Umweltfreundlich und proteinreich 10.10.2023, 14:30 Uhr

Mikroalgen statt Fisch: Ist das die Ernährung der Zukunft?

Mikroalgen wie Spirulina dienen schon länger als Nahrungsmittel. Nun soll eine neue Algenart mit extra viel Omega-3-Fettsäuren als Fischersatz folgen. Nach Auskunft des Forschungsteams ist sie nicht nur gesund, sondern auch umweltfreundlich.

Mikroalgen Spirulina

Mikroalgen wie Spirulina kennen wir schon länger als Nahrungsmittel. Nun soll eine neue Algenart mit extra viel Omega-3-Fettsäuren als Fischersatz folgen.

Foto: Panthermedia.net/Olivier-Le-Moal

Bei einer Verkostungsstudie an der Universität Hohenheim wurden Probanden mit verlockend aussehenden Tortelloni konfrontiert, deren Füllung auf Mikroalgen basierte. Der Geschmack dieser neuen Lebensmittelvariante ähnelt dem von Fisch, obwohl das Rezept noch optimiert wird. Mikroalgen sind ernährungsphysiologisch bemerkenswert, da sie genauso wie Meeresfische wertvolle Omega-3-Fettsäuren, Protein, Ballaststoffe, Vitamine und Carotinoide liefern.

Ein weiterer Vorteil dieser Fischalternative ist die Möglichkeit, Überfischung entgegenzuwirken. Da Mikroalgen regional angebaut werden können, sind die Transportwege kurz, und sie helfen aktiv dabei, klimaschädliches Kohlendioxid zu binden. Die Wissenschaftler der Universität Hohenheim in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB stehen jedoch noch vor Herausforderungen, bevor Mikroalgen fest in unserer Ernährung verankert werden können.

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Umweltauswirkungen der Fischzucht

Aufgrund der Überfischung in Teilen der Weltmeere und den ökologischen Bedenken bezüglich der Zuchtfischproduktion suchen Forscher nach alternativen Lösungen. Eine 2020 durchgeführte Studie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg hat die Umweltauswirkungen des heimischen Mikroalgen-Anbaus mit denen der Fischzucht verglichen. Aktuell werden Mikroalgen hauptsächlich in flachen Teichen in Asien kultiviert. Es gibt jedoch bestimmte Algenarten, die in geschlossenen Photobioreaktoren effektiver wachsen. Solche Reaktoren könnten ohne Probleme auch in gemäßigten Breitengraden etabliert werden.

Für das Wachstum der Algen in Photobioreaktoren sind ausreichend Licht und positive Temperaturen notwendig. Obwohl dieser Anbau viel Energie verbraucht, war das Ergebnis der Studie, dass er dennoch umweltfreundlicher ist als die herkömmliche Fischzucht. Aquakultur-Fische verursachen höhere CO2-Emissionen, mehr Energieverbrauch und haben ein größeres Versauerungspotenzial. Hinzu kommt, dass die Produktion von Fischfutter sehr energieaufwendig ist.

Alternativen zu tierischen Proteinen gesucht

Zurück in die Gegenwart und zu den Forschungen in Hohenheim. Auch vor dem Hintergrund der hohen Umweltbelastungen der Fischzucht und dem immer niedriger werdenden Fischbestand in den Weltmeeren, suchen viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf der ganzen Welt nach Alternativen, denn Proteine braucht der Mensch nach wie vor – und diese am besten nicht aus tierischen Quellen wie Fleisch, Fisch oder Milchprodukten.

„Bisher findet sich auf dem Markt keine wirklich befriedigende Alternative zu Fisch, die auch dessen ernährungsphysiologisch wichtigen Inhaltsstoffe liefert“, sagt Prof. Dr. med. Stephan Bischoff vom Institut für Ernährungsmedizin, der Leiter dieses Forschungsprojekts. „Zwar gibt es bereits proteinreiche Ersatzprodukte, die vor allem aus Hülsenfrüchten wie Erbsen und Soja hergestellt werden. Aber wichtige Inhaltsstoffe tierischer Lebensmittel wie beispielsweise die für unsere Gesundheit so wichtigen Omega-3-Fettsäuren fehlen darin.“

