Algen als Eiweißquelle

Algen sind in der Lebensmittelindustrie längst angekommen, nur bislang nicht als Eiweißquelle. Alginat, Carrageen und Agar stammen aus Meeresalgen und gehören seit Jahrzehnten als Verdickungs- und Geliermittel zum Standardsortiment¹. Der Rohstoff ist vorhanden, die Lieferwege stehen, die Verfahren sind erprobt.

Gleichzeitig wächst der Bedarf an alternativen Proteinquellen. Die Weltbevölkerung dürfte nach Angaben der Vereinten Nationen bis 2050 auf annähernd 9,8 Milliarden Menschen wachsen. Der Klimawandel gilt als Risiko für die Ernährungssysteme und begrenzte Ackerflächen belasten die Ertragserwartungen². Ernteausfälle erhöhen zusätzlich den Preisdruck auf konventionelle Proteinquellen³. Dennoch spielen Algen als Proteinquelle in Europa bislang kaum eine Rolle. Das Fraunhofer IVV führt dies unter anderem auf begrenzte Verarbeitungslösungen sowie offene Fragen zu Produktsicherheit und funktionellen Eigenschaften zurück⁴.

Was Algen sind und wie sie erzeugt werden

Algen werden grundsätzlich in Makro- und Mikroalgen unterschieden. Makroalgen sind mehrzellige Organismen, die im Meer wachsen und geerntet oder kultiviert werden. Mikroalgen bestehen meist aus einzelnen Zellen und sind mit bloßem Auge nicht sichtbar⁵. Systematisch teilt man sie unter anderem in Braun-, Rot-, Grün- und Blaualgen ein⁶. Die zweite Auflage der Algenliste des Bundesamts für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit umfasst 75 Einträge, davon 46 Makro- und 27 Mikroalgen⁶. 

• Braun- und Rotalgen sind in der Algenliste ausschließlich Makroalgen und mit je 19 Einträgen vertreten⁶. Bekannte Lebensmittel sind die Rotalge Nori in Sushi und die Braunalge Wakame in Misosuppe⁵. 
• Grünalgen kommen in beiden Größenklassen vor: Die Liste führt acht Makro- und 19 Mikroalgen dieser Gruppe⁶. Zu den Mikroalgen zählt Chlorella, eine kugelförmige Mikroalge mit einem Durchmesser von etwa 2 bis 10 Mikrometern und einem Zellkern⁷.
• Blaualgen sind in der Algenliste ausschließlich Mikroalgen und mit sechs Einträgen vertreten⁶. Zu ihnen zählt Spirulina, die streng genommen keine Alge, sondern ein Cyanobakterium ist. Im Gegensatz zu Chlorella besitzt sie keinen Zellkern⁷. Diese unterschiedliche Zellstruktur ist auch für die spätere Verarbeitung relevant.

Bei der Proteinproduktion stehen vor allem Spirulina und Chlorella im Fokus. 

Für Mikroalgen gibt es drei wesentliche Produktionsverfahren: Offene Becken, geschlossene Photobioreaktoren und Fermentation in lichtlosen Tanks. Offene Becken sind kostengünstig, bergen aber ein höheres Kontaminationsrisiko. In Photobioreaktoren wachsen die Algen in einem kontrollierten Medium, etwa in Glas- oder Kunststoffröhren. Bei der Fermentation dient Zucker als Energiequelle. 
Braun- und Rotalgen (Makroalgen) werden weltweit zu 97 Prozent in Aquakultur erzeugt, vor allem in Meeres- und in Küstenregionen⁵.  
 
Während Spirulina auch in offenen Becken wächst, ist Chlorella anfälliger für Verunreinigungen. Deshalb wird Chlorella meist in geschlossenen Systemen kultiviert.⁵

Jörg Ullmann, Diplom-Biologe und Geschäftsführer der Algenfarm Klötze, sieht die Wahl des Verfahrens weniger als reine Technologiefrage denn als Frage der verfügbaren Rohstoffe. Zucker aus regionaler Landwirtschaft kann die Fermentation ermöglichen, benötigt aber entsprechende Flächen. Licht und CO₂ erlauben dagegen die Biomasseproduktion an Standorten, die für konventionelle Landwirtschaft ungeeignet sind. Auch stickstoffreiches Abwasser aus Fischzuchten kann als Nährstoffquelle dienen. Besonders interessant seien deshalb integrierte Systeme³. Die Produktionsmengen der einzelnen Algenarten unterscheiden sich allerdings erheblich.

