsvärde för intag av 10 mg/kg slutprodukt, utan det är också viktigt att genomföra strategier för riskminimering för att se till att utsläppen av vätecyanid ligger långt ifrån den livshotande AEGL-3 och hålls nere på en nivå som inte är inaktiverande AEGL-1.

För övrigt är de konventionella avgiftningsprocesser som nämns i litteraturen för maniokblad arbets- och energikrävande, varför det inte är lätt att industriellt utnyttja den stora mängd blad som går till spillo efter skörd. Dessutom gör de återstående giftiga och näringsfientliga föreningar som finns kvar i bladen att dessa metoder inte är tillräckligt effektiva och begränsar utnyttjandet av denna potentiellt mycket nyttiga resurs. Följaktligen finns det ett behov av en miljövänligare och effektivare avgiftningsmetod för att underlätta det industriella utnyttjandet av maniokblad.

Med tanke på vår riskanalys kommer en betydande del av varje industriell process att innebära att man förhindrar utsläpp av vätecyanid och därmed säkerställer att bladbiomassan inte utgör något hot mot hälsa och säkerhet för allmänheten och för de personer som är involverade i transport, förvaring och bearbetning av stora volymer av maniokblad.

Guidade av dessa tankar och finansierade av ett UoR-GCRF-projekt (Global Challenges Research Fund) hade vi turen att nå konceptbevis för en industriellbaserad avgiftningsmetod, som innebär soltorkning av maniokblad på gårdsnivå för att åstadkomma en första torkningsinducerad minskning av cyanid och förhindra ytterligare cyanidutsläpp. De torkade bladen omvandlas sedan till ett pulver med hjälp av industriell malning. Pulvret återställs i vatten och uppslamningens pH-värde hålls mellan 3,5 och 4 för att förhindra oönskade reaktioner. Dekantering och mikrofiltrering leder till ett vått använt bladmjöl med icke-detekterbara cyanidnivåer. Efterföljande konventionell torkning ger sedan ett bladmjöl.

På den första dagen fick delegaterna ta del av detoxifieringsgenombrottet och kontextuell information om jordbruksproduktion och de näringsmässiga fördelarna som den erbjuder, tillsammans med information om jordbruket och ekonomin i Afrika söder om Sahara. Under den andra dagen fokuserade delegaterna på att välja den bästa vägen framåt för industriellt utnyttjande av genombrottet.

Etablering av en tekniskt och finansiellt livskraftig process för att generera livsmedelsingredienser som är fria från gifter och antinutrienter (T&AfCL) ansågs vara en av de viktigaste prioriteringarna. Majoriteten av delegaterna uttryckte en stark preferens för att T&AfCL-livsmedelsingredienser ska komma i form av minimalt raffinerat mjöl/pulver för att minimera utvecklingstiden och produktionskostnaderna för raffineringen av dessa ingredienser. Delegaterna föreslog att sådana T&AfCL-livsmedelsingredienser, med tanke på att det finns gott om maniokblad och att de har ett lågt handelspris, skulle kunna bli ett medel för att främja kost till överkomliga priser i Afrika söder om Sahara.

Vi anser att vägen framåt för maniokblad, liksom för andra oexploaterade växtbaserade resurser, kräver ytterligare fokus på utveckling av teknik som skulle kunna ge avgiftning och avlägsnande av näringsämnesföreningar. För att åtgärda det dåliga upptaget av näringsämnen från växtbaserade källor kommer det att krävas att man utforskar förhållandet mellan växtvävnadsstrukturen och frisättningen av näringsämnen i tarmen.

1. Latif S, Müller J. Potential of cassava leaves in human nutrition: En översikt. 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 kemiska sammansättningen av blad och rötter från Cassava (Manihot esculenta Crantz) som påverkas av genotypiska och miljömässiga variationer. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2012, 60, 4946-4956
3. Montagnac JA, Davis CR, Tanumihardjo SA. Cassavas näringsvärde för användning som baslivsmedel och de senaste framstegen för förbättring. 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 som påverkar biotillgängligheten hos karotenoider. J Nutr 2000, 130, 503-506
6. Lattimer JM, Haub MD. Effekter av kostfiber och dess komponenter på metabolisk hälsa. Nutrients 2010, 2, 1266-89
7. Kristensen M, Jensen MG. Kostfibrer i regleringen av aptit och födointag. Vikten av viskositet. Appetite 2011, 56, 65-70
8. Harris PJ, Smith BG. Växters cellväggar och cellväggspolysackarider: strukturer, egenskaper och användning i livsmedelsprodukter. International Journal of Food Science & Technology 2006, 41, 129-143
9. Redgwell RJ, Fischer M. Kostfiber som en mångsidig livsmedelskomponent: Ett industriellt 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. J Food Sci 2019, 84, 1986-1991
11. Montagnac JA, Davis CR, Tanumihardjo SA. Bearbetningstekniker för att minska toxicitet och antinutrienter i kassava för användning som baslivsmedel. 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. Cyanogenes i kassava. Hydroxynitrillyasets roll i rotcyanidproduktionen. Plant Physiol 1998, 116, 1219-1225
14. Bradbury JH, Denton IC. Milda metoder för bearbetning av kassavablad för att avlägsna cyanogener och bevara viktiga näringsämnen. Food Chem 2011, 127, 1755-1759
15. Okafor PN, Okorowkwo CO, Maduagwu EN. Yrkesmässig och kostmässig exponering av människor för cyanidförgiftning från storskalig kassavaförädling och intag av kassavalivsmedel. Food Chem Toxicol 2002, 40, 1001-1005

Acknowledgement

Författarna vill tacka för det ekonomiska stödet från projektet ”Converting cassava leaves into marketable food ingredients” UoR-GCRF.