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Doctoral Thesis
2022

Highlighting outstanding beetroot varieties for the food industry - Evaluation of agronomic and compositional attributes of organically grown beetroot (Beta vulgaris L. subsp. vulgaris) varieties

Yasaminshirazi, Khadijeh
  Dissertation_K.Yasaminshirazi.pdf  (9.34 MB)

Abstract (English)

The constant increase in awareness of the relationship between health and diet changed consumers’ perception of food and, accordingly, their food products’ choices. In this regard, the demand for foods, which promote mental and physical health and prevent specific diseases, has increased. Due to its high amount of bioactive compounds, which permits the reformulation of conventional products and transformation of them into functional foods, beetroot (Beta vulgaris L. subsp. vulgaris) was classified as a superfood. On account of the rising demand for organic food products, there is a necessity for varieties, which are adapted to the special requirements of organic farming. Alongside growing beetroot genotypes with desirable agronomic performances and promising contents of bioactive compounds, preserving the quality of harvested beetroots for an extended time can prolong the availability and use of this crop. Hence, affordable and easy-accessible possibilities for prolonging the shelf life of beetroot are required. This thesis aimed to disclose the genetic potential of a broad assortment of new and existing open-pollinated beetroot genotypes, which perform desirably in terms of agronomic and morphological traits (Publication I), compositional characteristics (Publication II), and quality stability (Publication III) under organic farming conditions. In this respect, in total, six genotype-screening field experiments were conducted in 2017 and 2018 at three different locations. Results of the first publication depicted a significant impact of genotype on the total and marketable yields, as well as most of the assessed morphological traits, including skin smoothness, corky surface, and beet shape uniformity. With the analysis of the contents of the total dry matter, total soluble sugar, nitrate, betalains, and total phenolic compounds in the second publication, significant differences were found between 15 studied beetroot genotypes. In addition, the outcome of the third publication demonstrated a significant effect of genotype on all measured compounds of 36 examined beetroot genotypes. Furthermore, the extent of change in the compositional quality during four months of cold storage was assessed for all studied genotypes. On account of the existing genetic variability in beetroot, it was concluded that the intended final utilization should be taken into account for the selection of suitable genotypes. In addition to the conducted assessments in Publication I – III, in the overall project framework from which this thesis was derived, the sensory characteristics of selected open-pollinated genotypes were compared with the commercially used varieties. Three sensory tests were carried out at the University of Hohenheim to determine consumers’ perception of the desired beetroot taste characteristics, including sweetness, aroma intensity, bitterness, earthy flavour, and the degree of acceptability. Generally seen, the studied open-pollinated genotypes indicated more sweetness and less bitterness compared to the F1 hybrid varieties. Furthermore, this thesis assessed the impact of nitrogen fertilisation level on selected compounds (nitrate and total soluble sugar contents) of specific genotypes (Borus, Ronjana, and Regulski Okragly) at the University of Hohenheim in 2018 and 2019. The outcomes indicated no significant influence of the N fertilisation rate on the total soluble sugar content. However, the impacts of fertilisation level and interactions between year and replication on the nitrate content were significant. Consequently, with adjusted N fertilisation, the amount of nitrate in beetroot can be directed in the desired direction based on the intended product (for example, sport drinks with high nitrate levels, and baby food with low nitrate levels). Nevertheless, in the pool of the investigated genotypes in Publication III, some genotypes possessed a comparable nitrate content with the highest values reached by using additional N-fertilisation in this experiment. To conclude, with the investigation of a broad assortment of beetroot genotypes, the findings of the present thesis revealed a high genetic variability regarding yield, morphological and compositional characteristics of beetroot, which provide new possibilities for farmers, the food industry, and consumers. To ensure the competency of the studied genotypes, further studies concerning the determination of other taste-relevant compounds like geosmin and disputable compounds such as oxalic acid are highly recommended. Moreover, to extend the use of the functional properties of fresh beetroot throughout the year, besides the selection of a suitable genotype, the external factors, such as storage conditions, should be optimized as well.

Abstract (German)

