Signifikante Unterschiede zwischen biologischenund konventionellen Lebensmitteln

Carlo LeifertNafferton Ecological Farming Group (NEFG)

Bioland Südtirol 22. Jänner 2015

Peter & Juliet Kindersley Lord Peter Melchett

Contents

1. Hintergrund - FSA Studie2. Methoden – systematische Literatursuche und “Meta-analyse”3. Haupt- (primär-) Ergebnisse:

Biologische Lebensmittel pflanzlicher Herkunft haben:� Höhere Antioxidantienkonzentrationen/aktivität Warum ?� Niedrigere Konzentrationen von Cadmium (Cd) Warum ?� Weniger häufig Pestizidrückstände Warum ?

4. Schußfolgerung� Mineralstoffdünger- und Pestizid- Einsatz reduzieren di e

Nachhaltigkeit der Landwirtschaft und die Lebensmittelqualität

� “Ein gesunder Boden, ergibt gesunden Nutzpflanzen und Tiere,

und resultiert in gesunden Lebensmitteln and gesunden

Menschen?”

UK- Food Standards

Agency (FSA)

finanzierte Studie

Dangour et al 2009

2014 Newcastle Meta-studie finded signifikanteUnterschiede zwischen biologischen und konventionellen Lebensmitteln

Barański, M., Średnicka-Tober, D., Volakakis, N., Seal, C., Sanderson, R., Stewart, G.B., Benbrook, C., Biavati, B., Markellou, E., Giotis, H., Gromadzka-Ostrowska, J., Rembiałkowska, E., Skwarło-Sonta, K.,, Tahvonen, R., Janovská, D., Niggli, U., Nicot, P. and Leifert, C. (2014)

Higher antioxidant (mehr Antioxidantien ) and lower cadmium (weniger Cadmium ) concentrations and lower incidence of pesticide residues (weniger Pestizidrückstände ) in organically grown crops (in pflanzlichen Bio-Lebensmittels ): a systematic literature review and meta-analysis. (eine systematische Literatursuche und Meta-analyse )

British Journal of Nutrition 112, 794-811online 2014 (doi:10.1017/S0007114514001366)

Mehr Informationen (z.B. Zusammenfassung und Medienmit teilungin Deutsch): http://research.ncl.ac.uk/nefg/QOF

Systematishe Literatursuche: 343 Veröffentlichungenfür pflanzlichen Nahrungsmittel

FSA Studie (Dangour et al. 2009): 46 Veröffentlichun gen(Daten für pflanzliche Nahrungsmittel, Fleisch and Milc h)

An

zah

lv

on

Ve

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tlic

hu

ng

en �

Systematische Literatursuche: Studien für verschiedeneKulturpflanzengruppen

Gemüse Früchte Getreide andereKultupflanzen

Ve

röff

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tlic

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röff

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tlic

hu

ng

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Systematische Literatursuche: Länder wo 10 oder mehrStudien gemacht wurden

Meta-analyse Synthese von Daten über Unterschiede in der Zusammensetzung von biologischen und konventionellen pflanzlichen Nahrungsmitteln

• Alle veröffentlichten Daten von % Unterschiedenzwischen biologischen und konventionellenpflanzlichen Nahrungsmitteln wurden statistischzusammengefaßt (“Durchschnitte” errechnet)

• Daten von 3 Studietypen wurden benutzt:– Supermarktprodukt-Vergleiche (retail surveys)– Bauernhofprodukt-Vergleiche (farm surveys)– Feldversuche (controlled field experiments)

• Nur Daten von “ peer-reviewed” Veröffentlichungenwurden in den statistischen Analysen benutzt

• sowohl “gewichtete” ( “weighted” ) als auch nicht-gewichtete ( “unweighted” ) Meta-analysen wurdendurchgeführt

Meta-analysis Synthese von Daten über Unterschiede in der Zusammensetzung von biologischen und konventionellen pflanzlichen Nahrungsmitteln

“Gewichtete” (“weighted”) Meta-analyse • wird als als wissenschaftlich sehr robust angesehen• gibt großen/umfangreicheren Studien (mit vielen

Erhebungen/Wiederholungen) ein größeres“Gewicht” ( “weight” ) in der statistischen Analyse alskleineren Studien

• benutzt Varianzmessungen ( “measures of variation” ; z.B. Standardabweichungen) die in den einzelnenStudien veröffentlicht worden sind im statistischenModel der Meta-analyse

Meta-analysis Synthese von Daten über Unterschiede in der Zusammensetzung von biologischen und konventionellen pflanzlichen Nahrungsmitteln

“Nicht-gewichtete” ( “uweighted” ) Meta-analyse • wird als wissenschaftlich weniger robust angesehen• gibt großen und kleinen Studien das gleiche “Gewicht”

(“weight” ) in der statistischen Analyse• im statistischen Model werden Varianzmessungen (z.B.

