Mikroalgen offenbaren ihr Potenzial schon im Vorfeld „Ernährung und Gesundheit“, auch dank ihrer Fähigkeit, bioaktive Substanzen wie Astaxanthin zu produzieren, ein Carotinoid mit außergewöhnlicher antioxidativer Wirkung. Die Verwendungszwecke sind vielfältig, sagen Sie mir funktionelle Lebensmittel und Nahrungsergänzungsmittel über Kosmetika und Medikamente bis hin zu Aquakultur und Tierhaltung.
Die Mikroalgen Hämatococcus pluvialis Es ist die Spezies mit dem größten wirtschaftlichen Interesse für die Produktion von natürlichem Astaxanthin, auch wenn andere Arten von Mikroalgen (zusammen mit Hefen und Bakterien) auch für die Gewinnung dieses wertvollen Inhaltsstoffs (oder Zusatzstoffs, je nach Verwendungszweck) verwendet werden können. (1) Eine Vertiefung.
1) Natürliches und synthetisches Astaxanthin
Astaxanthin Es ist ein Carotinoid, das für seine rötliche Farbe und seine außergewöhnlichen antioxidativen Eigenschaften bekannt ist und denen anderer Moleküle wie Vitamin C und E, Lutein und β-Carotin weit überlegen ist. Die Mikroalgen Hämatococcus pluvialis (o H. lacustris) ist die erste natürliche Astaxanthinquelle, deren Produktionskosten nicht mit denen der chemischen Synthese desselben Moleküls konkurrieren können. Synthetisches Astaxanthin erfreut sich daher im Futtermittelbereich (außerhalb der Bio-Lieferketten) großer Beliebtheit, seine Verwendung in Lebensmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln ist in der EU jedoch nicht zugelassen.
Die wesentlichen Unterschiede (Vor- und Nachteile) zwischen natürlichem und synthetischem Astaxanthin werden wie folgt identifiziert:
- Natürliches Astaxanthin hat eine deutlich überlegene Bioaktivität und antioxidative Kraft, eine größere Sicherheit beim Verzehr und eine geringere Umweltbelastung. Mit den Nachteilen höherer Produktionskosten, geringerer Erträge und kürzerer Haltbarkeit,
- seine Synthesereplik weist antithetische Eigenschaften auf. Und damit niedrige Produktionskosten, hohe Verfügbarkeit, höhere Stabilität, aber auch gravierende Auswirkungen auf die Umwelt durch den Einsatz petrochemischer Reagenzien und komplexer, nicht erneuerbarer Biosynthesewege.
2) Astaxanthin aus Mikroalgen, den Protagonisten
Das kostbare Carotinoid kann aus einigen Fischarten (z. B. Krillöl, Exoskelette von Krustentieren) oder in den Versionen gewonnen werden vegan, durch einige Mikroalgen und Mikroorganismen. EFSA, in Anerkennung von a Hämatococcus pluvialis lo Status di QPS (Qualifizierte Vermutung der Sicherheit), weist darauf hin, dass es sich um die erste Astaxanthinquelle handelt. Im Vergleich zu anderen Mikroalgen – wie Chromochloris zofingiensis e Chlorococcus spp., Botryococcus braunii – sondern auch im Hinblick auf die Mikroorganismen, aus denen es gewonnen werden kann (siehe Abs. 4).
3) Chromochloris zofingiensis, eine revolutionäre Mikroalge
Chromochloris zofingiensis (bereits bekannt als Chlorella zofingiensis) ist ein grüner Mikroalge-Kandidat, der ersetzt werden kann Hämatococcus pluvialis (lacustris), nur um Astaxanthin zu extrahieren. Tatsächlich verfügt es über eine schnellere Biomassevermehrung und Produktionskapazität, insbesondere unter Bedingungen mit besonderem Umweltstress.
Die Extraktion und Carotinoid-Rückgewinnung (d. h Weiterverarbeitung) sind wiederum einfacher, da die Zellwandzerstörung und die Metabolitenabtrennung effizienter sind. Die einzige Grenze besteht in einer geringeren Produktionsausbeute an Astaxanthin pro Zellvolumen und Gesamtbiomasse.
