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Thema der Dissertation (Deutsch)
Thema der Dissertation (Englisch)
Blausäuregehalt von Maniok und fermentierten Produkten mit Schwerpunkt Attiéké und Attiéké Garba
Die Arbeit wurde im September 2005 abgeschlossen und kann über die elektronische Bibliothek der ETH bezogen werden (Abstract und gesamte Dissertation). Die gedruckte Dissertation kann über info@cassava.ch bezogen werden.Einleitung
Cassava (Manihot esculenta Crantz) ist ein wichtiges Wurzelgewächs
in Afrika, Südamerika und Asien und liefert Nahrung für
mehr als 500 Mio. Menschen (Padmaja, G., 1995). Die Weltproduktion
von Cassava nimmt stetig zu (93.9 Mio. Tonnen in Afrika, 2001) und
stellt nach Reis, Mais und Zuckerrohr die viertwichtigste Kalorienquelle
für die tropische Bevölkerung dar.
Die Wurzel enthält 20 bis 25% Stärke, ist aber sehr arm
an Proteinen, Fetten, Vitaminen und Mineralstoffen (Moorthy, S.
N. and Mathew, George, 1998). Die Wurzel enthält zudem grössere
Mengen toxischer Cyanide. Die Cyanide kommen in der Wurzel gebunden
als cyanogene Glucoside vor, deren wichtigstes das Linamarin ist.
Enzyme, welche die cyanogenen Glucoside zu Blausäure abbauen
können, finden sich ebenfalls in der Wurzel, sind aber vom
Substrat getrennt. Wird jedoch bei der Verarbeitung die Zellwand
zerstört, kommt das Enzym mit den cyanogenen Glucosiden in
Kontakt und setzt die flüchtige Blausäure frei, der Gehalt
an Cyaniden im Endprodukt wird so reduziert.
Die Verarbeitung von Maniok zu einem verzehrsfertigen Produkt unterscheidet
sich von Region zu Region. Die verwendeten Prozessschritte beinhalten
jedoch meist Einweichen, Mahlen, Fermentation, Kochen, Dämpfen,
Trocknen in unterschiedlicher Reihenfolge, was zu einer Vielzahl
von Produkten führt. Die häufigsten fermentierten Cassavaprodukte
in Westafrika sind Gari und Fufu (Nigeria), sowie Placali und Attiéké
(Elfenbeinküste). Zur Herstellung von Attiéké
werden frische Wurzeln geschält, in Stücke geschnitten,
mit einem Inokulum versetzt, vermahlen und während ca. zwölf
Stunden fermentiert. Der Brei wird anschliessend gepresst, gesiebt
und zu Körnern geformt. Diese werden getrocknet und nach der
Entfernung von Fasern gedämpft. Das Endprodukt Attiéké
ist ein Couscous-ähnliches, weisses, leicht saures Produkt,
welches praktisch frei von Cyaniden ist.
Cyanogene Verbindungen und Krankheiten
Die Toxizität von Maniok ist ein bekanntes Problem. Der Gehalt an cyanogenen Verbindungen zeigt grosse Schwankungen, liegt bei den meisten Varietäten aber zwischen 15 und 400 mg HCN pro Kilogramm Frischgewicht (Padmaja, G., 1995). Die letale Dosis für einen Erwachsenen beträgt zwischen 50 und 100 mg (Halstrom, F and Moller, K. D., 1945). Das grösste ernährungsphysiologische Problem stellen nicht die relativ selten vorkommenden letalen Vergiftungen dar, sondern häufig auftretende subletale Schädigungen. Mehrere Krankheiten werden mit chronischer Vergiftung durch Cyanide in Verbindung gebracht, darunter Kropfbildung, Kümmerwuchs, bestimmte Formen von Diabetes und Jodmangel (Adewusi, Steve R. A. and Akintonwa, Alade, 1994). Werden Produkte wie Attiéké jedoch korrekt zubereitet, wird Linamarin via Zwischenprodukte praktisch vollständig zu Blausäure abgebaut, welche entweicht oder ausgewaschen wird. Somit wird das Endprodukt einwandfrei geniessbar.
Ziel der Arbeit
Ziel der Arbeit ist es, den Cyanidgehalt in Maniok in den Zwischenprodukten der Herstellung und im Endprodukt Attiéké analytisch zu bestimmen und daraus die für die Blausäureentfernung wichtigen Prozessschritte zu identifizieren. Anschliessend sollen die Ursachen für den Abbau der Blausäure erforscht werden (Mikroorganismen, pH-Abfall bei der Fermentation, Auswaschen, Verdampfen usw.)
