UNIVERSITETET FOR MILJØ-OG BIOVITENSKAP

(1)

Faglig predagogisk dag på UMB 2009:

Matplanter på helsa løs – hvordan kornråvarer og dyrkingsmåter virker

inn på matkvalitet og helse

Førsteamanuensis Anne Kjersti Uhlen

Institutt for plante- og miljøvitenskap

(2)

OG BIOVITENSKAP

Matplanter på helsa løs

Fokus på korn og kornråvarer – Innledning

– Korn og helse

• Stivelse og energi

• Fiber og livstilssykdommer

• Kilde til viktige vitaminer og mineraler

• Bioaktive stoffer i korn?

– Variasjoner mellom kornarter – Betydning av prosessering

– Kan vi forbedre kornråvarene og/eller

kornproduktene?

(3)

UNIVERSITETET FOR MILJØ-OG BIOVITENSKAP

www.umb.no

Nok korn i framtiden?

2008 har gitt grunn til ettertanke:

Økte hvetepriser globalt

– Matvarekriser i noen områder

– Økonomiske spekulasjoner i hvete Økt etterspørsel

Verdens lagre av korn på et minimum Press på arealer til biodrivstoff

Klimaendringer kan skape variasjoner og uforutsigbarhet i kornproduksjonen

(4)

0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 400000

1665 1723

1809 1890

1900 1907

1929 1939

1949 1959

1969 1979

1989 1999

2003 2004

2005 2006

Area, hectare

Total area wheat rye barley oats

Kilder: SSB m fl

(5)

0 10 20 30 40 50 60 70 80

1970 1972

1974 1976

1978 1980

1982 1984

1986 1988

1990 1992

1994 1996

1998 2000

2002 2004 Year

Share of Norwegian wheat in %

Andel norsk hvete i brødmel – utviklingen

fra 1970 til 2006

(6)

Hvete 26 %

Rug 2 %

Bygg 44 % Havre

26 %

Oljevekster 2 %

(7)

www.umb.no

Arter og sorter

Hvete (Triticum aestivum L.), sort: Zebra, Bjarne, Magnifik..

Bygg (Hordeum vulgare L.), sort: Tyra, Edel, Annabel…

Havre (Avena sativa L.), sort: Gere, Lena, Belinda…

Rug (Secale cereale L.), sort: Picasso…

Sortsforsøk i bygg Bakekvalitet i gamle og nye hvetesorter

(8)

OG BIOVITENSKAP

Kornets rolle i ernæringen

Kornvarer – en av

hjørnestenene i kostholdet

• Stivelse og energi

• Kostfiber

• Lavt inhold av fett

• Mineraler og vitaminer

• Andre viktige stoffer –

•antioksidanter og andre bioaktive stoffer

Matvarepyramiden

(9)

www.umb.no

Kostholdsanbefalinger - karbohydrater

Ca 50-60 E% karbohydrat (eksklusiv kostfiber) 25-35 g/dag kostfiber

Tilsatt sukker <10 E%

Målsetting med hensyn på kornvarer:

”Økt forbruk av grovt brød og kornvarer”

”Økt inntak av fiber”

Sosial- og helsedirektoratet 2005

(10)

OG BIOVITENSKAP

Kornråvare gir mer enn stivelse og energi!

Svært viktig kilde til fiber

– Fiberinntak i befolkningen er for lavt

Svært viktig kilde til sporelementer

– Jern, sink, selen, …

Viktig kilde til vitaminer

– B-vitaminer

– E-vitaminer

Inntak av fullkornsprodukter

må økes!

(11)

www.umb.no

Hva inneholder korn?

Protein,

%

Fett,

%

Karbo.,

%

Fiber,

% Hvetemel,

sammalt

13,0 2,4 54,4 12,0

Hvetemel, siktet

11,8 1,7 63,9 3,6

Byggmel 8,6 1,1 60,6 7,6

Havremel 11,7 7,0 61,7 8,5

Bygggryn 8,6 1,1 62,9 10,7

Havregryn 11,4 7,8 63,1 10,6

Matvaretabellen

(12)

OG BIOVITENSKAP

Kornvarer’s prosentvise bidrag av energi og næringsstoffer

Kornvarer

Energi 25

Kostfiber 47

Protein 24

Fett 5

Jern (Fe) 34

Vit E 13

Tiamin 36

Folat 22

Forbrukerundersøkelsene 2002-04 Sosial- og helsedirektoratet 2005

Kornvarer gir mye

fiber og essensielle

næringsstoffer per

Kcal !

(13)

En rundtur i kornets indre…

Tverrsnitt av et hvetekorn

(14)

OG BIOVITENSKAP

Meltyper og ernæringsmessig verdi

Maling av mel

– Malemetode

– Utmalingsgrad

Fokus på helkorn!

