In4Food – Ergebnisse

Im Projekt „In4Food“ wurden wissenschaftliche und technologische Grundlagen für die Indoor-Kultivierung ausgewählter Spezialkulturen mit besonderem Inhaltsstoffprofil erarbeitet. Ein zentraler Schwerpunkt lag auf Borretsch, einem Küchenkraut und Bestandteil der „Frankfurter Grünen Soße“, der natürlicherweise Pyrrolizidinalkaloide (PA) enthält. Diese Stoffgruppe kann – abhängig von Art und Menge – gesundheitliche Risiken bergen. Im Projekt wurde eine spezifische UHPLC-MS/MS-Methode entwickelt und validiert, mit der die in Borretsch vorkommenden PA selektiv und reproduzierbar quantifiziert werden können. Auf dieser Basis wurden Borretsch-Microgreens sowie Blatt- und Blütenproben aus gewerblichem Anbau und Heimgärten in einem Screening umfassend analysiert.

Die Ergebnisse zeigten, dass die untersuchten Borretsch-Microgreens extrem hohe PA-Gehalte aufweisen, die den gesetzlichen Höchstgehalt um ein Vielfaches überschritten. Auch ein Großteil der Blattproben von Pflanzen vor der Blüte lag über dem gesetzlichen Grenzwert, während blühende oder verblühte Pflanzen deutlich geringere Gehalte zeigten. Insgesamt nahm der PA-Gehalt mit zunehmendem Pflanzenalter ab. Zudem wurde deutlich, dass ein erheblicher Teil der toxikologisch relevanten PA bislang nicht durch die bestehende EU-Regulierung abgedeckt ist. Die Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit eines konsequenten Monitorings, optimierter Anbaubedingungen sowie einer möglichen regulatorischen Neubewertung bestimmter PA-Verbindungen. Insbesondere die sehr hohen Gehalte in Microgreens werfen Fragen hinsichtlich ihrer grundsätzlichen Eignung als Lebensmittel auf. In ergänzenden Indoor-Versuchen wurden Lichtintensitäten, Lichtspektren und Erntezeitpunkte gezielt variiert, um Einflussfaktoren auf die PA-Gehalte zu identifizieren. Dabei zeigte sich, dass Blattgröße beziehungsweise Blattalter den stärksten Einfluss ausüben. Unterschiedliche Lichtregime beeinflussten sowohl PA-Gehalte als auch Trockenmassebildung, wobei Pflanzen je nach Entwicklungsstadium unterschiedlich reagierten. Diese Erkenntnisse liefern wichtige Ansatzpunkte zur gezielten Reduktion unerwünschter Inhaltsstoffe durch kultivierungstechnische Maßnahmen.

Neben der Risikominimierung bei Borretsch stand die Anreicherung wertgebender Inhaltsstoffe bei Oregano, Spilanthes und Rubus im Mittelpunkt. Oregano, ein weiteres beliebtes Küchengewürz, ist aufgrund seines Gehalts an ätherischen Ölen wie Carvacrol und Thymol auch von medizinischer und kosmetischer Bedeutung und konnte ebenfalls erfolgreich hydroponisch und aeroponisch kultiviert werden. Varietäten unterschieden sich deutlich in Biomasseertrag und Ölgehalt. Durch gezielte Anpassung der Lichtspektren ließen sich Krautbiomasse und Ölzusammensetzung steuern. Bestimmte Akzessionen erreichten sehr hohe Ölgehalte und zeigen züchterisches Potenzial für eine qualitativ hochwertige Indoor-Produktion. Zudem beeinflussten Lichtregime und Trocknungsverfahren das Metabolom maßgeblich und ermöglichen eine gezielte Qualitätssteuerung.

Parakresse, auch Spilanthes oder „Toothache“ Pflanze genannt, enthält Spilanthol. Spilanthol hinterlässt auf der Zunge ein kribbelndes, betäubendes Gefühl, wirkt entzündungshemmend und antimikrobiell und wird auch in Kosmetik-Produkten als ‚Bio-Botox‘ beworben. Auch Spilanthes wurde erfolgreich in hydroponischen und aeroponischen Systemen etabliert und in Pilotanlagen skaliert. Der Spilantholgehalt war in den Blüten deutlich höher als in den Blättern, zudem unterschieden sich beide deutlich im Gesamt-Metabolom. Mehrere aufeinanderfolgende Ernteschnitte waren möglich, wobei spätere Schnitte eine erhöhte Biomasseleistung zeigten. Die Ergebnisse tragen zur gezielten Optimierung von Ertrag und Qualität für die Spilantholproduktion bei.

Rubus konnte ebenfalls erfolgreich im Indoor-Anbau kultiviert werden. Dabei wurde eine besonders effiziente aeroponische Anbaumethode etabliert, die eine regelmäßige Triebspitzenernte ermöglicht. Bestimmte Licht- und Nährstoffkombinationen steigerten Biomassebildung und Inhaltsstoffgehalt signifikant und schaffen eine Grundlage für eine standardisierte Indoor-Produktion.

Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Charakterisierung der Rhizosphären-Mikrobiota. Es zeigte sich, dass jede Pflanzenart eine spezifische mikrobielle Gemeinschaft aufweist. Insgesamt wurden 131 bakterielle Isolate aus der Rhizosphäre von Oregano, Rubus und Spilanthes gewonnen, mindestens bis auf Gattungsebene identifiziert und kryokonserviert. Diese stehen als Bioressource für die Entwicklung wachstumsstimulierender Mikroorganismengemische zur Verfügung. Kulturunabhängige Analysen bestätigten deutliche Unterschiede in den Wurzelmikrobiomen und identifizierten überwiegend potenziell pflanzenwachstumsfördernde Arten.

Insgesamt belegt das Projekt die technische Machbarkeit einer kontrollierten Indoor-Kultivierung hochwertiger Spezialkulturen mit gezielter Steuerung ihrer Inhaltsstoffe. Gleichzeitig wurden sicherheitsrelevante Fragestellungen, insbesondere Borretsch betreffend, wissenschaftlich fundiert aufgearbeitet. Die Ergebnisse liefern eine belastbare Grundlage für nachhaltige Produktionssysteme im Controlled-Environment-Agriculture-Bereich und eröffnen neue Perspektiven für eine qualitätsgesicherte, ressourceneffiziente Bereitstellung pflanzlicher Rohstoffe für die Lebensmittel- und Inhaltsstoffindustrie.