Gezielt Stress erzeugen

Die Pflanzen locken damit beispielsweise Insekten an oder wehren Schädlinge wie Viren, Pilze oder Bakterien ab. Sie produzieren die bioaktiven Stoffe unter anderem, wenn sie Stress haben wie etwa zu viel Sonne. „Pflanzen können zum Beispiel keinen Sonnenschirm aufspannen, um sich vor zu viel UV-Licht zu schützen und bilden deshalb Sekundärmetabolite, die das UV-Licht absorbieren“, erklärt Wiese-Klinkenberg. Solche Stressreaktionen wollen die Jülicher kontrolliert erzeugen, damit die Pflanze mehr Sekundär­metabolite produziert und die Restmasse aus dem Anbau aufgewertet wird. Erste Versuche mit Tomatenpflanzen hatten die Wissenschaftler bereits in einem vorangegangenen Projekt des Bioeconomy Science Center (BioSC), dem Forschungscluster für nachhaltige Bioökonomie in Nordrhein-Westfalen, durchgeführt.

Nun geht es um die Paprika. Bei ihr konzentrieren sich die Jülicher zunächst auf zwei der über 100.000 bekannten sekundären Pflanzenstoffe: die Flavonoide Cynarosid und Graveobiosid A. „Aber wir wollen die Paprikablätter auch auf weitere interessante Inhaltsstoffe untersuchen.“

In den vergangenen Jahren ist die Zahl an Patentanmeldungen mit der Substanz Cynarosid gestiegen. „Wir gehen deshalb davon aus, dass Cynarosid für die Kosmetik- und Pharmaindus­trie ein Inhaltsstoff mit vielversprechenden Marktpotenzialen ist“, erklärt Wiese-Klinkenberg. Beim Graveobiosid A ist bekannt, dass es gegen die Eiablage von Insekten wirkt: Es könnte langfristig als natürliches Biozid eingesetzt werden.

TaReCa

Der Kurzname steht für das Verbundvorhaben „Tailoring of secondary metabolism in horticultural residuals and cascade utilization for a resource efficient production of valuable bioactive compounds“. TaReCa wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

Um die Produktion der beiden Stoffe anzukurbeln, haben die Wissenschaftler die Pflanzen in Klimakammern ordentlich gestresst: mit Kochsalz in der Nährlösung, mit Kälte und UV-Licht, oder sie haben ihnen Nährstoffe entzogen. „Der Salzstress war am effektivsten. Durch die Kombination von Salzzugabe und anderen Stressfaktoren wie Kälte ist es uns gelungen, den Cynarosidanteil in den Blättern zu verzehnfachen. Das war ein überraschender Erfolg!“, freut sich die Forscherin. Auch für das Graveobiosid A konnten die Forscher bei bestimmten Salzstresskombinationen eine dreifach erhöhte Konzentration messen: „Pro Gramm Trockengewicht erhalten wir etwa 20 mg Graveobiosid A, das ist eine gute Ausbeute.“

Nun arbeiten die Wissenschaftler daran, das Zusammenspiel aus optimaler Salzdosis, Behandlungsdauer und verschiedenen Stressfaktoren noch besser aufeinander abzustimmen, denn ein Zuviel bedeutet, dass die Pflanze abstirbt und Blätter abwirft, ein Zuwenig eine zu geringe Ausbeute. „Der Gemüsebauer benötigt außerdem eine Messmethode, um zu kontrollieren, wie der Stress wirkt“, so die Forscherin, „Wir setzen dazu nichtinvasive Methoden mit Fotos und Farbanalysen ein, denn die Blätterfarbe beispielsweise verändert sich mit dem Stress.“

Von den Forschungsansätzen profitieren könnte vor allem der Gemüselandwirt: Er verkauft nicht nur die Früchte, sondern auch die Zusatzstoffe aus dem Rest der Pflanze. „Um das Marktpotenzial einzelner Inhaltsstoffe und möglicher Einsatzbereiche einzuschätzen, sind in dem Verbundprojekt TaReCa nicht nur Pflanzenforscher, Gartenbauer und Verfahrenstechniker aus dem BioSC an Bord, sondern auch Ökonomen“, erklärt Wiese-Klinkenberg. Diese können zum Beispiel berechnen, ob der Landwirt die Blätter und Stängel selbst trocknen oder ein Großunternehmer sie abholen sollte: Der Trocknungsprozess würde die Transportkosten deutlich reduzieren, aber der Gemüselandwirt müsste in einen Trockenofen investieren.

Nicht nur Paprika im Visier

Die Paprikaschoten im Salat, die Flavonoide extrahiert – übrig bleibt die voll ausgeschöpfte Paprikapflanze, die nicht mehr im Kompost, sondern in einer Bioraffinerie landet, wo sie in Plattform-Chemikalien für viele andere Industrieprodukte umgewandelt wird und damit endgültig ausgedient hat. Die Wertschöpfungskette wird so erweitert, ein wirtschaftlicher Mehrwert generiert und eine wertvolle Substanz ressourcenschonend produziert – ein Beispiel für gelungene Bioökonomie. Und nicht auf die Paprika beschränkt. „Langfristig wollen wir die neuen Verfahren und Technologien auf andere Gartenbaupflanzen anwenden“, so Wiese-Klinkenberg. Ihr nächster Favorit: die Salatgurke.

Katja Lüers