Eiwitrijke gewassen: het telen van sojabonen in vertical farms

Waarom zijn eiwitrijke gewassen interessant?

De ‘eiwittransitie’ is een geleidelijke overgang naar een duurzamer model voor de productie en consumptie van eiwitten. De milieutechnische en ethische gevolgen van dierlijke eiwitproductie worden steeds vaker aan de kaak gesteld. Er is een zoektocht naar alternatieve, duurzamere methodes om eiwitten te produceren en naar de bijpassende bedrijfsmodellen. De teelt van eiwitrijke gewassen staat op dit moment nog in de kinderschoenen en een breed toepasbaar bedrijfsmodel is nog niet gevonden. De BU Glastuinbouw startte daarom dit experiment als een eerste verkenning van deze nieuwe markt.

Hoe bepaal je welk gewas je het beste kan telen?

Eiwitrijke gewassen zullen over een hoge productiviteit en voedingswaarde moeten beschikken om rendabel geteeld te kunnen worden in meerdere markten en teeltsystemen. Gewassen werden daarom geselecteerd op basis van eiwitgehalte en -kwaliteit. De initiële gewassen bestonden onder andere uit diverse peulvruchten en andere nieuwe en ‘vergeten’ groenten. De selectiecriteria waren een hoge oogstindex en teeltopbrengst en een relatief korte gewashoogte en teeltcyclus. Daarnaast werd de Digestible Indispensable Amino-Acid Score (DIAAS) gebruikt voor het vergelijken van eiwitkwaliteit. Deze index geeft weer hoeveel aminozuren daadwerkelijk kunnen worden opgenomen en omgezet door het menselijk lichaam. Uit de initiële gewassen beschikte de sojaboon (Glycine max) over het hoogste eiwitgehalte en ‑kwaliteit, productmogelijkheden en referentiegegevens. 

Waarom is de gesloten teelt interessant voor sojabonen?

Gewoonlijk wordt de sojaboon in het veld geteeld en dan met name in Brazilië en de Verenigde Staten van Amerika. Een gesloten teelt kan echter bijdragen aan de productie van eiwitten en aminozuren. Kassen en vertical farms worden al gebruikt om voedzame gewassen met verhoogde voedingswaardes (bijvoorbeeld mineralen of vitamines) te telen. De gesloten teelt geeft de mogelijkheid om de productie te optimaliseren, de gewasbescherming te verbeteren, de productie te verhogen en mogelijk zelfs de gewasresponses te sturen, mits we de onderliggende fysiologische mechanismes in kaart hebben kunnen brengen.

Hoe kan je een eiwitrijk gewas sturen?

Er is nu nog weinig bekend over de effecten van het teeltklimaat op het eiwitgehalte en -kwaliteit van gewassen. De inhoudsstoffen van gewassen kunnen over het algemeen gestuurd worden met behulp van lichtintensiteit, lichtspectrum, daglengte, temperatuur en voeding. Om te achterhalen of het mogelijk is om het eiwitgehalte en -kwaliteit van sojaboon te sturen werd gestuurd op lichtspectrum (relatief lage Rood:Blauw verhouding) en temperatuur (relatief lage temperatuur) ten opzichte van de referentiebehandeling. De verschillende behandelingen werden uit de literatuur gehaald en toegepast voor twee cultivars (Viola en Obelix). Gedurende het experiment werd de teeltcyclus van de cultivars nauw gevolgd om het effect van de behandelingen te bepalen. Het eiwitgehalte werd op vier momenten gemeten om de eiwitvorming in verschillende stadia van het gewas en de bonen te bepalen. De samenstelling van animozuren werd ook gemeten in rijpe bonen om de eiwitkwaliteit te bepalen.

Hoe zouden we preciezer kunnen sturen?

De mate waarin de gewasfysiologie en eiwitgehaltes in vivo kunnen worden gemeten bepaalt in grote mate in hoeverre de voedingswaarde van het gewas kan worden gestuurd. De chemische analyse van eiwitgehaltes kost alleen veel plantmateriaal, tijd, geld en energie. In dit project hebben we een methode verder ontwikkeld om het eiwitgehalte van sojaboon te meten aan de hand van de spectrale kenmerken van de peul. De peul kan rechtstreeks gemeten worden, waardoor het oogsten van plant materiaal en langzame chemische analyses niet langer nodig zijn. Deze metingen kosten enkele (1-10) seconden, behoeven geen technische expertise en kunnen rechtstreeks in het teeltgebied uitgevoerd worden.

Resultaten

Temperatuur, licht en cultivarselectie hadden elk een significante invloed op de totale sojaboonproductie (g m^-2).

• Temperatuur: Hogere temperaturen resulteerden in een hogere productie voor beide cultivars. Dit is met name het gevolg van het aantal bonen dat werd geproduceerd, aangezien temperatuur vrijwel geen invloed had op het gemiddelde gewicht per boon. Het eiwitgehalte van de sojabonen was hoger bij lagere temperaturen, wat overeenkwam met de referentiedata.
• Licht: De lichtbehandeling had een duidelijk effect op plantstrekking en productie. De planten onder een lage Rood:Blauw verhouding waren gemiddeld 20% korter dan de planten onder het referentielichtspectrum. De productie was ook lager onder de deze lichtbehandeling. De lichtrecepten bieden mogelijk de uitkomst om de teelt van eiwitrijke gewassen te optimaliseren.
• Cultivar: De totale productie verschilde ook per cultivar. De productie van Viola lag gemiddeld 16% hoger dan die van Obelix. De productie van eiwitrijke gewassen in de gesloten teelt kan verbeterd worden door het selecteren van de ‘meest geschikte’ cultivar.

Voor de spectrale kenmerken van sojaboon werden de modellen getraind op random sets spectrale foto’s van monsters van beide cultivars. Twee extra modellen werden uitsluitend getraind met de spectrale foto’s van één cultivar en vervolgens gevalideerd met de spectrale foto’s van de andere cultivar.

• Effectiviteit: In de literatuur waren geen voorbeelden te vinden waar het eiwitgehalte van sojabonen kon worden gemeten aan de hand van de spectrale kenmerken van de peul. De modellen in de literatuur gebruiken gedroogde en vermalen bonen. Met het direct meten van de peul in vivo kan de sojaboonteelt beter gestuurd worden.
• Potentie: De resultaten laten duidelijk zien dat er potentie is om de spectrale meetmethode verder te ontwikkelen tot een protocol, waarin eiwitgehaltes binnen vertical farms (of andere gesloten teelt) vastgesteld kunnen worden zonder destructieve metingen.

Dit experiment was een eerste, maar belangrijke verkenning van een nieuwe markt binnen de gesloten teelt. We zouden in de toekomst methodes verder kunnen ontwikkelen om het eiwitgehalte en ‑kwaliteit direct te meten en te sturen in kassen en vertical farms.