(15)

www.umb.no

Betydning av malemetode for innhold av tokoferol (E-vitamin)

Malemetode Tokoferol (E-vit)

α-T μg/g

Tokoferol (E-vit) β-T μg/g

Helkorn 15,5 5,7

Sammalt 14,0 5,1

Steinmaling

Kommersiell

Maling, Valsemølle

Siktet hvetemel 13,8 3,0

Helkorn 14,5 5,2

Sammalt 14,6 5,0

Siktet hvetemel 7,4 2,9

Nielsen and Hansen, 2007

(16)

OG BIOVITENSKAP

Fakta om stivelse i korn : – 40-80% av tørrstoff

– Viktig energikilde globalt – Billig energikilde

– Består av store polymerer av glukose – Viktig teknologisk funksjon

Endospermcelle Stivelseskorn

Stivelseskorn

(17)

www.umb.no (Mathews and van Holde, 1995)

(18)

OG BIOVITENSKAP

Stivelse

Amylose Amylopektin

~25% c c c ~75 ~75% c

Amylose

– Lineært molekyl

– Danner komplekser med fettsyrer – resistent stivelse

Høy-amylose sorter

– >40% amylose

Amylopektin

– Svært forgrenet molekyl – Svært store molekyler

Waxy sorter

– Svært lite amylose

Begge er polysakkarider av glukose

(19)

www.umb.no

Stivelse i korn

Lett omsettelig, særlig i prosessert form – Forklistrer ved oppvarming – binder vann!

Brytes raskt ned til glukose i mage/tarm, og tas opp Viktige momenter i forhold til ernæring:

– Omsettelig energi – fedme

– Blodsukkerstigning etter inntak – Glykemisk indeks (GI)

(20)

OG BIOVITENSKAP

Glykemisk indeks (GI):

Måler blodsukkerstigning etter inntak av 50g av stivelseskilden GI = Areal under kurven i prosent av standard inntak av 50g glukose (eller 50g stivelse fra loff)

– Produkter med lav GI kan være positivt for å kontrollere vekten – Lav GI produkter kan også forebygge hjerte-kar

Hypothetical effect of feeding diets with low (A) or high (B) GI on

gastrointestinal glucose absorption and postprandial blood glucose (Wong and Jenkins, 2007)

(21)

www.umb.no

Fedmefaktor

Nettoenergiinnholdet oppgitt som potensiell mengde avleiret kroppsfett i gram per 100 gram spiselig del.

Fedmefaktoren er et tall mellom 0 og 100.

http://www.umb.no/?viewID=11873

Svihus 2007

(22)

OG BIOVITENSKAP

Bruttoenergi

Fordøyelig energi

Omsettelig energi

Nettoenergi Energi i

faeces

Energi i urin

Energi i

fordøyelses- gasser

Energi brukt til fordøyelse Energitap ved omsetning

Svihus 2006

(23)

www.umb.no

Fedmefaktor for noen matvarer:

Snacks og nøtter (fedmefaktor 31 til 63) Kaker og søtsaker (fedmefaktor 18 til 49) Fete påleggstyper (fedmefaktor 21 til 69) Fet fisk og fett kjøtt (fedmefaktor 19 til 32) Brød og lignende (fedmefaktor 18 til 25)

Energiholdig drikke, inkludert melkedrikker og juice (fedmefaktor 2,6 til 6,7)

Svihus 2007

(24)

OG BIOVITENSKAP

GI – noen eksempler fra kornprodukter

www.glycemicindex.com

White bread 70

White spelt 74

Wholemeal spelt 63

100 % barley flour 67

Wholemeal barley (80%)

+ 20 % white wheat, sourdough 53

Barley bread 50% kernels 43

Pumperknickel 46

(25)

www.umb.no

Muligheter for å utvikle brød med:

mindre energi, lavere GI,

rikt på næringsstoffer og fiber?

Endre råvaren

– Stivelse med høyere innhold av amylose – Sorter av høy-amylose bygg er på markedet – Gir også høyere beta-glukan

Bruke mer bygg og havre

– Samspill mellom stivelse og fiberkomponenter i bygg og havre

• Gir lavere GI

• Mindre omsettelig energi

Bruke mer helkorn eller grovere partikler Bruke surdeig

Endre prosessbetingelser – Steketemperatur og tid

(26)

OG BIOVITENSKAP

Starch digestion

Blood glucose response with different breads (white bread, high amylose bread, and altered baking conditions)

(27)

www.umb.no

Cerealier – den beste kilden til kostfiber

Dietary fibre is the edible parts of plants or

analogous carbohydrates that are resistant to digestion and absorption in the human small

intestine with complete or partial fermentation in the large intestine.

AACC’s definisjon:

Hva er egentlig kostfiber?

(28)

OG BIOVITENSKAP

Kostfiber:

– Komponenter i plantematerialer som ikke brytes ned av kroppens egne enzymer

– Polysakkarider, oligosakkarider, lignin

• Non-starch polysaccharides

– Cellulose, arabinoxylan, beta-glukan, … – Passerer til tynntarmen ufordøyd

– Kan fermenteres i tykktarmen av bakterier

– Påvirker tarmfunksjonene positivt, og kan forebygge viktige livsstilssykdommer

– Uløselig fiber

– Løselig fiber – beta-glukaner mest kjent

(29)

www.umb.no

Cellevegger = fiber

Sort med normal stivelse

Sort med waxy stivelse

Tverrsnitt byggkorn

Blått – cellevegger Rødt – protein

Svart - stivelse

(30)

OG BIOVITENSKAP

Kostfiber og helse

Hippokrates, fifth century B.C.