Standardabweichungen) nicht benutzt• Studien die keine Varianzdaten veröffentlichen können in

die statistische Analyse miteingebracht werden– Relative viele der (“peer-reviewed”) Studien veröffentlichten keine

Varianzdaten (z.B. Standardabweichungen)– Darum konnten in der nicht-gewichtete Meta-analyse Erg ebnisse

von mehr Studien zusammengefaßt/analysiert werden!– In der FSA-finanzierten Studie (Dangour et al. 2009) wur den nur

Ergebnisse von nicht-gewichtete ( “unweighted” ) Meta-analysenveröffentlicht.

Hauptergebnis (primary outcome)

– Antioxidantienaktivität ist significant höher in

biologischen pflanzlichen Nahrungsmitteln

0

10

20

30

All data

% mehr inbiologischenNahrungsmitteln

mean %difference;(MPD)

n = 66

GewichteteMeta-

analyse

n = 160Nicht-

gewichteteMeta-

analyse

P < 0.001 P < 0.001

Alle Daten

Warum sind Antioxidantien wichtig?

• Antioxidantien neutralisieren freie Radikale ( “ free radicals” ) im Körper und verhindern dadurchEntartungen von Zellen, die zu Krebs führen können(http://www.zentrum-der-gesundheit.de/antioxidantien- ia.html )

• Antioxidantien in pflanzlichen Nahrungsmitteln sind mitder Reduzierung einer Reihe von chronischenKrankheiten verbunden worden– Herz- und Kreislaufkrankheiten ( “cardiovascular disease” )– Krebserkrankungen– Neurologische Krankheiten (e.g. Alsheimer’s)

• Pflanzen (poly)phenole sind eine der wichtigstenAntioxidantiengruppen in der Nahrung

Del Rio D, Rodriguez-Mateos A, Spencer JPE et al. (2013) Dietary (poly)phenolics in human health: structures, bioavailability, and evidence of protective effects against chronic diseases. Antioxid Redox Signal 18, 1818-1892.

Wahlqvist ML (2013) Antioxidant relevance to human health. Asia Pac J Clin Nutr 22, 171-176.Fardet A (2010) New hypotheses for the health-protective mechanisms of whole-grain cereals:

what is beyond fibre? Nutr Res Rev 23, 65-134.

Konzentrationen von spezifischen Antioxidantien

-20

0

20

40

60

80ph

enol

icac

ids

flava

none

s

stilb

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flavo

nes

flavo

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ids

asco

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toco

pher

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MPD

(%)*

**T

***

* ns **

*** = P<0.001

** = P<0.01

* = P<0.05

T = 0.1>P>0.05

ns = not significant

****

T**

***

**

***

* ns

**

*

�

Unterschiede zwischen Früchten, Gemüse und Getreide

0

20

40

60

80

frui

t

veg.

cere

als

frui

t

veg.

cere

als

% mehr in biologischen Nahrungsmitteln

MPD

(%)

*ns

****** = P<0.001

** = P<0.01

* = P<0.05

T = 0.1>P>0.05

ns = not significant

* **ns

**

___________________

phenolic acids___________________

flavones & flavanols

ns

ns

ns

***

ns

Frü

chte

Gem

üse

Get

reid

e

Frü

chte

Gem

üse

Get

reid

e

WARUMhaben biologische pflanzliche

Nahrungsmittel mehr Antioxidantien ?

Konzentrationen von Stickstoff, Nitrat und Nitrit

-100

-80

-60

-40

-20

0

nitrogen nitrate nitrite

(MPD)

n=

85

n=

35

n=

79

n=

29

n=

7

n=

15

* ns ******

*** = P<0.001

** = P<0.01

* = P<0.05

ns = not significant

(N) (NO3-) (NO2

-)

*** ns

• high N-supply reduces (poly)phenolic concentrations in plants

% weniger in biologischen Nahrungsmitteln

WARUM haben biologische pflanzliche

Nahrungsmittel mehr Antioxidantien ?

