Integrated nutrient management for improving crop yields, soil properties, and reducing greenhouse gas emissions

Recently, most agrarian countries have witnessed either declining or stagnant crop yields. Inadequate soil organic matter (SOM) due to the poor physical, chemical, and biological properties of the soil leads to an overall decline in the productivity of farmlands. Therefore, the adoption of integrated nutrient management (INM) practices is vital to revive sustainable soil health without compromising yield potential. Integrated nutrient management is a modified nutrient management technique with multifarious benefits, wherein a combination of all possible sources of plant nutrients is used in a crop nutrition package. Several studies conducted in various parts of the world have demonstrated the benefits of INM in terms of steep gain in soil health and crop yields and at the same time, reducing greenhouse gas emissions and other related problems. The INM practice in the cropped fields showed a 1,355% reduction in methane over conventional nutrient management. The increase in crop yields due to the adoption of INM over conventional nutrient management was as high as 1.3% to 66.5% across the major cropping systems. Owing to the integration of organic manure and residue retention in INM, there is a possibility of significant improvement in soil aggregates and microbiota. Furthermore, most studies conducted to determine the impact of INM on soil health indicated a significant increase in overall soil health, with lower bulk density, higher porosity, and water-holding capacity. Overall, practicing INM would enhance soil health and crop productivity, in addition to decreasing environmental pollution, greenhouse gas emissions, and production costs

Winter turnip rape in mixed cropping : advantages and disadvantages

Winter turnip rape is a biennial crucifer oilseed. A problem associated with winter turnip rape is early sowing time in July, when farms are short of available land. The aim of this study was to determine if winter turnip rape can be established by undersowing with spring cereals without decreasing cereal and winter turnip rape yields. It was also studied, if cutting the vegetative leaves of winter turnip rape in autumn could be performed without affecting the yield and whether the composition of leaf material was nutritionally acceptable to be used as forage. The ability of winter turnip rape to act as a mineral nitrogen scavenging catch crop was studied as well. Field experiments were conducted at University of Helsinki experimental farm in Finland during 2009-2011. Winter turnip rape was either undersown with spring cereal or as pure stands. Cereals were six-row barley, two-row barley, oat and wheat. One third of the winter turnip rape plots were cut after cereal harvest to simulate forage harvest. Winter turnip rape yield and its quality was not compromised due to undersowing with a cereal, when the overwintering conditions following cereal harvest were favorable. Cutting the winter turnip rape stands in autumn decreased seed yield in the following year. Winter turnip rape leaf forage has very high crude protein content and low crude fibre content. The glucosinolate content of winter turnip rape leaf forage is comparable to other forage crucifers. Cereal yield was not decreased by the undersown winter turnip rape and quality of wheat was only slightly affected. Seed yield of six-row barley and oat was increased by the undersown winter turnip rape, indicating a facilitative interaction between the species. Undersown winter turnip rape decreased subsoil nitrate content effectively in late autumn under moist conditions that favored mineralization. Winter turnip rape can be established by undersowing to a cereal without decreasing the yields of both crops. Some cultivars of barley and oat may even benefit from the undersown winter turnip rape possibly due to root interactions. Even though winter turnip rape is nutritionally suitable as forage, autumn forage cuts should be avoided. Winter turnip rape seems to be an effective catch crop, which may decrease the leaching of soil nitrate.Syysrypsi on kaksivuotinen ristikukkaisöljykasvi. Eräs viljelyn ongelma on sen aikainen kylvöajankohta heinäkuussa, jolloin maatiloilla ei ole vapaata peltoa käytettävissä. Tässä tutkimuksessa selvitettiin syysrypsin perustamista suojaviljaan ja siihen liittyviä satovaihteluita. Lisäksi tutkittiin mahdollisuutta korjata kasvullisessa vaiheessa syksyllä lehdet rehuksi, korjuun vaikutus siemensatoon sekä lehtimassan rehulaatua. Myös syysrypsin soveltuvuutta maan mineraalitypen kerääjäkasviksi tutkittiin. Kenttäkokeet suoritettiin Helsingin yliopiston opetus- ja tutkimustilalla Viikissä vuosina 2009 2011. Syysrypsi kylvettiin joko suojaviljaan tai puhdaskasvustona. Käytetyt viljat olivat monitahoinen ohra, kaksitahoinen ohra, kaura ja vehnä. Kolmannes kustakin syysrypsin koeruudusta leikattiin syksyllä rehunkorjuun simuloimiseksi. Syysrypsin sato ja sen laatu eivät kärsineet suojaviljaan kylvöstä, jos viljan korjuuta seuranneet talvehtimisolot olivat suotuisat. Syysrypsin vegetatiivisen kasvuston korjuu syksyllä laski muodostuvaa siemensatoa. Syysrypsin lehtien raakaproteiinipitoisuus oli korkea ja raakakuitupitoisuus matala. Lehtien glukosinolaattipitoisuus oli verrattavissa muihin rehuksi käytettyihin ristikukkaiskasveihin. Aluskasviksi kylvetty syysrypsi ei laskenut viljasatoa. Vehnän laatu heikkeni vain hieman syysrypsin vaikutuksesta. Monitahoisen ohran ja kauran sato oli hieman runsaampi aluskasviksi kylvetyn syyrypsin kanssa, mikä osoittaa lajien välillä olevan fasilitatiivista vuorovaikutusta. Aluskasviksi kylvetty syysrypsi vähensi pohjamaan nitraattipitoisuutta myöhään syksyllä mineralisaatiota edistävissä kosteissa oloissa. Syysrypsi voidaan kylvää suojaviljaan heikentämättä viljan tai syyrypsin satoa. Osa ohra- ja kauralajikkeista saattaa hyötyä syyrypsistä mahdollisesti niiden juuristojen välisten vuorovaikutusten myötä. Vaikka syyrypsin lehdet soveltuvat rehuksi, syksyistä rehunkorjuuta tulee välttää. Syysrypsi osoittautui myös tehokkaaksi kerääjäkasviksi joka voi vähentää nitraatin huuhtoutumista

