Evaluierung der inhaltsstofflichen Zusammensetzung einheimischer Erbsen (Pisum sativum) und Ackerbohnen (Vicia faba) – Einfluss und Korrelation genetischer und ökophysiologischer Faktoren eines deutschen Probensets aus den Anbaujahren 2016, 2017 und 2018

Abstract

Erbsen (Pisum sativum) und Ackerbohnen (Vicia faba) zeichnen sich durch einen hohen Proteingehalt aus, was deren gute Eignung in der Tierernährung und im Lebensmittelbereich begründet. Allerdings beinhalten Erbsen und Ackerbohnen auch antinutritive Inhaltsstoffe wie beispielsweise Trypsininhibitoren und Tannine, deren negativer Einfluss auf die Verdauung und Resorption von Nahrungsproteinen und auf andere Nährstoffe bekannt ist. Trotz des jahrzehntelang stagnierenden Anbaus von Leguminosen in Gesamteuropa sowie enthaltener Antinutritiva stieg das Interesse und die Nachfrage nach einheimischen Erbsen und Bohnen in Anbau und Verarbeitung in der Human- und Tierernährung in den letzten zehn Jahren in Deutschland wieder stetig an. Aufgrund der gestiegenen Nachfrage wurden in der vorliegenden Arbeit ausgewählte Qualitätsparameter wie der Proteingehalt, die Trypsininhibitoraktivität und der Tanningehalt von Erbsen und Ackerbohnen quantitativ analysiert. Auf Basis der quantitativen Analyse der drei untersuchten Qualitätsparameter soll die vorliegende Arbeit einen Teil dazu beitragen, geeignete Empfehlungen und Spezifikationen für Landwirte und industrielle Abnehmer herauszuarbeiten. Schlussendlich sollen so der Anbau, die Verarbeitung und die industrielle Verwendung von einheimischen Erbsen und Ackerbohnen in der Tierernährung und im Lebensmittelbereich weiter gefördert werden. Aus diesem Grund wurde das Projekt Demonstrationsnetzwerk Erbse & Bohne (DemoNetErBo) im Jahr 2016 gegründet, dessen Fokus insbesondere auf der Entwicklung einer Wissenstransferplattform in Bezug auf Anbau und Förderung einheimischer Erbsen und Bohnen liegt. Um dieses Ziel zu erreichen stellte das Netzwerk ein umfangreiches Probenset an Erbsen und Bohnen aus fast Gesamtdeutschland für die dargestellten Untersuchungen bereit. Die Erbsen- und Bohnenproben stammen von mehreren im Projekt beteiligten konventionellen und ökologischen Landwirtschaftsbetrieben aus elf deutschen Bundesländern über drei aufeinanderfolgende Anbaujahre (2016, 2017 und 2018). Das Probenmaterial wurde hierbei unter realen Kultivierungsbedingungen ohne experimentelles Felddesign angebaut, um einerseits den Effekt intrinsischer und extrinsischer Faktoren auf die drei Qualitätsparameter zu untersuchen und andererseits den korrelativen Zusammenhang der einzelnen Parameter zueinander zu prüfen. Wie erwartet konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass genetische Merkmale wie Spezies und Sorte den Proteingehalt und die Trypsininhibitoraktivität von Erbsen und Ackerbohnen beeinflussen. Der Tanningehalt wurde vor allem mit der sortenabhängigen Blütenfarbe in Verbindungen gebracht. Es zeigte sich, dass buntblühende Erbsen und Ackerbohnen höhere Tanningehalte als weißblühende Erbsen und Bohnen aufweisen. Auch für den Anbauzeitraum konnten signifikante Unterschiede in Proteingehalt und Trypsininhibitoraktivität bei Erbsen beobachtet werden. Hierbei zeigten winterangebaute Erbsen signifikant höhere Proteingehalte als die sommerangebauten Varianten auf. Weiterhin konnten auch Einflüsse durch die in der Arbeit ausgewählten ökophysiologischen Faktoren beobachtet werden. Es konnte gezeigt werden, dass das niederschlagsärmere Anbaujahr 2018 mit höheren Proteingehalten und höherer Trypsininhibitoraktivität in Verbindung gebracht werden konnte, während der Tanningehalt hingegen bei niederschlagsreicheren Bedingungen höher war. Zudem konnte in der korrelativen Auswertung mit meteorologischen Daten gezeigt werden, dass der Proteingehalt teilweise negativ mit den Niederschlagsdaten korrelierte. Auch für