Influenza dei diversi tipi di luce LED sulla crescita, sulla massa e sul contenuto di nutrienti dei microgreens

Grazie al lavoro di ricerca di Lucia Jasenovská abbiamo ottenuto preziose conoscenze sull’influenza dei diversi spettri di luce su alcune specie di microgreens. In questo articolo condivideremo le conclusioni più interessanti. Siamo grati a Lucia per aver utilizzato i nostri semi nell’esperimento e per il suo importante contributo allo sviluppo del settore dei microgreens e dell’orticoltura.

Grazie, Lucia!

 

In questo articolo tratteremo:

Come la luce influisce sulla coltivazione dei microgreens?

Perché utilizziamo lampade LED nella coltivazione dei microgreens?

1. Come è stato condotto l’esperimento?

2. Tabella con i risultati generali

3. Come la luce bianca, blu e rossa influisce sulla massa fresca dei microgreens

4. Come la luce bianca, blu e rossa influisce sul contenuto di flavonoidi e antociani nei microgreens

5. Come i colori delle lampade LED influenzano l’intensità del colore dei microgreens, il contenuto di clorofilla e carotenoidi

6. Conclusioni

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1. Come la luce influisce sulla coltivazione dei microgreens?

È ben noto che la luce svolge un ruolo importante nella crescita delle piante, compresi i microgreens. Diversi tipi di luce e la durata dell’illuminazione possono influenzare:

• La velocità di crescita: le piante possono crescere più velocemente o più lentamente a seconda del tipo di luce.
• Il contenuto di nutrienti: la luce può influenzare la quantità di vitamine e altri nutrienti nelle piante.
• Il metabolismo: i processi metabolici delle piante dipendono dalla luce.
• L’aspetto: la luce influisce sull’altezza, sulla massa e sul colore delle piante.

Questo è particolarmente importante oggi, quando molte persone coltivano piante in ambienti chiusi utilizzando lampade LED — sia a casa, nelle urban farm o nei sistemi idroponici. Comprendere come la luce influisce sui microgreens è fondamentale per i coltivatori di microgreens.

2. Perché utilizziamo lampade LED nella coltivazione dei microgreens?

I microgreen vengono generalmente coltivati in condizioni controllate, dove l’illuminazione artificiale svolge un ruolo chiave. I LED sono ampiamente utilizzati nelle coltivazioni indoor per diversi motivi:

• Disponibilità e costo: i LED sono facilmente disponibili e convenienti.
• Facilità d’uso e ottimizzazione: sono semplici da usare e possono essere adattati a diverse esigenze di coltivazione.
• Efficienza energetica: i LED sono altamente efficienti dal punto di vista energetico.
• Riduzione dei problemi legati al suolo e al clima: i LED aiutano a ridurre il problema della mancanza di suolo e gli effetti dei cambiamenti climatici, riducendo l’impronta di carbonio, garantendo disponibilità alimentare tutto l’anno e aumentando l’efficienza produttiva.
• Miglioramento della coltivazione e della qualità: i LED permettono di migliorare il processo di coltivazione e la qualità dei microgreens.

Foto dalla documentazione dell’esperimento ⬇️

 

3. Come è stato condotto l’esperimento?

I LED adeguatamente selezionati possono migliorare significativamente la qualità e la resa delle coltivazioni di microgreens.

Sebbene alcuni effetti dei diversi spettri luminosi siano già noti, si sa ancora poco su come le singole specie e varietà reagiscono ad essi.

L’obiettivo dello studio era verificare come la luce LED rossa, blu e bianca influenzi lo sviluppo dei microgreens e la loro composizione dei pigmenti, inclusi il contenuto di antociani e flavonoidi, valutato con metodi non invasivi.

Foto 1 della documentazione dell’esperimento ⬇️

 

3.1 Condizioni

Lo studio è stato condotto nel periodo da febbraio a giugno 2023
presso l’IPES SUA a Nitra (Slovacchia),
in condizioni controllate e monitorate:

• la temperatura era di 20°C durante la notte e 23°C durante il giorno,
• con un’umidità del 60–80%.

I semi della stessa varietà sono stati suddivisi in lotti e sottoposti a diversi tipi di luce.

Nell’esperimento sono stati utilizzati semi della ditta MP SEEDS.