Fertigen einer Broschüre zum Anbau von Gemengen für die Praxis des Pflanzenbaus im ökologischen Landbau

Ziel dieses Projektes war die Fertigung einer Broschüre zum Anbau von Gemengen für die Praxis des ökologischen Landbaus auf Grundlage einer Literaturauswertung und der eigenen Forschungsergebnisse der Arbeitsgruppe am Instituts für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung. Darüber hinaus wurden 23 in der Beratung des ökologischen Landbaus tätigen Personen befragt, um das Wissen aus der Forschung zu ergänzen und eine praxisnahe Broschüre erstellen zu können. In der Broschüre werden ackerbaulich genutzte Gemenge angesprochen, wie z.B. Kleegrasgemenge oder Körnerfruchtgemenge aus Erbse, Hafer und / oder Sommergerste. In einem allgemeinen Teil werden die Vorteile und Beson-derheiten des Gemengeanbaus erläutert, wie z.B. die Erzielung eines Mehrertrag des Gemenges gegenüber den Reinsaaten oder die Abwehr von Krankheiten oder Schädlingen im Gemenge. Im speziellen Teil der Broschüre werden konkrete Anleitungen zum praktischen Anbau einzelner Gemengekombi-nationen gegeben. Hier sind z.B. Empfehlungen zur Aussaat, Bestandespflege und Ernte sowie einige Anbautelegramme zu finden. Unsicherheiten gibt es derzeit noch im Bereich der Aussaattechnik, wie zur Höhe der Aussaatstärke oder zur Kombinationseignung verschiedener Arten oder Sorten, insbesondere für die Bedingungen des ökologischen Landbaus und bei den Körnerfruchtgemengen. Weiterhin liegen Forschungsdefizite bei der Erntetechnik, der ökonomischen Bewertung der Gemenge sowie der Fruchtfolgewirkung bzgl. der Übertragung von Krankheiten und Schädlingen. Das Projekt konnte deutlich zeigen, dass gegenwärtig Forschungsergebnisse nur unzureichend Eingang in die Praxis finden. Die hohe Nachfrage zur Broschüre mit Beginn der Werbemaßnahmen lässt darauf schließen, dass die Broschüre hier einen Beitrag zur Kommunikation zwischen Forschung und Praxis leisten kann

Soil nutrient management practices towards climate-smart agriculture: mitigation, adaptation and sustainable yield intensification in a Nitisol in Southwestern Ethiopia

The current study aimed to analyze the effect of nutrient management on climate-smart agriculture (CSA) and to identify the appropriate ratio that meets the three pillars of CSA (mitigating greenhouse gas, sustainable yield intensification, and strengthening resilience). The study determined that a combined application of 30‒50 kg N ha‒1 mineral fertilizer with 50‒70% N from compost was an appropriate ratio for achieving the three pillars of CSA as well as other benefits to ensure sustainable maize production in Ethiopia and other Sub-Saharan Africa for similar soil types

