Maniok, ein Grundnahrungsmittel mit wachsender Bedeutung

Maniok gehört weltweit zu den bedeutendsten stärkehaltigen Wurzelkulturen und zeichnet sich durch eine hohe Anpassungsfähigkeit an trockenere Standorte, geringe Bodenfruchtbarkeit und variable Niederschlagsbedingungen aus. Sie gilt daher als strategische Kulturpflanze für klimaresiliente Agrarsysteme in den Tropen und Subtropen. Neben der Funktion als Kalorienquelle für mehrere hundert Millionen Menschen gewinnt Maniok zunehmend auch als Rohstoff für industrielle Anwendungen, Stärkeproduktion sowie bioökonomische Nutzungspfade an Bedeutung. Gleichzeitig stehen Produktionssysteme auf Maniokbasis vor der Herausforderung, die Ressourceneffizienz entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu verbessern, da ein erheblicher Anteil der erzeugten Biomasse bislang ungenutzt bleibt oder lediglich energetisch niedrigwertig verwertet wird. Insbesondere die Nebenprodukte der Wurzelverarbeitung sowie die oberirdische Biomasse bieten ein bislang unzureichend ausgeschöpftes Potenzial für eine integrierte Nutzung. Während die Wurzel primär als Stärkequelle dient, enthalten Blätter und weitere Pflanzenfraktionen relevante Mengen an Proteinen, Mineralstoffen und bioaktiven Komponenten. Damit rückt die Maniokpflanze zunehmend in den Fokus ganzheitlicher Nutzungskonzepte, bei denen agrartechnische Verfahren eine Schlüsselrolle einnehmen, um stoffliche und energetische Verwertungswege miteinander zu kombinieren und die Nachhaltigkeit bestehender Produktionssysteme zu verbessern. Vor diesem Hintergrund werden im vorliegenden Beitrag aktuelle Arbeiten des Instituts für Agrartechnik der Universität Hohenheim vorgestellt, die verfahrenstechnische Ansätze zur stofflichen und energetischen Nutzung von Maniok-Nebenprodukten sowie deren Beitrag zu ressourceneffizienten Agrar- und Ernährungssystemen analysieren.

Bild 1: Maniokfeld in Thailand (Foto: Sawittree Chaiareekitwat).

Figure 1: Cassava field in Thailand (Photo: Sawittree Chaiareekitwat).

Die Weltproduktion an Maniokwurzeln beträgt derzeit ca. 350 Mio. Tonnen, wobei über die Hälfte der Produktion auf Afrika entfällt [1]. Während die Produktion in Brasilien stagniert, verzeichnen Nigeria und Thailand kontinuierliche Zuwächse. In Thailand ist dies auf eine Steigerung der Erträge auf ca. 20 t/ha zurückzuführen, während in Nigeria bei sinkenden Erträgen die Produktion durch Ausdehnung der Anbaufläche zur Versorgung der Bevölkerung erhöht werden muss (Bild 2).

Bild 2: Produktion und Ertrag von Maniokwurzeln in Nigeria, Thailand und Brasilien [1].

Figure 2: Production and yield of cassava roots in Nigeria, Thailand and Brazil [1].

Nutzung der Nebenprodukte von Maniok

Maniokwurzeln werden bei einem Feuchtegehalt von 60-80% geerntet und möglichst rasch weiterverarbeitet, da ansonsten innerhalb weniger Tage Fäulnis auftritt. Ein erster Schritt ist die Entfernung der Schalen, welche ca. 20 % der Wurzel ausmachen und einen Großteil der Blausäureglykoside Linamarin und Lotaustralin enthalten, welche giftige Cyanide bilden. Die oberirdische Biomasse, bestehend aus Spross und Blattwerk, verbleibt weitgehend auf dem Feld. Kleinere Mengen an Sprossmaterial werden kurzgeschnitten als Stecklinge verwendet oder dienen als Brennmaterial für traditionelle Haushaltskochstellen. Über die Massenanteile der entsprechenden Fraktionen wurde bislang keine durchgängige Studie bekannt. Aus einer Zusammenschau von Studien zu einzelnen Fraktionen lässt sich jedoch die in Tabelle 1 dargestellte Übersicht gewinnen.

Tabelle 1: Massenanteile unterschiedlicher Fraktionen der Maniokpflanze [2-5].

Table 1: Mass percentages of the different fractions of the cassava plant [2-5].

Experimentelle Untersuchungen zur anaeroben Vergärung von Maniokschalen und Sprossmaterial zeigten ein deutliches energetisches Nutzungspotenzial dieser Reststoffe. In kontinuierlich betriebenen Laborfermentern unter mesophilen Bedingungen (35 °C) begann die Biogasproduktion bereits nach wenigen Tagen, wobei die höchsten Erträge zwischen dem 13. und 20. Versuchstag erreicht wurden [6]. Besonders Maniokschalen erwiesen sich aufgrund ihres hohen Gehalts an suspendierten Feststoffen sowie höherer chemischer (COD) und biologischer (BOD) Sauerstoffbedarfe als gut vergärbares Substrat. Die kumulative Biogasproduktion lag bei Schalen deutlich über derjenigen von Sprossmaterial. Gleichzeitig wurde eine stabile Methanbildung beobachtet, insbesondere bei pH-Werten im neutralen Bereich. Die Ergebnisse zeigen, dass Nebenprodukte der Maniokverarbeitung technisch geeignet sind, um über anaerobe Vergärung erneuerbare Energie bereitzustellen und organische Reststoffe energetisch zu verwerten.

Eine Life-Cycle-Assessment-Studie zur Maniokverarbeitung in Malaysia zeigt, dass die Nutzung von Prozessrückständen zur Biogasproduktion erhebliche ökologische Vorteile bietet [7]. Durch die Vergärung von Schalen, Faserresten und Blattbiomasse sowie die anschließende Nutzung des erzeugten Biogases zur Strom- und Wärmeerzeugung konnten die Umweltwirkungen der Verarbeitung deutlich reduziert werden. Im industriellen Szenario wurden insbesondere beim kumulierten Energiebedarf (−39 %), beim Treibhauspotenzial (−26 %) sowie hinsichtlich Entwaldungseffekten (−18 %) deutliche Verbesserungen erzielt. Die Studie verdeutlicht, dass die Integration von Biogasprozessen in Maniok-Wertschöpfungsketten einen zentralen Beitrag zur Ressourceneffizienz und zur Senkung der Umweltwirkungen leisten kann.

Nutzung von Maniokblättern als Nahrung

Obwohl die Maniokwurzel eine sehr effiziente Stärkequelle darstellt, ist der Beitrag zur Versorgung mit Proteinen und Vitaminen in der Ernährung nur gering. Da die tägliche Nahrungsversorgung, vor allem in ärmeren Regionen Afrikas, weitgehend auf Maniok basiert, besteht das Risiko einer protein- und mikronährstoffbezogenen Mangelernährung. Die Maniokblätter enthalten dagegen bis zu 30% Protein in der Trockenmasse, sowie wertvolle Vitamine und Mineralstoffe. Allerdings ist auch der Gehalt an cyanogenen Verbindungen sehr hoch [8]. Im großflächigen Anbau zur industriellen Verarbeitung in Thailand fallen große Mengen an Blättern an. Für eine gezielte Nutzung muss der Gehalt sowohl an nützlichen als auch an toxischen Inhaltstoffen bekannt sein. Aus Untersuchungen an Standorten in Afrika ist bekannt, dass die Gehalte je nach Sorte und Alter der Blätter stark unterschiedlich sind. Entsprechende Untersuchungen für thailändische Sorten fehlen jedoch. Ebenso fehlen sortenspezifische Erkenntnisse über den Einfluss von Konservierungsmethoden wie der Trocknung. Mit dem Ziel zur Schließung dieser Wissenslücken beizutragen, wurden am Institut für Agrartechnik Untersuchungen in Thailand durchgeführt.

In umfassenden Feld- und Laboruntersuchungen wurde gezeigt, dass Sorte, Pflanzenalter und Blattposition einen signifikanten Einfluss auf Proteinfraktionen, Pigmente und Cyanidgehalte haben. Hierzu wurden in Thailand mit „Hanatee“ und „Rayong 2“ zwei Sorten mit geringem Cyanidgehalt („sweet“) und mit „Rayong 5“ und „Kasesart 50“ zwei Sorten mit hohem Cyanidgehalt („bitter“) angebaut. Nach 6 und 12 Monaten wurden Blätter aus drei Höhen der Blattkrone geerntet, um neben dem Einfluss des Entwicklungsstadiums auch den Einfluss des Blattalters zu erfassen (Bild 3) [9].

Bild 3: Blätter unterschiedlicher Blattpositionen von vier Manioksorten in Thailand, geerntet sechs Monate nach dem Auspflanzen [10].

Figure 3: Leaves of different canopy positions of four cassava varieties in Thailand, harvested six months after planting [10].

Blätter der Sorte Rayong 5 aus der mittleren Blattposition bei einem Pflanzenalter von 6 Monaten wiesen die höchsten Gehalte an Rohprotein, Aminosäuren, β-Carotin, Lutein sowie Chlorophyll a und b auf. Gleichzeitig lagen die Cyanidgehalte in dieser Fraktion auf hohem Niveau, sodass eine effektive nachgelagerte Detoxifikation zwingend erforderlich ist. Die Proteinzusammensetzung der Maniokblätter war durch hohe Anteile an Glutaminsäure, Asparaginsäure und Leucin gekennzeichnet, während Methionin und Cystein limitierend waren. Damit eignen sich Maniokblätter insbesondere als ergänzende Proteinquelle, weniger als alleinige Proteinbasis. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass eine gezielte Rohstoffselektion – insbesondere nach Blattposition und Entwicklungsstadium – ein entscheidender Hebel zur Optimierung der Prozesskette ist. Für die agrartechnische Praxis bedeutet dies, dass bereits bei der Ernte eine funktionale Fraktionierung des Rohmaterials erfolgen kann, um hohe Nährstoffdichten mit kontrollierbaren Cyanidgehalten zu kombinieren.

Aufbauend auf der identifizierten Rohstoffvariabilität wurde das Potenzial der Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) als schnelle, zerstörungsfreie Methode zur Qualitätsbewertung von Maniokblättern und -wurzeln untersucht [11]. An insgesamt 990 Blättern und 330 Wurzeln aus unterschiedlichen Sorten, Standorten und Erntezeitpunkten wurden robuste Kalibrationsmodelle entwickelt. Für Maniokblätter konnten Trockensubstanz und Cyanidgehalt mit hoher Genauigkeit vorhergesagt werden. Damit eignet sich NIRS nicht nur für ein qualitatives Screening, sondern auch für quantitative Prozess- und Rohstoffkontrolle. Besonders relevant ist der Nachweis, dass sich aus den Blattspektren Rückschlüsse auf die Qualität der Wurzeln ziehen lassen, da eine positive Korrelation der Cyanidgehalte von Blatt und Wurzel besteht. Für die dezentrale Verarbeitung eröffnet dies neue Möglichkeiten: Rohstoffbewertung direkt bei Ernte oder Anlieferung ohne chemische Analytik und damit eine adaptive Prozesssteuerung etwa bei der Wahl der Trocknungs- oder Detoxifikationsintensität.

In einer weiteren Studie wurden das Trocknungsverhalten und die qualitativen Auswirkungen unterschiedlicher Trocknungstemperaturen (40–80 °C) systematisch untersucht [12]. Mit steigender Temperatur verkürzte sich die Trocknungszeit deutlich von ca. 20 h bei 40 °C auf unter 3 h bei 80 °C. Der Cyanidgehalt reagierte stark temperaturabhängig: Die effektivste Reduktion wurde bei 80 °C erreicht. Gleichzeitig zeigte sich, dass β-Carotin durch die Trocknung nicht signifikant beeinträchtigt wurde, während Lutein sowie Chlorophyll a und b temperaturbedingt abnahmen. Der Rohproteingehalt blieb über alle Temperaturen stabil, während einzelne Aminosäuren (Histidin, Alanin, Asparaginsäure) nach der Trocknung erhöht vorlagen. Vitamin C hingegen war stark empfindlich gegenüber langen Trocknungszeiten. Aus verfahrenstechnischer Sicht ist eine kurze Trocknung bei hoher Temperatur (70–80 °C) optimal, da sie eine wirksame Detoxifikation ermöglicht, die Proteinqualität erhält, β-Carotin weitgehend schont, und gleichzeitig Farbe und Produktstabilität sichert.

