Storability of broccoli - investigations of optical monitoring, chlorophyll degradation and predetermination in the field

Zusammenfassung Brokkoli (Brassica oleracea var. italica) besitzt nach der Ernte nur eine geringe Haltbarkeit. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine Vorhersage der Haltbarkeit von Brokkoli zum baldmoglichsten Zeitpunkt nach der Ernte zu erreichen. Hierfur wurde zum einen untersucht, inwiefern sich nicht-destruktive, optische Messungen fur eine Haltbarkeitsvorhersage eignen. Die optischen Messungen gehorten teilweise zu gangigen Methoden der Qualitatsbeurteilung in der wissenschaftlichen Analytik (Farbbestimmung, Chlorophyllfluoreszenzanalyse). Zusatzlich wurden auch Auswerteverfahren von Messungen diffuser Reflexion angewandt, die sowohl als punktuelle Messung als auch in Form von Hyperspektralbildern durchgefuhrt wurden. Als weitere mogliche Indikatoren fur die Haltbarkeitsvorhersage nach der Ernte wurde der generative Zustand von Brokkoli mittels Messungen von Knospendurchmessern in mikroskopischen Aufnahmen sowie von Durchmessern ganzer Kopfe bestimmt. Auserdem wurden die Konzentrationen von Chlorophyll a und b, von dessen grunen Abbauprodukten Chlorophyllid a (Chlide), Pheophytin a (Pheoin), Pheophorbid a (Pheoide) sowie von den Carotinoiden s-Carotin (s-Car), Lutein (Lut), Neoxanthin (Nx) und Violaxanthin (Vx) in den Blutenknospen bestimmt. Der Hintergrund hierfur war die Prufung einer Indikatorfunktion von Chlorophyllabbauprodukten fur die weitere Haltbarkeit von Brokkoli sowie die Untersuchung des qualitatsmindernden Farbwechsels. Des Weiteren wurde die Bedeutung von Einflussen wahrend des Anbaus auf die Haltbarkeit von Brokkoli untersucht. Hierfur wurden verschiedene Pflanzenabdeckungen eingesetzt, die die Quantitat und Qualitat der eingestrahlten Globalstrahlung veranderten. Zusatzlich wurden die Dungegaben in einem Anbausatz gezielt variiert. Basierend auf Abfragen in einer erstellten Klimadatenbank wurde der Einfluss klimatischer Ereignisse wahrend verschiedener Wachstumsphasen auf die Haltbarkeit eruiert. Sensibel gegenuber Veranderungen von Brokkoli wahrend der Lagerung zeigten sich die photosynthetische Leistungsfahigkeit der Brokkolikopfe (Fv/Fm, ΦPSII), der CIELAB-Skalenwert der blau-gelben Farbwahrnehmung (b*) sowie der Wendepunkt des Reflektionsspektrums im Ubergangsbereich von sichtbarer dunkelroter zu infraroter elektromagnetischer Strahlung (REIP). Allerdings war auf der Basis der Sensibilitat der Parameter keine Vorhersage des schlussendlichen Werteniveaus nach vier Tagen Lagerung bei 16 °C und hoher relativer Luftfeuchte (RH) (~ 95 %) moglich. Qualitatsindices, die sich ab dem gleichen Lagertag in verschiedenen Erntesatzen veranderten, zeigten nach vier Tagen wiederum eine unterschiedliche Hohe. Zudem spiegelte die Hohe der Werte der photosynthetischen Leistungsfahigkeit (Fv/Fm, ΦPSII) die Qualitat der verschiedenen Erntesatze im Vergleich nur unzureichend wider. Unterschiede innerhalb von Brokkolikopfen waren mithilfe von Euklidischen Distanzen in Hyperspektraldaten fruhzeitig detektierbar und konnten durch den Einsatz von drei Wellenlangen im sichtbaren Bereich als RGB-Bild dargestellt werden. Obwohl die Unterschiede in den Bilddaten erkennbar auf der konsekutiven Seneszenz der einzelnen Blutenknospen beruhten, stellten deren Durchmesser keine Indikatoren fur die weitere Haltbarkeit dar. Dagegen waren die Durchmesser ganzer Brokkolikopfe innerhalb einzelner Erntesatze fur die Haltbarkeit ausschlaggebend. Das Gelbwerden der Brokkoli beruhte auf dem Abbau von Chlorophyll, das die vorhandenen Carotinoide demaskierte. Es kam zu keiner Anreicherung von Chlorophyllabbauprodukten wahrend der Lagerung, allerdings war ein Erntesatz mit sehr guter Haltbarkeit durch einen starken und kontinuierlichen Anstieg des Chlorophyll a/b Verhaltnisses gekennzeichnet. Unterschiedliche N-Dungegaben korrespondierten sowohl mit dem Helligkeitswert L* des CIELAB Farbraums (R² = 0,70) als auch mit dem Vegetationsindex NDVI (R² = 0,73) von Brokkolikopfen nach der Ernte. Dies stand jedoch nicht im Zusammenhang mit der weiteren Haltbarkeit. Wahrend des Anbaus hatten sowohl eine temporare Einschrankung der Lichtqualitat durch Abdeckung mit lichtselektiven Folien (λ = 400 500 nm) als auch eine erhohte Anzahl von Stunden mit starker Sonneneinstrahlung (> 600 W m-2) negative Auswirkungen auf die Haltbarkeit (R² = 0,47). Teilweise korrespondierten hohe Einstrahlungswerte mit Temperaturen uber 25 °C (R² = 0,29). Masgebliche Auswirkungen auf die Haltbarkeit von Brokkoli zeigte die Wasserverfugbarkeit in den letzten zwei Wochen vor der Ernte (R² = 0,71). Die Vorhersage der Haltbarkeit von Brokkoli kann daher mit hoher Wahrscheinlichkeit auf der Basis von Einflussen aus dem Anbau durchgefuhrt werden. Zur schnellen nicht-destruktiven Beurteilung des aktuellen Qualitatszustandes eigneten sich insbesondere der Parameter b* sowie der spektrale Index REIP. Mithilfe geeigneter Monitoringsysteme wahrend des Anbaus (Datenbank aus Klima- und Kulturdaten) und wahrend der Lagerung (reflektionsbasierte Handgerate) ist daher mit einer besseren Bestimmung sowie Vorhersage der Haltbarkeit zu rechnen.