Climate Neutral and Resilient Farming Systems

This book presents evidence-based research on climate-neutral and resilient farming systems and further to provide innovative and practical solutions for reducing greenhouse gas emissions and mitigating the impact of climate change. Intensive farming systems are a significant source of greenhouse gas emissions, thereby contributing to global warming and the acceleration of climate change. As paddy rice farming is one of the largest contributors, and most environmentally damaging farming systems, this will be a particular focus of the book. The mitigation of greenhouse gas emissions needs to be urgently addressed to achieve the 2 degrees Celsius target adopted by COP21 and the 2015 Paris Agreement, but this is not possible if local and national level innovations are not accompanied by international level cooperation, mutual learning and sharing of knowledge and technologies. This book, therefore, brings together international collaborative research on climate-neutral and resilient farming systems compiled by leading scientists and experts from Europe, Asia and Africa. The chapters present evidence-based research and innovative solutions that can be applied or upscaled in different farming systems and regions across the world. Chapters present models and technologies that can be used for practical implementation at the systemic level and advance state of the art knowledge on carbon neutral farming. Combining theory and practice, this interdisciplinary book provides guidance which can inform and increase cooperation between researchers from various countries on climate-neutral and resilient farming systems. Most importantly, the volume provides recommendations which can be put into practice by those working in the agricultural industry, especially in developing countries, where they are attempting to promote climate-neutral and resilient farming systems. The book will be of great interest to students and academics of sustainable agriculture, food security, climate mitigation and sustainable development, in addition to policymakers and practitioners working in these areas

Climate Neutral and Resilient Farming Systems

This book presents evidence-based research on climate-neutral and resilient farming systems and further to provide innovative and practical solutions for reducing greenhouse gas emissions and mitigating the impact of climate change. Intensive farming systems are a significant source of greenhouse gas emissions, thereby contributing to global warming and the acceleration of climate change. As paddy rice farming is one of the largest contributors, and most environmentally damaging farming systems, this will be a particular focus of the book. The mitigation of greenhouse gas emissions needs to be urgently addressed to achieve the 2 degrees Celsius target adopted by COP21 and the 2015 Paris Agreement, but this is not possible if local and national level innovations are not accompanied by international level cooperation, mutual learning and sharing of knowledge and technologies. This book, therefore, brings together international collaborative research on climate-neutral and resilient farming systems compiled by leading scientists and experts from Europe, Asia and Africa. The chapters present evidence-based research and innovative solutions that can be applied or upscaled in different farming systems and regions across the world. Chapters present models and technologies that can be used for practical implementation at the systemic level and advance state of the art knowledge on carbon neutral farming. Combining theory and practice, this interdisciplinary book provides guidance which can inform and increase cooperation between researchers from various countries on climate-neutral and resilient farming systems. Most importantly, the volume provides recommendations which can be put into practice by those working in the agricultural industry, especially in developing countries, where they are attempting to promote climate-neutral and resilient farming systems. The book will be of great interest to students and academics of sustainable agriculture, food security, climate mitigation and sustainable development, in addition to policymakers and practitioners working in these areas

Assessing the effect of crop intensification in improving aricultural productivity in smallholder farmers' fields : a case study of northern KwaZulu-Natal, South Africa.

Master of Science in Crop Science. University of KwaZulu-Natal, Pietermaritzburg, 2017.Crop intensification is adopted by different countries to address their challenges, which may include low standards of food and nutrition security, limited arable land and land degradation. To assess the effect of crop intensification in improving agricultural productivity in smallholder farmers in Northern KwaZulu-Natal, a qualitative study and in-field experiment were conducted. In a qualitative study the Participatory Rural Appraisal (PRA) tools namely, focus group discussions, transect walks and key informant interviews was used. A random purposive sample of 249 smallholder farmers from 5 local municipalities of uMkhanyakude district was undertaken. The following information was explored: different farming systems; landscape; availability of irrigation systems or water sources; classification of farming soil types; perception of soil fertility; planting and rainfall patterns. Smallholder farmers’ demographics, socio-economic status, typical farming systems, differences between backyard gardens and crop fields, water sources, knowledge and skills on farming systems and practices, understanding and benefits of mixed farming, crop mixing and intercropping, soil fertility and soil acidity management were also explored. The findings of the study revealed that the age of the smallholder farmers ranged between 40-65 years. About 90% of the smallholder farmers who participated in this study were females. 45% of smallholder farmers’ households are headed by females. A typical household of the smallholder farmers, is characterised by more than two dwelling places in one household compound with mixed farming. Water is a serious problem in uMkhanyakude district. 70% of the farmers primarily used indigenous knowledge and acquired their skills on farming systems and practises from generation to generation indigenous knowledge system. In-field experiment was conducted. It was laid out in a randomized complete block design (RCBD) with three replicates having a net plot size of 3.6m x 5m. The following treatments were evaluated: Maize intercropped with beans (T1), Maize intercropped with pumpkins (T2), Maize intercropped with beans and pumpkins (T3), Maize sole crop control (T4), Beans sole crop control (T5), Pumpkins sole crop control (T6) and Bean intercropped with pumpkins (T7). Productivity was measured using the following indices: Land Equivalent Ratio (LER), Area Time Equivalent Ratio (ATER), Competition Ratio (CR), Relative Crowding Coefficient (K) and Aggressivity (A), Actual Yield Lost (AYL), Intercropping Advantage (IA) and Monetary Advantage Index (MAI). The study revealed that the intercropping system with three crop species in all three location showed greater values of LER (1.8, 1.9, and 1.7) and ATER (1.8, 1.9, 1.7). The crowding coefficient (K) was the highest in Mtubatuba and Hluhluwe treatment 3 (maize/bean/pumpkin) (80.72 and 61.78) respectively. Intercrops showed positive Agressivity, and greater competition ratio and actual yield loss when compared with the main crops. Intercropping advantage (IA) and monetary advantage (MAI) in treatment 3 (maize/bean/pumpkin in all locations showed greater values (58327, 12850, 5532) and (54573, 59487, 19606) respectively. The productivity of the intercropping system where there are more than two crops is considered greater in terms of land equivalent ratio (LER), area time equivalent ratio, (ATER)

Agronomy 2019

ArtiklikogumikKogumik ilmub Taimekasvatuse teadmussiirde pikaajalise programmi raames teaduskonverentsiks Agronoomia 2019.The present book is published for the conference Agronomy 2019

Fabrication d'extraits bioactifs bénéfiques pour la santé et riches en glucoraphanine à partir de rejets industriels de Brassica oleracea (brocoli) en utilisant la technologie verte

Le brocoli est une excellente source de composés nutraceutiques ayant de nombreux effets sur la santé tels que les propriétés anticancéreuses, anti-diabétiques, antioxydantes et antimicrobiennes. Les glucosinolates, les polyphénols, les vitamines, les minéraux et les fibres alimentaires sont les principales molécules présentes dans le brocoli. La production annuelle mondiale de brocoli est de 21 millions de tonnes. On estime que 35 à 40% des cultures horticoles sont perdues en raison de pratiques agricoles inadéquates, générant d'énormes quantités de déchets agricoles. Ces cultures perdues pourraient être utilisées comme matières premières pour l'extraction et la purification d'ingrédients bioactifs destinés à l'industrie nutraceutique et alimentaire. L'objectif principal de ce projet était de développer une technique économique et respectueuse de l'environnement pour la fabrication d'un extrait riche en glucoraphanine à partir de rejets industriels de brocoli, en fournissant une voie alternative pour sa valorisation. Ce travail se concentre principalement sur l'identification, la caractérisation et la quantification des glucosinolates et des polyphénols présents dans 10 lots rejetés de graines de brocoli et de résidus industriels de brocoli tels que les fleurons, les tiges et le mélange de fleurons et de tiges. De plus, le procédé d'extraction de la glucoraphanine a été optimisé en utilisant des solvants verts tels que l'éthanol et l'eau. En outre, la glucoraphanine provenant d'extraits de brocoli bruts a été purifiée en utilisant des résines échangeuses d'ions par une Méthodologie de Surface de Réponse, basé sur le Box-Behnken Design (BBD) et l'Analyse des Composants Principaux. Enfin, des expériences pilotes ont été réalisées en utilisant les paramètres optimisés pour vérifier leur adéquation pour une application industrielle. La caractérisation et la quantification simultanées par UPLC MS/MS ont indiqué la présence de 12 glucosinolates (principalement de la glucoraphanine) et de 5 polyphénols dans les sous-produits du brocoli. La teneur en glucosinolates variait de 0,2 à 2% de matière sèche (MS), tandis que les polyphénols étaient inférieurs à 0,02% de MS. L'abondance relative de la glucoraphanine dans les sous-produits du brocoli a fait un matériau de départ prometteur pour la fabrication de compléments alimentaires fonctionnels. De plus, un procédé d'extraction de la glucoraphanine écologique et à base de solvant a été optimisé pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un extracteur à agitation magnétique unique a maximisé l'extractibilité de la glucoraphanine. Les paramètres d'extraction optimisés étaient de 50% et 70% d'éthanol aqueux extraits pendant 60 et 30 minutes à 60 et 23°C pour les sous-produits de graines et de fleurons, respectivement, en utilisant un rapport matière/solvant de 1:20. Le procédé vert optimisé a donné un rendement de glucoraphanine de 55,5 g/kg MS de graines et de 4,3 g/kg MS de fleurons. Le procédé vert développé dans cette étude a fourni 37 et 81 fois plus d'extractibilité de la glucoraphanine que la technique analytique standard basée sur le méthanol. Enfin, un procédé de purification de la glucoraphanine respectueux de l'environnement et industriellement réalisable a été développé en utilisant des résines échangeuses d'ions par approche de surface de réponse pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un ensemble de 27 essais, 3 niveaux dans le BBD ont été proposés pour les résines cationiques et anioniques en série, pour maximiser les réponses du processus. La purification de la glucoraphanine à partir de l'extrait de graines de brocoli en utilisant une résine cationique a permis une récupération maximale de 94% et une pureté de 14% en utilisant 1:5 du rapport matière/résine pendant 91 min à 80 rpm/min. Dans le cas de la résine anionique, les variables expérimentales de 1:5, 140 min, 160 rpm/min et 7% d'hydroxyde d'ammonium dans de l'éthanol à 70% ont donné un rendement de 72% et une pureté de 37%...Le brocoli est