Um Zugang zu frischen Maniokblättern zu erlangen, wurde für weitere Untersuchungen Maniok im Gewächshauskomplex der Universität Hohenheim angebaut. Da es sich zeigte, dass thermische Verfahren eine Schlüsselrolle bei der Cyanidreduktion und der Stabilisierung des Produkts einnehmen, wurden die Blätter vor der Weiterverarbeitung blanchiert [13; 14]. Beim Blanchieren bei 100 °C über 5 min wurde eine deutliche Reduktion des Cyanidgehalts erzielt. Blanchieren in klarem Wasser erwies sich dabei als besonders effektiv und reduzierte den Cyanidgehalt sortenabhängig um 33–60 %, während Natriumhydrogencarbonat-Lösungen keinen zusätzlichen Vorteil brachten. Gleichzeitig zeigte sich, dass Blanchieren mit erheblichen Nährstoffverlusten verbunden ist. Besonders kritisch war der nahezu vollständige Verlust von Vitamin C (≈ 94–96 %), wobei alkalische Blanchierlösungen den Abbau weiter verstärkten. Dagegen stiegen der Rohprotein- und Rohfasergehalt auf Trockenmassebasis, was primär auf Auswaschverluste löslicher Bestandteile zurückzuführen ist. Farbmetrisch führte Blanchieren zu einer Abnahme der Grünfärbung (a*) und zu insgesamt dunkleren Produkten, wobei reine Wasserblanchierung die günstigsten Farbparameter aufwies. Blanchieren erwies sich zwar geeignet zur Cyanidreduktion, stellte jedoch einen starken Eingriff in die Produktqualität dar.

In einer weiterführenden Studie wurde eine Zerkleinerung bei 25 °C und bei kurzzeitiger Erwärmung auf 100 °C mit anschließender Schneckenpressung untersucht, um Blätter in Saft- und Presskuchenfraktionen aufzutrennen [15]. Bereits die kurzzeitige thermische Behandlung vor dem Pressen führte zu einer signifikanten Cyanidreduktion von bis zu 60 % im Gesamtmaterial und bis zu 57 % im Saft. Der Presskuchen wies unabhängig von der Temperatur relativ niedrige Cyanidgehalte (~210 ppm TM) auf. Gleichzeitig zeigte sich, dass höhere Prozesstemperaturen (≥ 80 °C) zwar die Detoxifikation verbessern, jedoch mit Verlusten an Rohprotein (5–13 %) und Vitamin C (7–18 %) einhergehen. Hinsichtlich der funktionellen Inhaltsstoffe war der Presskuchen besonders wertvoll. Er enthielt deutlich höhere Gehalte an β-Carotin, Lutein sowie Chlorophyll a und b, während diese Pigmente überwiegend im Saft verloren gingen. Die Proteinqualität des Presskuchens erwies sich zudem als günstiger für Futteranwendungen, während der Saft prinzipiell für eine weitergehende Aufkonzentrierung geeignet ist. Eine kurzzeitige thermische Zerkleinerung mit anschließender Pressung ermöglicht eine wirksame Cyanidreduktion bei moderaten Nährstoffverlusten und erlaubt erstmals eine funktionale Trennung der Maniokblätter in protein-, pigment- und faserreiche Fraktionen.

