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Controlled Environment-Produktion und Verarbeitung von hochqualitativen pflanzlichen Rohstoffen zur Verwendung in Lebensmitteln (In4Food)
Projekt
Förderkennzeichen: JKI-ÖPV-08-1414
Laufzeit: 01.01.2021
- 31.12.2023
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Die Controlled Environment-Kultivierung (Indoor Farming) von Pflanzen, aktuell am häufigsten in Form von Vertical Farming-Systemen etabliert, ist ein relativ neues Anbauverfahren mit großem Forschungs- und Entwicklungsbedarf, insbesondere in den Bereichen Automatisierung, Energieeffizienz, Pflanzenzüchtung und Umwelt/Pflanze-Wechselwirkungen. Indoor Farming besitzt ein außerordentlich hohes Potenzial für die Bioökonomie, wobei die Möglichkeit eines flächen- und ressourcenschonenden und dabei von äußeren Bedingungen unabhängigen Pflanzenanbaus unter Gewährleistung konstanter Qualitäten und Erträge besonders hervorzuheben ist. Das Gesamtziel dieses Vorhabens ist es, die wissenschaftlichen Grundlagen für einen nachhaltigen und wirtschaftlichen Indoor Farming-Anbau für die ausgewählten Spezialkulturen zu erarbeiten, wobei neben dem Ertrag, die Steigerung wertgebender Inhaltsstoffe, die Optimierung des Einsatzes mineralischer (Spezial‑)Düngemittel mithilfe von Bioeffektoren und/oder die Minimierung bzw. Eliminierung unerwünschter Inhaltsstoffe im Fokus stehen und ein Vergleich zum konventionellen Anbau erfolgen soll. Darüber hinaus sollen mit Hilfe hyperspektraler Techniken die Gehalte wertgebender Inhaltstoffe direkt im Pflanzenmaterial bestimmt werden, um in der Phase der Optimierung wie auch dem späteren Transfer des Anbaus in die Wirtschaft auf eine schnelle und leistungsstarke Qualitätskontrolle zugreifen zu können. Die aus dem Projekt gewonnen Ergebnisse zur Pflanzenkultivierung und technisch-ökonomischer Machbarkeit sollen auf den Indoor-Anbau weiterer Kulturpflanzen übertragbar sein. Begleitend zu den am Fraunhofer Institut für Molekularbiologie und Ökologie (IME) durchgeführten Bonituren zur Erfassung relevanter morphologischer (z. B. Wurzellänge, Wuchshöhe, Blattfläche und –anzahl, Internodien, etc.) und spektraler Merkmale der Zielpflanzen Rubus, Spilanthes und Oregano (z. B Photosyntheseaktivität und Chlorophyllgehalt) sollen Messungen mit mobilen hyperspektralen VIS/NIRS-Sensoren durch das JKI durchgeführt werden. Diese sollen einerseits zur Entwicklung einer anbaubegleitenden Inhaltstoffabschätzung dienen wie auch Veränderungen infolge von bspw. Pathogenbefall frühzeitig erkennbar machen. Dazu werden die spektralen Daten mit denen der Pflanzen-Bonitur, Ertragsdaten und Inhaltstoffanalytik statistisch ausgewertet und geeignete Korrelationsmodelle zur Qualitätsbestimmung direkt am lebenden Pflanzenmaterial sowie dessen Primärprodukten entwickelt. Die so erstellten Methoden sollen im späteren Anbau zur Steuerung und Optimierung der indoor-Kultivierung sowie zur frühzeitigen Identifikation ggf. notwendiger Pflanzenschutzmaßnahmen dienen und somit Entscheidungshilfen für den Anbauer einerseits, Grundlage für automatisierte Steuerungen im Pflanzenbau andererseits darstellen. Um Aussagen über qualitative und quantitative Zusammensetzung wertgebender Inhaltstoffe bereits am lebenden und frischen Pflanzenmaterial treffen zu können, ist der Einsatz von hyperspektralen NIRS-Sensoren über die auf VIS-Spektroskopie basierenden Messungen des Chlorophyllgehaltes hinaus notwendig. Die NIRS ermöglicht es, Änderungen im metabolischen Profil aufgrund von Veränderungen der strukturspezifischen Absorptionen/Reflexionen ohne Zerstörung des Pflanzengewebes zu detektieren. Konzentrationen wertgebender Inhaltstoffe lassen sich so bereits am Frischmaterial in relativ kurzer Messzeit abschätzen. Dazu wird eine regelmäßige Spektrenaufnahme über den gesamten Anbauzyklus der benannten Kulturen durchgeführt.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Pflanzenschutz
- Gartenbau
- Klimawandel
Rahmenprogramm
Förderprogramm
Ausführende Einrichtung
Institut für Ökologische Chemie, Pflanzenanalytik und Vorratsschutz (JKI-ÖPV)
