Definitie Mariene Biotechnologie
Biotechnologie is de toepassingsgerichte integratie van biodisciplines zoals celbiologie, biochemie, microbiologie, moleculaire biologie en moleculaire genetica met engineering*
Eerste Inzichten in Mariene Biotechnologie Mariene organismen** • • • • • • •
Bioproductiesystemen
Verwerking / Product
Toepassing / markt
Vissen Schaal- en schelpdieren Kwallen, sponzen, koralen Algen, wieren Bacteriën, Schimmels Halofyten Etc. *Bron: website mariene biotechnologie, WUR ** Incl. zoetwaterorganismen
1
2
Bioproductie-systemen, Verwerking En Producten - Waar Ligt Bijdrage Nederlandse Economie? Mariene organismen
3
Bioproductie-systemen
Verwerking / product
In Nederland of buitenland
In Nederland
Open systemen • Open vijvers • Platforms / rekken in zee • ‘Wild oogsten’ • Etc.
Verwerking • Drogen • Tabletteren • Verbranden • Extractie • Etc.
Gesloten systemen • Bioreactoren met: - Zonlicht - Kunstmatig licht - Glucose - Combinatie • Gesloten aquaria / bassins • Etc.
Belangrijkste Markten Waar Toepassingen Liggen Voor Producten Van Mariene Oorsprong
Toepassing / markt
Product • Organisme als geheel (bijv. Spirulina in tabletvorm) • Bij- / afvalproduct van organisme (bijv. Chitine uit garnalenafval) • Specifieke component uit organisme (bijv. Fycobili-eiwitten uit algen)
Mariene organismen**
Bioproductiesystemen
Verwerking / product • • • • • • • • • • • •
Toepassing / markt Voeding, nutraceuticals Diervoeding Bemesting & gewasbescherming Verpakking Verf en lijmen Zuivering Energie Constructie / bouwmaterialen Biosensors Farma en medisch Persoonlijke verzorging Overig
** incl. zoetwaterorganismen
4
Farmaceutica en Medische Toepassingen Nauwelijks Producten op de Markt, Wel Veel Potentie Enkele algemene observaties • Nog nauwelijks medicijnen van marine oorsprong commercieel verkrijgbaar, wel fase 1 en 2 clinical trials • Belangrijkste gebieden:
Farmaceutica en Medische Toepassingen
– – – –
Tegen kanker Tegen virussen (bijv. HIV) Ontstekingsremmers Biocompatibele materialen
• Winning van componenten uit (zeldzame) marine organismen in commerciële hoeveelheden vaak moeilijk, dus onderzoekt men: – Mogelijkheden om gevonden actieve componenten te synthetiseren – Of productie m.B.V. Recombinant DNA technieken
5
6
1
Farmaceutica en Medische Toepassingen Anti-kanker
Farmaceutica en Medische Toepassingen Anti-kanker Toekomst (NL en buitenland) Sponzen, koralen en kwallen lijken vooral veel potentie te bieden: • Discodermolide uit discodermia, licentie van novartis • Halichondrin B uit axinella / halichondaria okadai,
Buitenland (geproduceerd in..) • Laminaria en sargassum sp. Worden in china gebruikt voor kankerpreventie, toxische stoffen en zware metalen verwijderen.
– Onderzocht door national cancer institute (VS) – Spons wordt geprobeerd te kweken in nieuw zeeland
Toekomst (NL en buitenland) • Veel potentiële medicijnen tegen kanker in ontwikkeling. • Uit vrijwel alle groepen van mariene organismen.
• Ecteinascidin 743 uit ecteinascidia turbinata, getest in VS en frankrijk. – Ontwikkeld door Pharma Mar (Spanje en VS).
• Aplidine uit aplidium albicans, klinisch getest in 5 landen. – In ontwikkeling door Pharma Mar
• Eleutherobine, taxol-achtige verbinding uit koralen, – Gevonden door Scripps CMBB (VS) – BristolMeyersSquibb had patent, maar kon onvoldoende koraal bemachtigen om deze stof uit te winnen 7
8
Farmaceutica en Medische Toepassingen Anti-kanker
Farmaceutica en Medische Toepassingen Anti-viraal en Schildklieraandoeningen
Toekomst (NL en buitenland) • Dolastatin 10 uit dolabella, tegen huidkanker, klinisch getest in VS • Bryostatin 1 uit bugula neritina tegen leukemie wordt getest in VS • Fycocyanine uit spirulina en cryptophycines uit blauwgroene algen.
