Institut für ökologische Chemie, Pflanzenanalytik und Vorratsschutz
Kartoffeln sind Grundnahrungsmittel und zudem wichtige Quellen für Industrierohstoffe wie Stärke. Je nach Verwertungsziel sind hohe Nährstoff- oder Stärkegehalte, Verarbeitungseignung, Speiseeignung und Erträge aber auch agronomische Merkmale die wichtigsten Eigenschaften der Kartoffel für Gesellschaft, Verbraucher, Industrie und Züchter.Im Jahr 2020 wurden weltweit 360 Milliarden Tonnen Kartoffeln produziert, Deutschland war EU-weit der zweitgrößte Kartoffelproduzent mit 11,7 Milliarden Tonnen (faostat.com). Neben dem Frischverzehr von Kartoffelknollen sind ihre verarbeiteten Produkte (Stärke, Chips, Pommes frites, Flocken, Granulat) eine wichtige Grundlage für die menschliche Ernährung und industrielle Anwendungen (Papier, Textilien, Bauzusatzstoffe, keramische Materialien, Biokunststoffe, Flockungshilfsmittel u.v.m.). Die hochwertige Proteinfraktion, die bei der industriellen Stärkeproduktion anfällt, ist bislang jedoch nicht effizient verwertbar, da gesundheitsschädliche Glykoalkaloide (GAs) in der Proteinfraktion angereichert werden. Das deutsche Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) hat in seiner Stellungnahme Nr. 010/2018 eine Aufnahme von täglich 0,5mg TGA/kg Körpergewicht sowie einen Gehalt von unter 100mg TGA/kg Kartoffel-Frischgewicht als unbedenklich eingestuft (NOAEL: NO observed adverse effect level). Das CONTAM-Panel in der EFSA-Studie setzt eine Grenze von 1mg TGA/kg Körpergewicht/Tag als LOAEL (LOWEST observed adverse effect level) an, eine unbedenkliche Aufnahme muss also unter diesem Wert liegen und damit im Bereich der Empfehlung des BfR. Daher ist bei einer Nutzbarmachung der Proteinfraktion aus Kartoffeln die angereichterte GA-Menge eine kritische Größe. Eine Entfernung der GAs aus der Proteinfraktion ist ein teurer und energieaufwändiger Prozess.Eine Reduktion der GAs in der Kartoffel würde die Nutzbarmachung der Proteinfraktion aus der Stärkeproduktion oder aus Kartoffelabfällen ermöglichen und damit die Wertschöpfungskette der verarbeitenden Industrie enorm erweitern. Für den Konsumenten würden Kartoffeln wie auch Kartoffelprodukte ernährungsphysiologisch hochwertiger und abfallfrei verwertbar, da GA-haltige Teile, insbesondere die Schalen, nun ebenfalls konsumiert werden könnten. Es wird davon ausgegangen, dass 90 % der Kartoffeln als geschälte Lebensmittel verzehrt werden (EFSA), wobei die Schalen potenziell gesundheitsfördernde Substanzen enthalten, die verloren gehen. Eine Verringerung der GAs könnte dazu führen, dass die Schalen mit ihren Ballaststoffen, Sekundärmetaboliten wie Polyaminen und Polymeren in vielen Kartoffelprodukten mit aufgenommen werden.Pflanzliche Sekundärmetabolite sind kleine Moleküle, die von der Pflanze entweder konstitutiv oder nach biotischen oder abiotischen Stressfaktoren synthetisiert werden. Sie spielen eine wichtige Rolle in der Anpassung an sich ändernde Umweltbedingungen (Temperatur, Dürre, Staunässe) und bei den Resistenz- und Abwehrmechanismen. So sind GAs wichtige Faktoren bei der Abwehr von Pflanzenschädlingen und Krankheitserregern. Eine Reduktion dieser Substanzen könnte eine gesteigerte Krankheits- und Schädlingsanfälligkeit der Kartoffel nach sich ziehen mit negativen Folgen für Erntequalität und Quantität, wenn nicht entsprechende Pflanzenschutzmaßnahmen getroffen werden. Im Sinne eines umweltfreundlichen und ressourcenschonenden bioökonomischen Ansatzes sollte dabei auf synthetische Pflanzenschutzmittel (PSM) verzichtet werden. Als ökonomisch wie auch ökologisch sinnvolle Alternative bietet sich eine züchterische Anreicherung anderer pflanzeneigener Abwehrstoffe zum Schutz der Pflanze und zur Ertrags- und Qualitätssicherung an.Kartoffelknollen aus dem aktuellen Marktsortiment enthalten Hunderte von Sekundärmetaboliten, wobei es große Unterschiede zwischen den Kartoffelsorten gibt. Nur wenige der Metaboliten wurden identifiziert und auf ihre biologische Funktionalität hin charakterisiert. 2022 konnten wir bei JKI-ÖPV neue Verbindungen in Kartoffelknollen identifizieren. Bioassays mit einer sehr häufigen Verbindung zeigten deutliche negative Effekte auf Schadinsekten, pathogene Pilze und Oomyceten (Gorzolka et al. In Vorbereitung). Die Substanzgehalte in den Knollenschalen variieren stark sortenabhängig und liegen bei 0 – 0.5 % des Trockengewichts. Somit liegen sie in erheblichen Mengen vor und könnten protektive Wirkungen haben. Diese und weitere Metaboliten in den Knollen(schalen) könnten die bei einer Reduktion der GAs befürchtete Reduktion der Resistenz und Resilienz der Kartoffel kompensieren und somit Ertrag und Qualität trotz niedriger GA-Gehalte sichern.Ziel des Projektes ist A) Verringerung des Alkaloidgehalts in Kartoffelknollen zur Erweiterung der Wertschöpfungskette B) Erhöhung der Resistenz der Kartoffelpflanzen durch Entdeckung neuer bioaktiver Inhaltsstoffe und züchterische Kombination verschiedener neuer und bekannter Resistenzmechanismen gegen diverse Schaderreger der Kartoffel
Bundesministerium für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat
