Macroalgen of wieren

Flanders’ FOOD Technology day 2010

Microalgen in de voedingsindustrie: wat zijn de mogelijkheden? Flanders Food Technology Day 2010 Microalgen in de voeding: wat zijn de mogelijkheden?

Prof. dr. ir. Imogen Foubert

Prof. dr. ir. Imogen Foubert Slide 1

Macroalgen of wieren

• •

Onverwerkt gebruikt in de (Oosterse) keuken (nori, kombu,…) Hydrocolloïden gebruikt als geleermiddel, klaarmiddel of stabilisator (carrageen E407, alginaten - E401) Flanders Food Technology Day 2010 Microalgen in de voeding: wat zijn de mogelijkheden? Prof. dr. ir. Imogen Foubert Slide 2


Microalgen • In water – Zoet en zout water

• Eéncellig – Exponentiële groei

• Grote diversiteit – Grote verschillen in samenstelling, groeicondities,…

• Eerste fotosynthetische organismen (3.5 miljard jaar BP) • Helft van primaire productie op aarde • Basis van voedselketen in zee Flanders Food Technology Day 2010 Microalgen in de voeding: wat zijn de mogelijkheden? Prof. dr. ir. Imogen Foubert Slide 3

Productie van algen Open systemen (‘raceway ponds’) Gesloten systemen (fotobioreactoren) Goedkoop Relatief duur Gevoelig voor contaminatie Resistent tegen contaminatie Inefficiënt lichtgebruik Efficiënt lichtgebruik Relatief lage biomassa Hoge biomassa Veel ervaring op grote schaal Weinig ervaring op grote schaal

Flanders Food Technology Day 2010 Microalgen in de voeding: wat zijn de mogelijkheden? Prof. dr. ir. Imogen Foubert Slide 4


Voordelen van microalgen? • Beperkte competitie met landbouw – Geen nood aan vruchtbare grond – Beperkte nood aan zoet water – Hoge productiviteit = efficiënt landgebruik

• Interessante samenstelling biomassa – Rijk aan lipiden (10-30%) en proteïnen (30-40%) – Weinig cellulose en lignine – Interessante componenten: essentiële aminozuren, onverzadigde vetzuren, anti-oxidanten, pigmenten, NSP,…


Algen worden reeds gebruikt in de voeding • Reeds duizenden jaren • Specifieke bevolkingsgroepen • Verschillende gezondheidsbevorderende claims



Veel meer mogelijkheden • Zeer veel soorten en samenstelling weinig bestudeerd • 2 mogelijkheden – Direct gebruik gedroogde biomassa – Extractie van hoogwaardige componenten

• 2 mogelijkheden – Ingrediënt in functionele voeding – Voedingssupplementen Flanders Food Technology Day 2010 Microalgen in de voeding: wat zijn de mogelijkheden? Prof. dr. ir. Imogen Foubert Slide 7

Globale samenstelling • Afhankelijk van soort, groeiomstandigheden (Guil-Guerrero et al., 2004)

Soort

Koolhydraten Proteïnen

Lipiden

Porphyridium cruentum Phaeodactylum tricornutum

32%

34%

7%

36%

26%

18%

Nannochloropsis sp.

38%

29%

18%



Lipidengehalte Phaeodactylum (eigen resultaten)


Lipidenklassen Phaeodactylum (eigen resultaten)



‘Ongewone’ lipiden • Ether lipiden – Bv. Botryococcus (Metzger & Casadevall, 1992) – Verschillende effecten aangetoond in literatuur: immunostimulerend, anti-tumor


Lipiden: omega-3 vetzuren • Gezondheidseffecten omega-3 (vooral EPA en DHA) vetzuren aangetoond en bekend • Belangrijkste bron: vette vis MAAR wordt te weinig geconsumeerd in westerse landen • Andere, meer geconsumeerde levensmiddelen aanrijken aan omega-3 vetzuren + capsules met omega-3 vetzuren • Bronnen van omega-3 vetzuren? – Visolie MAAR duurzaamheidsaspecten + gezondheidsaspecten + variatie in kwaliteit + strengere regelgeving visvangst + geur en smaak – Zoektocht naar alternatieven: bv. microalgen



