ALGOL: Biocascading phytosterols from marine micro and macro algae, a feasibility study for biocircular economy

Micro and macro algae are a rich source of lipids, proteins and carbohydrates, but also of secondary metabolites like phytosterols. Phytosterols have important health effects such as prevention of cardiovascular diseases. Global phytosterol market size was estimated at USD 709.7 million in 2019 and is expected to grow with a CAGR of 8.7% until 2027. Growing adoption of healthy lifestyle has bolstered demand for nutraceutical products. This is expected to be a major factor driving demand for phytosterols.
Residues from algae are found in algae farming and processing, are found as beachings and are pruning residues from underwater Giant Kelp forests. Large amounts of brown seaweed beaches in the province of Zeeland and are discarded as waste. Pruning residues from Giant Kelp Forests harvests for the Namibian coast provide large amounts of biomass. ALGOL project considers all these biomass residues as raw material for added value creation.
The ALGOL feasibility project will develop and evaluate green technologies for phytosterol extraction from algae biomass in a biocascading approach. Fucosterol is chosen because of its high added value, whereas lipids, protein and carbohydrates are lower in value and will hence be evaluated in follow-up projects. ALGOL will develop subcritical water, supercritical CO2 with modifiers and ethanol extraction technologies and compare these with conventional petroleum-based extractions and asses its technical, economic and environmental feasibility. Prototype nutraceutical/cosmeceutical products will be developed to demonstrate possible applications with fucosterol.
A network of Dutch and African partners will supply micro and macro algae biomass, evaluate developed technologies and will prototype products with it, which are relevant to their own business interests. ALGOL project will create added value by taking a biocascading approach where first high-interest components are processed into high added value products as nutraceutical or cosmeceutical.

Eindrapportage

Sterolen van planten, ook van algen en zeewieren staan bekend om hun gezonde eigenschappen. Deze
sterolen worden veel toegepast in voeding en staan daar bekend om hun cholesterolverlagende werking en
het voorkomen van hart en vaatziekten. Het project ALGOL heeft phytosterolen en andere bioactieve
ingrediënten onderzocht uit zeewieren en algen. Hiertoe zijn verschillende groene extractie methoden
ontwikkeld en deze zijn vergeleken met traditionele fossiele extractiemiddelen zoals hexaan. De ontwikkelde
methoden zijn superkritische CO2 extractie, subkritische water extractie en extractie met ethanol. Bruine
zeewieren zoals Blaaswier (Fucus vesiculosus) en Suikerwier (Saccharina latissima) gaven de hoogste
fucosterol rijke extracten. De superkritische CO2 extractie met ethanol als co-solvent gaf een vergelijkbaar
extractie resultaat vergeleken met de traditionele fossiele methode. Alle chemische analyses zijn uitgevoerd
met gevalideerde vloeistof-chromatografie (LC-MS) protocollen.
De zeewier extracten zijn vervolgens succesvol geformuleerd als ingrediënt in margarines en
huidverzorgende cosmetica met respectievelijk circa 5% en 1% phytosterol gehalte.
Een technisch-economische evaluatie van groene superkritische extractie van fucosterol liet zien dat
hiervoor een minimale productie schaal nodig is. Juist door combinatie (cascadering) van meerdere extractie
producten uit hetzelfde proces zoals prebiotische voedingsvezels maakt het ontwikkelde proces meer kosten
efficiënt.
Ook micro-algen bevatten fucosterol en andere bioactieve stoffen. Zo is de bruingekleurde haptofyt
Isochrysis galbana ook rijk aan fucosterol. Het ALGOL project heeft I.galbana en de groen-alg Tetraselmis
suecica opgekweekt in air-lift LED-fotobioreactoren. Dit zijn reactoren waar door middel van lucht de algen in
optimale beweging blijven voor maximale licht-benutting. T.suecica is rijk aan de carotenoïde luteïne, dat
helpt bij het voorkomen van leeftijd gerelateerde maculadegeneratie van het oog. Tetraselmis was succesvol
te kweken in de LED-fotoreactoren en met behulp van superkritische CO2 extractie is er succesvol luteïne uit
geïsoleerd. Ook hier bleek dat de technisch-economische haalbaarheid bepaald werd door gelijktijdige
cascadering van meerdere ingrediënten zoals eiwitten en oliën.