Spirulina

Die zu den Cyanobakterien gehörenden prokaryotischen Spirulina (Arthrospira) sind weltweit in einer Vielzahl von Lebensräumen wie Sümpfen, Marschen, Brack- und Süßwasserbereichen und in allen Meeren zu finden. Die Cyanobakterien gehören zu den ältesten bekannten Organismen auf der Erde. Schon vor etwas mehr als 3 Milliarden Jahren (Archaikum) begannen sie, den Meeresboden in Schichten zu überziehen. Als photoautotrophe Organismen (Fähigkeit zur Photosynthese) trugen diese Mikroorganismen im Verlauf des Proterozoikums so maßgeblich zur Anreicherung der Atmosphäre und Hydrosphäre mit Sauerstoff bei.

Je nach Klassifikation werden bis zu 35 verschiedene Spirulina-Arten unterschieden. Es sind multizelluläre, filamentöse Bakterien. Spirulina besitzen, wie die meisten höheren Pflanzen, das grüne Chlorophyll a und, ähnlich wie Nori-Algen, als akzessorische Pigmente (Hilfspigmente) Phycocyanin, Phycoerythrin und verschiedene Karotinoide. Obwohl Spirulina weltweit verbreitet sind, gibt es nur wenige Gewässer, in denen ausschließlich Spirulina gedeihen. Diese wenigen Habitate zeichnen sich durch eine für viele Algen toxische Alkalinität (bis zu einem pH-Wert von 10) aus, wie z. B. der mexikanische Texcoco-See (der mittlerweile aber fast komplett trockengelegt wurde), der Tschad-See (zwischen Tschad, Kamerun, Nigeria und Niger) und einige Seen entlang des Großen Afrikanischen Grabenbruchs.

Spirulina pflanzen sich nicht wie verschiedene Rotalgen geschlechtlich fort, sondern vermehren sich ausschließlich vegetativ über Zellteilung. Die rein vegetative Vermehrung vereinfacht, verglichen mit der Vermehrung von Nori-Algen, die Produktion in der Aquakultur. Jedoch ist es nicht die Art der Vermehrung, die Spirulina so interessant für die menschliche und tierische Ernährung machen soll, sondern ihr besonders hoher Gehalt an ungesättigten Fettsäuren, Proteinen, Mineralstoffen und Vitaminen.

Obwohl die diversen Sprirulina-Vertreter schon seit langem verzehrt werden, begann die gezielte Produktion erst in den 1970er Jahren in Mexico, am Texcoco-See. Mittlerweile werden die Mikroalgen in vielen Ländern kommerziell produziert. Die Erzeugung von Spirulina in Aquakultur lag 2022 bei 102.359 t (FAO 2024). China belegt den Spitzenplatz unter den Produzenten. Die Kultivierung der Algen ist durch die geschlechtslose Vermehrung weit weniger komplex als bei den meisten echten Algen (z. B. Nori).

Extensiv

Eine extensive Produktion fällt für die kommerzielle Produktion weniger ins Gewicht und ist nur dort von Bedeutung, wo natürliche Bestände genutzt werden. Die in den Seen natürlich vorkommenden Algen werden mittels feiner Netze abgefischt, z. T. gereinigt und dann gepresst, um sie später u. a. als eine Art Kuchen auszuformen.

Semi-intensiv

Der Übergang zwischen semi-intensiver und intensiver Kultur ist für Mikroorganismen nur schwer definierbar. Spirulina werden in langen Betonbecken oder in mit Folie (meist PVC) ausgeschlagenen Rinnen mit einer Tiefe von 12 – 15 cm und einer Oberfläche zwischen 1000 und 5000 m2 kultiviert. Dafür ist es essentiell, den Spirulina neben einer ausreichenden Belichtung ein an ihre Bedürfnisse angepasstes Wachstumsmedium anzubieten, z. B. Zarrouk-Medium.

Da Spirulina aber nur in bewegtem Medium optimal gedeihen (ohne Bewegung im Wasserkörper beschatten sich die einzelligen Algen gegenseitig), wird das Haltungsmedium meist von Paddelrädern mehrmals pro Stunde umgewälzt. Bei ausreichender Nährstoffversorgung (Düngung mittels natürlicher oder künstlicher Komponenten) und Temperaturen im optimalen Wachstumsbereich der Mikroorganismen (zwischen 35 und 42°C)  können pro Jahr zwischen 10 und 12 Tonnen Spirulina pro Hektar geerntet werden.