Buitenland (geproduceerd in..) • Fucus vesiculosis in China gebruikt bij schildklieraandoeningen om jodium inname te verhogen. Fucoidine hieruit gewonnen heeft sterk antivirale werking. • Zie ook bij voeding
– Onder andere onderzocht door university of hawaii.
• Halimide uit mariene schimmels. – Ontwikkeld door bedrijf nereus (VS), spin-off van Scripss Institute
• Antikankermedicijnen uit dinoflagellaten – Aan gewerkt door universiteit van rhode island (VS)
• Squalamine uit lever/ galblaas van haaien & roggen, stopt celdeling. – Wordt klinisch getest door genaera (VS). – Verkrijgbaar in de vorm van haaienlever olie supplementen.
9
10
Farmaceutica en Medische toepassingen Anti-virale stoffen
Farmaceutica en Medische toepassingen Ontstekingsremmers Buitenland (geproduceerd in..) • Averol, gebruikt tegen psoriasis
Toekomst (NL en buitenland) • HIV protease inhibitoren uit spons Xestospongia muta, SmithKlineBeecham (VS) • Antivirale componenten uit roodwieren Dumontiaceae sp. • Sulfaat houdende polysachariden uit Porphyridum hebben antivirale werking.
– gewonnen uit in zee gekweekte sponzen door Klinipharm (Duitsland)
• Manoalide uit spons Luffariella variablis tegen psoriasis – gepatenteerd door universiteit van Californië
Toekomst (NL en buitenland) • Pseudopterosines, extract van mariene oorsprong heeft antionstekingswerking, GlaxoSmithKline (VS) (zie ook cosmetica) • IPL576, gebaseerd op component gevonden in een spons.
– Wordt aan gewerkt in Irsaël. – Poryphyridum algen kunnen in fotobioreactoren worden gekweekt, is ECN onder meer mee bezig
• Anti-virale componenten uit mariene schimmels – Bedrijf Nereus (VS) is daar mee bezig, spin-off van Scripss Institute
11
– Momenteel klinische testen voor onder andere astma, synthetische versie verder ontwikkeld door Inflazyme (VS) en Hoechst Marion Roussel 12
2
Farmaceutica en Medische toepassingen Biocompatibele materialen
Farmaceutica en Medische toepassingen Biocompatibele materialen
Buitenland (geproduceerd in..) • Chitosan uit schaaldierafval voor chirurgische hechtingen en wondbehandeling. Onduidelijk of chitosan voor deze toepassingen op de markt is, wel voor nutraceuticals en cosmetica. • Hydroxyapatite uit koralen, stof die wordt gebruikt als vulmiddel voor menselijke botten. Interpore Int. (VS) brengt dit op de markt
Toekomst (NL en buitenland) • Kristallijn cellulose uit dinoflagellaten, toegepast in zalven. – Onderzoek naar gedaan door ATO, in Israël mee gewerkt – Marktprijzen voor synthetisch micro-kristallijn cellulose ongeveer 3-7 $ / kg, wordt vooral toegepast als dragermateriaal in farmaceutica
• Kraakbeen uit haaienafval heeft potentiële medische toepassingen.
Toekomst (NL en buitenland) • Alginaten uit Laminaria en Sargassum bij heling van wonden. • Implantaten op basis van minerale nanostructuren uit diatomeeën of uit Coccolithophorides – Lijken moeilijk kweekbaar te zijn, RUG heeft onderzoek gedaan.
13
14
Farmaceutica en Medische toepassingen Rheumatoide artritis en antibiotica
Farmaceutica en Medische toepassingen Overig
Buitenland (geproduceerd in..) • Calcitonin, hormoon dat helpt tegen osteoporose. Ontdekt in de zalm, nu synthetisch gemaakt door Rhone Poulenc Rorer en Novartis.