Durch hohe Belastungen hervorgerufene Stresszustände Lichteinstrahlungen, stimuliert durch blaue LEDs (nicht im Übermaß verabreichen, um Stoffwechselblockaden zu vermeiden) und weiße Leuchtstofflampen haben sich als optimal zur Stimulierung der Bioakkumulation von Astaxanthin erwiesen C. zofingiensis (maximal 39.8 mg/l). Um die Produktivität weiter zu steigern, müssen künftig auch die Zelldichte, die Stickstoffkonzentration sowie die Art und Intensität der Lichtstrahlung berücksichtigt werden. (2)
4) Alternativen zu Mikroalgen
Mikroorganismen Auch Hefen und Bakterien können zur Herstellung von natürlichem Astaxanthin genutzt werden. Zwischen diesen:
- Phaffia rhodozyma/Xanthophyllomyces dendrorhous. Die asexuelle und sexuelle Form derselben Hefe war vor dem Aufkommen der Mikroalgen die am häufigsten verwendete Astaxanthinquelle H. pluvialis. Die Produktivität ist geringer, es laufen jedoch mehrere Versuche Upcycling Biomasse durch den Einsatz kostengünstiger Nährstoffe wie Lebensmittelabfälle zu erzeugen (3)
- Paracoccus carotinifaciens. Dieses Bakterium produziert kein reines Astaxanthin, sondern a mischen der Carotinoide, deren Hauptbestandteil es darstellt. Durch klassische mutagene Selektionstechniken (z. B. UV, chemische Behandlung) wurden produktivere Stämme zusammen mit geeigneteren Kultivierungsparametern ausgewählt.
4) Neuartige Lebensmittel basierend auf Astaxanthin
Die Verwendung von Astaxanthin In Lebensmitteln ist es in der EU derzeit nur in Nahrungsergänzungsmitteln zugelassen, mit dem Hinweis, dass es für den Verzehr für Kinder und Jugendliche unter 14 Jahren nicht geeignet ist (siehe Abschnitt 6). Die erste Autorisierung a Neuartiges Essen betrifft das astaxanthinreiche Oleoresin aus H. pluvialis', und ein Vorschlag zur Änderung der Nutzungsbedingungen wird derzeit geprüft. Ein zusätzlicher NF-Antrag wurde auch für Oleoresin und Algenmehl eingereicht H. pluvialis. Ein anderer neuartiges Essen mit (Estern von) Astaxanthin, bereits zugelassen, ist das Öl von Calanus finmarchicus (kleiner Ruderfußkrebs).
5) Antioxidative Wirkung und andere gesundheitliche Vorteile
Die Vorteile von Astaxanthin sind vielfältig, dank der im Vergleich zu anderen Molekülen exponentiell überlegenen antioxidativen Bioaktivität (Mularczyk et al., 2020). (4) Da es sich um eine fettlösliche Verbindung handelt, erhöht sich seine Bioverfügbarkeit, wenn es zusammen mit Ölen oder Fetten eingenommen wird. Mehrere klinische Studien haben gezeigt, dass Astaxanthin neben antimikrobiellen und antiviralen Aktivitäten auch Entzündungen reduzieren und das Immunsystem stärken kann. Weitere Vorteile, über die in der Literatur berichtet wird (Abati et al., 2014) mit unterschiedlichem Grad an wissenschaftlicher Evidenz, befassen sich mit:
- Senkung von Cholesterin und Triglyceriden im Blut,
- Vorbeugung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen,
- Reduzierung von DNA-Schäden und geringere Tumorinzidenz,
- Erholung von geistiger Erschöpfung,
- Hautschutz vor UV-Strahlen,
- Aufrechterhaltung der antioxidativen Funktion nach oxidativem Stress durch körperliche Aktivität. (5)
