Bioverfügbarkeit, ernährungsphysiologische Wirkungen und Sicherheit von Nährstoffen aus Mikroalgen und ihren verarbeiteten Produkten
Mikroalgen oder mikroskopische Algen sind Photosynthese betreibende Einzeller, die typischerweise in Gewässern vorkommen. Sie stehen unter der Novel Food Verordnung (VO(EU) 258/97) und müssen vor dem Einsatz in Lebensmitteln, ein Zulassungsverfahren zur Bewertung der Unbedenklichkeit durchlaufen. Einige Mikroalgenarten, wie Chlorella und Spirulina, fallen jedoch nicht unter diese Verordnung, da sie bereits vor dem Stichtag, dem 15.05.1997, konsumiert wurden und somit für die Humanernährung zugelassen sind. Sie werden schon heute zum Beispiel als Zusatz in Snacks oder Getränken eingesetzt. Im Rahmen des Projektes „Microalgae“ sollte das ernährungsphysiologische Potenzial sowie die Unbedenklichkeit des Verzehrs der Mikroalgenspezies C. vulgaris und P. tricornutum und deren Extrakten untersucht werden. Hierzu wurden im Institut für Physiologie und Biochemie der Ernährung verschiedene Tier- und Zellkulturexperimente durchgeführt.
Zunächst wurde die Bioverfügbarkeit von Carotinoiden aus Mikroalgen betrachtet, indem die Resorptionsverfügbarkeit mit Hilfe eines statischen in-vitro-Verdauungssystems sowie die Metabolisierung und Verteilung in der Leber und im Fettgewebe von C57BL/6J-Mäusen untersucht wurde. Die Ergebnisse des in-vitro-Verdau zeigten, dass vor allem bei den enthaltenen Xanthophyllen Lutein (C. vulgaris) bzw. Zeaxanthin und Fucoxanthin (P. tricornutum) eine gute Resorptionsverfügbarkeit nachgewiesen werden kann. Ebenso zeigte die Fütterungsstudie eine Metabolisierung und die konzentrationsabhängige Anreicherung von Xanthophyllen in der Leber (C. vulgaris, P. tricornutum) sowie im Fettgewebe (P. tricornutum).
Insbesondere aufgrund der lipophilen Inhaltsstoffe EPA und Fucoxanthin ist P. tricornutum von Interesse für die Humanernährung. Deswegen wurde die mögliche Wirkung gegen eine Adipositas-Entwicklung eines lipophilen P. tricornutum-Extrakts im Rahmen einer weiteren Fütterungsstudie mit Mäusen bei gleichzeitiger Verabreichung einer fettreichen Diät untersucht. Die Supplementierung des Mikroalgen-Extrakts wirkte erfolgreich diversen adipositasassoziierten metabolischen Veränderungen entgegen und resultierte unter anderem in einer geringeren Gewichtszunahme und einer Abnahme des Körperfettgehalts bei den Tieren.
Das Inverkehrbringen neuartiger mikroalgenbasierter Produkte erfordert auch eine umfassende Bewertung potenzieller gesundheitlicher Risiken und toxischer Wirkungen. Deswegen war es ein weiteres Ziel mögliche gesundheitsbedenkliche Wechselwirkungen (Zytotoxizität, Genotoxizität, Pro-apoptotische Wirkungen) verschiedener Mikroalgenpräparationen in Caco-2- und HT-29-Zellen, sowie den Einfluss auf Biomarker der Herz-, Leber- und Nierentoxizität in C57BL/6J-Mäusen, zu überprüfen. Zunächst wurden präparierte Zellen von C. vulgaris- und P. tricornutum in-vitro mit humanen Darmepithelzellen konfrontiert – sie zeigten ein genotoxisches Potenzial. Allerdings wurden die DNA-Schäden bereits während einer kurzen Erholungsphase wieder repariert und resultierten in keinen weiteren negativen zellulären Auswirkungen. In der folgenden Mausstudie zeigten biometrischen und histologischen Untersuchungen, sowie die Analyse toxikologischer Biomarker der Herz-, Nieren- und Lebertoxizität im Blut keine pathophysiologischen Beeinträchtigungen oder Auffälligkeiten infolge des Verzehrs verschiedener Mikroalgenpräparationen.
Es kann abschließend gesagt werden, dass C. vulgaris und P. tricornutum ein gutes Potenzial aufweisen um als Carotinoidquelle für die menschliche Ernährung eingesetzt zu werden. Auf der Basis der beschriebenen Versuche an Tieren und isolierten humanen Zellen, lässt sich sagen, dass insbesondere P. tricornutum aufgrund seiner Nährstoffzusammensetzung und potenziellen metabolischen Wirkungen aus ernährungsphysiologischer Sicht vorteilhaft sein kann. Allerdings muss dieses Potenzial in weiteren Studien am Menschen belegt werden.
Förderung
Baden-Württemberg Stiftung: Forschungsprogramm Bioökonomie Baden-Württemberg