Лора Патриша Валдес-Арджона

1 Селскостопанска биопроспекция и устойчивост за програмата Тропици, следдипломна колежа Campus Campeche, Campeche 24450, Мексико; [email protected]

като

Моника Рамирес-Мела

2 Национален съвет за наука и технологии - следдипломна колежа Campus Campeche, Кампече 24450, Мексико

Резюме

Просто обобщение

Тиквените отпадъци са част от милионите тонове растителни остатъци, произвеждани годишно, които могат да бъдат използвани за хранене на добитъка. Тяхната стойност зависи не само от хранителното му съдържание, тъй като биоактивните му съединения могат да променят състава на месото, млякото и яйцата, които са от изключителна стойност за човешкото хранене. Освен това отпадъците от тиква, които не могат да се използват за консумация от човека, могат да допринесат за намаляване на конкуренцията между животни и животни за обработваеми площи. В този преглед описваме потенциала на тиквените отпадъци като животинска суровина като стратегия за по-устойчиво животновъдство, като същевременно акцентираме върху значението на храната от животински произход за човешкото здраве.

Резюме

Месото, млякото и яйцата допринасят положително за храненето и здравето на хората; животновъдството обаче изисква голям брой ресурси, включително земя за фураж и зърнени култури. В световен мащаб се произвеждат милиони тонове растителни отпадъци без допълнителна преработка, което води до замърсяване и рискове за здравето. Правилно управляваните растителни отпадъци могат да осигурят източник на фураж за добитъка, като по този начин намалят разходите за хранене. В това отношение отпадъците от тиква (Cucurbita sp.) Са алтернатива. Изследванията върху тиквените отпадъци при храненето на животните са оскъдни, но те имат потенциал като храна за животни не само заради хранителната си стойност, но и заради съдържанието на антиоксиданти, пигменти и полизахариди, които биха могли да подобрят качеството на месото, млякото и яйцата, както и на животните здраве. В този преглед описваме въздействието върху околната среда на добитъка в резултат на по-голямото търсене на храни от животински произход, включително значението на консумацията на животински храни за храненето и здравето на хората. Освен това подчертаваме потенциала на растителните остатъци и по-специално върху характеристиките на тиквите и как използването им като фураж за животни може да подобри производителността и да промени състава на месото, млякото и яйцата.

1. Въведение

В резултат на световното увеличение на човешката популация [1], търсенето на месо, мляко и яйца ще се увеличи през следващите години, следователно ще има повече търсене на фураж за изхранване на добитъка [2]. Това ще увеличи производството на парникови газове от животни [3]. Намаляването на консумацията на месо може да помогне за намаляване на емисиите на парникови газове [4]; консумацията на храни от животински произход обаче влияе положително не само на здравето, но и на човешкото състояние на духа [5].

Понастоящем целта е към по-устойчиво животновъдство, основано на ефективното използване на наличните хранителни ресурси, като по този начин се намалява конкуренцията с хората за земеделска земя и зърнени храни за животни [6]. Растителните остатъци съдържат различни биоактивни съединения, като витамини, ненаситени мастни киселини и фитохимикали [7], които могат да са от полза за здравето и продуктивността на животните. Сред тези растителни остатъци са тиквите. Съставът на тиквите варира в зависимост от вида и частта на растението [8]. Като цяло плодовете са източник на въглехидрати, витамини, минерали, пигменти, фенолни киселини и флавоноли [9,10]; докато семената осигуряват протеини и мастни киселини [8,11]. В допълнение, тиквите са описани като лекарствени и фармакологични свойства [9,11,12]. Изследванията за използването на тикви в храната за животни са оскъдни и ползите от производителността и качеството на месото, млякото или яйцето се дължат на съдържанието на протеини и мазнини в случая на семена и въглехидрати, минерали и витамини в случая от плодовете [13].

В този преглед обобщаваме значението на използването на съставки, неподходящи за консумация от човека (като растителни остатъци) в храната за животни. С тези съставки може да се произвежда храна от животински произход. Акцентира се върху описването на характеристиките на тиквите и как използването им в диетата на добитъка може да допринесе за подобряване на производителността и състава на месото, млякото и яйцата. Освен това се обсъжда значението на консумацията на животински храни за храненето и здравето на хората.

2. Населението на хората и търсенето на храна

Към 2017 г. световното население е 7600 милиона и се очаква, че до 2050 г. ще бъде 9700 милиона, поради което ще се увеличи търсенето на храна. При този сценарий се очаква до 2050 г. консумацията на месо и яйца да се увеличи със 73%, а на млякото с 59% в сравнение с 2010 г. [1]. Търсенето на продукти от животински произход увеличава търсенето на фураж, необходим за изхранване на добитъка. През 2017 г. в световен мащаб 1,6 милиарда тона фураж са използвани за производство на месо, яйца и мляко, а търсенето ще се увеличи, тъй като производството на животновъдството се засили [2]. До 2015 г. селскостопанската експанзия е била 4900 милиона хектара, а от 2010 до 2015 година 3,3 милиона хектара са били обезлесени всяка година. Всъщност от общата земя, отредена за земеделие, третата част се използва за животновъдни дейности. Следователно глобалната продоволствена сигурност е изложена на риск поради нарастващия натиск върху природните ресурси, застрашаващ устойчивостта на хранителните системи като цяло и, ако тази тенденция продължи, границите на планетата Земя могат да бъдат надхвърлени [14].