Das wachsende Bewusstsein für den Zusammenhang zwischen Gesundheit und Ernährung hat die Wahrnehmung der Verbraucher in Bezug auf Lebensmittel und dementsprechend auch ihre Wahl der Lebensmittelprodukte verändert. In diesem Zusammenhang ist die Nachfrage nach Lebensmitteln, welche die geistige und körperliche Gesundheit fördern und bestimmten Krankheiten vorbeugen, gestiegen. Kürzlich wurde die Rote Bete (Beta vulgaris L. subsp. vulgaris) aufgrund ihres hohen Gehalts an bioaktiven Inhaltsstoffen, die eine Neuformulierung herkömmlicher Produkte und deren Umwandlung in funktionelle Lebensmittel ermöglichen, als Superfood eingestuft. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach ökologischen Lebensmitteln besteht ein Bedarf an Sorten, die an die besonderen Anforderungen des ökologischen Landbaus angepasst sind. Neben der Züchtung von Rote-Bete-Genotypen mit wünschenswerten agronomischen Leistungen und vielversprechenden Gehalten an bioaktiven Inhaltsstoffen kann die Erhaltung der Qualität der geernteten Rüben durch entsprechende Lagerung über einen längeren Zeitraum die Verfügbarkeit und Verwendung verlängern. Ziel dieser Dissertation war, das genetische Potenzial eines breiten Sortiments neuer und bestehender samenfester Rote-Bete-Genotypen hinsichtlich ihrer agronomischen und morphologischen Eigenschaften (Publikation I), ihrer Inhaltsstoffe (Publikation II) und Qualitätsmerkmale sowie Lagerfähigkeit (Publikation III) unter den Bedingungen des ökologischen Landbaus zu evaluieren. In diesem Zusammenhang wurden 2017 und 2018 insgesamt sechs Feldversuche zum Genotyp-Screening an drei verschiedenen Standorten durchgeführt. Die Ergebnisse der ersten Publikation zeigten einen signifikanten Einfluss des Genotyps auf den Gesamt- und den marktfähigen Ertrag sowie auf die meisten der bewerteten morphologischen Merkmale, einschließlich der Glattheit der Schale, der korkigen Oberfläche und der Einheitlichkeit der Rübenform. Bei der Analyse der Gesamttrockenmasse, der Gehalte an löslichem Gesamtzucker, Nitrat, Betalain und Gesamtphenolen in der zweiten Publikation wurden signifikante Unterschiede zwischen 15 untersuchten Rote-Bete-Genotypen festgestellt. Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse der dritten Publikation einen signifikanten Einfluss des Genotyps auf alle gemessenen Inhaltsstoffe der 36 untersuchten Rote-Bete-Genotypen. Darüber hinaus wurde für alle untersuchten Genotypen das Ausmaß der Veränderung der Qualität der Inhaltsstoffe während einer viermonatigen Kühllagerung untersucht. Aufgrund der vorhandenen genetischen Variabilität bei Roter Bete wurde der Schluss gezogen, dass bei der Auswahl geeigneter Genotypen die beabsichtigte Endverwendung berücksichtigt werden sollte. Zusätzlich zu den in den Publikationen I - III durchgeführten Untersuchungen wurden im Rahmen des Gesamtprojektes, aus dem diese Dissertation hervorgegangen ist, die sensorischen Eigenschaften ausgewählter samenfester Genotypen mit den kommerziell genutzten Sorten verglichen. An der Universität Hohenheim wurden drei sensorische Tests durchgeführt, um die von den Verbrauchern wahrgenommenen, gewünschten Geschmackseigenschaften der Roten Bete zu ermitteln. Im Allgemeinen wiesen die untersuchten samenfesten Genotypen im Vergleich zu den F1-Hybridsorten mehr Süße und weniger Bitterkeit auf. Darüber hinaus wurde im Rahmen dieser Dissertation der Einfluss der Stickstoffdüngung auf ausgewählte Inhaltsstoffe (Nitrat- und Gesamtzuckergehalt) bestimmter Genotypen (Borus, Ronjana und Regulski Okragly) in den Jahren 2018 und 2019 an der Universität Hohenheim untersucht. Die Ergebnisse zeigten keinen signifikanten Einfluss der N-Düngermenge auf den Gehalt an löslichem Gesamtzucker. Allerdings waren die Auswirkungen der Düngemenge und der Interaktionen zwischen Jahr und Wiederholung auf den Nitratgehalt signifikant. Folglich kann mit einer angepassten N-Düngung die Nitratmenge in der Roten Bete je nach Produkt in die gewünschte Richtung gelenkt werden (z.B. Sportgetränk mit hohem Nitratgehalt, Babynahrung mit niedrigem Nitratgehalt). Dennoch wiesen im Pool der untersuchten Genotypen in Publikation III einige Genotypen einen vergleichbaren Nitratgehalt auf, wobei die höchsten Werte durch eine zusätzliche N-Düngung in diesem Versuch erreicht wurden. Zusammenfassend zeigte sich bei der Untersuchung eines breiten Sortiments von Rote-Bete-Genotypen eine hohe genetische Variabilität in Bezug auf Ertrag, morphologische Eigenschaften und Inhaltsstoffe der Roten Bete, die neue Möglichkeiten für Landwirte, Lebensmittelindustrie und Verbraucher bietet. Um die Kompetenz der untersuchten Genotypen zu sichern, sind weitere Untersuchungen zur Bestimmung anderer geschmacksrelevanter Inhaltsstoffe wie Geosmin und bedenklicher Inhaltsstoffe wie Oxalsäure dringend zu empfehlen. Um die funktionellen Eigenschaften frischer Roter Bete ganzjährig nutzen zu können, sollten neben der Auswahl des geeigneten Genotyps auch die Nachernteverfahren wie die Lagerbedingungen optimiert werden.

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Faculty of Agricultural Sciences
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Institute of Crop Science

Examination date

2022-10-13

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https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/6783

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English

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Classification (DDC)
630 Agriculture

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Institut für Kulturpflanzenwissenschaften

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Beetroot Open-pollinated Organic Beta vulgaris Bioactive compounds

Standardized keywords (GND)

Rote Rübe Biologischer Landbau Betalaine Pflanzeninhaltsstoff Phenole Nitrate

BibTeX

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