une excellente source de composés nutraceutiques ayant de nombreux effets sur la santé tels que les propriétés anticancéreuses, anti-diabétiques, antioxydantes et antimicrobiennes. Les glucosinolates, les polyphénols, les vitamines, les minéraux et les fibres alimentaires sont les principales molécules présentes dans le brocoli. La production annuelle mondiale de brocoli est de 21 millions de tonnes. On estime que 35 à 40% des cultures horticoles sont perdues en raison de pratiques agricoles inadéquates, générant d'énormes quantités de déchets agricoles. Ces cultures perdues pourraient être utilisées comme matières premières pour l'extraction et la purification d'ingrédients bioactifs destinés à l'industrie nutraceutique et alimentaire. L'objectif principal de ce projet était de développer une technique économique et respectueuse de l'environnement pour la fabrication d'un extrait riche en glucoraphanine à partir de rejets industriels de brocoli, en fournissant une voie alternative pour sa valorisation. Ce travail se concentre principalement sur l'identification, la caractérisation et la quantification des glucosinolates et des polyphénols présents dans 10 lots rejetés de graines de brocoli et de résidus industriels de brocoli tels que les fleurons, les tiges et le mélange de fleurons et de tiges. De plus, le procédé d'extraction de la glucoraphanine a été optimisé en utilisant des solvants verts tels que l'éthanol et l'eau. En outre, la glucoraphanine provenant d'extraits de brocoli bruts a été purifiée en utilisant des résines échangeuses d'ions par une Méthodologie de Surface de Réponse, basé sur le Box-Behnken Design (BBD) et l'Analyse des Composants Principaux. Enfin, des expériences pilotes ont été réalisées en utilisant les paramètres optimisés pour vérifier leur adéquation pour une application industrielle. La caractérisation et la quantification simultanées par UPLC MS/MS ont indiqué la présence de 12 glucosinolates (principalement de la glucoraphanine) et de 5 polyphénols dans les sous-produits du brocoli. La teneur en glucosinolates variait de 0,2 à 2% de matière sèche (MS), tandis que les polyphénols étaient inférieurs à 0,02% de MS. L'abondance relative de la glucoraphanine dans les sous-produits du brocoli a fait un matériau de départ prometteur pour la fabrication de compléments alimentaires fonctionnels. De plus, un procédé d'extraction de la glucoraphanine écologique et à base de solvant a été optimisé pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un extracteur à agitation magnétique unique a maximisé l'extractibilité de la glucoraphanine. Les paramètres d'extraction optimisés étaient de 50% et 70% d'éthanol aqueux extraits pendant 60 et 30 minutes à 60 et 23°C pour les sous-produits de graines et de fleurons, respectivement, en utilisant un rapport matière/solvant de 1:20. Le procédé vert optimisé a donné un rendement de glucoraphanine de 55,5 g/kg MS de graines et de 4,3 g/kg MS de fleurons. Le procédé vert développé dans cette étude a fourni 37 et 81 fois plus d'extractibilité de la glucoraphanine que la technique analytique standard basée sur le méthanol. Enfin, un procédé de purification de la glucoraphanine respectueux de l'environnement et industriellement réalisable a été développé en utilisant des résines échangeuses d'ions par approche de surface de réponse pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un ensemble de 27 essais, 3 niveaux dans le BBD ont été proposés pour les résines cationiques et anioniques en série, pour maximiser les réponses du processus. La purification de la glucoraphanine à partir de l'extrait de graines de brocoli en utilisant une résine cationique a permis une récupération maximale de 94% et une pureté de 14% en utilisant 1:5 du rapport matière/résine pendant 91 min à 80 rpm/min. Dans le cas de la résine anionique, les variables expérimentales de 1:5, 140 min, 160 rpm/min et 7% d'hydroxyde d'ammonium dans de l'éthanol à 70% ont donné un rendement de 72% et une pureté de 37%. Alors que pour les rejets industriels de fleurons de brocoli, les paramètres optimisés pour la purification de la glucoraphanine étaient un ratio matière/résine de 1:1.87, un temps de contact de 30 min, une vitesse d'agitation de 80 rpm/min et un solvant d'élution de 100% eau. La purification subséquente de l'extrait cationique en utilisant la résine anionique a été réalisée en utilisant les paramètres expérimentaux