Buitenland (geproduceerd in..) • Roodwieren Chondrus crispus en Mastocarpus stellatus, Gigartina stellata gebruikt bij verkoudheid, borst- en maagklachten
Toekomst (NL en buitenland) • Uit marien kraakbeen gewonnen sulfaat houdend polysacharide chondroitine sulfaat (zie ook cosmetica)
• Alginaten worden ook in tandheelkunde gebruikt om gebitsafdrukken te maken
– Gewonnen uit Noordelijk Atlantisch gebied
– al commercieel verkrijgbaar als nutraceutical tegen osteoartritis
Toekomst (NL en buitenland) • Farmaceutica uit naaktslakken en zeekomkommers,
• Groenlipmossel uit Nieuw-Zeeland heeft potentiële werking tegen reuma. • Antibiotica
– Bijv. Neurotoxine uit zeeslakken wordt momenteel klinisch getest als alternatief voor morfine
– Uit mariene schimmels – Uit sponzen, zoals bijv. stof Halenquinone. – Algentoxine mechanismen als alternatief voor antibiotica 15
16
Biosensors en analytische chemicaliën Fluorescente pigmenten Buitenland (geproduceerd in….) • Ficobili-eiwitten als fluorescent pigment voor aantonen immunologische reacties.
Biosensors en analytische chemicaliën
– Cyanotech (VS) produceert uit roodwier Synacchococcus en uit cyanobacteriën die groeien in open vijvers, omzet hieruit ca. 0.5 M $. – Andere producent is Martek (VS)
• “Lux”genen kunnen worden geïsoleerd uit Vibrio fischeri en toegepast worden als biosensor voor bijv. tolueen. Toekomst (NL en buitenland) • Fluorescente pigmenten uit Renilla (‘zeeviooltje’)
17
18
3
Biosensors en analytische chemicaliën
Biosensors en analytische chemicaliën
Buitenland (geproduceerd in….) • Taq DNA polymerase uit Thermus aquaticus, basis voor polymerase chain reaction (PCR).
Buitenland (geproduceerd in….) • Algentoxines als analytische standaard bij testen van schaal- en schelpdieren op aanwezigheid
– Geïsoleerd uit hete bronnen in Yellowstone National park (VS)
– worden o.a. geleverd door BlueBioTech in Duitsland
• Isotoop gelabelde biochemicalieën
• Test om endotoxines van bijv. Salmonella of E.coli aan te tonen: Limulus amebocyte assay
– In fotobioreactoren gekweekt door micro-alge, commercieel verkrijgbaar
– Is gebaseerd op bloed uit bepaald type krab (Limulus) – In de VS ontdekt in 1971, ca. 5 bedrijven actief
• Matrix voor chromatografie of electrophorese – Paramylon, polysacharide uit micro-alg Euglena – Agarose, geproduceerd uit agar uit wieren. Al jaren commercieel verkrijgbaar
19
Toekomst (NL en buitenland) • Gebruik van waterorganismen om vervuiling vast te stellen, zoals bijv. eendagsvliegen en mosselen
20
Cosmetica en persoonlijke verzorging Enkele algemene observaties • Producten van mariene oorsprong worden vooral in high-end producten gebruikt. • Belangrijkste producten op de markt:
Cosmetica en persoonlijke verzorging
– Zeewieren, (micro)algen en extracten – gebruik wijdverbreid in huid(reinigings)-, scrub- en haarverzorgingsproducten – Chitosan uit schaaldierafval – zijn veel bedrijven mee gestart afgelopen jaren, markt al verzadigd? – Chondroitine sulfaat uit mariene kraakbeen – Squalane uit haaienleverolie – Marien collageen
• In ontwikkeling – ‘Nieuwe’ pigmenten en anti-oxidanten, bijv. uit algen – Ultraviolet blockers – Ontstekingsremmende componenten van mariene oorsprong 21
22
Cosmetica en persoonlijke verzorging Wieren en algen
Cosmetica en persoonlijke verzorging Chitosan Buitenland (geproduceerd in..) • Chitosan uit chitine uit schaaldierafval, onder meer gebruikt in cosmetica
Nederland en Buitenland • Veel bedrijven in Frankrijk, die algen en wieren winnen uit Atlantisch kustgebied: Agrimer, Codif, SECMA, Technature, Setalg