Omega-3 vetzuren: DHA • Vooral in dinoflagellaten • Commercieel beschikbaar • Crypthecodinium en Schizochytrium (Martek) en Ulkenia (Lonza / Nutrinova): heterotrofe groei


Omega-3 vetzuren: EPA • Verschillende potentieel interessante soorten: Porphyridium, Phaeodactylum, Isochrysis, Nannochloropsis, Monodus, … • Belangrijk is productiviteit, afhankelijk van – – – –

% EPA % lipiden Biomassa concentratie Groeisnelheid Flanders Food Technology Day 2010 Microalgen in de voeding: wat zijn de mogelijkheden? Prof. dr. ir. Imogen Foubert Slide 14


Andere ‘ongewone vetzuren’ Vetzuurprofiel totale lipiden Phaeodactylum (eigen resultaten)


Sterolen • Fytosterolen zijn cholesterolverlagend • Vaak unieke sterolen in dinoflagellaten • Vooral onderzoek voor taxonomische doeleinden Mansour et al. (2003): sterolen in Gymnodinium Flanders Food Technology Day 2010 Microalgen in de voeding: wat zijn de mogelijkheden? Prof. dr. ir. Imogen Foubert Slide 16


Squaleen • Cosmetica • Antioxidatief en cardioprotectief toekomst: neutraceutical, levensmiddelenadditief • Klassieke extractie uit haaieleverolie, zoektocht naar andere bronnen (bv. olijven) • Ook aanwezig in microalgen, bv. Thraustochytrium Flanders Food Technology Day 2010 Microalgen in de voeding: wat zijn de mogelijkheden? Prof. dr. ir. Imogen Foubert Slide 17

Pigmenten • Afhankelijk van algenklasse • Chlorofyl (0,5-1% DW), carotenoïden (0,10,2% DW), fycobiliproteïnen • Natuurlijke kleurstoffen • Gezondheidsbevorderende eigenschappen • Antioxidant activiteit



Pigmenten • Commercieel belangrijk – β-caroteen uit Dunaliella salina (tot 14% DW) – Astaxanthine uit Haematococcus pluvialis • Aquacultuur voor pigmentatie • Bescherming tegen verschillende ziektes • Bevordert immuunrespons Flanders Food Technology Day 2010 Microalgen in de voeding: wat zijn de mogelijkheden? Prof. dr. ir. Imogen Foubert Slide 19

Pigmenten • Andere met potentieel – – – –

Luteïne, zeaxanthine: gezondheid ogen Lycopeen: anti-kanker (?) Cantaxanthine: immuunbevorderend Fucoxanthine: anti-obesiteit (?)



Pigmenten • Fycobiliproteïnen: b.v. fycoerythrine, fycocyanine – Natuurlijke kleurstof (fycocyanine is blauw!) – Gezondheidsbevorderende eigenschappen: antiinflammatoir, antioxidant, anti kanker, immunomodulerend, hepatoprotectief – Porphyridium cruentum, Arthrospira Flanders Food Technology Day 2010 Microalgen in de voeding: wat zijn de mogelijkheden? Prof. dr. ir. Imogen Foubert Slide 21

Antioxidanten • Fototroof blootgesteld aan hoge concentraties zuurstof en vrije radicalen zelfbescherming via antioxidanten • Carotenoïden • Fenolische componenten: benzoëzuur derivaten, hydroxybenzaldehyden, kaneelzuurderivaten • Tocoferolen Flanders Food Technology Day 2010 Microalgen in de voeding: wat zijn de mogelijkheden? Prof. dr. ir. Imogen Foubert Slide 22


Antioxidatieve capaciteit (eigen resultaten i.s.m. Kaho St. Lieven) 1,4

Absorbance at 234 nm

blanco

Geïnduceerde oxidatie van linolzuur

1,2

1

+ Trolox (tot 8µM)

