Eine neue ökologische Methode verbessert die Haltbarkeit von Äpfeln in der Lieferkette signifikant. Problemlöser ist das Mikrobiom einheimischer Bio-Äpfel. Dieses liefert die Bakterien für ein Biokontrollmittel zur Bekämpfung von Lagerschimmelpilzen.
Die Haltbarkeit von Früchten in der Lieferkette, ist ein Problem, das die Lebensmittelindustrie noch unzureichend gelöst hat. Fast die Hälfte der Welternte von Obst und Gemüse geht auf dem Weg zum Endverbraucher verloren (Quelle: Food and Agriculture Organization der UNO). Die Hauptursachen sind Schädlings- oder Krankheitsbefall sowie falsche Lagerung. Letzteres führt zu Fäulnis oder Frischmasseverlusten durch Atmung und Verdunstung. Abhilfe schafft oft nur der hohe Einsatz von Chemikalien.
Bewährte Heißwasserbehandlung
Eine bewährte ökologische Methode zur Eindämmung pilzbedingten Verfalls von geernteten Früchten ist die Heißwasserbehandlung (HWT). Dabei werden die Früchte kurz in heißes Wasser getaucht. Der Hitzeschock regt natürliche Abwehrmechanismen an. Allerdings liegt die Wirksamkeit der Methode bei 40 Prozent und bleibt hinter den Erwartungen zurück. Auch war bisher unbekannt, was genau bei dem Vorgang geschieht.
Signifikante Verbesserung
Ein Forschungskonsortium an dem das Institut für Umweltbiotechnologie an der TU Graz beteiligt war, kombinierte die Heißwasserbehandlung nun mit einem neuen Forschungsansatz: Basis war das Mikrobiom einheimischer Bio-Äpfel. Das daraus entwickelte Biokontrollmittel konnte die Haltbarkeit von gelagerten Früchten signifikant verbessern. Die Erfolgsquote liegt bei 60 Prozent. In die Studie gingen Äpfel und Zuckerrüben exemplarisch für andere Obst- und Gemüsesorten ein.
Lebenswichtige Funktion des Mikrobioms
Das Mikrobiom ist eine Gemeinschaft von Mikroorganismen, die in oder auf lebenden Organismen existieren. Zu den Mikroorganismen zählen Bakterien, Archeen, Pilze, Algen und andere mikroskopisch kleine Lebewesen. Die einzelnen Mikroben formen vielfältige Gemeinschaften, teilen sich Aufgaben und steuern so lebenswichtige Vorgänge in unserem Körper und in unserer Umwelt – wie den Kohlenstoff-, Stickstoff- und Schwefelkreislauf.
Mikrobiom des Bio-Apfels
Schon aus einer vorangegangenen Studie wussten Professorin Gabriele Berg und ihr Team am Institut für Umweltbiotechnologie, dass sich das Mikrobiom eines Bio-Apfels wesentlich von jenem eines konventionellen Apfels unterscheidet. Ebenso unterscheidet sich das Mikrobiom eines Apfels mit faulen Stellen von jenem eines gesunden. Ein fauler Apfel besteht zu 99 Prozent aus Pilzen und nur zu einem Prozent aus Bakterien.
Suche nach den geeigneten Bakterien
Das Biokontrollmittel besteht aus Bakterien, die den Schaderreger vernichten. Als solches müssen die Bakterien an die Gegebenheiten der Pflanze angepasst sein. Ein Bakterium, das mit Weizen assoziiert ist, könnte in einem Apfel keine Wirkung entfalten, erklärt Teammitarbeiterin Birgit Wassermann. Die Suche nach den geeigneten Bakterien zur Vernichtung der Schaderreger in Äpfeln begann mit einem zerdrückten Bio-Apfel. Aus diesem wurden insgesamt 800 verschiedenen Bakterien isoliert. Diese wurden dann einzeln auf einer Agar-Platte getestet, um zu sehen, wie sie bei einer Lagertemperatur von vier Grad auf die Schaderreger reagieren. In wenigen Tagen zeigte sich, ob sich die Pilze verbreiten konnten, oder ob das getestete Bakterium die Schaderreger abtöten konnte.