Andere klinische Studien (Hayashi et al., 2021) haben die Fähigkeit von Astaxanthin gezeigt, Angstzuständen, Magengeschwüren und Netzhautschäden vorzubeugen und die kognitive Funktion zu verbessern. Unter der Annahme, dass diese Effekte nicht nur von Astaxanthin, sondern auch von anderen AERs herrühren (Astaxanthin-reiche Carotinoide) wie Adonirubin und Adonixanthin. (6)
6) Expositionsniveaus, ADI
EFSA (2020) bewerteten die Sicherheit von Astaxanthin beim Menschen neu, basierend auf der Exposition gegenüber neuartiges Essen zulässig (maximal 8 mg/Tag Astaxanthin) und aus dem Verzehr von Fischen und Krebstieren, die Astaxanthin aufgrund seiner Verwendung als Futtermittelzusatz enthalten. Die Ergebnisse für die Zielpopulationen waren wie folgt:
- Erwachsene (70 kg Körpergewicht): Die Exposition bei 0,174 mg/Tag pro kg Körpergewicht ist sicher und liegt 13 % unter dem ADI-Wert (Akzeptable Tagesdosis) in den Stellungnahmen zu Futtermittelzusatzstoffen auf 0,2 mg Astaxanthin pro kg Körpergewicht festgelegt,
- Jugendliche zwischen 14 und 17 Jahren (Körpergewicht 61,3 kg). Die Exposition beträgt 0,2 mg/Tag pro kg Körpergewicht, entsprechend dem ADI,
- Jugendliche zwischen 10 und 13 Jahren (Körpergewicht 43,3 kg). Der ADI wird um 0,056 mg/Tag pro kg Körpergewicht (28 % des gesamten ADI) überschritten.
- Kinder unter 10 Jahren. Die Exposition schwankt zwischen 0,25 und 1 mg/Tag pro kg Körpergewicht (ADI um 123–524 % überschritten).
6) Astaxanthin in der Aquakultur
Aquakultur Es ist ein Sektor, in dem Astaxanthin aufgrund seiner Fähigkeit, Zuchtfischarten wie Lachsforellen und Lachsen selbst, Krebstieren und Zierfischen die typische „Lachs“-Farbe zu verleihen, weit verbreitet ist. Die Nahrungsergänzung mit Astaxanthin hat weitere gesundheitliche Vorteile ergeben Leistung Produktion von Aquakulturtieren. Es ist tatsächlich in der Lage, Wachstum und Gewichtszunahme zu fördern.
Die Verwaltung von Astaxanthin zusammen mit der Algenbiomasse ermöglicht außerdem:
- liefern essentielle Aminosäuren, einfach und mehrfach ungesättigte Fettsäuren, Polysaccharide und Vitamine, die die Wirkung von Carotinoid verstärken,
- fördern dank der antioxidativen Wirkung die Funktionalität des Immunsystems und reduzieren so den Bedarf an Antibiotika in der Aquakultur,
- reduzieren die Lipidperoxidation und erhöhen so die Stabilität des Lebensmittels und seine ernährungsphysiologischen Eigenschaften (Lu et al., 2021. Siehe Anmerkungen 8,9).
7) Astaxanthin in der Geflügelhaltung
Die Vogelzucht Es ist ein weiterer Bereich der Tierhaltung, in dem Astaxanthin großes Potenzial sowohl für seine antioxidative Wirkung als auch für die positiven Auswirkungen auf das Immunsystem und die Tiergesundheit erkennt. Mit dem Ziel, den Einsatz von Antibiotika und anderen Tierarzneimitteln zu reduzieren und vielleicht sogar ganz zu eliminieren, wie in Italien bereits mit Algatan getestet. (10)
Aktuelle Studien Experimente zum Einsatz von Astaxanthin in der Geflügelhaltung (Zhu et al., 2021; Pertiwi et al., 2022) haben tatsächlich die Nützlichkeit ihres Beitrags zur Förderung des Wachstums von Fleischgeflügel (Broiler) und für die Gesundheit und das Wohlbefinden von Legehennen, mit positiven Auswirkungen auch auf die Eierqualität (11,12).
