Transformation der Wertschöpfungskette für Beeren mithilfe „intelligenter“, grüner Innovationen
Der traditionelle Anbau und die Verarbeitung von Beeren wird häufig durch ineffizienten Einsatz von Wasser, Düngemitteln und Energie erschwert, neben erheblichen Nachernteverlusten durch mechanische Beschädigung und schnellen mikrobiellen Verderb. Diese Herausforderungen bedeuten wirtschaftliche Unsicherheiten für die Erzeuger. Gleichzeitig fordern Verbraucher zunehmend nachhaltige, funktionelle und minimal verarbeitete Lebensmittel. Unterstützt über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen(öffnet in neuem Fenster) befasste sich das Projekt FRIETS(öffnet in neuem Fenster) mit diesen Herausforderungen, indem es fortschrittliche Strategien für die Vor- und Nachernte integriert und sich auf die Erzeugung von Himbeeren, Erdbeeren, Brombeeren und Heidelbeeren konzentriert. Das Projekt zeigte, wie Präzisionslandwirtschaft und innovative Verarbeitung die Produktivität, Produktqualität und Produktsicherheit sowie die wirtschaftliche Leistung verbessern können. In diesem Zuge bildete es eine Reihe junger Forschender aus.
Präzisionslandwirtschaft und nachhaltige Trocknungsverfahren
FRIETS setzte Instrumente der Präzisionslandwirtschaft ein, um das Pflanzenwachstum genau zu überwachen und den Einsatz von Ressourcen zu optimieren. Mit Multispektralkameras ausgestattete unbemannte Luftfahrzeuge (unmanned aerial vehicles, UAVs) sammelten hochauflösende Daten in wichtigen Stadien des Wachstumszyklus, etwa während der Blüte. Aus diesen Daten abgeleitete Vegetationsindizes wurden verwendet, um die Pflanzengesundheit und die räumliche Variabilität auf den Feldern zu bewerten. Gleichzeitig validierten tragbare Sensorgeräte von GreenSeeker(öffnet in neuem Fenster) die Beobachtungen der UAVs. Kontinuierliche Daten von Wetterstationen und Bodenfeuchtesensoren ergänzten die Fernerkundung und ermöglichten ein datengesteuertes automatisches Bewässerungsmanagement sowie die Entwicklung robuster Ertragsvorhersagemodelle. „Aus der Drohne abgeleitete Vegetationsindizes in Kombination mit Boden- und Wetterdaten ermöglichten eine genaue Vorhersage der Beeren-Erträge – bereits Wochen bis Monate im Voraus. So konnten die Landwirte den Wasser- und Stickstoffeinsatz optimieren und die Produktivität steigern, ohne dabei die Ressourcen übermäßig zu beanspruchen“, erklärt Projektkoordinatorin Marianna Lagonikou von Rezos Brands. FRIETS untersuchte zudem milde und energieeffiziente Trocknungsverfahren für die Zeit nach der Ernte, darunter osmotische Dehydratisierungs-Verfahren, fortschrittliche Gefriertrocknung und Mikrowellen-Vakuumtrocknung. Insbesondere die Integration von osmotischer Dehydratisierung und Gefriertrocknung führte zu haltbaren Beerenprodukten mit hervorragender Textur, hohem Gehalt an Antioxidantien und verbesserter mikrobieller Sicherheit – bei gleichbleibender Eignung für die industrielle Skalierung.
Bioaktiv angereicherte Beschichtungen und Mykotoxin-Sicherheit
Die Forschenden extrahierten bioaktive Verbindungen – darunter Phenole, Flavonoide und Verbindungen mit antioxidativer/antimikrobieller Wirkung aus Oliven-, Beeren- und Rosmarinblättern – sowohl mit herkömmlichen lösungsmittelbasierten Verfahren als auch mit umweltfreundlicheren ultraschall- und mikrowellengestützten Methoden. Diese wurden durch Verkapselungstechnologien (Elektrospinnen, Gefriertrocknung und Sprühtrocknung) stabilisiert. Die Sprühtrocknung erwies sich aufgrund ihrer Skalierbarkeit und ihrer Fähigkeit, die bioaktive Wirkung zu erhalten, als besonders vorteilhaft. „Unser Team arbeitete bioaktive Verbindungen in essbare Beschichtungen auf der Basis von Mikro- und Makroalgenkomponenten ein und trug sie auf frische und getrocknete Beeren auf. Die angereicherten Beschichtungen auf Algenbasis verlängerten die Haltbarkeit, verringerten das Mikrobenwachstum und verbesserten die Feuchtigkeits- und Farberhaltung“, erklärt Lagonikou. Das Konsortium entwickelte ein quantitatives Entscheidungsinstrument für das Pilzrisiko-Management, welches eine Meta-Analyse des Mykotoxin-Vorkommens, die molekulare Identifizierung von Pilzarten, Analyseverfahren und Vorhersagemodelle umfasst. Die Ergebnisse zeigten, dass Temperatur (einschließlich einer ununterbrochenen Kühlkette) und wirksame Beschichtungen wesentlich zur Vermeidung von Kontaminationen beitragen.
Zusätzliche Vorteile des „geschützten Anbaus“
Abschließend wurden in einer kombinierten Ökobilanz- und Lebenszykluskosten-Analyse die Daten von FRIETS im Freiland mit denen des geschützten (gewächshausartigen) Beerenanbaus im Rahmen des synergetischen Projekts PRIMESOFT verglichen. Der geschützte Anbau reduzierte die Umweltbelastung um rund 50 %, steigerte die Erträge um 43 % und verringerte den Wasserverbrauch um das Vierfache. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der geschützte Anbau das Potenzial besitzt, durch die Produktion außerhalb der Saison mit Importen zu konkurrieren. Die Verbrauchsforschung ergab eine hohe Akzeptanz von nachhaltigen, lokal produzierten Beeren-Snacks, wodurch das Marktpotenzial gestärkt wird. Lagonikou fasst zusammen: „Durch die Verknüpfung von Präzisionslandwirtschaft, grüner Extraktion bioaktiver Verbindungen und essbaren Beschichtungstechnologien konnte FRIETS einen Weg zu gesünderen, sichereren und nachhaltigeren auf Beeren basierenden Produkten aufzeigen.“