Ergebnisse der faktoriellenLangzeitversuche

an der Versuchstation Nafferton Farm

NEFG NaffertonFarm- 360 ha - Getreide, Raps, - Kartoffeln, Gemüse- Milchkühe, Schafe,

Conventionalmanagement

Organicmanagement

�

Nafferton Factorial Systems Comparison TrialFaktorieller Langzeitversuch seit 2000

Konventionellbewirtschafted

Biologischbewirtschafted

Nafferton Farm - factorieller LangzeitversuchFaktoren im Versuch:

� Fruchtfolgen (4)– Einseitig (2): 2 Jahre Kleegrass, 6 Jahre Getreide,

1 Jahr Kartoffel oder Gemüse

– Vielfältig (2): 3 Jahre Kleegrass, 2 Jahre Getreide2 Jahr Kartoffel oder Gemüse, 1 year Bohnen

� Pflanzenschutz (2)– Konventionell (Pesticide nach “farm assured” Standards) – Biologisch (nach Soil Association Standards)

� Düngung (2)– Konventionell (Mineralstoffdünger) – Biologisch (Kompostierter Kuhmist)

Wiederholung (4 blocks)Identische Versuche (4)

Fläche: 6 ha

VersuchsanlageNafferton Farm - factorieller Langzeitversuch

POTATO SUB-BLOCK1ST REPLICATE

POTATO SUB-BLOCK 4TH REPLICATE

POTATO SUB-BLOCK 3RD REPLICATE

POTATO SUB-BLOCK 2ND REPLICATE

Nafferton - factorieller Langzeitversuch

Untersuchungen� Ertrags- und Qualitätsparameter� Unkraut, Krankheits- und Schädlingsbefall� Gen-, Protein- und Metobolome Profile� Boden physikalische, chemische und biologische

Parameter� Umweltbelastungen (z.B , N2O, NO3 and P losses) und

“life-cycle-analyses” (LCA) für Treibgasemmissionen� Energie, Dünger- und Pflanzenschutzmitteleffizienz� Betriebswirtschaftliche/ökonomische Parameter � Biodiversität

Effekt von Düngung und Pflanzenschutzauf den Glycosinolatgehalt von Kohl (Durchschitt von 2 Erntejahren)

200

250

300

350

400

Conventional(+ pesticides)

Organic200

250

300

350

400

Conventional(+ NPK)

OrganicKonventionell Biologisch(+ Pestizide)

Pflanzenschutz

mg kg -1

Frischgewichtmg kg -1

Frishgewicht

Fertilisation

ns P<0.001

Konventionell Biologisch(+ Pestizide)

Pflanzenschutz

Konventionell Biologisch(+ NPK)

Düngung

-1.0 1.0

-1.0

1.0

cqa1

cqa2

caq3

wf1

wf2

wf3

wf4 wf5

wf6

wf7

wf89

wf10

wf11

wf12

wf13

OF

CF

OCP

CCP

AT

RH

RAD

ST

WARUM haben biologische pflanzliche Nahrungsmittelmehr Antioxidantien?

Rahmenbedingungen(“Drivers”)

RAD LichteinstrahlungRH LuftfeuchtigkeitST BodentemperaturAT LufttemperaturOF KuhmistdüngerCF MineraldüngerOCP ohne PestizideinsatzCCP mit Pestizideinsatz

Antioxidantien(“Response variables” )wf flavonoidscqa phenolic acids

(chlorogenic acidderivatives)

(Almuafori & Leifert 2013)

Einfluß (Assoziation) von klimatischen und agronomisch en Rahmen-bedingungen ( “drivers” ) auf Antioxidantienkonzentrationen in Weizenblättern(basiert auf Daten von 4 Erntejahren)

Hauptergebnis (primary outcome)

– Cadmium Konzentrationen sind signifikant niedriger

in biologischen pflanzlichen Nahrungsmitteln

-80

-60

-40

-20

0

All data

(MPD) n = 25

GewichteteMeta-

analyse

n = 62Nicht-

gewichteteMeta-

analyse

P < 0.001 P = 0.008

% weniger in biologischen Nahrungsmitteln

WARUM sind die Konzentrationen des toxischen

Schwermetals Cadmium niedriger in biologische pflanzliche Nahrungsmittel?

Ergebnisse der faktoriellen Langzeitversuche an

der Versuchstation Nafferton Farm

Newcastle Langzeitversuchefinden und erkären signifikante Unterschiede in Schwermetalkonzentrationen zwischen biologischenund konventionellen Weizen

Cooper, J., Sanderson, R., Cakmak, I., Ozturk, L., Shotton, P., Carmichael, A., Sadrabadi Haghighi, R., Tetard-Jones, C., Volakakis, N., Eyre, M., and Leifert, C..