3. Храна от животински произход и нейното въздействие върху човешкото здраве

Емисиите на парникови газове са пряко свързани с вида на храненето на населението. Това означава, че храната може да въздейства върху околната среда по различен начин, дори когато те са сходни по отношение на тяхната хранителна стойност или ефект върху здравето. Например средиземноморската, пескетарианската и вегетарианската диета намаляват емисиите на парникови газове съответно с 30%, 45% и 55%. Диетите с ниско въздействие върху околната среда обаче не винаги допринасят за здравето. Диетите с високо съдържание на захар, нишесте и мазнини имат ниско въздействие върху околната среда, но могат да допринесат за развитието на заболявания като диабет тип II [4], докато адекватната диета, включваща месо, влияе положително върху психичното и когнитивното състояние, въпреки че месото само по себе си е силно взискателно към ресурси (вода, земя, зърнени храни) и генерира отпадъци (парникови газове, оборски тор) [5]. През последните десетилетия се появи интерес към разработването на функционални храни, включително тези от животински произход, които съдържат различни елементи (като протеини или специфични мастни киселини), способни да предотвратят хронични заболявания или рак [15].

3.1. Месо

Месото е един от протеиновите източници с най-висока биологична стойност и най-добра смилаемост. Според оценката на аминокиселините с коректна усвояемост на протеините (PDCAAS), месото има резултат от 0,92 (боб или леща, бобовите растения, считани за един от най-важните източници на растителен протеин, се колебаят между 0,57 и 0,71). Месото осигурява всички незаменими аминокиселини и то е източник на витамини и минерали като комплекс цинк, селен, фосфор и желязо [16]. В допълнение към хранителния си принос консумацията на месо е определящо събитие в човешката еволюция. Месото е източник на триптофан, който е предшественик на никотинамид, известен също като витамин В3; неговият дефицит оказва влияние върху серотонина и следователно върху социалното поведение и познание [5]. Никотинамидът е пряко свързан с невроналната диференциация и невродегенерацията в централната нервна система и неговият дефицит изглежда е замесен в заболявания като болестта на Алцхаймер, Паркинсон и Хънтингтън, както и деменция [17].

3.2. Мляко

Кравето мляко е един от хранителните продукти с най-голям хранителен принос [18]. Една чаша мляко може да покрие важна част от дневната нужда от някои витамини и минерали. Освен това млякото е източник на протеин с висока биологична стойност, чийто резултат според PDCAAS е един от най-високите, между 0,95 и 1 [19], дори по-висок от месото [16]. Казеинът е най-важният протеин в млякото, съставляващ над 80% от общия протеин; останалото се състои от лактоглобулини, имуноглобулини и серумен албумин. Млякото също съдържа лактоза (основният въглехидрат в млякото) и мазнини. Млечната мазнина се състои от повече от 95% триглицериди, от които над 60% са наситени мастни киселини и около 30% мононенаситени мастни киселини, докато приносът на полиненаситените мастни киселини е нисък поради биохидрогенирането на преживните животни. Освен това млякото съдържа и холестерол [18].

Поради високото съдържание на наситени мазнини в млякото, консумацията му е свързана с развитието на сърдечни заболявания, наднормено тегло и затлъстяване; стеариновата киселина (една от основните наситени мастни киселини в млякото) обаче не се счита за атерогенна и не повишава концентрацията на холестерол в кръвта, докато лауриновата киселина (друга наситена мастна киселина, присъстваща в млякото) може да елиминира бактерията Helicobacter pylori свързани със стомашни проблеми и рак на стомаха [20]. Освен това е доказано, че в глобулите на млечната мазнина има компоненти с противоракови, антихолестеролни, антидепресантни, бактерицидни и антиоксидантни свойства, наред с други. Няколко от тези съединения съответстват на протеини, открити в мембраната на мастните глобули, например муцин 1, бутирофилин, ксантиноксидаза, кавеолин, BRCA1 и протеин, свързващ мастните киселини (FABP). Всъщност FABP има способността да инхибира клетъчните линии на рака на гърдата при много ниски концентрации [15]. Освен това млякото от преживни животни съдържа конюгирана линолова киселина, мастна киселина, която се образува от биохидрогенирането на преживните животни. Някои конюгирани изомери на линолова киселина представляват интерес поради техните свойства да предотвратяват рака, да намаляват образуването на атероми, да подобряват имунния отговор и да променят телесния състав [21].

