Seasonal differences in yield and quality of Lulo (Solanum quitoense LAM.) fruits in Central Europe under greenhouse-conditions

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1 Seasonal differences in yield and quality of Lulo (Solanum quitoense LAM.) fruits in Central Europe under greenhouse-conditions Master's thesis Submitted for the acquisition of the academic degree Master of Science (M.Sc.) Molecular Ecology University of Bayreuth Alexander Endreß Matriculation number Bayreuth,

2 Primary corrector: Dr. Marianne Lauerer (Ecological-Botanical Garden, University of Bayreuth) Secondary corrector: Prof. Dr. Stephan Schwarzinger (Research Center for Bio-Macromelecules, University of Bayreuth)

3 Abstract There is little experience on effects of seasonal changes in photoperiod on yield and fruit quality of Lulo plant (Solanum quitoense LAM.) under greenhouse conditions in Central Europe. The objective of this work was to test whether seasonality has an effect on quality and quantity of Lulo fruits and whether supplementary lighting during natural short-day photoperiod has a positive effect on following harvest. Therefore fruits harvested in January, May and August were analysed. In addition, fruits from plants grown with supplementary light during short-day period were harvested in May. The fruits were compared by different methods as physicochemical parameters (weight, colour, firmness, sugar-, water content, ph, acidity, NMR spectroscopic analysis) and sensory analyses to gain a deep insight into fruit quality. Yield per plant, number and weight of fruits did not differ between respective harvest months. For other quality parameters fruits harvested in January showed rather low quality while those harvested in May (without supplementary light) and August were of better quality. Sugar content was highest in May, peel colour intensity in May and August, firmness and ph in August and water content and acidity in January fruits. Fruits harvested in January showed lowest, those of May harvest highest sugar content. Supplemental light had no beneficial effect on quality of fruits harvested in May. NMR analyses revealed different compositions of sugars and amino acids in different samplings and sugar quantification matched analyses of soluble solids. Sensory profile tests showed perceptible quality deficits in many attributes for fruits harvested in January. Fruits of the other harvests in May and August were rated more high-grade and showed little to no differences in sensory attributes. Fruit characteristics like colour, peel and pulp odour, sourness and juiciness were more important for consumers while reflectivity, peel roughness and seed content were rather less important. The evaluation showed differences in preference of some characteristics among sexes and age groups. Results of this work provide evidence that quality of Lulo fruits varies throughout the year. Fruits harvested in January are of lower quality than fruits harvested in May and August, but their quality might be improved by supplemental light. Key Words: naranjilla, photoperiod, sensory analysis, NMR, supplementary lighting, sugar composition, fruit weight, colour, firmness, water, acidity, ph, amino acid composition

4 Zusammenfassung Die Lulo-Pflanze (Solanum quitoense LAM.) stammt ursprünglich aus einem Gebiet mit äquatorialem Tageszeitenklima und wird seit kurzem auch in Mitteleuropa in Gewächshäusern kultiviert. Das Ziel dieser Arbeit war es herauszufinden, ob die Tageslänge einen Einfluss auf den Ertrag und die Qualität der Früchte hat und ob eine zusätzliche Beleuchtung zur Tagverlängerung während der kurzen Tage im Winter einen positiven Effekt auf die folgende Ernte hat. Dafür wurden Lulo-Früchte im Januar, Mai und August geerntet und analysiert. Im Mai wurden zusätzlich Früchte von Pflanzen untersucht, die eine Zusatzbeleuchtung während der kurzen Tage erhielten. Die Qualität der Früchte wurde über physikalische Parameter (Gewicht, Farbe, Festigkeit, Zuckergehalt, NMR-Spektroskopie), chemische (Wasser- und Säuregehalt, ph) und sensorische (Verbraucherumfrage, Profilprüfung) Methoden der Qualitätsanalyse bestimmt. Ertrag und Fruchtzahl pro Pflanze sowie waren nicht von der Erntezeit abhängig. Die Früchte der Januar-Ernte waren qualitativ weniger gut als die im August und Mai ohne zusätzliche Beleuchtung geernteten Früchte. Der Zuckergehalt war im Mai am höchsten, die Farbintensität der Schale im Mai und August, Festigkeit und ph-wert im August und der Wasser- und Säuregehalt im Januar. Eine Zusatzbeleuchtung hatte keine positiven Effekte auf die Fruchtqualität. Die NMR Analyse ergab eine unterschiedliche Zucker- und Aminosäurenzusammensetzung von Früchten verschiedener Erntezeitpunkte und Behandlung. Bei den sensorischen Tests wurden die im Januar geernteten Früchte gegenüber denen im Mai (mit und ohne Zusatzbeleuchtung) und August als qualitativ schlechter eingestuft. Die Verbraucherumfrage offenbart, dass es für den Verbraucher wichtige (z.b. Farbe, Geruch, Säuregehalt) und weniger wichtige Qualitätsmerkmale (z.b. Glanz und Rauheit der Schale, Samengehalt) gab. Zusätzlich konnten geschlechts- und altersspezifische Unterschiede in der Vorliebe für verschiedene Fruchteigenschaften gezeigt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit bestätigen, dass die Lulo-Pflanze für den ganzjährigen Anbau im Gewächshaus geeignet ist und zu jeder Jahreszeit Früchte liefern kann, deren Qualität allerdings variiert.

5 Table of Content 1. Introduction Materials and Methods Plant material and growth conditions Physicochemical measurements Sample preparation Measurements Sensory evaluation Data analysis Results Yield Quality Physicochemical analysis Sensory evaluation Discussion Fruit quality varies throughout the year Day length during fruit set has no effect on fruit quality Humans taste the difference...16 References...18 Acknowledgements...23 Annex...24 Erklärung...40

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