Ziel der Entwicklung

Durch biotische Faktoren gehen jährlich etwa 20–40 % der Nutzpflanzen weltweit verloren. Der Verlust kann dabei im Allgemeinen auf Unkraut, auf tierische Schädlinge, insbesondere Insekten, sowie auf Pathogene wie Pilze, Bakterien und Viren zurückgeführt werden. Der Einsatz konventioneller, chemisch-synthetischer Pflanzenschutzmittel steht zunehmend in der Kritik u. a. wegen ihres Beitrages zur Reduktion der biologischen Artenvielfalt, ihrer potenziellen Toxizität und eingeschränkten biologischen Abbaubarkeit. Dies hat in den letzten Jahrzehnten zu Bestrebungen geführt, Ersatz in ökologischen und biologisch abbaubaren Stoffen für den Pflanzenschutz zu suchen. Ferner steigt mit dem zunehmenden Anteil der ökologisch genutzten landwirtschaftlichen Flächen auch die Nachfrage nach Produkten für den Pflanzenschutz, welche für den Einsatz im Ökolandbau zugelassen sind.

Als aussichtsreiche Vertreter von aus Pflanzen extrahierbaren Wirkstoffen für den Pflanzenschutz werden Saponine betrachtet. Saponine sind sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe und werden dem natürlichen Abwehrsystem von Pflanzen zugerechnet. Neben insektiziden Eigenschaften wurden bereits auch bakterizide und fungizide Wirkungen der Saponine beschrieben.

Vorteile und Lösungen

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines neuartigen pflanzenbasierten Produktes für den Pflanzenschutz. Die Grundlage bildet die sekundäre pflanzliche Inhaltstoffgruppe der Saponine, die aus regionalen pflanzlichen (Rest)stoffen gewonnen werden und sich durch die pflanzenschützenden Eigenschaften der Saponine auszeichnen. Neben Optimierungen der Extraktion von Saponinfraktionen aus den Samen der Rosskastanie (A. hippocastanum) sollte der Herstellungsprozess von SapoFlor weiterentwickelt werden. Letzterer umfasste die Vorkonditionierung des Rohstoffes Kastanie und die Extraktion des Saponinwirkstoffes Aescin unter verschiedenen Bedingungen. Passende Produktformulierungen wurden entwickelt und untersucht, unter anderem auf die Wirkstoffstabilität während der Lagerung.

Rosskastaniensamen wurden gesammelt und direkt verarbeitet oder eingefroren. Anschließend wurden die Samen zerkleinert (z. B. Häckseln, Wolfen), um die Extraktion zu optimieren. Das Material wurde im geschälten und ungeschälten Zustand sowohl frisch als auch getrocknet zerkleinert. Eine Schälung führte hierbei zu einem deutlichen Wirkstoffverlust bezogen auf die ganzen Kastanien. Verschiedene Ethanol-Wassergemische wurden getestet, um die optimale Aescin-Ausbeute zu ermitteln. Es zeigte sich, dass 25 % Ethanol besonders effizient war. Alternativen wie Ultraschall- oder Mikrowellenextraktion wurden untersucht, jedoch aufgrund höherer Kosten begrenzt eingesetzt. Methoden wie Sprühtrocknung und Gefriertrocknung wurden genutzt, um ein haltbares und leicht zu handhabendes Pulver zu erzeugen. Eine Aufkonzentrierung der Extrakte im Rotationsverdampfer ermöglichte eine Reduzierung des Volumens bei gleichzeitiger Stabilität des Wirkstoffs. Die Wirkstoffanalytik umfasste optimierte chemische Analysen (z. B. HPLC, Photometrie), die eine präzise Bestimmung der Aescinkonzentration ermöglichten.

Lagerungsstudien zeigten, dass vor allem thermische Prozesse die Isomere des Aescins verändern, was die Wirksamkeit beeinflusst. Tests gegen Schadorganismen wie Trauermücken und Mehlkäferlarven zeigten eine hemmende Wirkung auf deren Entwicklung. Der Kastaniensamenextrakt reduzierte den Trauermückenschlupf signifikant bei Konzentrationen von ≥20 g/L Aescin. Die insektizide Wirkung wurde mit kommerziellen Produkten wie NeemAzal®-T/S verglichen und teilweise übertroffen. Keimtests mit Kresse und Verträglichkeitstests an Nutzpflanzen wie Tomaten ergaben, dass der Extrakt in praxisüblichen Konzentrationen keine negativen Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum hatte. Der Prozess wurde für eine größere Produktion skaliert. Der Fokus lag auf der Effizienz, Nachhaltigkeit und Minimierung von Lösungsmittelverlusten.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die primären Zielgruppen für das entwickelte Produkt SapoFlor sind der Zierpflanzenbau (insbesondere in Gewächshäusern) sowie private Gartenbesitzer. Zielmärkte umfassen Regionen mit intensiver Gartenbauproduktion und Bedarf an nachhaltigen Pflanzenschutzmitteln. Weitere potenzielle Einsatzbereiche liegen in der Bekämpfung von Vorratsschädlingen und der Nutzung als Pflanzenstärkungsmittel. Besonders hervorzuheben ist, dass auch der internationale Markt für Pflanzenschutzmittel zunehmend nach biobasierten Alternativen sucht. Dies eröffnet Chancen, SapoFlor als wettbewerbsfähiges, umweltfreundliches Produkt zu positionieren.

Anwender profitieren von einer umweltfreundlichen Alternative zu chemischen Pflanzenschutzmitteln, einem biologisch abbaubaren Wirkstoff, einer breiten Anwendbarkeit gegen Schädlinge wie Trauermücken und potenziell gegen andere Schadorganismen sowie der Möglichkeit, das Produkt als Fungizid und potenziell als Pflanzenstärkungsmittel einzusetzen.

Anwendungsbeispiele:
1. Trauermückenbekämpfung: Versuche mit Bradysia impatiens zeigten eine deutliche Reduktion der Schlupfzahlen bei Anwendung von Kastaniensamenextrakten.
2. Blattläuse: Erste Praxistests an Pak Choi bestätigten die gute Verträglichkeit des Produkts.

Die Realisierung der Forschungsergebnisse in Anwenderunternehmen soll durch einen gezielten Technologietransfer ermöglicht werden. Insbesondere kleine und mittlere Unternehmen (KMUs) mit passender technischer Ausstattung sollen in der Lage sein, das entwickelte Verfahren zügig zur Marktreife zu bringen. Darüber hinaus wird der Transfer durch wissenschaftliche Veröffentlichungen und Öffentlichkeitsarbeit gefördert, um eine zeitnahe Umsetzung sicherzustellen.
Für die eigene Einrichtung werden direkte Umsätze durch Beratungsleistungen beim Technologietransfer erwartet. Auch der Aufbau neuer Partnerschaften in der Agrarindustrie und Gartenbaubranche und eine Stärkung der Marktposition als Anbieter innovativer, biobasierter Lösungen führen zu ökonomischen Effekten. Zusätzlich wird durch FuE-Folgeprojekte und Forschungsaufträge eine weitere Umsatzsteigerung möglich.