Algen – mehr als Carrageen

Algen haben weder Wurzeln, noch Blätter oder Spross. Sie haben aber einen echten Zellkern und gehören deshalb wie Tiere, Pflanzen und Pilze zu den Eukaryonten. Zusammenfassend werden Algen als Protisten bezeichnet, obwohl sie keine einheitliche taxonomische Gruppe bilden. Sie treiben Photosynthese, doch nur die Rot- und Grünalgen und ihre Verwandten zählen im weiteren Sinne zu den Pflanzen (Archaeplastida), während Braun- und Kieselalgen mit ihren Verwandten eine eigene Gruppe, die Chromalveolata, bilden (Tab. 1).

Von der einzelligen Kieselalge mit 10 Mikrometern Durchmesser bis zur vielzelligen Makroalge, die, wie der Kelp oder Birnentang (Macrocystis pyrifera), bis zu 50 Meter lang wird, treten Algen sehr vielgestaltig auf. Erstaunlicherweise wurde sogar ein baumähnliches Fossil (Prototaxitis) aus dem Erdaltertum als Verwandter der Braunalgen angesehen. Nicht zu den Algen gehören die Blaualgen; sie sind Prokaryonten, die korrekt als Cyanobakterien bezeichnet werden.

Wertvolle Nährstoffe

Als wichtigste Primärproduzenten der Meere stellen Algen 95 Prozent des Phytoplanktons. Ein Viertel dessen wächst in der meist schmalen neritischen Zone der Kontinentalschelfe. Das sind die ersten 200 Meter Wassertiefe der Küstensäume. Nährstoffe nehmen sie osmotisch über die gesamte Oberfläche auf. Dadurch erreichen sie die höchste Nährstoffdichte aller Pflanzen.

Algen sind besonders reich an Mineralstoffen (z. B. Iod in Fucus vesiculosus), langkettigen Polysacchariden, mehrfach ungesättigten Omega-3-Fettsäuren (die in Fischen akkumulieren), Aminosäuren, Vitaminen und Carotinoiden (ß-Carotin, Astaxanthin u. a.). Einige Algen enthalten mehr Vitamin C als Zitrusfrüchte. Von den geschätzten weit mehr als 100.000 Algenarten eignen sich jedoch nur ein paar wenige als Speise und bisher vielleicht 100 für die Gewinnung sekundärer Inhaltsstoffe.

Sekundärstoffe – ein ungehobener Schatz

Ihr größtes Potenzial für den Menschen ist der noch ungehobene Schatz an biologisch aktiven Sekundärstoffen. Die Suche nach neuartigen kosmetisch, pharmazeutisch und biotechnologisch nutzbaren Inhaltsstoffen, die andere Lebewesen nur in geringen Mengen oder gar nicht synthetisieren können, hat gerade erst begonnen. Man erhofft sich Verbindungen mit zytostatischen, antiviralen, anthelminthischen, antiinflammatorischen, antitumoralen, antifungalen oder antibakteriellen Eigenschaften. Beispielsweise sind Wirkstoffe gegen das humane Zytomegalievirus (HCMV) gefunden worden.

Technische Hilfsstoffe

Vor allem Braun-, Rot- und Grünalgen dienen als Rohstoff zur Gewinnung langkettiger Polysaccharide und von Phycokolloiden. Das sind stark hydrophile Substanzen, die als Gelier,- Suspendier- und Emulgiermittel dienen. Etwa 15.000 Tonnen Alginate werden jährlich aus Braunalgen gewonnen und in Speiseeis, Poliermitteln, Farben, Pharmazeutika und Kosmetika verwendet. Aus Rotalgen wird Agar-Agar erzeugt und das Carrageen, das in Puddings, Pflegemitteln und Konserven verwendet wird oder als Imprägniermittel in der Textil- und Papierindustrie. Carrageen ist ein lineares, anionisches Hydrokolloid mit verschiedenen Typen, die sich in erster Linie durch den Anteil an Galaktose und 3,6-Anhydrogalaktose sowie durch die Anzahl der Sulfatgruppen unterscheiden. Aus den Arten Eucheuma spinosum und E. cottonii werden besonders reine Carrageentypen gewonnen.

Interessante Substanzen sind auch Lipide, Sterole oder Phycobiliproteine – das sind akzessorische Pigmente, die außerhalb des Chlorophyllbereiches Licht absorbieren. Darüber hinaus kann die Algenbiomasse zur biotechnischen Produktion von Energie (Biogas, Methanol oder Biodiesel) verwendet werden.

Es scheint kaum Grenzen für diese meistens unscheinbaren Organismen zu geben. Deshalb rücken sie auch unter dem Aspekt des nachhaltigen Wirtschaftens in den Blickpunkt. Allerdings hat die Kultur der Algen ihre Tücken. Wirtschaftlich arbeitende Photobioreaktoren befinden sich noch in der Entwicklung.

Photosynthese im Licht-Dunkel-Rhythmus

Die für Bakterien- und Hefekulturen üblichen Fermenter eignen sich nicht für Algen, denn die phototrophen Lebewesen brauchen Licht. Algen absorbieren das Licht sehr effektiv, sodass das in einen Photobioreaktor eingestrahlte Licht schon nach wenigen Zentimetern "verbraucht" ist und nicht tiefer in das Behältnis eindringt. Daher funktionieren Photobioreaktoren für Algen nur, wenn sie eine Tiefe von 3 bis 5 cm haben.

Das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart arbeitet derzeit mit Privatunternehmen an einem sogenannten Flachplatten-Airlift-Reaktor (Flat Panel Airlift Reactor, FPA, Fa. Subitec, Stuttgart), der für eine optimale Umwandlung des eingestrahlten Lichts in Biomasse sorgen soll und gleichzeitig die Algenzellen von Scherkräften verschont, für die sie sehr empfindlich sind.

Der FPA-Reaktor ist ein rechteckiges Behältnis mit sehr schmalen Seitenwänden und mehreren Etagen. Aufsteigende Gasblasen sorgen dafür, dass die Algen innerhalb ihrer Etage regelmäßig zirkulieren. Dabei durchwandern sie in einer definierten Zeit drei Zonen unterschiedlicher Lichtstärke (s. Grafik).

Auf diese Weise nutzt man den Blitzlichteffekt (flashing light effect). Er besteht darin, dass bei der Photosynthese die Lichtreaktion zur ATP-Bildung etwa zehnmal schneller abläuft als die Dunkelreaktion, bei der das ATP zur Fixierung von Kohlendioxid verbraucht wird. Die Algen halten sich im FPA-Reaktor dementsprechend länger in der Dunkelzone als in der Lichtzone auf.

Auf Algen werden derzeit große Hoffnungen gesetzt. Ob sie sich alle erfüllen, bleibt abzuwarten. Sicher ist, dass es einige dieser Sonderlinge in Europa noch zu entdecken gilt – zumindest als schmackhaftes Gemüse.

Dr. Uwe Schulte
Händelstraße 10, 71640 Ludwigsburg
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