optimisés du rapport matière/résine de 1:1.3 pendant 170 min à 140 rpm/min et éluée en utilisant 7% d'hydroxyde d'ammonium dans 70% d'éthanol, fournissant une récupération de 78% et pureté de 5%. Enfin, les paramètres du processus d'extraction et de purification optimisés à l'échelle du laboratoire ont été extrapolés à l'échelle pilote pour la fabrication d'extraits en poudre, indiquant que le procédé optimisé était très efficace pour récupérer la glucoraphanine avec une grande pureté même à grande échelle. Par conséquent, la présente étude a mis au point un procédé écologique efficace et industriellement viable pour la fabrication d'extraits de rejets industriels de brocoli. Le processus optimisé a fourni une voie alternative économiquement viable pour la valorisation de la récolte perdue qui nous rapproche de la sécurité alimentaire et la durabilité environnementale.Le brocoli est une excellente source de composés nutraceutiques ayant de nombreux effets sur la santé tels que les propriétés anticancéreuses, anti-diabétiques, antioxydantes et antimicrobiennes. Les glucosinolates, les polyphénols, les vitamines, les minéraux et les fibres alimentaires sont les principales molécules présentes dans le brocoli. La production annuelle mondiale de brocoli est de 21 millions de tonnes. On estime que 35 à 40% des cultures horticoles sont perdues en raison de pratiques agricoles inadéquates, générant d'énormes quantités de déchets agricoles. Ces cultures perdues pourraient être utilisées comme matières premières pour l'extraction et la purification d'ingrédients bioactifs destinés à l'industrie nutraceutique et alimentaire. L'objectif principal de ce projet était de développer une technique économique et respectueuse de l'environnement pour la fabrication d'un extrait riche en glucoraphanine à partir de rejets industriels de brocoli, en fournissant une voie alternative pour sa valorisation. Ce travail se concentre principalement sur l'identification, la caractérisation et la quantification des glucosinolates et des polyphénols présents dans 10 lots rejetés de graines de brocoli et de résidus industriels de brocoli tels que les fleurons, les tiges et le mélange de fleurons et de tiges. De plus, le procédé d'extraction de la glucoraphanine a été optimisé en utilisant des solvants verts tels que l'éthanol et l'eau. En outre, la glucoraphanine provenant d'extraits de brocoli bruts a été purifiée en utilisant des résines échangeuses d'ions par une Méthodologie de Surface de Réponse, basé sur le Box-Behnken Design (BBD) et l'Analyse des Composants Principaux. Enfin, des expériences pilotes ont été réalisées en utilisant les paramètres optimisés pour vérifier leur adéquation pour une application industrielle. La caractérisation et la quantification simultanées par UPLC MS/MS ont indiqué la présence de 12 glucosinolates (principalement de la glucoraphanine) et de 5 polyphénols dans les sous-produits du brocoli. La teneur en glucosinolates variait de 0,2 à 2% de matière sèche (MS), tandis que les polyphénols étaient inférieurs à 0,02% de MS. L'abondance relative de la glucoraphanine dans les sous-produits du brocoli a fait un matériau de départ prometteur pour la fabrication de compléments alimentaires fonctionnels. De plus, un procédé d'extraction de la glucoraphanine écologique et à base de solvant a été optimisé pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un extracteur à agitation magnétique unique a maximisé l'extractibilité de la glucoraphanine. Les paramètres d'extraction optimisés étaient de 50% et 70% d'éthanol aqueux extraits pendant 60 et 30 minutes à 60 et 23°C pour les sous-produits de graines et de fleurons, respectivement, en utilisant un rapport matière/solvant de 1:20. Le procédé vert optimisé a donné un rendement de glucoraphanine de 55,5 g/kg MS de graines et de 4,3 g/kg MS de fleurons. Le procédé vert développé dans cette étude a fourni 37 et 81 fois plus d'extractibilité de la glucoraphanine que la technique analytique standard basée sur le méthanol. Enfin, un procédé de purification de la glucoraphanine respectueux de l'environnement et industriellement réalisable a été développé en utilisant des résines échangeuses d'ions par approche de surface de réponse pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un ensemble de 27 essais, 3 niveaux dans le BBD ont été proposés pour les résines cationiques et anioniques en série, pour