Eine weitere Arbeit zeigt, dass sich durch mechanische Pressung in Kombination mit Ultrafiltration eine gezielte Proteinfraktionierung aus Maniokblättern realisieren lässt – ohne thermische Belastung [16]. Nach der Pressung verteilten sich Protein und Begleitstoffe wie folgt: die Saft-, Sediment- und Retentatfraktionen wiesen die höchsten Rohproteingehalte und Phenolgehalte auf, während der Presskuchen faser- und aschereich war und damit besonders geeignet für Wiederkäuerfütterung. Die Ultrafiltration erlaubte eine Abtrennung von Nicht-Protein-Stickstoff, der überwiegend im Permeat gefunden wurde. Die essenziellen Aminosäuren blieben über die Prozesskette weitgehend erhalten; lediglich Tryptophan zeigte im Saft leichte Verluste. Die Kombination aus Pressung und Ultrafiltration stellt ein vielversprechendes, lebensmitteltaugliches Verfahren dar, um Maniokblätter als Proteinquelle für Nahrung und Futter zu erschließen, ohne die funktionellen Eigenschaften der Proteine durch Hitze zu beeinträchtigen.

Darüber hinaus zeigen Lebensmittelanwendungen, dass Maniokblätter nicht nur als Proteinquelle, sondern auch als funktionelle Zutat eingesetzt werden können. Die Beimischung von Maniokblattpulver zu „Fish Floss“ führte zu einer signifikanten Verbesserung antioxidativer Eigenschaften sowie zu einer Erhöhung des Gehalts bioaktiver Verbindungen, ohne die grundlegenden Produkteigenschaften nachteilig zu beeinflussen [17]. Weitere Untersuchungen zeigen, dass auch Maniokschalen und -sprossmaterial relevante Mengen phenolischer Verbindungen enthalten und eine messbare antioxidative Aktivität aufweisen. Besonders die Schalen bestimmter Sorten erwiesen sich als reich an antioxidativ wirksamen Inhaltsstoffen. Zwischen dem Gehalt an phenolischen Verbindungen und der antioxidativen Aktivität bestand eine deutliche positive Korrelation. Die Ergebnisse unterstreichen, dass Nebenprodukte der Maniokverarbeitung nicht nur energetisch, sondern auch als Quelle bioaktiver Substanzen genutzt werden können [18].

In der Gesamtschau zeigt sich, dass agrartechnische Verfahren eine Schlüsselrolle bei der Transformation von Maniok von einer reinen Stärkepflanze hin zu einem integrierten Biomassesystem einnehmen. Damit wird deutlich, dass Maniok-Nebenprodukte nicht als Reststoffe, sondern als integrale Bestandteile zukünftiger bioökonomischer Produktionssysteme betrachtet werden müssen.

Zusammenfassung

Die zusammengefassten Arbeiten zeigen, dass Maniok als Gesamtsystem weit über die klassische Nutzung der stärkehaltigen Wurzeln hinaus bewertet werden muss. Nebenprodukte wie Schalen, Blätter und Sprossmaterial stellen wertvolle Rohstoffe dar, die durch geeignete verfahrenstechnische Konzepte sowohl stofflich als auch energetisch genutzt werden können. Insbesondere die Kombination aus Rohstoffcharakterisierung, gezielter Fraktionierung, Detoxifikation und effizienter Trocknung eröffnet neue Perspektiven für die Nutzung von Maniokblättern als proteinreiche Nahrungskomponente. Gleichzeitig kann die Integration von Biogasprozessen wesentlich zur Verbesserung der Nachhaltigkeit beitragen. Aus agrartechnischer Sicht entsteht damit ein ganzheitlicher Ansatz zur Nutzung der Maniokpflanze im Sinne ressourceneffizienter und klimaangepasster Agrar- und Ernährungssysteme.

Literatur

[1]     FAO: Food and agriculture data, https://www.fao.org/faostat/en/#data, Zugriff am: 8.1.2026.

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[3]     Adetan, D.A.; Adekoya, L.O.; Aluko, O.B.: Characterisation of some properties of cassava root tubers. Journal of Food Engineering 59 (2003), S. 349-353.

[4]     Gani, A.; Erdiwansyah; Desvita, H.; Mamat, R.; Ghazali, M.F.; Ichwansyah, F.; Naim, A.: Thermochemical characterization of cassava peel biocoke for renewable energy at varying pyrolysis temperatures. Results in Engineering 26 (2025), Nr. 105159.