Sono stati applicati tre tipi di illuminazione:

• LED policromatici a luce bianca calda
• LED rossi monocromatici (con picco a 660 nm)
• LED blu monocromatici (con picco a 470 nm)

L’intensità luminosa in tutte e tre le camere di illuminazione è stata impostata in modo da avere un valore energetico simile (~60 W/m²), corrispondente a:

• circa 160 μmol fotoni·m⁻² per la luce blu
• circa 175 μmol fotoni·m⁻² per la luce bianca
• fino a circa 200 μmol fotoni·m⁻² per la luce rossa

Programma di illuminazione: 14 ore di luce / 10 ore di buio (giorno/notte).

Foto 2 della documentazione dell’esperimento ⬇️

 

3.2 Quali varietà di microgreens sono state incluse nell’esperimento?

• Amaranto
• Cavolo
• Cavolo rapa
• Rucola
• Lattuga
• Crescione
• Ravanello Red Rambo
• Ravanello rosa
• Senape
• Spinacio
• Fieno greco
• Pak choi
• Mizuna
• Komatsuna
• Cavolo riccio
• Broccolo
• Barbabietola rossa
• Barbabietola gialla
• Basilico italiano
• Basilico rosso (Red Opal)
• Cipolla

3.3 Quali parametri dei microgreens sono stati analizzati durante l’esperimento?

Massa fresca e secca:

Alla fine di ogni ciclo di crescita venivano prelevati campioni di singole piante e misurata immediatamente la loro massa fresca.

Successivamente i campioni venivano posti in sacchetti di carta ed essiccati in forno a 75°C per 2 giorni, fino a quando la massa non smetteva di cambiare. Dopo questo periodo veniva misurata la massa secca.

Determinazione dei pigmenti:

Da ogni vaschetta di microgreens venivano prelevati campioni, che venivano poi pesati, confezionati in sacchetti, congelati e conservati a -81°C. Successivamente i campioni venivano sottoposti a estrazione e miscelati accuratamente.

La miscela ottenuta veniva diluita con acetone al 80%, trasferita in provette a fondo conico e centrifugata. Con uno spettrofotometro veniva determinato il contenuto di clorofilla e carotenoidi nelle piante.

Parametri misurati con fluorometro multispettrale:

Il fluorometro misura i picchi di fluorescenza della clorofilla, dei flavonoidi e degli antociani senza toccare le piante — dall’alto.

Sono stati calcolati tre indici di fluorescenza (FER), che mostrano come la pianta reagisce a diversi tipi di luce:

Spiegazione semplificata dei termini tecnici:

FERR/UV:
È il risultato della divisione della fluorescenza rossa (FR) per la fluorescenza UV (FUV). FR è l’intensità della fluorescenza dopo l’esposizione alla luce rossa, mentre FUV è l’intensità dopo l’esposizione alla luce ultravioletta. Questo rapporto permette di stimare il contenuto di flavonoidi.

FERR/G:
È il risultato della divisione della fluorescenza rossa (FR) per la fluorescenza UV (FG). FR è l’intensità della fluorescenza dopo l’esposizione alla luce rossa, mentre FG è l’intensità dopo l’esposizione alla luce verde. Questo rapporto permette di stimare il contenuto di antociani.

Rapporto di fluorescenza SFR:
Questo valore è calcolato come F735 diviso per F685. F735 è l’intensità della fluorescenza dopo l’esposizione alla luce blu nella gamma del rosso lontano, mentre F685 è l’intensità della fluorescenza dopo la luce blu nella gamma del rosso. Questo rapporto permette di stimare la concentrazione di clorofilla sulla superficie delle foglie.

4. Grafici con i risultati medi dell’esperimento

Nei grafici ogni punto (x) rappresenta il valore medio, la linea rappresenta la mediana e i bordi della scatola corrispondono ai quartili. I punti mostrano la distribuzione generale dei risultati ottenuti.

Nei prossimi capitoli passeremo a conclusioni più soggettive ed esempi che per noi — coltivatori di microgreens — sono particolarmente rilevanti e possono essere applicati nella pratica, ad esempio nelle farm di microgreens.

Come i colori delle lampade LED influenzano i microgreens – tabella dei risultati. Fonte: ricerca di Lucia Jasenovská. ⬇️

 

Influenza dei diversi spettri luminosi sui parametri selezionati in tutte le specie e genotipi analizzati:

(A) Massa fresca (FW) delle singole piante
(B) Contenuto totale di clorofilla nelle foglie
(C) Contenuto totale di carotenoidi nelle foglie
(D) Indice di fluorescenza R/UV (FERR/UV) legato al contenuto di flavonoidi
(E) Indice di fluorescenza R/G (FERR/G) legato al contenuto di antociani
(F) Rapporto di fluorescenza (SFR)

5. Come la luce bianca, blu e rossa influenzano la massa fresca dei microgreens?

 

L’indice di massa fresca è molto importante nella coltivazione dei microgreens, poiché influisce sulla dimensione del raccolto, sul prezzo e sulla vendita.
L’analisi

Dei grafici mostra che i microgreens coltivati sotto luce bianca raggiungono la massa maggiore, seguiti da quelli sotto luce rossa, mentre la massa minore si osserva sotto luce blu.