maximiser les réponses du processus. La purification de la glucoraphanine à partir de l'extrait de graines de brocoli en utilisant une résine cationique a permis une récupération maximale de 94% et une pureté de 14% en utilisant 1:5 du rapport matière/résine pendant 91 min à 80 rpm/min. Dans le cas de la résine anionique, les variables expérimentales de 1:5, 140 min, 160 rpm/min et 7% d'hydroxyde d'ammonium dans de l'éthanol à 70% ont donné un rendement de 72% et une pureté de 37%. Alors que pour les rejets industriels de fleurons de brocoli, les paramètres optimisés pour la purification de la glucoraphanine étaient un ratio matière/résine de 1:1.87, un temps de contact de 30 min, une vitesse d'agitation de 80 rpm/min et un solvant d'élution de 100% eau. La purification subséquente de l'extrait cationique en utilisant la résine anionique a été réalisée en utilisant les paramètres expérimentaux optimisés du rapport matière/résine de 1:1.3 pendant 170 min à 140 rpm/min et éluée en utilisant 7% d'hydroxyde d'ammonium dans 70% d'éthanol, fournissant une récupération de 78% et pureté de 5%. Enfin, les paramètres du processus d'extraction et de purification optimisés à l'échelle du laboratoire ont été extrapolés à l'échelle pilote pour la fabrication d'extraits en poudre, indiquant que le procédé optimisé était très efficace pour récupérer la glucoraphanine avec une grande pureté même à grande échelle. Par conséquent, la présente étude a mis au point un procédé écologique efficace et industriellement viable pour la fabrication d'extraits de rejets industriels de brocoli. Le processus optimisé a fourni une voie alternative économiquement viable pour la valorisation de la récolte perdue qui nous rapproche de la sécurité alimentaire et la durabilité environnementale.Le brocoli est une excellente source de composés nutraceutiques ayant de nombreux effets sur la santé tels que les propriétés anticancéreuses, anti-diabétiques, antioxydantes et antimicrobiennes. Les glucosinolates, les polyphénols, les vitamines, les minéraux et les fibres alimentaires sont les principales molécules présentes dans le brocoli. La production annuelle mondiale de brocoli est de 21 millions de tonnes. On estime que 35 à 40% des cultures horticoles sont perdues en raison de pratiques agricoles inadéquates, générant d'énormes quantités de déchets agricoles. Ces cultures perdues pourraient être utilisées comme matières premières pour l'extraction et la purification d'ingrédients bioactifs destinés à l'industrie nutraceutique et alimentaire. L'objectif principal de ce projet était de développer une technique économique et respectueuse de l'environnement pour la fabrication d'un extrait riche en glucoraphanine à partir de rejets industriels de brocoli, en fournissant une voie alternative pour sa valorisation. Ce travail se concentre principalement sur l'identification, la caractérisation et la quantification des glucosinolates et des polyphénols présents dans 10 lots rejetés de graines de brocoli et de résidus industriels de brocoli tels que les fleurons, les tiges et le mélange de fleurons et de tiges. De plus, le procédé d'extraction de la glucoraphanine a été optimisé en utilisant des solvants verts tels que l'éthanol et l'eau. En outre, la glucoraphanine provenant d'extraits de brocoli bruts a été purifiée en utilisant des résines échangeuses d'ions par une Méthodologie de Surface de Réponse, basé sur le Box-Behnken Design (BBD) et l'Analyse des Composants Principaux. Enfin, des expériences pilotes ont été réalisées en utilisant les paramètres optimisés pour vérifier leur adéquation pour une application industrielle. La caractérisation et la quantification simultanées par UPLC MS/MS ont indiqué la présence de 12 glucosinolates (principalement de la glucoraphanine) et de 5 polyphénols dans les sous-produits du brocoli. La teneur en glucosinolates variait de 0,2 à 2% de matière sèche (MS), tandis que les polyphénols étaient inférieurs à 0,02% de MS. L'abondance relative de la glucoraphanine dans les sous-produits du brocoli a fait un IV matériau de départ prometteur pour la fabrication de compléments alimentaires fonctionnels. De plus, un procédé d'extraction de la glucoraphanine écologique et à base de solvant a été optimisé pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un extracteur à agitation magnétique unique a maximisé l'extractibilité de la glucoraphanine. Les paramètres