die Trypsininhibitoraktivität konnten Einflüsse durch alternierende Niederschlagsdaten gezeigt werden, allerdings waren die Zusammenhänge nicht so einheitlich wie beim Proteingehalt. Es konnten ebenfalls Temperatureffekte für den Protein- und Trypsininhibitorgehalt von Erbsen und Bohnen beobachtet werden. Der Proteingehalt und die Trypsininhibitoraktivität nahmen bei höheren Temperaturen eher zu, wobei die beobachteten Zusammenhänge auch davon abhängig waren, ob Erbsen oder Ackerbohnen vorlagen. Ferner konnte beobachtet werden, dass der Proteingehalt, die Trypsininhibitoraktivität und der Tanningehalt in schluffhaltigen Böden zum Teil höher als in sandhaltigen Böden waren. Darüber hinaus zeichneten sich tonhaltige Böden punktuell durch höhere Tanningehalte aus. Zwischen konventionellen und ökologischen Anbaubedingungen konnten ebenfalls Trends beobachtet werden (gleiches gilt für den Fungizid- und Insektizideinsatz). Teilweise neigten ökologisch angebaute Bohnen und pestizidfreie Erbsen zu höheren Proteingehalten. Gleichzeitig wiesen ökologisch angebaute Erbsen eine niedrigere Trypsininhibitoraktivität als die konventionellen Varianten auf. Für den Tanningehalt konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen konventionellem und ökologischem Anbau festgestellt werden. Zudem zeigte die korrelative Auswertung, dass das Tausendkorngewicht genutzt werden kann, um die inhaltsstoffliche Zusammensetzung von Erbsen und Bohnen teilweise vorherzusagen. Es konnte ebenfalls gezeigt werden, dass Erbsen und Bohnen mit größerem Korngewicht eine tendenziell niedrigere Trypsininhibitoraktivität aufweisen. Auch wiesen buntblühende, aber großkörnige, Ackerbohnen niedrigere Tanningehalte auf. Weiterhin konnte innerhalb der korrelativen Auswertung zwischen den einzelnen Qualitätsparametern ein signifikant negativer Zusammenhang zwischen dem Protein- und Tanningehalt beobachtet werden. Es kann daher angenommen werden, dass sich proteinreiche Bohnen durch niedrigere Tanningehalte auszeichnen. Zwischen der TI-Aktivität und dem Proteingehalt, sowie zwischen der Trypsininhibitoraktivität und dem Tanningehalt, konnten hingegen nur inkonsistente Ergebnisse über die drei untersuchten Anbaujahre verzeichnet werden. Grundsätzlich können die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit als wertvolle Orientierungshilfe für Landwirte und industrielle Abnehmer genutzt werden, um die hier untersuchten Inhaltsstoffe quantitativ in real angebauten Erbsen und Bohnen einschätzen und bewerten zu können. Zur quantitativen Vorhersage der Inhaltsstoffe können insbesondere intrinsische Faktoren, aber auch extrinsische Faktoren herangezogen werden. Allerdings sind die theoretischen Denkansätze der drei verwendeten pflanzenphysiologischen/-biochemischen Hypothesen nur begrenzt auf real angebaute Erbsen und Bohnen übertragbar. Dennoch kann mit Hilfe intrinsischer und extrinsischer Faktoren die inhaltsstoffliche Zusammensetzung quantitativ eingeschätzt und gleichzeitig eine Qualitätsbewertung von Erbsen und Bohnen stattfinden, um darauf basierend die Verwendung dieser beiden Körnerleguminosen in der Tierfütterung und im Lebensmittebereich besser einordnen zu können. Dennoch muss bei der vorliegenden Arbeit berücksichtigt werden, dass die Ergebnisse in den einzelnen Jahresauswertungen zum Teil sehr inkonsistent waren und oft nur nicht-signifikante Trends abgebildet wurden. Auch zwischen der Erbsen- und Bohnenauswertung ergaben sich uneinheitliche Ergebnisse. Einflüsse durch genetische Faktoren, umgebende Umweltfaktoren und landwirtschaftliche Praxis können sich möglicherweise gegenseitig kumulieren, limitieren oder sogar aufheben. Daher ist es weiterhin schwierig, klare Praxisempfehlungen für den Anbau, die Verarbeitung und industrielle Verwendungsmöglichkeiten von Erbsen und Ackerbohnen zu formulieren und herauszugeben.