Arbeitsablauf
- Auswahl einer Methode zur Cyanidanalyse
an der Elfenbeinküste. Dabei stehen im Vordergrund:
- Einfachheit der Methode
- Durchführung mit einfachen Laboreinrichtungen
- Preis
- Vergleich der Methode mit der Standardmethode der AOAC
- Evtl. Auswahl einer Methode zur Reihenuntersuchung an der ETH Zürich
- Bestimmung der Cyanide bei der traditionellen Herstellung an der Elfenbeinküste
- Vergleich des Cyanidabbaus mit einem Modell zur Attiékéherstellung
- Identifizierung der für die Cyanidentfernung wichtigen Prozessschritte
- Studium der Ursachen des Cyanidabbaus
Literaturverzeichnis
- Adewusi, Steve R. A. and Akintonwa, Alade. Cassava Processing, Consumption, and Cyanide Toxicity. Journal of Toxicology and Environmental Health 43, 13-23. 1994.
- Halstrom, F and Moller, K. D. Content of Cyanide in Human Organs from Cases of Poisoning with Cyanide Taken by Mouth, with Contribution to Toxicology of Cyanide. Acta Pharmacol.Toxicol. 1, 18. 1945.
- Moorthy, S. N. and Mathew, George. Cassava Fermentation and Associated Changes in Physicochemical and Functional Properties. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 38(2), 73-121. 1998.
- Padmaja, G. Cyanode Detoxification in Cassava for Food and Feed Uses. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 35(4), 299-339. 1995.
Cyanide content of cassava and fermented products with focus on attiéké and attiéké garba
Introduction
Cassava (Manihot esculenta Crantz) is an important root crop in Africa, Asia, South America and India, providing energy for about 500 million people. It counts as one of the leading crops with respect to the energy produced per hectare and year. The tuber consists of 20 to 25% starch but very limited quantities of proteins, fats, vitamins and minerals. Additionally, the roots contain large quantities of the antinutrient factor cyanide. Cyanide occurs in cassava in two cyanogenic glycosides, linamarin and lotaustralin. Hydrolytic enzymes which are capable of breaking down these cyanogenic glycosides to free cyanide (hydrocyanic acid, HCN) are also present in the plant, however, under normal conditions, separated from the substrate to avoid contact. Any process that ruptures the cell walls will bring the enzymes into contact with the glycosides and will thus release free cyanide and reduce the glycosides’ content of the final product.
Cassava is prepared in various ways changing from region to region. Normal process steps include soaking, fermentation, cooking, steaming, chipping, drying and roasting in varying order resulting in many different products. A fermented product popular in the Ivory Coast is Attiéke. Preparation includes the following steps: The roots are peeled, cut to pieces, grinded and left in bags to ferment for about two days. The fermented product is then pressed, dried and steamed to get the final product attiéke.
Cyanogenic compounds and diseases
Cassava toxicity in humans is a well-documented problem. Cassava tubers vary widely in their cyanogen content, although most varieties contain 15 to 400 HCN per kg fresh weight. Cyanide doses of 50 to 100 mg are reported to be lethal to adults. Whereas acute poisoning occurs scarcely, chronic toxic-ity is a big problem. Several diseases are associated with the consumption of inadequately processed cassava roots, such as tropical ataxic neuropathy, endemic goiter, spastic paraparesis and Konzo. Sublethal intake of cyanogenic compounds is usually detoxified by the body to the relatively nontoxic metabo-lite thiocyanate, which is excreted in the urine. A chronic overload of thiocyanate in conjunc-tion with low iodine intake, however, results in goiter and in extreme cases in cretinism in children.
Different methods are available for the quantitative determination of cyanogenic com-pounds (linamarin, lotaustralin, cyanohydrin and free cyanide (subsequently referred to as cyanide). The majority of methods requires three steps. Firstly, the cyanogenic compounds are extracted from cassava. Secondly, the cyanide are hydrolyzed to cyanohydrin and then to hydrogen cyanide. Finally, the quantity of hydrogen cyanide is determined. The first step is normally carried out using dilute acid to inhibit the endogenous linamarase. The second step can be achieved either by autolysis (endogenous linamarase), by enzymatic hydrolysis (exogenous linamarase) or by acid hydrolysis. Various methods can be used for the third step, such as titration of cyanide with AgNO3, reaction with alkaline picrate and most importantly the colorimetric method based on the König reaction.
Removal of Cyanogenic Compounds
Traditionally, cassava roots are processed in a number of ways that vary from region to re-gion. Generally, all these techniques are meant to reduce the cyanogenic compounds in or-der to obtain a safe food. These traditional methods usually include soaking, fermentation, cooking, steaming, chipping, drying and roasting. They all permit the enzyme linamarase to interact with the cyanogens to release HCN. The HCN either dissolves in water or escapes into air. However, it is often impossible to remove all the cyanide through processing.
The objectives
The objectives of this dissertation are to:
1. Analyze the content of cyanogenic compounds in cassava, intermediate products and the fermented product attiéké using different analytical methods
2. Identify the relevant steps during the processing with regard to the removal of cyanide
3. Study the deeper causes responsible for the cyanide removal (microorganisms, drop in pH, heat, leaching, etc.)