Algenmarkt: Volumen und Unternehmen

Nach Angaben der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) wurden 2024 weltweit knapp 40 Millionen Tonnen Algen aller Arten produziert. Rund 97 Prozent davon entfielen auf Asien⁸. Die Detailzahlen für 2019 zeigen die Größenordnung noch deutlicher: Von 35,8 Millionen Tonnen Algen entfielen nur rund 56.000 Tonnen auf Mikroalgen – nahezu ausschließlich Spirulina. Bei grünen Mikroalgen wie Chlorella wurden lediglich 248 Tonnen erfasst: 200 Tonnen in China, 42 in Chile und sechs in Frankreich⁸. Die Statistik berücksichtigt nur Aquakultur. Deutschland erscheint daher nicht, obwohl hier Chlorella produziert wird.

Europa kam 2019 auf 287.386 Tonnen und damit auf 0,80 Prozent der weltweiten Produktion. Davon entfielen nur 353 Tonnen auf Mikroalgen; 97,85 Prozent der europäischen Gesamtmenge waren Braunalgen⁸. Die größten Produzenten waren Norwegen, Frankreich und Irland, auf die zusammen 85 Prozent entfielen⁵.

Was den Rohstoff ausmacht

Der Proteingehalt von Algen ist hoch, schwankt aber erheblich. Eine Übersicht von Barka und Blecker nennt für Spirulina 55,8 bis 77 Prozent Protein in der Trockenmasse, für Chlorella etwa 7 bis 58 Prozent – abhängig von der jeweiligen Art⁷. Jörg Ullmann von der Algenfarm Klötze geht in der Praxis von einem Proteinanteil von rund 60 Prozent bei Spirulina und 50 Prozent bei Chlorella aus. Nach Ullmann enthalten Sojabohnen zum Vergleich etwa 30 bis 35 Prozent Protein³. Für Makroalgen nennt das Fraunhofer-Projekt SeaFeed bis zu 47 Prozent Protein und Jahreserträge von bis zu 25 Tonnen Trockenmasse je Hektar Anbaufläche¹.

Die Werte sind nicht unmittelbar vergleichbar. Sie hängen unter anderem von Messmethode, Herkunft der Biomasse, Nährmedium, Erntezeitpunkt und Produktionsverfahren ab⁷. Für den Einkauf bedeutet das: Der Proteingehalt kann von Charge zu Charge variieren und lässt sich daher nicht pauschal auf eine gesamte Algenart übertragen.

Neben Protein enthalten Algen weitere wertvolle Bestandteile:

• Carotinoide: natürliche Farbstoffe wie das orange-rote β-Carotin, eine Vorstufe von Vitamin A⁷. In Spirulina trägt es zur antioxidativen Wirkung bei². 
• Omega-3-Fettsäuren: je nach Art.
• Farbstoff-Protein: Spirulina liefert zudem ein blaues Farbstoff-Protein⁷.
• Vitamin B12: Hier muss man differenzieren. Spirulina enthält überwiegend biologisch inaktive B12-Analoga, sogenannte Pseudocobalamine, die der Körper nicht verwerten kann. Bei Chlorella ist die Studienlage uneinheitlicher; einzelne Untersuchungen deuten auf einen höheren Anteil bioverfügbaren B12 hin¹².

Ob der Rohstoff tatsächlich nutzbar ist, entscheidet sich jedoch erst in der Verarbeitung.

Auch in Deutschland entstehen erste Anwendungen. Die Algenfarm Klötze entwickelte gemeinsam mit einem regionalen Fleischermeister eine Bratwurst mit Meeresalgen¹⁰. Makroalgen werden in Deutschland nicht erzeugt⁵.

Damit wird deutlich: Nicht nur die technische Verarbeitung, sondern auch Sicherheit, Rohstoffqualität und Wirtschaftlichkeit begrenzen den Einsatz. 

Was den Einsatz begrenzt

Bei getrockneten Meeresalgen kann der Jodgehalt stark schwanken. Braunalgen weisen dabei um Größenordnungen höhere Werte auf als Grünalgen. Auf EU-Ebene wird über einen Höchstgehalt von 1 g Jod je Kilogramm Trockenmasse diskutiert. Das BfR bewertet eine Begrenzung des Jodgehalts als geeignet, um vereinzelte sehr hohe Aufnahmen zu reduzieren, hält sie für den regelmäßigen Verzehr allein jedoch nicht für ausreichend¹¹. Weitere kritische Stoffe sind Cyanotoxine und anorganisches Arsen⁶.

Hinzu kommt der Novel-Food-Status. Arten, die vor dem 15. Mai 1997 in der EU in nennenswertem Umfang verzehrt wurden, gelten nicht als neuartig; für andere Arten ist eine Zulassung erforderlich⁶˒¹³. Für Lebensmittelhersteller bedeutet dies zusätzliche Anforderungen an Wareneingangskontrollen, Spezifikationen und Lieferantenqualifizierung.