0,8

0,6

0,4

algextract 0,2

0 0

50

100

150

200

Incubation Time (min)


Hoogwaardige lipofiele extracten • • • • •

Omega-3 vetzuren Onverzeepbare fractie: sterolen, squaleen Natuurlijke antioxidanten Nutritioneel interessante pigmenten …


250


Vitaminen • Bron van bijna alle essentiële vitaminen • A, B1, B2, B5, B6, B12, C, E, biotine, foliumzuur • Ook belangrijk in dierlijke voeding / aquacultuur Brown et al. (1999): Effect species Effect groeiomstandigheden


Mineralen • Bv. Porphyridium cruentum (Rebolloso et al., 2000) – – – – – – –

Ca (1240 mg / g DW); 65g voor RDI K (1190 mg / g DW) Na (1130 mg / g DW) Mg (628 mg / g DW); 56g voor RDI Zn (373 mg / g DW); 4g voor RDI Fe / Cu / Mn / Cr / S Nauwelijks Pb, As, Cd (kweek!) Flanders Food Technology Day 2010 Microalgen in de voeding: wat zijn de mogelijkheden? Prof. dr. ir. Imogen Foubert Slide 26


Koolhydraten • Zetmeel, glucose, suikers • β-1,3-glucaan: opslagproduct in Euglenida – Immunostimulator – Antioxidant (vrije radicalen vanger) – Reduceren bloed lipiden

• Extracellulaire (gesulfateerde) polysacchariden – B.v. Porphyridum cruentum, cyanobacteriën – Emulgatoren, stabilisatoren, verdikkingsmiddelen (cf. agar, carrageen) – Gezondheidsbevorderende eigenschappen: antiinflammatoir, antiviraal, antioxidant, cholesterolverlagend, immuunstimulerend Flanders Food Technology Day 2010 Microalgen in de voeding: wat zijn de mogelijkheden? Prof. dr. ir. Imogen Foubert Slide 27

Prebiotica • Arthrospira positief effect op intestinale flora (Pulz &Gross, 2004)



Proteïnen • Hoog gehalte (30-70%), bv. Arthrospira (60-70%) • Bron van essentiële aminozuren, kwaliteit vergelijkbaar met conventionele plantproteïnen van hoge kwaliteit Becker (2007)


Proteïnen • Biobeschikbaarheid afhankelijk van voorbehandeling wegens celwand Becker, 2007



Belangrijk voor commercialisatie • Afwezigheid toxische componenten • Screening van soorten voor maximale aanwezigheid • Maximaliseren hoeveelheid interessante component door variatie beïnvloedende factoren (licht, nutriënten, temperatuur, …) • Optimaliseren extractiecondities (opbrengst, kwaliteit, biobeschikbaarheid, kostprijs, residu’s, duurzaamheid, …) Flanders Food Technology Day 2010 Microalgen in de voeding: wat zijn de mogelijkheden? Prof. dr. ir. Imogen Foubert Slide 31

Nog mogelijkheden • Toevoegen aan voeder voor vissen, pluimvee, … – Bevorderen samenstelling producten voor menselijke voeding – Rechtstreeks positief effect op fysiologie dieren (vooral immunostimulerend) – Effect op pigmentatie (bv. zalm, kippen)



Interessante overzichtsliteratuur • Spolaore et al. (2006). Commercial applications of microalgae. Journal of Bioscience and Bioengineering • Cardozo et al. (2007). Metabolites from algae with economical impact. Comparative Biochemistry and Physiology • Plaza et al. (2009). Innovative natural functional ingredients from microalgae. Journal of Agricultural and Food Chemistry • Pulz & Gross (2004). Valuable products from biotechnology of microalgae. Applied Microbiology and Biotechnology • Becker (2007). Micro-algae as a source of protein. Biotechnology Advances. Flanders Food Technology Day 2010 Microalgen in de voeding: wat zijn de mogelijkheden? Prof. dr. ir. Imogen Foubert Slide 33

Meer informatie • 056/246173 • [email protected]


Macroalgen of wieren

Recommend Documents