IKARUS – Ergebnisse

Im Projekt „IKARUS“ wurden wissenschaftliche und technologische Grundlagen für die Nutzung der Süßkartoffel als ganzheitlich verwertbare Kulturpflanze in automatisierten Controlled-Environment-Agriculture-Systemen (CEA) erarbeitet. Zu Beginn des Projekts wurden fünf besonders nährstoffreiche Süßkartoffelgenotypen identifiziert und charakterisiert: Kaukura, Manihi, Erato Violet, Tahiti und Tatakoto. Diese Genotypen zeichnen sich durch hohe Gehalte an wertgebenden Inhaltsstoffen aus, darunter Anthocyane in Blättern und Wurzeln sowie Beta-Carotin, Kalium und Kohlenhydrate. Anschließend wurden die Pflanzen in einem aeroponisch, hydroponischen System kultiviert, um den Einfluss von Genotyp, Kultivierungsbedingungen und Blattnutzung auf die Pflanzenentwicklung, den Biomasseertrag und das Inhaltsstoffprofil zu untersuchen.

Ein zentraler Versuchsansatz war die Untersuchung der Dualnutzung der Pflanzen, bei der sowohl die Speicherwurzel, als auch die Blattmasse genutzt werden. In Blattrückschnittversuchen zeigte sich, dass ein regelmäßiger Rückschnitt von 50 % der Blattmasse die kumulative Blattproduktion signifikant erhöhen kann, gleichzeitig jedoch zu reduzierten Speicherwurzelerträgen führt. Damit wurde ein relevanter Zielkonflikt zwischen Blatt- und Wurzelertrag identifiziert. Gleichzeitig konnten Veränderungen im Inhaltsstoffprofil beobachtet werden: Bei mehreren Genotypen führte der Blattrückschnitt zu einem deutlichen Anstieg der Anthocyangehalte in den Blättern, bei der Sorte „Tatakoto“ teilweise um bis zum Vierfachen.

Parallel dazu wurde ein funktionierendes modulares aeroponisch, hydroponisches Kultursystem für die Kultivierung von Süßkartoffeln mit vier unabhängigen Kreisläufen konzipiert, aufgebaut und über mehrere Versuchsdurchgänge hinweg optimiert. Dabei wurden unter anderem unterschiedliche Bewässerungstechniken mit Hilfe verschiedener Düsentechnologien, Nährlösungszusammensetzungen sowie Lichtintensitäten untersucht. Als besonders zuverlässig erwies sich eine Bewässerung mittels Regendüsen bei etwa 6 bar Druck. Zudem zeigte sich, dass für aeroponische Systeme eine speziell angepasste Nährlösung erforderlich ist. Ein optimiertes Kalium-Calcium-Verhältnis von 1,5:1 führte zu den höchsten ober- und unterirdischen Biomasseerträgen.

Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Nutzung der Blattbiomasse zur Gewinnung pflanzlicher Proteine. Hierfür wurden innovative Aufschluss- und Extraktionsverfahren untersucht: darunter gepulste elektrische Felder (PEF) und eine ultraschallbasierte Proteinextraktion. Die Ultraschallextraktion erreichte unter milden Prozessbedingungen (29 °C, pH 7,6) eine Extraktionsrate von bis zu 82 %. Die Effizienz der Extraktion erwies sich dabei weitgehend unabhängig von der Ultraschallamplitude, was wichtige Hinweise für eine spätere Prozessskalierung liefert. Eine anschließende isoelektrische Fällung bei pH 4 führte zu einem Proteinkonzentrat mit etwa 50 % Proteingehalt. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass eine PEF-Vorbehandlung bei mehreren Süßkartoffelsorten die Proteinausbeute erhöht und auch nach der Sprühtrocknung zu höheren Extraktausbeuten führt. Gleichzeitig wurde bei geeigneten PEF-Einstellungen ein höherer Chlorophyllanteil gemessen, was auf eine vergleichsweise schonende Verarbeitung der Biomasse hinweist. Die beobachteten Effekte waren dabei sowohl abhängig von der Sorte als auch vom Entwicklungsstadium. Ergänzend wurden energetische Kennzahlen sowie Investitions- und Betriebskosten der PEF-Technologie erfasst, wodurch eine erste ökonomische Bewertung der Prozessintegration möglich wurde. Darüber hinaus gelang die Herstellung eines teilweise entfärbten Blattproteinextraktes aus Süßkartoffelblättern, wodurch sich neue Einsatzmöglichkeiten als funktionelle pflanzliche Proteinquelle für Lebensmittelanwendungen ergeben.

Neben der Proteingewinnung wurden auch erste lebensmitteltechnologische Anwendungen der Blattbiomasse erprobt. So konnten auf Basis der frischen Blätter verschiedene Süßkartoffelblatt-Pestos hergestellt werden, die beispielhaft mögliche lebensmitteltechnologische Anwendungen der Blattbiomasse der Blattbiomasse verdeutlichen.

Insgesamt zeigt das Projekt, dass die Süßkartoffel ein großes Potenzial für eine ganzheitliche Nutzung in kontrollierten Anbausystemen besitzt. Durch die Kombination aus optimierten Kultivierungssystemen, innovativen Extraktionsverfahren und neuen Produktkonzepten konnten wichtige Grundlagen für eine ressourceneffiziente Produktion und Verwertung dieser Kulturpflanze im urbanen Lebensmittelanbau geschaffen werden.