8) Verwendung in der Schweinehaltung
Antioxidantien Sie beeinträchtigen nicht nur die Gesundheit und den Zustand der Schweine, sondern auch die Qualität des Fleisches. Yang et al. (2006) zeigten nach 14-tägiger Einnahme von 3 mg/kg Astaxanthin eine zehnfache Reduzierung des Rückenfettanteils und eine Zunahme der Muskelmasse. (13)
Die Akkumulation natürliches Astaxanthin im Muskelgewebe von Schweinen hat nach seiner Aufnahme in die Futterration eine antioxidative Wirkung, die schätzungsweise viermal höher ist als die von Vitamin E. Mit Wirkungen, die der Wirkung des gleichen Moleküls, das Fleisch zugesetzt wird, überlegen sind, um es aufrechtzuerhalten seine Qualität und Erhaltung.
8) Vorläufige Schlussfolgerungen
Die Domain von Mikroalgen drückt weiterhin Potenziale aus, die noch nicht zum Ausdruck gebracht oder auf jeden Fall unterschätzt werden. Im Hinblick auf die Herstellung von nutrazeutischen Inhaltsstoffen, Arzneimitteln und Naturkosmetik, auch durch Upcycling von CO2 und Abfällen aus anderen Lieferketten, wie wir gesehen haben (14,15).
Globale Produktion von Algen und Mikroalgen – wie es im Bericht des Europäischen Parlaments (2023) heißt, der dem folgt „EU-Algeninitiative“ (2022) – zwischen 0,56 und 35,82 von 1950 auf 2019 Millionen Tonnen gestiegen (16,17,18). Und Asien ist mit 97 % der absolute Protagonist.
Forschung und Innovation sind unerlässlich, um wirksame Prozesse und innovative Produkte zu entwickeln und zu validieren, um die Geburt des zu fördern blaue Bioökonomie. Wie zum Beispiel das Forschungsprojekt zeigt ProZukunft, im Programm Horizonin Horizon4Proteine (19).
Dario Dongo und Andrea Adelmo Della Penna
Hinweis
(1) Villaro et al. (2021). Aus Mikroalgen gewonnenes Astaxanthin: Forschung und Verbrauchertrends sowie industrielle Verwendung als Lebensmittel. Lebensmittel 10: 2303, https://doi.org/10.3390/foods10102303
(2) Chen et al. (2017). Erhöhte Produktion von Astaxanthin durch Chromochloris zofingiensis in einem Mikrotiterplatten-basierten Kultursystem unter starker Lichtbestrahlung. Bioressourcentechnologie 245: 518-529, https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.08.102
(3) Gervasi et al. (2019). Astaxanthin-Produktion durch Xanthophyllomyces dendrorhous, der auf einem kostengünstigen Substrat wächst. Agrofor. Syst. 94:1229–1234, https://doi.org/10.1007/s10457-018-00344-6
(4) Mularczyk M, Michalak I, Marycz K. (2020). Astaxanthin und andere Nährstoffe aus Haematococcus pluvialis – Multifunktionale Anwendungen. Mar-Drogen. 2020 September 7;18(9):459. doi: 10.3390/md18090459
(5) RR Ambati et al. (2014). Astaxanthin: Quellen, Extraktion, Stabilität, biologische Aktivitäten und seine kommerziellen Anwendungen – Ein Rückblick. Mar. Drogen 12: 128-152, https://doi.org/10.3390/md12010128
(6) Hayashi et al. (2021). Kommerzielle Produktion von Astaxanthin mit Paracoccus carotinifaciens. In: Carotinoide: Biosynthetische und biofunktionale Ansätze. Fortschritte in der experimentellen Medizin und Biologie 1261:11–20, https://doi.org/10.1007/978-981-15-7360-6_2
(7) EFSA (European Food Safety Authority) NDA Tafel (2020). Sicherheit von Astaxanthin für seine Verwendung als neuartiges Lebensmittel in Nahrungsergänzungsmitteln. EFSA-Journal 18 (2): 5993, https://doi.org/10.2903/j.efsa.2020.5993