– Veel bedrijven al actief in chitosan – Produceren in landen zoals Noorwegen (Pronova Biopolymer, Primex), Japan (Koyo Chemical, KI Kasei Yaizu Suisan), VS en Canada (Vanson, DCV ), India, Australië, Frankrijk (France Chitine, joint venture met Mahtani group voor grondstof leverantie), Taiwan (OBAS), etc. – Bijv. Cognis (Duitsland) heeft chitosan op de markt voor cosmetica
• Bruinwieren zoals Ascophyllum en Fucus sp en alginaten daaruit – Ook bijv. zeespaghetti (Himanthalia elongata) extract toegepast in gezichtscrème van Clarins, Frankrijk
• Roodwieren, zoals Palmaria (dulse), Gelidium en Chondrus crispus gebuikt in cosmetica • Groenwieren, bijv. Chlamydomonas – in poedervorm verkrijgbaar bijv. BlueBioTech (Duitsland)
• Anti-oxidant extracten uit Spirulina • Chlorella in huidverzorging en zonnebrandproducten – o.a. door Bloem Natuurproducten op de markt, merknaam FleuRiche 23
24
4
Cosmetica en persoonlijke verzorging Andere mariene stoffen nu toegepast
Cosmetica en persoonlijke verzorging Overige ontwikkelingen
Buitenland (geproduceerd in..) • Pseudopterosines, extract van mariene oorsprong, heeft antionstekingswerking
Toekomst (NL en buitenland) • Ultraviolet blockers uit algen voor toepassing in zonnebrandproducten en cosmetica
– wordt gebruikt in Estee Lauder’s Resilience gezichtscrème.
– Wordt onderzocht door MarBec (VS)
• Marien collageen voor haar en huidverzorging
• Rode pigment phyco-erythrine uit Porphyridium kan potentieel als kleurstof in cosmetica worden toegepast.
– Op de markt van onder meer Croda (VK) en Ennagram (Frankrijk) – Niet-marien alternatief is ook verkrijgbaar
• Squalane voor cosmetica – Sophim (Frankrijk) – haalt het uit haaienlever olie – Is ook verkrijgbaar uit plantaardige bron – Dr. Suwelack (Duitsland) heeft MatriGel op de markt, masker op basis van algen polysachariden en “phytosqualene”
• Chondroitine sulfaat gewonnen uit (marien) kraakbeen wordt toegepast voor vochtinbrengende eigenschappen. 25
– Geschatte prijzen 100-200 $ / kg. – Overigens maakt Cargill (VS) dit uit koeienkraakbeen
26
Bemesting / Gewasbescherming Huidige bemesting producten uit zeewier, vis en schaaldieren • Zeewieren en -extracten, vooral uit grote bruinwieren zoals kelp (Laminaria), blaaswier (Fucus) en knotswier (Ascophyllum) worden veel gebruikt als (biologische) bemesting en bodemverbeteraar
Bemesting en Gewasbescherming
– Veel bedrijven in VK, Ierland, VS, Australië, Zuid-Afrika, etc. – Gebruikt in landbouw, tuinbouw, grasvelden (parken, golfbanen, etc.)
• Afval van schaal- en schelpdieren zoals garnalen, krabben, kreeften, koralen wordt gebruikt als bemesting / bodemverbeteraar. • ‘Fish emulsion’, bijproduct van visolieproductie wordt gebruikt als meststof – Enkele bedrijven in de VS brengen dit op de markt
27
28
Bemesting / Gewasbescherming
Bemesting / Gewasbescherming
Producten uit microalgen Nu commercieel verkrijgbaar • Blauwgroene microalgen (cyanobacteriën) worden toegepast vooral in Azië als bio-bemesting, ook N2-fixerende stammen
Gewasbescherming • Padam, commercieel verkrijgbaar insecticide uit Japan – afkomstig uit mariene wormen – gebruikt als tegen rijstborende insecten en mineerders in citrusblad
– Worden in open vijvers geproduceerd in Azië en bijv. Cyanotech (VS)
• Uit mariene bronnen kunnen stoffen worden geïsoleerd met potentiële toepassing als bio-pesticide, bijvoorbeeld:
• Microalgen biomassa of polymeren daaruit worden ook gebruikt als bodemverbeteraar (bijv. voor waterretentie) en als groeistimulant in met name Azië
– Toxines uit algen – Extracten van terpenen uit sponzen vertonen insecticide werking tegen bijvoorbeeld sprinkhanen – Ook zijn insecticiden uit weekdieren geïsoleerd
– Chlorella, Asterococcus, Chlamydomonas, Synechococcus – Ook enkele bedrijven in de VS zijn hier actief in.