Effect of organic and conventional crop rotation,

fertilization and crop protection practices on metal

contents in wheat (Triticum aestivum)

Journal of Agricultural and Food Chemistry

59, 4715-4724; 2011

Effekt von Düngung und Pflanzenschutz

auf den Cadmiumgehalt in Kartoffeln

(Durchschitt von 2 Erntejahren)

0

10

20

30

40

50

Conventional(+ pesticides)

Organic0

10

20

30

40

50

Conventional(+ NPK)

Organic

Crop protection

µg kg -1

fresh weightµg kg -1

fresh weight

Fertilisation

ns P<0.001

Konventionell Biologisch(+ Pestizide)

Pflanzenschutz

Konventionell Biologisch(+ NPK)

Düngung

Hauptergebnis (primary outcome) - Pestizidrückstände werden weniger häufig in biologischen

pflanzlichen Nahrungsmitteln gefunden

0

10

20

30

40

50

All data

%

positive

Proben

P < 0.001

P < 0.001

(n = 66)

Biologisch

Konventionell

Alle Daten

Unterschiede zwischen Früchten, Gemüse und

industriell verarbeiteten Lebensmitteln

0

20

40

60

80

frui

t

veg.

com

poun

dfo

ods

n=34

n=10

n=17 n=8

%

positive

Proben

P < 0.001

(n = 22)

P < 0.001

(n = 36)

P < 0.001

(n = 6)

Früchte Gemüse industriellverarbeiteteLebensmittel

Pesticide concentrations in organic and

conventional crops

• Es gibt zu wenig veröffentlichte Studien/Data-sets um

Pestizidkonzentrationen in biologischen und konventionellen

Lebensmitten durch Meta-analysen zu vergleichen

• In den wenigen Studies in denen Pestizidkonzentrationen

verglichen wurden, ware die Konzentrationen in Konventionallen

Lebensmitteln zwischen 10 und 100 mal höher

• Warum sind Pestizidkonzentrationen niedrigern

in biologischen Lebensmitteln?

– Die Benutzung von synthetischen chemischen

Pestiziden ist im biologischen Landbau verboten

– Bio-Bauerns halten sich an die Vorschriften!!!!

Schlussfolgerungen- Die Produktivität der Landwirtschaft wird immer

mehr von nicht-erneurerbaren Resourcenabhängig

- besonderst Stickstoffdünger/Energie, Mineralien(z.B. P, K), Wasser, Pestizide/Energie

- Die Verwendung von diesen Resources (z.B . Mineralstoffdünger, Pestizides) hat nicht nurdie Nachhaltigkeit der Landwirtschaft , sondern auch die Lebenmittelqualitätnegativ beeinflußt

Thank you

The Soil Association 1946Healthy soil, healthy crops and animals, healthy pe ople“Ein gesunder Boden, ergibt gesunden Nutzpflanzen und Tiere,

und resultiert in gesunden Lebensmitteln and gesunden Menschen”

Hintergrund2000 Prof Sir John Krebs (Chairman UK Food Standards Agency)

behaupted in einem BBC’s Countryfile Interview: "They (= Konsumenten) are not getting value for money, in my opinion and in the opinion of the Food Standards Agency, if they think they're buying food with extra nutritional quality or extra safety.”

(http://news.bbc.co.uk/1/hi/health/906530.stm )

2007 Die UK Food Standards Agency (FSA) beauftrag t/finanziert eineLiteratur/Metastudie die untersuchen soll ob es Untersch iedezwischen biologischen in konventionallen Lebensmitteln gibt! � Die UK Soil Association gab der FSA den Rat noch 2-3 Jahre mit

the Metastudie zu warten damit the Ergebnissen von mehrer engroßen Studien, die zu der Zeit liefen aber noch nicht verö ffentlichthatten (e.g. das EU-QualityLowInputFood Projekt), mit in die Metastudie einbezogen werden könnten.

� Die FSA lehnte den Vorschlag ohne Begründung ab, FSA Be amtegaben aber später zu das Sie unter Druck (von Wem sagten Sienicht) die Studie sofort anzufangen.

� Ein Team unter der Leitung von Dr Alan Dangour im Department of Epidemiology and Population Health in der London School of Hygiene & Tropical Medicine wird von the FSA beauftragt die Studie durchzuführen.

Hintergrund2009 Die FSA-sponsored Meta-studie wird veröffentlicht

mit der folgenden Hauptschlußfolgerung

“… there is no evidence of a difference in nutrient quality between organically and conventionally produced foo dstuffs.” “… es gibt keine Beweise für Qualitätsunterschiede zwische nbiologischen und konventionellen Lebenmitteln.” ”

Dangour, A.D. et al. 2009 Nutritional quality of organic foods: a systematic review. American Journal of Clinical Nutrition, 90, 680-685.� Die database mit den Rohdaten wird nicht von den

Autoren oder der FSA veröffentlicht

.