Auch die Produktionskosten bleiben eine Herausforderung. Laut Jörg Ullmann von der Algenfarm Klötze liegen Berechnungen vor, ab welcher Anlagengröße sich Spirulina wettbewerbsfähig produzieren lässt – davon sei man in Europa entfernt³. Hinzu kommt ein grundlegender Unterschied zur Landwirtschaft: Während Nutzpflanzen über Generationen gezielt gezüchtet wurden, stammen Algenkulturen vielfach noch aus Wildstämmen. Als Massenrohstoff, der allein nach Kilogramm Protein bewertet wird, sind Algen derzeit zu teuer. Als funktioneller Rohstoff mit zusätzlichem Nutzen sind Algenproteine dagegen bereits am Markt: So wird das blaue Farbstoff-Protein der Spirulina in Süßwaren als Alternative zu synthetischen Farbstoffen eingesetzt³.

Das Projekt FunSea läuft von 2024 bis 2027 und untersucht, wie sich Braun- und Grünalgen so verarbeiten lassen, dass sie sich besser als Lebensmittelzutat eignen. Mithilfe von Enzymen und Mikroorganismen sollen sowohl ihre funktionellen Eigenschaften als auch ihr ernährungsphysiologischer Wert verbessert werden. Beteiligt sind Partner aus Norwegen, Dänemark, Schweden und Deutschland. SINTEF koordiniert das Projekt, hinzu kommen unter anderem Fraunhofer IVV und der Hersteller Bettafish, der Makroalgen für Fischersatz einsetzt. Am Ende sollen Prototypen für den deutschen Markt entstehen. Am Ende sollen Prototypen für den deutschen Markt stehen⁴. 

Wirtschaftlichkeit und Fazit

Ob sich eine Algenanlage trägt, hängt davon ab, was aus der Biomasse gewonnen wird. Im Verbundprojekt FuTuReS haben Fraunhofer IGB, die Universität Hohenheim und das Karlsruher Institut für Technologie aus der Kieselalge Phaeodactylum tricornutum nacheinander den Farbstoff Fucoxanthin, die Omega-3-Fettsäure EPA und Proteine gewonnen – nach dem Prinzip einer Bioraffinerie aus derselben Biomasse. Bei den hochpreisigen Produkten rechnete sich der Produktionsaufwand; die darüberhinausgehende Gewinnung von Proteinen erhöhte die Profitabilität dagegen nicht weiter, weil Proteine global zu günstigen Preisen erhältlich sind.¹⁴

Unter durchgehender künstlicher Beleuchtung stieg der Ertrag an Gesamtbiomasse von 14 auf 123 Tonnen je Hektar, und die Herstellungskosten je Kilogramm sanken um 70 Prozent – allerdings bei 54 Prozent höherem Strombedarf und deutlich geringerem Wasser- und Flächenbedarf¹⁴.

Ein weiterer Weg besteht darin, auf die teure Aufreinigung des Proteins zu verzichten. Im Interview erwähnt Jörg Ullmann als Beispiel Saudi-Arabien: Dort wird die Aquakultur ausgebaut, während Futterprotein bisher importiert werden muss. Deshalb wird die gesamte Alge verfüttert, anstatt das Protein vorher aufwendig zu isolieren³.

Damit stehen zwei Einschätzungen nebeneinander:  

• Die Wirtschaftlichkeitsrechnung aus FuTuReS beschreibt die heutige Lage, in der günstige Proteine die Algengewinnung unrentabel machen.  
• Jörg Ullmann, Geschäftsführer der Algenfarm Klötze, setzt auf eine Verschiebung dieses Verhältnisses: Konventionelle Proteine dürften teurer werden, weil der Bedarf steigt und die Landwirtschaft unter Klimawandel, Ernteausfällen und knappen Böden leidet. Algenprotein werde dagegen durch größere Anlagen, gezielte Züchtung und mehr Forschung langsam günstiger. „Diese beiden Kurven werden sich irgendwann überschneiden. Die Frage ist bloß, wann“, sagt Ullmann³. Welche Einschätzung zutrifft, ist offen.

Als offene Punkte nennen die ausgewerteten Quellen übereinstimmend die Standardisierung der Verarbeitung, die sensorische Akzeptanz und die gleichbleibende Zusammensetzung der Rohware. Für die Lebensmittelindustrie bleibt Algenprotein damit vorerst das, was es heute ist: eine Zutat in kleinen Mengen, deren Wert weniger im Eiweißgehalt liegt als in dem, was sonst noch in der Alge steckt.

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