Toekomst • Verschillende experts verwachten dat micro-algen meer gebruikt kunnen gaan worden als (geïntegreerde) bodemverbeteraar, bemesting en gewasbescherming 29
• Chitosan als natuurlijk insecticide, fungicide, meststof en als zaadcoating – Onder meer op de markt van France Chitine 30
5
Diervoeding Enkele algemene observaties • Belangrijkste gebruik mariene organismen: – Organismen in zijn geheel
Diervoeding
• Belangrijkste ingrediënten van mariene oorsprong – Meervoudig onverzadigde vetzuren – Carotenoïden NB: Vismeel en visolie wordt veel gebruikt in diervoeding en voer voor aquacultuur, hier verder niet besproken
31
32
Diervoeding Organismen in zijn geheel
Diervoeding Organismen in zijn geheel
Microalgen • Chlorella
Microalgen • Spirulina
– Bedrijf actief in Nederland in het produceren van algenvoer voor varkens? Aquacultura in Barchem – Ook bedrijven in het buitenland bijvoorbeeld IGV GmbH (D) – Ook veel gebruikt in aquacultuur met name vanwege carotenoïden
– Veel gebruikt in aquacultuur en kippenvoer met name vanwege carotenoïde pigmenten – Ook als levend voedsel voor jonge vissen
• Cryptocodenium cohnii • Isochrysis, Nannochloropsis, Tetraselmis, Chaetoceros
– Zie meervoudig onverzadigde vetzuren
– Gebruikt als levend voer voor vissen in eerste groeistadia in aquaria en aquacultuur – Deze algensoorten komen vaak gemengd voor als voer – Nutriënten: DHA/EPA, vitamine en mineralen – Bedrijven: bijv. BlueBioTech (Duitsland), Reed Mariculture Inc. 33
34
Diervoeding Organismen in zijn geheel
Diervoeding Organismen in zijn geheel
Zeewieren • Knotswier
Artemia, zoutkreeftje • Gebruikt als levend voer voor aquacultuur, nodig voor bepaalde organismen in eerste groeistadia
– Wordt geoogst aan kusten in het Atlantisch gebied, bijvoorbeeld in Noorwegen – Noors knotswier is in Nederland op de markt als supplement verhandeld voor paarden, pony’s en honden – Kan echter niet als vervanger van normaal diervoeder worden gebruikt vanwege slechte beschikbaarheid eiwitten
– Wordt gewonnen uit zoutmeren in de VS – Daardoor erg zeldzaam en duur product U$100 per kg. – Worden soms gevoerd met microalgen en zijn zo een carrier voor meervoudig onverzadigde vetzuren – Bedrijven actief hierin: INVE (B), Argent Labs US, Artemia Systems (B)
• Andere soorten die soms aan vee worden bijgevoerd: blaaswier, kelp en dulse Kroos – heeft een hoge droge-stof, eiwit en bèta-caroteen gehalte. – Werd onderzocht als kippenvoer, is nooit commercieel geworden
35
36
6
Diervoeding Meervoudig onverzadigde vetzuren
Diervoeding Carotenoïden •
• Met name DHA en EPA, zie ook voeding en nutraceuticals • Visolie wordt het meest gebruikt als DHA / EPA bron in veevoeding en aquacultuur • DHA-rijke biomassa van Crypthecondinium chonii
• •
– kan heterotroof geproduceerd worden – wordt toegepast in aquacultuur, veevoeding en in kippenvoer om DHA-rijke eieren te produceren → ‘goed voor hart en vaten’ – Martek Biosciences (VS) en Omegatech (VS) produceren DHAalgen en DHA-olie – Bedrijven die DHA-eieren op de markt brengen zijn bijv. Kwetters (NL) en Omegatech / GoldCircle Farms(VS)
•
• • • • •