Esempi dettagliati dall’esperimento:

• I microgreens di amaranto coltivati sotto luce blu pesavano quasi 5 volte meno rispetto a quelli coltivati sotto luce bianca (luce blu: 0.510 g, luce rossa: 1.450 g, luce bianca: 2.440 g).
• I microgreens di ravanello Red Rambo coltivati sotto luce bianca pesano più del doppio rispetto a quelli coltivati sotto luce blu (luce bianca: 5.330 g, luce blu: 2.430 g).
• La crescione si sviluppa meglio sotto luce bianca e peggio sotto luce blu. Anche la luce rossa favorisce la crescita, ma gli effetti non sono così evidenti (luce bianca: 3.0 g, luce blu: 0.660 g, luce rossa: 1.830 g).
• I microgreens di Pak Choi coltivati sotto luce rossa e bianca LED hanno quasi lo stesso peso, mentre sotto luce blu crescono meno (luce bianca: 2.0 g, luce blu: 1.300 g, luce rossa: 1.990 g).

In sintesi:

• La luce LED bianca fa generalmente sì che i microgreens raggiungano la massa maggiore, rendendola la scelta migliore per massimizzare la resa e i profitti.
• La luce LED blu, invece, favorisce l’ottenimento di microgreens con una qualità nutrizionale più elevata, anche se allo stesso tempo rallenta la crescita.

Questi dati sono importanti per adattare le condizioni di coltivazione, al fine di ottenere una resa ottimale e un prezzo competitivo sul mercato.

Come le luci LED bianche, blu e rosse influenzano il contenuto di flavonoidi e antociani nei microgreens?

I flavonoidi e gli antociani sono composti naturali presenti nelle piante, inclusi i microgreens, che hanno effetti benefici sulla salute. La loro concentrazione può rappresentare un importante vantaggio competitivo oggi e ancora di più in futuro, soprattutto man mano che il mercato dei microgreens diventa sempre più saturo. Il loro contenuto può essere influenzato dal colore della luce LED sotto cui vengono coltivati i microgreens.

6.1 Cosa sono i flavonoidi e gli antociani e perché sono importanti per la salute umana e per i coltivatori di microgreens?

Flavonoidi:

• Sono un tipo di antiossidanti presenti soprattutto in frutta, verdura ed erbe.
• Aiutano a proteggere le piante dallo stress ambientale e sono benefici per la salute umana.
• I flavonoidi hanno proprietà antinfiammatorie e antiossidanti che possono contribuire a ridurre il rischio di malattie croniche, come malattie cardiache, tumori e disturbi neurodegenerativi.
• Possono inoltre supportare il sistema immunitario e migliorare lo stato di salute generale.

Antociani:

• Sono una sottoclasse dei flavonoidi responsabili della colorazione rossa, viola e blu di molti frutti e ortaggi.
• Svolgono un ruolo di potenti antiossidanti che proteggono le cellule dai danni causati dai radicali liberi.
• Gli antociani hanno effetti benefici sul sistema cardiovascolare, supportano le funzioni cognitive e hanno azione antinfiammatoria.
• Possono anche contribuire al miglioramento della salute degli occhi e aiutare nella regolazione del livello di zucchero nel sangue.

Nel caso dei microgreens, questi composti rappresentano forme concentrate di nutrienti grazie alla loro giovane e delicata struttura. Quando i microgreens vengono raccolti nelle prime fasi di crescita, hanno generalmente un contenuto più elevato di flavonoidi e antociani rispetto alle piante mature. Questo è ciò che li rende così salutari.

La concentrazione di queste sostanze è fondamentale per le coltivazioni urbane, soprattutto nella promozione di uno stile di vita sano e nella comunicazione con i clienti, che ne sono molto interessati.

6.2 Come i colori delle lampade LED influenzano il contenuto di flavonoidi nei microgreens? Esempi.

È stato dimostrato che il contenuto di antociani e flavonoidi nei microgreens dipende in modo significativo dal tipo e dal colore della luce. Studi precedenti hanno mostrato che l’illuminazione con luce LED blu aumenta la quantità di composti fenolici nel cavolo cinese e nei germogli di grano saraceno.

