Nutritional Limitations of a Green Protein Shift with Focus on Iron
Doctoral thesis, 2022
A dietary shift into plant-based diets (PBD) to reduce the climate footprint is advocated. Effects on nutrition and health from a modern PBD, composed of replacement products based on protein extracts are however currently unknown. In Scandinavian countries, where cultivation of soy is not suited to the climate, domestic crops such as fava bean have been suggested as having large potential in replacing animal products. In this thesis, fava bean has therefore been selected as a model crop for investigating the replacement of meat in the context of a green protein shift.
Analyzing 15 cultivars of fava bean, only one had an adequate estimated bioavailability of iron, and variation in antinutritional contents (phytate, lectins, trypsin inhibitors, oligosaccharides, saponins, total phenolics) was high. Even greater variations were seen in antinutritional and nutritional contents of 42 meat substitutes on the Swedish market, probably explained by differences in processing methods and the accumulation of phytate by protein extraction. Meat substitutes had a high content of phytate and a very low estimated bioavailability of iron and zinc, except for mycoprotein products and tempeh. Also, a high content of salt, saturated fat and dietary fiber was found in meat substitutes.
Low theoretical iron bioavailability of extracted and texturized fava bean protein was confirmed in a clinical study. Non-heme iron absorption from single meals in 27 women of fertile ages measured with radioisotope technique was 4.2% from texturized fava bean meal, 21.7% and 9.2% from beef and cod protein meals respectively.
Furthermore, fermentation of a fava bean drink for decreasing phytate content, and therebyimprove iron and zinc bioavailability, was investigated. A Pediococcus pentosaceus strain was able to substantially degrade phytate during co-fermentation with a phytase-producing yeast strain. By itself, P. pentosaceus did not have the ability to degrade phytate, which illustrates the importance of optimal conditions as well as selection of suitable microorganisms during fermentation for improved bioavailability.
Overall, results show that nutritional consequences of consuming meat substitutes and fava bean is significantly affected by the product, cultivar and processing method used. Substituting meat with products analyzed in this thesis is estimated to markedly reduce the absorbable iron from the diet.
Analyzing 15 cultivars of fava bean, only one had an adequate estimated bioavailability of iron, and variation in antinutritional contents (phytate, lectins, trypsin inhibitors, oligosaccharides, saponins, total phenolics) was high. Even greater variations were seen in antinutritional and nutritional contents of 42 meat substitutes on the Swedish market, probably explained by differences in processing methods and the accumulation of phytate by protein extraction. Meat substitutes had a high content of phytate and a very low estimated bioavailability of iron and zinc, except for mycoprotein products and tempeh. Also, a high content of salt, saturated fat and dietary fiber was found in meat substitutes.
Low theoretical iron bioavailability of extracted and texturized fava bean protein was confirmed in a clinical study. Non-heme iron absorption from single meals in 27 women of fertile ages measured with radioisotope technique was 4.2% from texturized fava bean meal, 21.7% and 9.2% from beef and cod protein meals respectively.
Furthermore, fermentation of a fava bean drink for decreasing phytate content, and therebyimprove iron and zinc bioavailability, was investigated. A Pediococcus pentosaceus strain was able to substantially degrade phytate during co-fermentation with a phytase-producing yeast strain. By itself, P. pentosaceus did not have the ability to degrade phytate, which illustrates the importance of optimal conditions as well as selection of suitable microorganisms during fermentation for improved bioavailability.
Overall, results show that nutritional consequences of consuming meat substitutes and fava bean is significantly affected by the product, cultivar and processing method used. Substituting meat with products analyzed in this thesis is estimated to markedly reduce the absorbable iron from the diet.
phytate
non-heme iron absorption
antinutrients
protein shift
protein extract
meat substitutes
plant-based
fava bean
zinc bioavailability
iron bioavailability
sustainable nutrition
10an, Kemigården 4
Opponent: Prof. Inga Thorsdottir, Faculty of Food Science and Nutrition, University of Iceland, Iceland
Author
Cecilia Mayer Labba
Chalmers, Biology and Biological Engineering, Food and Nutrition Science
Nutritional and antinutritional composition of fava bean (Vicia faba L., var. minor) cultivars
Food Research International,;Vol. 140(2021)
Journal article
Isolation, identification, and selection of strains as candidate probiotics and starters for fermentation of Swedish legumes
Food and Nutrition Research,;Vol. 64(2020)p. 4410-13
Journal article
Nutritional Composition and Estimated Iron and Zinc Bioavailability of Meat Substitutes Available on the Swedish Market
Nutrients,;Vol. 14(2022)
Journal article
Växtbaserad kost ökar för närvarande snabbt i popularitet, till förmån för en minskande köttkonsumtion. Effekter på hälsa och näringsstatus från en modern växtbaserad kost innehållandes köttersättnings-produkter såsom korv, burgare och bollar, är hittills okända.