Diese Mikroalgen bieten mehr als Fische

Auf der Suche nach einer neuen nicht-tierischen Proteinquelle setzen die Forschenden aus Hohenheim auf Mikroalgen. Das Team hat sich hierfür eine spezielle Art mit dem Namen „Phaeodactylum tricornutum“ ausgesucht. Diese soll so ziemlich alles bieten, was auch der Fisch hat, und sogar noch einiges mehr, erzählt Dr. Lena Kopp, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Ernährungsmedizin: „Die getrockneten Mikroalgen weisen neben einem Proteinanteil von fast 50 Prozent in der Trockenmasse auch nennenswerte Mengen der langkettigen Omega-3-Fettsäure Eicosapentaensäure, kurz EPA, auf. Zudem enthalten sie auch wasserlösliche Ballaststoffe, die wichtig für die Darmgesundheit sind, sowie Vitamin E und Carotinoide.“

Die Züchtung der Mikroalgen erfolgt derzeit am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart. Dort stehen große beleuchtete Photobioreaktoren, in denen die Algen in einer Nährflüssigkeit wachsen. „Durch die Kulturbedingungen können die Forschenden Einfluss auf die Inhaltsstoffe nehmen“, erklärt Dr. Kopp. „So produzieren die Mikroalgen viel EPA, wenn ihnen genügend Nährstoffe zur Verfügung stehen. Müssen sie jedoch hungern, bilden sie mehr Ballaststoffe.“

Noch darf die Mikroalge nicht als Lebensmittel verwendet werden

Die Mikroalge Phaeodactylum tricornutum wird bereits in Tierfutter eingesetzt. Um sie jedoch als Bestandteil von Lebensmitteln für den Menschen in der EU zu nutzen, sind weitere Forschungen notwendig. Dies liegt an der Novel-Food-Verordnung der EU, die besagt, dass Lebensmittel, die vor 1997 in der EU nicht in bedeutendem Maße konsumiert wurden, ein Zulassungsverfahren durchlaufen müssen.

„Dafür müssen wir unter anderem nachweisen, dass es sich um ein sicheres Lebensmittel handelt“, beschreibt Dr. Kopp. „Es darf also – auch bei langfristigem Verzehr – den menschlichen Körper nicht schädigen.“ Um dies zu beurteilen, untersucht das Forschungsteam, welche spezifischen Inhaltsstoffe und in welchen Mengen diese vom menschlichen Körper absorbiert werden.

Ein weiterer Fokus der Forscher liegt darauf, zu ermitteln, ob Mikroalgen ausreichend Omega-3-Fettsäuren liefern können, um den täglichen Bedarf zu decken. In einem Versuch tranken Probanden zwei Wochen lang täglich einen Algen-Smoothie. Die Ergebnisse zeigten, dass nach dem Konsum der Mikroalgen ähnliche Omega-3-Fettsäurewerte im Blut gemessen wurden wie nach der Einnahme von Fischölkapseln.

Intensiver Geschmack nach altem Fisch

Ein aktuelles Hindernis bei der Nutzung von Mikroalgen ist ihr intensiver Geschmack, der an alten Fisch erinnert, wie Dr. Marina Rigling vom Fachgebiet Aromachemie bemerkt. Dieser Geschmack kann durch verschiedene Inhaltsstoffe, insbesondere durch Trimethylamin, entstehen – ein Stoff, der auch in älterem Fisch vorkommt. Obwohl dieses Amin durch kurzes Erhitzen, wie Pasteurisierung, entfernt werden kann, kann es sich bei längerer Lagerung erneut bilden.

Um den Geschmack der Mikroalgen zu optimieren, experimentieren die Wissenschaftler mit einem besonderen Verfahren: der Fermentation mittels Pilzen. Prof. Dr. Yanyan Zhang vom Fachgebiet Aromachemie erklärt, dass diese Methode der Lebensmittelzubereitung in Asien üblich, in Europa jedoch weitgehend unbekannt ist. Während in Europa Fermentationsverfahren mit Bakterien (z.B. für Joghurt und Sauerkraut) bekannt sind, ist die Verwendung von Pilzen weniger verbreitet.

Speziell ausgewählte Speisepilze werden für die Fermentation der Mikroalgen eingesetzt. Dr. Rigling gibt an, dass vorläufige Ergebnisse zeigen, dass diese Pilze unerwünschte Substanzen abbauen. Ein kleiner Nachteil dabei ist jedoch, dass auch einige der gewünschten Inhaltsstoffe reduziert werden, weshalb weitere Untersuchungen notwendig sind.