Intensiv

Eine besondere Form der Intensivproduktion ist der Einsatz von Photobioreaktoren. In diesen wird die Inkubationslösung mit den Mikroorganismen durch hohle Platten (Platten-Bioreaktor) oder Röhren aus Glas oder Kunststoff (Rohr-Bioreaktor) gepumpt, die von allen Seiten beleuchtet werden können. Bioreaktoren haben gegenüber offenen Systemen den klaren Vorteil, dass alle Umweltparameter wie Temperatur, Belichtungsdauer, Strahlungsintensität und Zusammensetzung des Mediums genau kontrolliert und reguliert werden können und dass eine Kontamination, z. B. mit anderen Bakterien, ausgeschlossen werden kann. Durch die Zufuhr von CO2 kann das Wachstum stark gefördert werden. Die Ausbeute dieser Reaktoren ist überdies höher als die der halboffenen Raceway-Systeme und auch von besonders hoher Qualität, aber durch den hohen technischen Aufwand auch wesentlich kostenintensiver.

Ernte und Weiterverarbeitung der Spirulina geschieht stets in einem mehrstufigen Prozess:

1. Filtration: Für die Ernte der Spirulina werden feine Gewebe mit einer Maschenweite zwischen 30 und 50 µm verwendet (z. T. wird mit vibrierenden Filtrationseinheiten gearbeitet, da diese sich weniger schnell zusetzen und so durchgängig bleiben), durch die die Spirulina-Medium-Suspension gepumpt bzw. geleitet wird.

2. Reinigung: Die abfiltrierten Spirulina werden mehrmals mit Süßwasser gespült, um verbliebene Medienreste zu entfernen.

3. Konzentration: Durch Vakuumpumpen wird die Spirulina-Masse anschließend von verbliebenem Restwasser befreit.

4. Neutralisation: Die Zufuhr von schwachen Säuren sorgt für eine Neutralisation der vorher stark alkalischen Masse.

5. Desintegration: Durch Zermahlen werden die Spirulina-Filamente aufgeschlossen und so erst verdaulich gemacht.

6. Sprühtrocknung: Die Filamente werden anschließend mittels erwärmter Pressluft über feine Düsen in eine Trockenkammer zerstäubt und so bis auf eine Restfeuchtigkeit zwischen 2 und 7 % dehydriert.

7. Verpackung und Lagerung: Das fertige Spirulina-Pulver kann nun in luft- und lichtdicht verschweißten Behältern für mehrere Jahre ohne Qualitätseinbußen gelagert werden.

Spirulina werden fast ausnahmslos als Pulver bzw. zu Tabletten gepresst oder als Kapsel angeboten. In dieser Form finden sie als Nahrungsergänzungsmittel Anwendung. Spirulina werden ebenfalls in Futtermitteln, z. B. als Proteinquelle oder Ergänzungsmittel, für die Aquakultur verwendet. Besonders für Larvenstadien können Spirulina auch direkt als Futtermittel eingesetzt werden (Pulver oder Tabletten).

Auf dem Markt sind Produkte verfügbar, die u. a. nach den Richtlinien des Naturland-Verbands oder des EU-Bio-Siegels produziert wurden. Der Naturland-Verband sieht für alle Mikroalgen, ebenso wie für Produkte, die aus Mikroorganismen bestehen (z. B. Hefe, Spirulina) oder durch sie hergestellt werden (z. B. Jogurt), die Einhaltung definierter Richtlinien vor. Diese beinhalten, dass für die Kultivierung der Organismen ebenfalls nur zertifizierte Ökoprodukte als Medium eingesetzt werden dürfen. Dies schließt den Einsatz von Kunstdüngern aus.

Ist es richtig, dass Produkte, die Spirulina enthalten, mit anderen Cyanobakterien (Blaualgen) verunreinigt sein können, die potentiell toxische Sekundärstoffe enthalten?

Tatsächlich kann es dazu kommen, dass durch die teilweise offene bzw. halboffene Kultur die vermeintliche Monokultur von Spirulina mit anderen Blaualgenarten kontaminiert sein kann. Einige Blaualgen können Cyanotoxine ausbilden, die u. a. die Leber (z. B. Mikrocystine und Nodularin) oder das Nervengewebe (Anatoxine und Saxitoxine) nachhaltig schädigen können. Problematisch an diesen Toxinen ist, dass sie ausgesprochen stabil sind und auch durch Erhitzen, z. B. durch Kochen, nicht inaktiviert werden. Spirulina, die im europäischen Raum als Nahrungsergänzungsmittel angeboten werden, haben daher der EU-Verordnung (EG) Nr. 853/2004 zu entsprechen, welche Grenzwerte und Analysenmethoden für Toxine EU-weit reguliert und so den Verbraucher vor verunreinigten Produkten schützen soll.

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[Stand 04/2020]