d'extraction optimisés étaient de 50% et 70% d'éthanol aqueux extraits pendant 60 et 30 minutes à 60 et 23°C pour les sous-produits de graines et de fleurons, respectivement, en utilisant un rapport matière/solvant de 1:20. Le procédé vert optimisé a donné un rendement de glucoraphanine de 55,5 g/kg MS de graines et de 4,3 g/kg MS de fleurons. Le procédé vert développé dans cette étude a fourni 37 et 81 fois plus d'extractibilité de la glucoraphanine que la technique analytique standard basée sur le méthanol. Enfin, un procédé de purification de la glucoraphanine respectueux de l'environnement et industriellement réalisable a été développé en utilisant des résines échangeuses d'ions par approche de surface de réponse pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un ensemble de 27 essais, 3 niveaux dans le BBD ont été proposés pour les résines cationiques et anioniques en série, pour maximiser les réponses du processus. La purification de la glucoraphanine à partir de l'extrait de graines de brocoli en utilisant une résine cationique a permis une récupération maximale de 94% et une pureté de 14% en utilisant 1:5 du rapport matière/résine pendant 91 min à 80 rpm/min. Dans le cas de la résine anionique, les variables expérimentales de 1:5, 140 min, 160 rpm/min et 7% d'hydroxyde d'ammonium dans de l'éthanol à 70% ont donné un rendement de 72% et une pureté de 37%. Alors que pour les rejets industriels de fleurons de brocoli, les paramètres optimisés pour la purification de la glucoraphanine étaient un ratio matière/résine de 1:1.87, un temps de contact de 30 min, une vitesse d'agitation de 80 rpm/min et un solvant d'élution de 100% eau. La purification subséquente de l'extrait cationique en utilisant la résine anionique a été réalisée en utilisant les paramètres expérimentaux optimisés du rapport matière/résine de 1:1.3 pendant 170 min à 140 rpm/min et éluée en utilisant 7% d'hydroxyde d'ammonium dans 70% d'éthanol, fournissant une récupération de 78% et pureté de 5%. Enfin, les paramètres du processus d'extraction et de purification optimisés à V l'échelle du laboratoire ont été extrapolés à l'échelle pilote pour la fabrication d'extraits en poudre, indiquant que le procédé optimisé était très efficace pour récupérer la glucoraphanine avec une grande pureté même à grande échelle. Par conséquent, la présente étude a mis au point un procédé écologique efficace et industriellement viable pour la fabrication d'extraits de rejets industriels de brocoli. Le processus optimisé a fourni une voie alternative économiquement viable pour la valorisation de la récolte perdue qui nous rapproche de la sécurité alimentaire et la durabilité environnementale.Le brocoli est une excellente source de composés nutraceutiques ayant de nombreux effets sur la santé tels que les propriétés anticancéreuses, anti-diabétiques, antioxydantes et antimicrobiennes. Les glucosinolates, les polyphénols, les vitamines, les minéraux et les fibres alimentaires sont les principales molécules présentes dans le brocoli. La production annuelle mondiale de brocoli est de 21 millions de tonnes. On estime que 35 à 40% des cultures horticoles sont perdues en raison de pratiques agricoles inadéquates, générant d'énormes quantités de déchets agricoles. Ces cultures perdues pourraient être utilisées comme matières premières pour l'extraction et la purification d'ingrédients bioactifs destinés à l'industrie nutraceutique et alimentaire. L'objectif principal de ce projet était de développer une technique économique et respectueuse de l'environnement pour la fabrication d'un extrait riche en glucoraphanine à partir de rejets industriels de brocoli, en fournissant une voie alternative pour sa valorisation. Ce travail se concentre principalement sur l'identification, la caractérisation et la quantification des glucosinolates et des polyphénols présents dans 10 lots rejetés de graines de brocoli et de résidus industriels de brocoli tels que les fleurons, les tiges et le mélange de fleurons et de tiges. De plus, le procédé d'extraction de la glucoraphanine a été optimisé en utilisant des solvants verts tels que l'éthanol et l'eau. En outre, la glucoraphanine provenant d'extraits de brocoli bruts a été purifiée en utilisant des résines échangeuses d'ions par une Méthodologie de Surface de Réponse, basé sur le Box-Behnken Design (BBD) et l'Analyse des Composants Principaux. Enfin, des expériences pilotes