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Die Mikroalge Haematococcus pluvialis (Blutregenalge) ist die wichtigste Quelle für natürliches Astaxanthin. Diese Alge kann bis zu 1 – 5% ihres Eigengewichts an Astaxanthin produzieren! Weil Astaxanthin eine so wertvolle Substanz ist, sucht man immer wieder nach Möglichkeiten, die Mikroalgen dazu zu bringen, die Produktion von Astaxanthin zu erhöhen. Bei der Kultivierung der Blutregenalge werden zwei Phasen verwendet: die Grünphase und die Rotphase.
Die grüne Phase
Während der Grünphase werden die idealen Bedingungen gesucht, um das Wachstum möglichst vieler Mikroalgen zu fördern. Dabei werden die optimale Temperatur, der pH-Wert, das Sonnenlicht und die Zusammensetzung des Kulturmediums berücksichtigt. Die beste Temperatur für die Grünphase liegt z. B. bei 25 – 33 °C. Bei höheren Temperaturen leiden die Mikroalgen unter Hitzestress und vermehren sich weniger gut.
In der Kulturflüssigkeit ist die Menge an Stickstoff am wichtigsten für das Wachstum, aber auch Phosphat spielt eine wichtige Rolle: Es ist z. B. notwendig, damit sich die Zellen teilen können.
Die rote Phase
In der roten Phase müssen die Mikroalgen so viel Astaxanthin wie möglich produzieren. Dazu werden die Mikroalgen zunächst „gestresst“: Dann beginnen sie, das Astaxanthin zu produzieren.
Produktion Astaxanthin
Dieser Stress wird durch eine hohe Lichtintensität und die Absenkung des Phosphatgehalts in der Kulturflüssigkeit verursacht. Ein Nachteil der Phosphatabsenkung ist, dass dann auch das Wachstum der Mikroalgen gehemmt wird, was nach längerer Zeit zu einer geringeren Astaxanthinproduktion führt. Einige Studien deuten jedoch darauf hin, dass eine Erhöhung des Phosphatspiegels auch zur Produktion von Astaxanthin führt.
Das Experiment
In einer neuen Studie wurden daher die idealen Phosphatverhältnisse im Kulturmedium untersucht. Es wurden verschiedene Chargen mit unterschiedlichen Phosphatgehalten getestet: mit 25% der normalen Phosphatmenge im Medium, bis hin zu 400% der normalen Phosphatmenge.
Gleichzeitig wurde auch untersucht, welche „Art“ von Lichtstress am besten wirkt: eine kontinuierliche Belastung mit intensiverem Licht oder eine schrittweise Belastung mit höherer Lichtintensität.
Tag 1-14:
In der grünen Phase, die 14 Tage dauert, werden die Algen täglich 12 Stunden Licht mit einer Intensität von 2000 Lux ausgesetzt. Die anderen 12 Stunden sind dunkel. Die Algen produzieren zu diesem Zeitpunkt kein Astaxanthin.
Tag 15-28:
Jetzt beginnt die Rotphase. In der Rotphase wird die Intensität des Lichts auf 5000 Lux erhöht. Bei der einen Charge geschieht dies noch 12 Stunden am Tag, bei der anderen Charge sofort 24 Stunden am Tag. Die letztgenannte Charge liegt also gar nicht mehr im Dunkeln.
Tag 29-42:
Ab dem 29. Tag werden alle Chargen 24 Stunden am Tag kontinuierlich mit 5000 Lux belichtet.
Die Menge an Astaxanthin, die von den Mikroalgen produziert wird, wird dann an Tag 42 überprüft.
Die Ergebnisse
Die höchste Astaxanthin-Produktion wurde bei Mikroalgen gefunden, die nur 25% der normalen Phosphatmenge verbrauchen konnten und sofort intensiverem Licht ausgesetzt wurden. In dieser Einstellung produzierten die Mikroalgen 7% ihres eigenen Gewichts an Astaxanthin!
Obwohl die stark reduzierten Phosphatwerte zu einem geringeren Wachstum der Mikroalgen führten, war die endgültige Astaxanthinproduktion so hoch, dass sich dies als die vorteilhafteste Einstellung erwies.