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[6]     Ismail, N.; Fauzi, N.F.; Salehabadi, A.; Latif, S.; Awiszus, S.; Müller, J.: A study on biogas production from cassava peel and stem in anaerobic digestion reactor. International Journal of Environmental Science and Technology 19 (2022), S. 1695-1704.

[7]     Lansche, J.; Awiszus, S.; Latif, S.; Müller, J.: Potential of Biogas Production from Processing Residues to Reduce Environmental Impacts from Cassava Starch and Crisp Production—A Case Study from Malaysia. Applied Sciences 10 (2020), Nr. 2975.

[8]     Latif, S.; Müller, J.: Potential of cassava leaves in human nutrition: A review. Trends in Food Science & Technology 44 (2015), S. 147-158.

[9]     Chaiareekitwat, S.; Latif, S.; Mahayothee, B.; Khuwijitjaru, P.; Nagle, M.; Amawan, S.; Müller, J.: Protein composition, chlorophyll, carotenoids, and cyanide content of cassava leaves (Manihot esculenta Crantz) as influenced by cultivar, plant age, and leaf position. Food Chemistry 372 (2022), Nr. 131173.

[10]   Chaiareekitwat, S.; Amawan, S.; Mahayothee, B.; Müller, J.: Nutritional potential of cassava leaves as an underutilized component of the tuber crop. ISHS Postharvest 2024, 11.-15. November 2024, Rotorua, New Zealand, S.1-5.

[11]   Chaiareekitwat, S.; Mahayothee, B.; Rungpichayapichet, P.; Khuwijitjaru, P.; Nagle, M.; Latif, S.; Müller, J.: The potential of near–infrared spectroscopy as a rapid method for quality evaluation of cassava leaves and roots. Journal of Food Composition and Analysis 126 (2024), Nr. 105913.

[12]   Chaiareekitwat, S.; Nagle, M.; Mahayothee, B.; Khuwijitjaru, P.; Rungpichayapichet, P.; Latif, S.; Müller, J.: Drying Behavior and Effect of Drying Temperatures on Cyanide, Bioactive Compounds, and Quality of Dried Cassava Leaves. Applied Sciences (Switzerland) 15 (2025), Nr. 2680.

[13]   Latif, S.; Zimmermann, S.; Barati, Z.; Müller, J.: Detoxification of Cassava Leaves by Thermal, Sodium Bicarbonate, Enzymatic, and Ultrasonic Treatments. Journal of Food Science 84 (2019), S. 1986-1991.

[14]   Ayele, H.H.; Latif, S.; Müller, J.: Pretreatment of the Leaves of Ethiopian Cassava (Manihot esculenta Crantz) Varieties: Effect of Blanching on the Quality of Dried Cassava Leaves. Applied Sciences (Switzerland) 12 (2022), Nr. 11231.

[15]   Ayele, H.H.; Latif, S.; Müller, J.: Influence of Temperature and Screw Pressing on the Quality of Cassava Leaf Fractions. Agriculture (Switzerland) 12 (2022), Nr. 42.

[16]   Ayele, H.H.; Latif, S.; Bruins, M.E.; Müller, J.: Partitioning of proteins and anti-nutrients in cassava (manihot esculenta crantz) leaf processing fractions after mechanical extraction and ultrafiltration. Foods 10 (2021), Nr. 1714.

[17]   Poonsri, T.; Jafarzadeh, S.; Ariffin, F.; Ismail, N.; Barati, Z.; Latif, S.; Müller, J.: Improving the Physicochemical and Antioxidant Properties of Fish Floss Incorporated with Waste Cassava Leaves. Journal of Chemical Health Risks 9 (2019), S. 27-34.

[18]   Ekeledo, E.; Latif, S.; Abass, A.; Müller, J.: Antioxidant potential of extracts from peels and stems of yellow-fleshed and white cassava varieties. International Journal of Food Science and Technology 56 (2020), S. 1333-1342.

Autorendaten

Prof. Dr. Joachim Müller ist Leiter des Fachgebiets Agrartechnik in den Tropen und Subtropen am Institut für Agrartechnik der Universität Hohenheim.