Il maggiore effetto positivo sul contenuto di flavonoidi è esercitato proprio dalla luce blu. E quali sono gli effetti degli altri colori di luce? Il più alto contenuto di flavonoidi si osserva nelle piante coltivate sotto luce blu, seguito dalla luce bianca, e il più basso sotto luce rossa.

Esempi dettagliati dall’esperimento:

• Mizuna: il più alto contenuto di flavonoidi sotto luce rossa (1,590 g) rispetto alla luce bianca (1,580 g) e alla luce blu (1,370 g).
• Cavolo riccio (jarmuż): contenuto di flavonoidi sotto luce bianca (1,090 g), luce rossa (1,070 g) e luce blu (0,990 g).
• Amaranto: contenuto di flavonoidi sotto luce rossa (1,080 g), luce bianca (1,020 g) e luce blu (0,960 g).
• Barbabietola rossa: contenuto di flavonoidi sotto luce rossa (1,240 g), luce bianca (1,220 g) e luce blu (1,060 g).
• I microgreens di cavolo rosso contengono la maggiore quantità di flavonoidi quando sono coltivati sotto luce bianca (luce blu: 1,370 g, luce rossa: 1,140 g, luce bianca: 1,230 g).

Differenze tra le specie osservate durante l’esperimento:

• Nella maggior parte dei microgreens si è osservato un livello più alto di flavonoidi con la coltivazione sotto luce blu rispetto alla luce rossa e bianca.
• In alcune specie, come lattuga, cavolo riccio e barbabietola, la luce bianca con una componente blu si è rivelata sufficiente per raggiungere livelli di flavonoidi comparabili a quelli ottenuti sotto luce blu. 

In conclusione, la luce blu stimola generalmente in modo più efficace la produzione di flavonoidi nei microgreens rispetto alla luce rossa o bianca, anche se la risposta può variare a seconda della specie.

Secondo noi, le differenze tra luce bianca e blu non sono così significative, quindi il miglior compromesso è l’utilizzo di lampade LED a luce bianca con una componente blu oppure lampade bianche standard, che inoltre favoriscono la crescita della massa delle piante.

 

6.3 Come i colori delle lampade LED influenzano la concentrazione di antociani nei microgreens? Esempi.

La qualità della luce influisce sul contenuto di antociani in modo simile ai flavonoidi, anche se si osservano alcune reazioni specifiche. La luce blu generalmente aumenta il livello di antociani nei microgreens a foglia verde (questo aumento è collegato alla presenza di recettori della luce blu nelle piante).

Al contrario, le specie a foglie rosse mostrano una risposta più variabile ai diversi spettri luminosi rispetto a quelle a foglia verde.

Esempi dettagliati dall’esperimento:

• Amaranto (a foglie rosse): la concentrazione di antociani nell’amaranto varia a seconda delle condizioni di luce – sotto luce rossa è 1,950 g, sotto luce blu 2,480 g e sotto luce bianca 1,240 g.
• Altre specie a foglie rosse: minimo effetto dello spettro luminoso sul contenuto di antociani.
• Specie a foglie verdi: in generale la luce blu aumenta il contenuto di antociani, ad eccezione di piante come la senape, dove non si osserva tale aumento.
• Ravanello, cipolla e broccoli: non mostrano cambiamenti significativi nel contenuto di antociani sotto diversi spettri di luce.
• Le specie a foglie rosse, come mizuna e basilico rosso, non hanno mostrato l’atteso aumento di antociani sotto luce blu, il che è un comportamento insolito e richiede ulteriori studi.

In sintesi, la luce blu generalmente aumenta il contenuto di antociani nei microgreens a foglia verde, tuttavia la risposta delle specie a foglia rossa è variabile e richiede ulteriori ricerche.

7. Come i colori delle lampade LED influenzano l’intensità del colore dei microgreens, il contenuto di clorofilla e di carotenoidi?

7.1 Contenuto di clorofilla nei microgreens dopo l’applicazione di diversi colori di luce LED

Il colore della luce LED influisce in modo significativo sulla concentrazione di clorofilla e carotenoidi nei microgreens. La luce blu e bianca generalmente aumenta il livello di clorofilla e carotenoidi rispetto alla luce rossa.

La luce blu è particolarmente efficace nello stimolare i geni responsabili della sintesi della clorofilla, mentre la luce rossa, se utilizzata ad alta intensità, può ridurre la concentrazione dei precursori della clorofilla. 