Als Fischalternative am besten geeignet

Der charakteristische Fischgeschmack der Mikroalgen lässt sich wahrscheinlich nicht vollständig eliminieren, da die Omega-3-Fettsäuren bei Kontakt mit Luftsauerstoff oxidieren und dann einen fischigen Geschmack entwickeln. Daher sehen Wissenschaftler in Mikroalgen vor allem das Potential, Fischalternativen zu kreieren.

Dr. Kopp hat bereits in diesem Bereich geforscht und verschiedene kulinarische Ansätze selbst in der Küche hergestellt. Die ersten Versuche mit Smoothies führten zu einem intensiven Fischgeschmack. Spätere Kreationen, wie Flammkuchen und Blätterteig mit Algen, führten schließlich zu Tortelloni mit unterschiedlichen Füllungen. Besonders eine Variante mit Bärlauch-Pesto wurde von den Testpersonen bevorzugt.

Bei der Produktentwicklung kooperiert Dr. Kopp mit dem Bio-Unternehmen der Brüder Tress aus Hayingen in der Schwäbischen Alb, das auch ein Interesse an einer zukünftigen Vermarktung der Mikroalgen-Produkte zeigt.

Andere Mikroalgen sind bereits auf dem Markt

Während in Hohenheim noch an dem Fischersatz mit der speziellen Mikroalgenart geforscht wird, sind andere Mikroalgen wie Spirulina bereits auf dem Markt und werden in Deutschland in mehreren Anlagen produziert. Die Süßwasseralgen Spirulina sind eine Gattung der Cyano-Bakterien, früher auch als „Blaualgen“ bezeichnet. Sie kommen zum Beispiel in Nahrungsmitteln, als Nahrungsergänzungsmittel oder auch bei der Tierfutterproduktion zum Einsatz.

Die Algen werden in großzügigen Gewächshäusern kultiviert, die ein geschütztes und kontrolliertes Umfeld bieten. Um zu wachsen, benötigen sie Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre, Sonnenstrahlen, Wasser sowie bestimmte Nährstoffe. Während ihres Wachstumsprozesses geben sie zudem Sauerstoff an die Umgebung ab. Es gibt unterschiedliche Kultivierungssysteme je nach Algenart. Ein häufig verwendetes System zur Algenzucht sind ausgedehnte, flache Becken, die bis zu 30.000 Liter fassen können. Diese Becken sind durch das darüberliegende Gewächshaus optimal vor Verunreinigungen geschützt.

Produktion nur in den sonnigen Monaten

Spirulina zählt zu den Mikroalgen, die sich unter idealen Bedingungen innerhalb von zwei bis vier Wochen rapide vermehren können. Die Sonne spielt dabei eine entscheidende Rolle. Keine künstliche Beleuchtung kann das natürliche Licht der Sonne ersetzen. Daher ist es notwendig, die Algen ähnlich einer Hydrokultur zu versorgen, indem man ihnen essentielle Nährstoffe wie Nitrat, Phosphor und diverse Spurenelemente bereitstellt. Aus diesem Grund wird im Winter nicht produziert, da der Energieaufwand für die Beleuchtung zu hoch, teuer und weniger umweltfreundlich wäre.

Wenn die Algen geerntet werden, wird das Wasser aus dem Becken rausgepumpt auf ein Filterband. Die Algen darauf sehen aus wie Spinat. Die Masse fällt dann in einen Behälter und wird aus diesem auf ein Backblech mit Backpapier gebracht, alles über eine Pumpe. Anschließend werden die langen Algenstreifen getrocknet, pulverisiert und gegebenenfalls zu Tabletten verarbeitet. Spirulia-Algen lassen sich zum Beispiel auf den Salat bröseln oder auf eine Quarkspeise, auch Smothies lassen sich daraus herstellen. Denn diese Alge enthält Vitamine, Mineralstoffe und hat einen hohen Proteingehalt. Sie ist also bestens geeignet für einen Wellnessdrink.

Ein Beitrag von:

  • Dominik Hochwarth

    Redakteur beim VDI Verlag. Nach dem Studium absolvierte er eine Ausbildung zum Online-Redakteur, es folgten ein Volontariat und jeweils 10 Jahre als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop. Seit September 2022 schreibt er für ingenieur.de.

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