Hintergrund2010 Der Sheepdrove Trust finanziert/unterstützt ein

internationales Team von Wissenschaftlern unter der Le itungvon Newcastle University die Meta-studie zu untersuche n und wenn nötig zu wiederholen

2011 Die Rohdaten der Dangour et al. (2009) Meta-stu die werden von der FSA zur Verfügung gestellt (nach mehreren Anfragen der Soil Association)

Es wird klar das Dangour et al.: � viele Veröffentlichungen mit relevanten Daten (approx. 5 0%) nicht

gefunden haben� viele Veröffentlichungen mit relevanten Daten, die Sie f anden,

nicht benutzten weil:1. das organische System biodynamisch war2. sie keine Englische Zusammenfassung hatten3. in Feldversuchen die organischen Parzellen nicht zertif iziert

waren� Daten von nur 46 Veröffentlichungen in Ihrer Meta-analy se benutzten

Haben Unterschiede in der Zusammensetzung von biologischen und konventionellen Nahrungs-mittels eine Wirkung auf die Tierphysiologie

Ernährungsinterventionsstudien mit Ratten ;Auswirkungen von pflanzlichen Nahrungsmitteln ( Weizen, Kartoffeln, Zwiebeln und Karotten von den unterschied lichbehandelten Parzellen der Nafferton Langzeitversuche ) auf

die Physiologie von Ratten.

Ergebnisse zeigen signifikante Unterschiede in Hormonkonzentrationen , Reaktion des Immunsystemsund anderen physiologischen Parametern

Średnicka-Tober, D., Barański, M., Gromadzka-Ostrowska, J., Skwarło-Sonta, K., Rembiałkowska, E., Hajslova, J., Schuzova, V., Ҫakmak, I., Öztürk, L., Królikowski, T., Wiśniewska, K., Hallmann, E., Baca, E., Eyre, M., Steinshamn, H., Jordon, T. and Leifert, C. (2013)

Effect of crop protection and fertilisation regimes used

in organic and conventional production systems on

feed composition and physiological parameters in rats

Journal of Agricultural and Food Chemistry

61, 1017-1029

Zusammensetzung des

Rattenfutters(hergestellt mit Nutzpflanzen die in den

Nafferton faktoriellen Experimente

geerntet wurden)

Konponente % Trockengewicht

Nutzpflanzen

Weizen 54.5

Kartoffeln 10.2

Karotten 3.9

Zwiebeln 1.0

Nahrungsergänzung

Lactalbumin 6.8

Kasein 11.0

Rapsöl 5.8

Mineralien/Vitamine 6.8

OF CF OF CF Biologischer konventioneller

Pflanzenschutz Pflanzenschutz

(- Pesticides) (+ Pesticides)

OF, biologische Düngung (+ Kuhmistkompost)

CF, konventionelle Dünung (+ NPK)

CPxF interaction (P=0.018)

CPxF interaction (P<0.001)

CPxF interaction

(P<0.001)

Effekt von Düngung auf den Protein- und

Cadmiumgehalt des Rattenfutters

0

5

10

15

20

25

Konventionell(+NPK)

Biologisch(+Kompost)

0

10

20

30

40

50

Konventionell(+ NPK)

Biologisch(+Kompost)

Düngung

% Frischgewicht

P<0.001 P<0.001

µg kg -1

Frischgewicht

Protein Cadmium

Düngung

Effekt von Pflanzenschutz and Düngung auf physiologische

Parameter in Ratten

Haupteffekt (p-value) Interaction

Physiologische Düngung Pflanzenschutz FM x CP

Parameter (FM) (CP) (p-value) .

Hämoglobin NS NS 0.040

Anzahl der weißen Blutkörperchen 0.002� NS NS

Glucose <0.001� NS NS

Plasma Hormone

Leptin 0.006� NS 0.002

insulinähnlicher Wachstumsfaktor <0.001� NS 0.002

Corticosteron 0.004� NS NS

Testosteron <0.001� NS NS

Immunsystemreaktion

Lymphozytenproliferation

- spontan <0.001� NS <0.001

- concanavalin A-stimuliert <0.001� NS 0.048

�, niedriger oder �, höher, wenn Rattenfutter benutzt wurde, das mit biologischerDüngung hergestellt worden war

RDA-results – Assoziation zwischen Futterzusammensetzung (drivers), und

Hormonkonzentrationen and anderen physiologischen Parametern (response variables)

POL, Polyphenole (F=51; P=0.002)

TEAC, antioxidant Aktivität (F=13; P=0.002)LUT, Lutein (F=7; P=0.004)BCA, β-Carotin (F=6; P=0.02)FLA, Flavonole, (F=4; P=0.03)PRO, Protein, (F=5; P=0.03)