Versuch unter realen Bedingungen
Auf den Test im künstlichen System folgte ein Test unter realen Bedingungen. Dieser war folgend aufgebaut:
- Die Oberfläche der biologischen Topas Äpfel wurde verletzt und die Öffnungen mit zwei der wichtigsten Fäulniserreger infiziert;
- Die Äpfel wurden in ein Heißwasserbad mit einer Temperatur von 53 Grad Celsius getaucht;
- Die Äpfel wurden in eine Lösung mit dem Biokontrollmittel getaucht. Dieses enthielt die Bakterien, die das Potenzial haben, die Schaderreger abzutöten.
- Die Früchte wurden eingelagert;
Das Ergebnis
Im kombinierten Ansatz konnten bei rund 60 Prozent der so behandelten Äpfel
- die Nacherntepathogene gänzlich abgetötet oder
- der Infektionsdurchmesser maximal eingedämmt werden;
In der Kontrollgruppe wurden die Äpfel nur mit Heißwasser behandelt. Die Haltbarkeit der Früchte lag um 20 Prozent unter jener der kombinierten Methode.
Wirkung der Heißwasserbehandlung
Darüberhinaus untersuchten Berg und ihr Team wie sich die Heißwasserbehandlung auf das Mikrobiom des Apfels auswirkt. Die Studie wurde gemeinsam mit einem Industriepartner – einem lokalen Bioobstunternehmen – im industriellen Maßstab durchgeführt. Dabei zeigt sich, dass
- das natürliche Mikrobiom des Apfels bei der Heißwasserbehandlung unverändert bleibt;
- die Schadpilze nahezu gänzlich eingedämmt werden;
Für die Forscher ist dies der Beweis, dass der Hitzeschock zur Ausschüttung von bestimmten pflanzeneigenen Abwehr-Metaboliten führt. Diese töten Schaderreger ab. Das apfelassoziierte Mikrobiom bleibt dabei unbeschadet.
Kaum betriebliche Anpassungen notwendig
Das Verfahren hat den Vorteil, dass kaum betriebliche Anpassungen notwendig sind. Obstlagernde Firmen, welche die Heißwasserbehandlung schon anwenden, verfügen bereits über die Apparaturen. Lediglich ein zusätzliches Wasserbecken für die Anwendung des Biokontrollmittels ist notwendig, so Wassermann.
Pflanzenschutzmittel für Zuckerrüben
In Kooperation mit dem Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib), einem europäischen Zuckerproduzenten und dem Grazer Start-up Roombiotic entwickelten die Umweltbiotechnologen von der TU Graz ein umweltfreundliches Pflanzenschutzmittel für Zuckerrüben. Acib-Forscher Peter Kusstatscher designte dazu ein eigenes Biokontrollmittel und testete dieses unter industriellen Bedingungen. Die Behandlung der Rüben führt zu signifikant höheren Zuckerwerten nach der Lagerung.
Weiters wurde ein Verfahren entwickelt, das schon vor der Rübenernte zeigt, welche Rüben von welchen Feldern besonders anfällig für Lagerfäulnis sind und deshalb schneller verarbeitet werden müssen.
Das Konsortium
Das Team vom Institut für Umweltbiotechnologie an der TU Graz forschte in einem Konsortium mit dem Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib) und Industriepartnern. Die Ergebnisse der Studie wurden im Journal Frontiers in Microbiology veröffentlicht.
Der Apfel steht übrigens auch im Mittelpunkt der kommenden Projekte. In einem EU-geförderten Projekt werden die Umweltbiotechnologen von der TU Graz an ökologischen Alternativen zu Pestiziden auf Apfelplantagen forschen.
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