3.3. Яйце

4. Растителни остатъци във фуражите за животни

Поради нарастването на населението е необходимо повече производство на храни за подобряване на продоволствената сигурност [29], така че тези, които участват в храненето на животни, предназначени за консумация от човека, са изправени пред предизвикателството да оптимизират хранителната ефективност, получавайки повече месо, мляко и яйца, но с по-малко фураж за диетата на животните [30]. Необходимо е също така да се ограничат и намалят въздействията върху околната среда на добитъка, като се използват по-малко земя, вода, енергия и торове [31] и намаляване на емисиите на парникови газове [7]. Стратегия за постигане на тези цели е използването на отпадъците, генерирани от земеделието, като растителни остатъци или странични продукти от хранителната промишленост [32] за хранене на животни, предназначени за консумация от човека [33]. Произведени от търсенето на храна от животински произход за консумация от човека, производствените системи изискват преминаване към по-устойчиви животни, базирани на ефективно използване на наличните хранителни ресурси, намаляване на отпадъците и използване на нови източници на храна, особено тези, които не са предназначени за човека консумация [6]. В този контекст растителните остатъци са ключови за постигането на тази цел. Всъщност използването на растителни отпадъци за храна на животни не е новост, тъй като това е често срещана практика в селските райони [34].

Включването на растителни отпадъци в храните за животни може да намали производствените разходи [6]. Това е особено важно, тъй като храненето представлява един от най-скъпите елементи на животновъдните системи. Необходимо е обаче да се подчертае, че използването на растителни остатъци при хранене на животни не винаги означава намаляване на производствените разходи, тъй като фактори като самата преработка могат да увеличат цената на диетата. Например, поради високото си съдържание на влага, селскостопанските остатъци изискват сушене, за да се запазят за дълги периоди от време. Ползата за околната среда трябва да се вземе предвид чрез намаляване на количеството отпадъци, които достигат до депата за отпадъци [35] и по-ниско разпространение на насекоми, които намират растителните отпадъци за идеално място за размножаване [36]. Освен това трябва да се вземе предвид социалната полза, като се намали употребата на зърнени храни в храната за животни.

Основно ограничение на растителните отпадъци е високото съдържание на влага, което затруднява боравенето и благоприятства бързото им разлагане. Следователно е необходимо да се използва някаква форма за опазване на тези отпадъци [32], без да се намалява качеството им [35]. Освен това трябва да се има предвид, че растителните остатъци не винаги се произвеждат постоянно през цялата година, поради което по-голямата част от продукцията е достъпна само през определени месеци от годината [40]. Следователно растителните остатъци биха могли да бъдат фуражна алтернатива по време на сухия сезон, когато други ресурси се изчерпват [41]. Силажите са опция, която може да се използва за запазване на растителни остатъци за по-дълго време [42,43], тъй като има примери за тяхното приложение в различни плодове и зеленчуци, като маниока, цвекло, моркови, броколи, тикви, различни цитрусови плодове банан и ананас [44,45,46]. Поради високото си съдържание на влага, растителните остатъци не могат да бъдат само силаж, така че те се смесват със слама или стърнища [6]; по този начин сместа от растителни/сламени остатъци има ниво на сухо вещество между 25% и 40% за правилния процес на ферментация [47]. Сушенето и последващото превръщане в брашно също могат да бъдат жизнеспособна алтернатива за съхранение [48]. За да се постигне това, може да се обмисли използването на слънчеви сушилни или просто чрез директно сушене под слънцето [6].

Растителните остатъци съдържат различни биоактивни съединения, като витамини, ненаситени мастни киселини и фитохимикали, които могат да са от полза за здравето и продуктивността на животните [7]. Няколко оценки показват, че растителните остатъци могат да се използват като част от диетата на добитъка, като се заменят част от други съставки, без да се засяга наддаването на тегло, производството на мляко или снасянето на яйца [34,49,50]. По принцип кората, пулпата и семената на зеленчуците са източник на полифеноли, които имат противоракови, антимикробни, антиоксидантни и стимулиращи имунната система свойства. Етеричните масла се получават от кората на някои цитрусови плодове, които могат да удължат срока на годност на храната. Растителните остатъци също могат да съдържат антиоксиданти, които действат чрез елиминиране на свободните радикали и предотвратяване образуването на пероксиди. Освен това растителните остатъци могат да бъдат източник на различни ензими като бромелаин (ананас), папаин, амилаза, лаказа и манганова пероксидаза, които имат различни биологични функции и биотехнологични приложения [6].

5. Световен преглед на производството на тиква

Според ФАО [51], световното производство на тиква от 1994 до 2017 г. е над 27 милиона тона. Въпреки че производството му е разпределено на всички континенти, Азия е водещият производител на тикви в света (Фигура 1). През 2017 г. Китай и Индия са произвели съответно 7 996 362 и 5 142 812 тона, което допринася с 48% за световното производство на тикви, последвано от Русия, Украйна, Съединените американски щати и Мексико (Фигура 2).