Strong feed composition drivers

Hormonkonzentrationents, Testosteron

igf, insulinähnlicher Wachstumsfaktor

cs, corticosterone

lep, leptin

gh, Wachstumshormon

� ts

� igf

� lep

gh �

� cs

1.2%

73%

Physiologische Parameterdm, Trockengewicht

pr, Proteingehalt

fat, Fettgehalt

fcr, Futterverwertung

twg, Gesamtgewichtszunahme

Schlussfolgerungen- Die Produktivität der Landwirtschaft wird immer

mehr von nicht-erneurerbaren Resourcenabhängig

- besonderst Stickstoffdünger/Energie, Mineralien(z.B. P, K), Wasser, Pestizide/Energie

- Die Verwendung von diesen Resources (z.B . Mineralstoffdünger, Pestizides) hat nicht nurdie Nachhaltigkeit der Landwirtschaft , sondern auch die Lebenmittelqualitätnegativ beeinflußt

Acknowledgements

The authors are grateful to the

• the European Community for funding under the

– FP6 Integrated Project QualityLowInputFood ,

– FP7 Collaborative RTD project NUE-crops

and

• the Sheepdrove Trust for funding to carry out the meta-analyses of data on composition of organic and conventional foods

The authors thank

• Lord Peter Melchett (Policy Director of the Soil Association,

• Prof Juha Helenius (Prof of Agroecology, University of Helsinki) and

• Teresa Jordon (NEFG office manager, Newcastle University)

for critically reviewing/editing the manuscript

Reaktion zur Newcastle Meta -studie

� Starkes Medien Interesse – meist sehr objective Beschreibung der Hauptresultate; für mehrInformationen: http://research.ncl.ac.uk/nefg/QOF

� Hauptkritikpunkte:1. Das beweist aber nicht das man gesünder

ist wenn man biologische Lebensmittelkonsumiert

2. Die Bio -Landwirtschaft aber niedrigereErträge und kann deshalb nicht die Welternährung sicherstellen

Contents

1. Hintergrund zur Metastudie2. Meta-studie (Baranki et al. 2014) und QLIF-Feldv ersuche

Methoden – systematische Literatursuche und “Meta-analyse”Haupt- (primär-) Ergebnisse: Biologische Lebensmittel pflanzlicher Herkunft haben:� Höhere Antioxidantienkonzentrationen/aktivität Warum ?� Niedrigere Konzentrationen von Cadmium (Cd) Warum ?� Weniger häufig Pestizidrückstände Warum ?

3. Kohortenstudie aus Norwegen; Hauptergebnis: � Bio-Gemüse erniedrigt das Risiko von “Pre-ecampsia”?

4. Nachhaltigkeit in the konventionellen und biolog ische Landwirtschaft5. Schußfolgerung

� Mineralstoffdünger- und Pestizid- Einsatz reduzieren die Nachhaltigkeit der Landwirtschaft und Lebensmittelqua lität

� “Ein gesunder Boden, ergibt gesunden Nutzpflanzen und Tiere,

und resultiert in gesunden Lebensmitteln and gesunden Menschen”

Gibt es Studien die Effekte von biologischeNahrungsmittels auf die Gesundheit

untersucht haben ?

� bis for Kurzen gab es keine Kohorten- oder diätetischeInterventionstudien, in denen die Gesundheit von Konsumenten biologischer und konventionellerNahrungsmittel verglichen wurde

� solche Studien sind sehr teuer� for Kurzen ist eine Kohortenstudie veröffentlicht worden,

die andeuted das der Verzehr von biologischen Gemüsewährend der Schangerschaft das Präeklampsierisiko (“pre-eclampsia risk”) verringert

Hanne Torjusen, Anne Lise Brantsæter, Margareta Haugen, Jan Alexander, Leiv S Bakketeig, Geir Lieblein, Hein Stigum, TormodNæs, Jackie Swartz, Gerd Holmboe-Ottesen, Gun Roos, HelleMargrete Meltzer

Reduced risk of pre-eclampsia with organic vegetable

consumption: results from the prospective Norwegian

Mother and Child Cohort Study

British Medical Journal (BMJ) Open 2014

doi 10.1136/bmjopen-2014-006143

Was ist Präeklampsie ?

� Präeklampsie bezeichnet eine hypersensive Erkrankung während der Schangerschaft den ersten Wochen nach der Entbindung

� Leitsymptome sind Hypertonie (erhöhter Blutdruck) und der Proteinurie (Eiweiß im Urin) und Ödeme (Wassereinlagerungen).

� Andere Symptome sind endotheliale Dysfunktion und oxidativer Stress

� Präeklampsie ist ein Hauptgrund mütterlicher und perinataler Krankhaftigkeit und Sterblichkeitweltweit, und tritt bei 2-8% von Schangerschaftenauf

Niemals/selten n=18681

Manchmal n= 7560

Oft biologisch n= 1525

Fast nur biologisch n= 426

Assoziation zwischen gemeldeten Konsum von biologischen Gemüse und

Präeklamsie in 28 192 schwangeren Frauen in der Norwegischen Mutter

und Kind Kohortenstudie 2002-2008

Why could there be a link between organic veg

consumption and pre-eclampsia incidence?