(8) Mo et al. (2021). Astaxanthin als Mikroalgenmetabolit für die Aquakultur: Ein Überblick über die Synthesemechanismen, Produktionstechniken und die praktische Anwendung. Algenforschung 54: 102178. https://doi.org/10.1016/j.algal.2020.102178
(9) Für die Verwendung in der Aquakultur sollte Astaxanthin als Futtermittelzusatzstoff zugelassen werden (Kategorie „sensorische Zusatzstoffe“, Gruppe „Farbstoffe“). Derzeit gibt es drei zugelassene Zusatzstoffe im EU-Register (Astaxanthin, Astaxanthin-Dimethylsuccinat, Biomasse von Phaffia rhodozyma reich an Astaxanthin), mit den entsprechenden zugelassenen Arten. Und eine Sicherheitsbewertung ist im Gange Paracoccus carotinifaciens, auch zur Verwendung als Futtermittelzusatz
(10) Dario Dongo, Andrea Adelmo Della Penna. Antibiotikafreie Geflügelhaltung auf italienische Art. GESCHENK (Großer italienischer Lebensmittelhandel). 14.12.20
(11) Yuanzhao Zhu et al. (2021). Eine Astaxanthin-Ergänzung verbessert die produktive Leistung sowie die physiologischen und immunologischen Reaktionen bei Legehennen. Tierbiowissenschaften. 2021 März; 34(3): 443–448. doi: 10.5713/ab.20.0550
(12) Herinda Pertiwi et al. (2022). Astaxanthin als potenzielles Antioxidans zur Verbesserung der Gesundheit und Produktionsleistung von Broilerhühnern. Med. Int. 2022; 2022: 4919442. doi: 10.1155/2022/4919442
(13) Yang, YX; Kim, YJ; Jin, Z.; Lohakare, JD; Kim, CH; Ohh, SH; Lee, SH; Choi, JY; Chae, BJ (2006). Auswirkungen der Nahrungsergänzung mit Astaxanthin auf die Produktionsleistung, die Eiqualität bei Legehennen und die Fleischqualität bei Mastschweinen. AJAS 2006, 19, 1019–1025. doi: 10.5713/ajas.2006.1019
(14) Dario Dongo, Andrea Adelmo Della Penna. Algen und Mikroalgen für Lebensmittel in Europa, das ABC. GESCHENK (Großer italienischer Lebensmittelhandel). 14.11.22
(15) Dario Dongo, Giulia Pietrollini. Algen und Mikroalgen. Kohlenstoff-Landwirtschaft e Upcycling von CO2. GESCHENK (Großer italienischer Lebensmittelhandel). 18.1.23
(16) Europäisches Parlament (2023). Die Zukunft des EU-Algensektors. https://bit.ly/733-114 Recherche für das PECH-Komitee doi: 10.2861 / 922543
(17) Martha Strinati. Die Europäische Kommission schlägt 23 Maßnahmen für die Algenindustrie vor. GESCHENK (Großer italienischer Lebensmittelhandel). 23.11.22
(18) Mitteilung der Europäischen Kommission „Auf dem Weg zu einem starken und nachhaltigen Algensektor in der EU“ (COM/2022/592 final)'https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A52022DC0592&qid=1685431066833
(19) Dario Dongo. ProZukunft, Mikroalgen, um den Planeten zu ernähren. Das EU-Forschungsprojekt. GESCHENK (Großer italienischer Lebensmittelhandel). 18.6.19
Dario Dongo, Rechtsanwalt und Journalist, PhD in internationalem Lebensmittelrecht, Gründer von WIISE (FARE – GIFT – Food Times) und Égalité.
Er hat einen Abschluss in Lebensmitteltechnologien und Biotechnologien, ist diplomierter Lebensmitteltechnologe und verfolgt den Bereich Forschung und Entwicklung. Insbesondere im Hinblick auf europäische Forschungsprojekte (in Horizon 2020, PRIMA), an denen die FARE-Abteilung von WIISE Srl, einem Benefizunternehmen, teilnimmt.