Recommended eating wholemeal bread ” for its salutary effect uopn the bowl

Løselige og uløselige fiber – forskjellig funksjon – Vann-løselige

• Hovedsakelig beta-glukan, løselige arabinoxylan – Vann-uløselige

• Cellulose, uløselige arabinoxylan, (and lignin)

(31)

www.umb.no

In-soluble fibers – Health effects

Management of some common gastrointestinal disorders – Laxative properties

• Constipation

• Irritable Bowel Syndrome

• Diverticulosis

Colon cancer risk reduction – Broad range of studies

– Protective effect linked to fibre content of the diet

– Wheat bran appears to have the most consistent inhibiting effect on colon cancer development

• Slow fermentability and water-holding capasity

• Ability to bind cytotoxic substances

(32)

OG BIOVITENSKAP

Gode kilder av uløselige fiber

Hvetekli!

– Godt undersøkt

– Lett tilgjengelig og billig Hel-korn produkter

Fiber fra grønnsaker og frukt, andre frø (erter, linser, bønner etc.)

(33)

www.umb.no

De spesielle β-glukanen!

Består av glukose-enheter

Bundet sammen av to forskjellige bindinger: β-(1→3) and β- (1→4)

Generelt løselige fiber, men en lite del er uløselige

Finnes i cellevegger I bygg og havre (bare små mengder I

hvete og rug)

(34)

OG BIOVITENSKAP

Fysiologiske effekter av beta-glukan

Økt viskositet i tarm

– Motvirker diffusjon av stoffer

– Påvirker kontakt enzym - matkomponent

Motvirker nedbrytning av stivelse, lavere opptak av glukose, reduserer GI (reviewed by Dikeman and Fahey, 2006)

Dokumentert effekt på kolesterol-nivå i blod (reviewed by Wood and Beer, 1998)

– Lavere LDL

– Uforandret HDL

Kan gi større metthetsfølelse

(35)

www.umb.no

Dietary fibre and coronary heart disease

Dietary modifications may reduce the risk

– includes a higher consumption of soluble fibres

Soluble fibres lower serum and liver cholesterol

– Reduces LDL, without changing levels of HDL

(e.g. Davidson et al., 1991, Braaten et al., 1994)

– Especially in people with high cholesterol Possible mechanisms (still debated):

– Cholesterol and bile acid excretion – Insulin secretion

– Short chain fatty acids (SCFA) – Rate of fat absorption

– Lipase activity

(reviewed by Wood and Beer, 1998)

LDL =

“bad”

Cholesterol

HDL =

“good”

cholesterol

(36)

OG BIOVITENSKAP

Health claims in USA

1997: The U.S. Food and Drug Administration (FDA) allowed health claims for oats (meal, bran or flour):

”Soluble fibre from foods such as oat bran, as part of a diet low in saturated fat and cholesterol,

may reduce the risk of heart disease”

”Diets low in saturated fat and cholesterol that include soluble fibre from oatmeal may

reduce the risk of heart disease”

December 2005: Similar health claims also allowed for barley

~3 g β-glucan/day

(37)

www.umb.no

Scientific evidence behind the claims:

Many clinical trials are caried out:

– With people with high total cholesterol – With normal cholesterol

– Men and woman – Different ages

Diets high in barley reduced total and LDL serum cholesterol – Effects dependent on initial cholesterol levels

– Diets of 3 g and 6 g beta-glucans redused LDL by 9 and 11 % respectively for moderately hypercholesteroliv men

Beta-glucan is suggested to be the main factor

(38)

OG BIOVITENSKAP

Andre fysiologiske effekter av beta-glukan

Stimulerer vekst av fordelaktige bakterier i tykktarmen – Beta-glukan fermenteres av bakterier i tykktarmen

– Gir produksjon av kort-kjedede fettsyrer (SCFA)

– Butyrat en av de viktigste – stimulerer bakterievekst

Virker prebiotisk

(39)

www.umb.no

Prebiotic

A prebiotic is a non-digestible food ingredient that beneficially affects the host by selectively stimulating the growth and/or activity of one of a limited number of bacteria in the colon, and thus improves host health

Gibson and Roberfroid, 1995)

(40)

OG BIOVITENSKAP

Øke inntaket av beta-glukan – hva kan vi gjøre?

Økt bruk av bygg og havre

Dyrke sorter med høyere innhold (High- beta-glucan genotypes)

– Høy-amylose/waxy-typer har høyere innhold

– Også variasjon innen normale sorter av bygg og havre

Effekter av dyrkingsteknikk og dyrkingsmiljø?

Finnes det variasjon i hvete?

Gjennom prosessering, isolering og

fraksjonering Oat cultivar 50% higher in BG

(41)