Das Norwegische Team macht die folgendeSchlußfolgerung: “Mögliche Erklärungen für die Assoziation zwischen Präek lamsieund dem Konsum von biologischen Gemüse könnten sein das Biologisches Gemüse eine veränderte Aussätzung von Pesti zidenund sekundärer Pflanzeninhaldsstoffen (z.B. Antioxidantien)verursacht oder die Komposition der Darmflora beinflußt . “Possible explanations for the association between pre-eclampsia and use of organic vegetables could be that organic vegetables may change exposure to pesticides” and “secondary metabolites and/or infuence the composition of the gut microflor a”

Contents

1. Hintergrund zur Metastudie2. Meta-studie (Baranki et al. 2014) und QLIF-Feldv ersuche

Methoden – systematische Literatursuche und “Meta-analyse”Haupt- (primär-) Ergebnisse: Biologische Lebensmittel pflanzlicher Herkunft haben:� Höhere Antioxidantienkonzentrationen/aktivität Warum ?� Niedrigere Konzentrationen von Cadmium (Cd) Warum ?� Weniger häufig Pestizidrückstände Warum ?

3. Kohortenstudie aus Norwegen; Hauptergebnis: � Bio-Gemüse erniedrigt das Risiko von “Pre-ecampsia”?

4. Nachhaltigkeit in the konventionellen und biolog ische Landwirtschaft5. Schußfolgerung

� Mineralstoffdünger- und Pestizid- Einsatz reduzieren die Nachhaltigkeit der Landwirtschaft und Lebensmittelqua lität

� “Ein gesunder Boden, ergibt gesunden Nutzpflanzen und Tiere,

und resultiert in gesunden Lebensmitteln and gesunden Menschen”

Kann die biologische Landwirtschaft die Welternährung sicherstellen ?

Die konventionelle Landwirtschaft kann es sicher nicht!

How can we produce enough food of high quality for 9 billion people in a sustainable way?

Can conventional farming deliver food security?

• High yields in conventional systems rely on mineral NPK fertiliser inputs and are not sustainable– Mineral N-fertiliser manufacture is estimated to account

for 10% of total greenhouse gas emissions from agriculture – Mineral P-deposits may be depleted in 30-100 (300?)

years

• Without mineral P-inputs, yields in conventional farming will decline by more than 50%

• In the future mineral fertilisers will need to be replaced by – organic fertilisers made from both agricultural and

domestic/communal organic waste (= recycling of NPK)– the use of legume crops to increase N-inputs into soils

• Currently mineral NPK fertilisers are still too che ap– BUT mineral fertiliser prices have increased by mor e

than 8-fold in the last 10 years

Energy use – CO2 emissions

Mineral N-Fertiliser• 1 kg Nitrogen-fertiliser = 36,000kJ = 1 L fuel

• 1 kg nitrogen fertiliser (NH3NO3) results in

= 2.38 kg CO2 (equivalents of CO2, CH4 and N2O)

• UK Farm level = 100 ha cereals x 200 kg N/ha/annum

= 20,000 Litre fuel used

= 47,600 kg CO2 into the atmosphere

• European level = 11 Million t N/annum*

= 11,000 Million Litre fuel used

* Fertiliser Europe (2009) Annual Forecast 2009. www.fertilizereurope.com

Global Phosphorus use and reserves

Will it be possible to increase yields in

conventional farming ?

Rothamsted Research, BBSRC Institute, UKTarget: 20 t ha -1 for wheat in UK by 2020 Methods: GMO -technology + more agrochemicals

Total global use of nitrogen, phosphorus and area of

irrigated land

Tillman et al. (2002) Nature 418, 671-677

2.8Global cereal 2.4Yieldt ha-1 2.0

1.6

1.2

N-efficiency of cerealProduction(t cereal/ t fertiliser)

Diminishing returnsof fertiliserapplications

Tillman et al. (2002) Nature 418, 671-677

80

60

40

20

1960 1970 1980 1990 2000

What are the solutions?The main approaches available are:

1. More efficient recycling of NPK via

� animal and green manures,

� crop residues, food processing waste

� communal and domestic organic waste

� human toilet waste/sewage

2. Reduction of losses of fertiliser from soils

3. Breeding/selection of more nutrient (especially N and

P) efficient crop varieties

4. Diet change (less meat, dairy products and eggs in the

human diet)

We need to extensify animal production!!!!!