Innehållet av antinutrienter varierade stort hos olika sorter av åkerböna. Sorterna Sunrise och Lynx stod ut med lågt innehåll av fytat. Ännu större variation av antinutrienter och näringsämnen hittades bland köttersättningsprodukter, bland annat beroende på processmetoden. Produkterna hade ett högt innehåll av antinutrienten fytat och en uppskattad låg biotillgänglighet av järn och zink, utom för filamentös svamp och tempeh. Många produkter hade en hög halt av salt och mättat fett. Kostfiberinnehållet var högt.
Den låga uppskattade tillgängligheten av järn från extraherat och texturerat åkerbönsprotein bekräftades i en klinisk studie. Absorptionen av icke-hemjärn hos 27 kvinnor i fertil ålder var 4,2 % från måltider med texturerat åkerbönaprotein, 21,7 % och 9,2 % från nötkötts- respektive torskprotein.
Vidare undersöktes fermentering av en åkerbönsdryck för att minska fytathalten och förbättra upptaget av mineraler. En stam av Pediococcus pentosaceus kunde avsevärt förbättra nedbrytningen av fytat genom fermentering tillsammans med en fytasproducerande jäststam. Ensam hade inte P. pentosaceus förmågan att bryta ned fytat, vilket illustrerar vikten av optimala förhållanden samt val av lämpliga mikroorganismer under fermentering för förbättrad biotillgänglighet.
Sammantaget visar resultaten att de näringsmässiga konsekvenserna av att äta köttersättningsprodukter och åkerbönor påverkas avsevärt av den produkt, sort och processmetod som används. Att ersätta kött med produkter som analyserats i denna avhandling beräknas markant minska det absorberbara järnet från kosten.
Innehållet av antinutrienter varierade stort hos olika sorter av åkerböna. Sorterna Sunrise och Lynx stod ut med lågt innehåll av fytat. Ännu större variation av antinutrienter och näringsämnen hittades bland köttersättningsprodukter, bland annat beroende på processmetoden. Produkterna hade ett högt innehåll av antinutrienten fytat och en uppskattad låg biotillgänglighet av järn och zink, utom för filamentös svamp och tempeh. Många produkter hade en hög halt av salt och mättat fett. Kostfiberinnehållet var högt.
Den låga uppskattade tillgängligheten av järn från extraherat och texturerat åkerbönsprotein bekräftades i en klinisk studie. Absorptionen av icke-hemjärn hos 27 kvinnor i fertil ålder var 4,2 % från måltider med texturerat åkerbönaprotein, 21,7 % och 9,2 % från nötkötts- respektive torskprotein.
Vidare undersöktes fermentering av en åkerbönsdryck för att minska fytathalten och förbättra upptaget av mineraler. En stam av Pediococcus pentosaceus kunde avsevärt förbättra nedbrytningen av fytat genom fermentering tillsammans med en fytasproducerande jäststam. Ensam hade inte P. pentosaceus förmågan att bryta ned fytat, vilket illustrerar vikten av optimala förhållanden samt val av lämpliga mikroorganismer under fermentering för förbättrad biotillgänglighet.
Sammantaget visar resultaten att de näringsmässiga konsekvenserna av att äta köttersättningsprodukter och åkerbönor påverkas avsevärt av den produkt, sort och processmetod som används. Att ersätta kött med produkter som analyserats i denna avhandling beräknas markant minska det absorberbara järnet från kosten.
Areas of Advance
Health Engineering
Subject Categories
Nutrition and Dietetics
ISBN
978-91-7905-689-6
Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 5155
Publisher
Chalmers
10an, Kemigården 4
Opponent: Prof. Inga Thorsdottir, Faculty of Food Science and Nutrition, University of Iceland, Iceland