Esempi dettagliati dall’esperimento:

• I microgreens di mizuna hanno mostrato livelli simili di clorofilla sotto luce blu (0,800 g) e luce bianca (0,800 g), leggermente superiori rispetto alla luce rossa (0,780 g).
• Il cavolo riccio ha raggiunto la concentrazione più alta di clorofilla sotto luce rossa (0,590 g), mentre valori inferiori sono stati osservati sotto luce blu (0,430 g) e luce bianca (0,570 g).
• L’amaranto ha raggiunto la più alta concentrazione di clorofilla sotto luce bianca (1,810 g), con valori inferiori sotto luce blu (1,150 g) e luce rossa (1,340 g).
• I microgreens di barbabietola rossa hanno mostrato concentrazioni simili di clorofilla sotto tutti i tipi di luce, leggermente più elevate sotto luce bianca (0,138 g) rispetto alla luce blu (0,111 g) e alla luce rossa (0,134 g).
• I microgreens di cavolo rosso contengono circa la stessa quantità di clorofilla quando sono coltivati sotto luce blu e bianca. (luce blu: 0,800 g, luce rossa: 0,610 g, luce bianca: 0,850 g).

Foto comparativa della crescita delle stesse varietà sotto diverse condizioni di luce (cavolo rosso) ⬇️

 

7.2 Contenuto di carotenoidi nei microgreens dopo l’applicazione di diversi colori di luce LED

Il contenuto di carotenoidi mostra tendenze simili a quelle della clorofilla. La luce blu ha un effetto positivo sul livello di carotenoidi nei microgreens, come si può osservare ad esempio nella lattuga, nella quale si registra una maggiore accumulazione di questi composti sotto luce blu.

Tuttavia, questo effetto può variare a seconda della specie vegetale.
Ad esempio, gli spinaci non hanno mostrato lo stesso aumento del contenuto di carotenoidi sotto l’effetto della luce blu.

Inoltre, poiché le piante crescono più rapidamente sotto luce bianca e rossa rispetto alla luce blu, la quantità di biomassa può aumentare più velocemente rispetto alla produzione di pigmenti. Di conseguenza, la concentrazione di questi pigmenti per unità di massa può diminuire.

Per questo motivo, la scelta del colore della luce LED è fondamentale per il contenuto di clorofilla e carotenoidi nei microgreens, e la luce blu generalmente offre i risultati migliori.

Foto comparativa della crescita delle stesse varietà sotto diverse condizioni di luce (amaranto e senape rossa) ⬇️

 

8. Conclusioni in punti:

1. Le ricerche hanno dimostrato chiaramente che lo spettro della luce ha un’influenza significativa sulla crescita e sul contenuto di pigmenti nei microgreens.

2. Negli esperimenti condotti su 21 genotipi utilizzando luce LED rossa, blu e bianca, la luce bianca ha generalmente portato a una maggiore massa fresca rispetto alle luci monocromatiche, soprattutto rispetto alla luce blu.

3. In generale, i LED bianchi hanno supportato la crescita migliore e hanno avuto un effetto positivo sulla maggior parte dei parametri nelle diverse specie. Questi risultati evidenziano i vantaggi dell’utilizzo di luce bianca a spettro ampio rispetto alla luce monocromatica.

4. Tuttavia, alcune specie hanno mostrato una maggiore preferenza per la luce blu (ad es. genotipi di basilico, mizuna e cavolo riccio) oppure per la luce rossa (ad es. senape e pak choi).

5. Lo studio ha confermato che una corretta selezione dello spettro luminoso può aumentare sia la quantità sia la qualità dei microgreens, in particolare per quanto riguarda il contenuto di flavonoidi e antociani. Tuttavia, queste risposte sono specifiche per ciascun genotipo, il che significa che le condizioni ottimali di luce devono essere adattate alla singola specie.

6. La maggior parte delle specie ha beneficiato della luce blu e bianca per quanto riguarda la concentrazione di clorofilla e carotenoidi, rispetto alla luce rossa.

7. La luce blu è risultata particolarmente efficace nell’aumentare i livelli di flavonoidi e antociani, anche se a volte ha ridotto la crescita delle piante.

8. In conclusione, i LED bianchi a spettro completo hanno avuto un effetto positivo sulla maggior parte delle caratteristiche quantitative e qualitative dei microgreens, mentre la luce blu ha migliorato la qualità, anche se talvolta ha limitato il tasso di crescita.

9. Questi risultati mostrano quanto sia importante scegliere correttamente le condizioni di illuminazione per aumentare la resa e il valore nutrizionale dei microgreens.

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