Amount of cereal (corn-equivalents)

necessary to produce 1 kg of livestock products

Can organic farming deliver food security?

• Crop yields in organic farming systems are lower – by up to 40% in arable crops such as cereals/potato– yields in many horticultural crops are only slightly lower

• There is great potential to increase yields in organic farming systems by optimising/increasing organic fertiliser inputs regimes– Evidence from long term trials in China suggest that when

used at the same mineral input level, mineral and organic fertilisers (e.g. manure) will produce similar yields

• There is increasing amount of organic waste !!!!! • Need to integrate better soil management with

innovations in other areas (e.g. breeding, crop protection, tillage)

Barriers for “eco -functional intensification”

• Organic standards/legislation which– restrict “imports” of fertility (principle of on-farm

sustainability)– prohibit the use of certain organic wastes (night soil,

sewage, animal processing waste) as fertiliser

• Environmental legislations which– restricts organic fertiliser inputs to 170 kg N ha -1 annum -1

although the nitrate leaching and P-run-off risk differ greatly between organic fertilisers

Issue associated with the “eco -functional intensification” of organic crop production

• Food safety – Is there an increased risk from food pathogen, heavy metals,

other pollutants when using organic waste based fertilisers?

• Crop health and nutritional quality – will pest, disease and weed pressure increase?– will the nutritional value of crops decrease?

• Environmental impact– Will nitrate leaching and P run-off increase?– Will greenhouse gas emissions from fertiliser inputs increase?

• Consumer perceptions – will organic consumers accept the use of night soil/sewage

based fertilisers?

Conclusions- agricultural productivity has become

dependent on external inputs that are non -renewable and increasingly scarce

- this includes N -fertilisers/energy, minerals (e.g. P, K), water inputs

- some inputs (N, P, pesticides) have not only reduced the sustainability of food production (mineral N and P fertilisers and pesticides), but also food quality

Thank you

AntioxidantsEffect of an increasingevidence base on the results of the weighted meta-analysis(standardised mean difference)

No difference line �Organic the higher than conventional �

Explanatory assessment – cadmium concentrations

in different crop types

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

fruit veg. cereals

MPD

(%)

ns

*** = P<0.001

** = P<0.01

* = P<0.05

T = 0.1>P>0.05

ns = not significant

*****T

n=4

n=10

n=34 n=17n=8n=4

Explanatory assessment – protein concentrations- significant differences were detected in cereals,

but not fruit and vegetable

-30

-20

-10

0

all data fruits veg cereal

mean%

Difference(MPD)

n= 8

7

n= 2

6

n= 7 n=

8

n= 3

4

n= 1

5

n= 4

3

** ***ns ******

*** = P<0.001** = P<0.01

* = P<0.05ns = not significant

nsns

Energy requirement in agricultural system (world av erage) in KJ/kg

Nitrogen Phosphate Potash

Production 69,530 7,700 6,400

Packaging 2,600 2,600 1,800

Transportation 4,500 5,700 4,600

Application 1,600 1,500 1,000

Total 78,230 17,500 13,800

(Gellings and Parmenter 2004)

Relative Energy, fertiliser, mineral and agricultural

commodity costs (2000-2008)

(Source: Piesse and Thirtle, 2009)

• The FSA commissioned study by Dangour et al. (2009)

- only carried out unweighted meta-analyses (UMA)

- MORE THAN HALF the studies included in the UMA did not report

• measures of variation (SE or STD) and/or replication (n)

- EXCLUDED many studies based on dubious “quality” criteria

• 1.

Comparison to results by Dangour et al. 2009

Comparison to results by Dangour et al. 2009

-60

-40

-20

0

20

40

60

phenoliccompounds

flavonoids (total) cadmium

UMA (Dangour et al. 2009) selectiveUMA (Dangour et al. 2009) all dataWMA (Baranski et al. 2014)WMA on Dangour et al. all data

MPD

(%)

- 120

NP NA

**

*

***

** *ns

ns

80 164 58 16 48 158 8 29 9

� Dangour et al. DID NOT CARRY OUT (or report) analyses on many important parameters (e.g. antixidant activitiy, many antioxidant groups and Cd )� although there were sufficient data to do so

� Dangour et al. ONLY reported results from unweighted meta-analyses (UMA)� MORE THAN HALF the studies included in UMA did not

report measures of variation (SE or STD)

� Dangour et al. EXCLUDED many studies based on questionable “quality” criteria; e.g. excluded were:1. Studies which did not have an English abstract2. Comparisons were the organic treatments was biody namic3. Experimental studies where the land used for orga nic

treatments was not “certified organic”

Comparison to the methods used in the

FSA-commissioned study by Dangour et al. 2009