Is een sterk ontwikkelde markt, nog steeds groeiend Wordt geproduceerd in foto-bioreactoren, open vijvers Kan ook synthetisch (Roche) of microbieel worden gemaakt Onderzoeksinstelling in het buitenland: MarBEC (VS) Bedrijven: Cyanotech corp. Aquasearch Inc, BlueBioTech / Kraeber GMbH (D) , Fuji Chemicals (Japan) en Martek (VS) • Genoemde marktprijs > 2000 EUR / kg
• Relevante onderzoeksinstellingen: ATO-DLO (NL), MarBEC (VS) • 37
Belangrijkste zijn β-caroteen, astaxanthin, luteine, zeaxanthin en canthaxantin Als pigment en anti-oxidant in o.a. diervoeding en aquacultuur β-caroteen kan worden verkregen uit Dunaliella, wordt echter vaak synthetisch geproduceerd Astaxanthin kan worden verkregen uit Haematococcus pluvialis
Xanthophylen (luteine en zeaxanthin) kunnen worden verkregen uit Chlamydomonas reinhardtii en Dunaliella salina
38
Verpakking Biologisch afbreekbare polymeren voor verpakking • Nu nog geen commerciële bio-plastics op basis van mariene grondstof beschikbaar • Bio-polymeer PHA kan worden verkregen uit blauwalg: Chlorogloea fritschinni
Verpakking
– PHAs zijn biologische thermo afbreekbare plastics. Vaak in de vorm van co-polymeer PHB and PHV. – Is nooit een commercieel succes geworden, want het product werd te duur gevonden – Veel onderzoek gedaan aan niet mariene bacteriële productie door o.a ATO-DLO en Zeneca
• Onderzoek gedaan naar het maken van verpakkingsschuim door vriesdrogen van een waterige oplossing van agar 39
40
Voeding en Nutraceuticals Producten van mariene oorsprong hebben al veel verschillende toepassingen in voeding • Voedingssupplementen / nutraceuticals • Carotenoïden • Meervoudig onverzadigde vetzuren • Verdikkingsmiddel, stabilisator • Zeegroenten • Als ingrediënt voor jodering van zout • Overig
Voeding en Nutraceuticals
41
42
7
Voeding en Nutraceuticals Consumptie algen en zeewieren in Nederland in 1999
Voeding en Nutraceuticals Voedingssupplementen De totale markt voor voedingssupplementen (tabletten, capsules, etc.) is in de VS volwassen en in Europa nog groeiende
Microalgen vormen een veel grotere markt dan verse zeewieren Algensoort
Totale consumptie per jaar in kg (droge stof)
Consumptie per persoon per jaar in gram (droge stof)
Microalgen • Aphanizomenon flos aqua – Bedrijf: Cell Tech (VS)
Diverse zeewiersoorten uit Japan en Bretagne Verse zeewieren Kelpwieren Spirulina Chlorella
6.500 150 10.000 25.000 5.000
0.41 0.01 0.63 1.56 0.31
Totaal
46.650
2.92
43
• Spirulina – – – – – –
Vaak productie in open vijvers Rijk aan eiwit (60%), β-caroteen, vitamine B-12 en GLA. Retail prijs: 90-100 Euro per kg. Totale productie wereldwijd in 1999: circa 3500 ton Onderzoeksinstellingen: o.a. ATO, MarBEC Bedrijven: Cyanotech, Earthrise, BlueBioTech, Plukmade (NL) wordt ook veel in Azië geproduceerd
44
Voeding en Nutraceuticals Voedingssupplementen
Voeding en Nutraceuticals Voedingssupplementen Microalgen • Haematococcus pluvialis
Microalgen • Chlorella (Chlorella spp, Chlorella vulgaris) – – – – –
– Supplementen met als belangrijke inhoudstof astaxanthin – Onderzoeksinstelling: Marbec – Bedrijven die supplementen produceren: Cyanotech (VS), Aquasearch (VS) BlueBioTech (D) , Fuji Chemical, Martek (VS)
Rijk aan carotenen, magnesium, Chlorella Growth Factor en chlorofyl Onderzoeksinstelling: o.a. MarBEC (VS) In Duitsland gekweekt in gesloten systeem in kassen door IGV GmbH. Andere producenten bijv. Earthrise (VS), Momentum (VS) In Nederland supplementen op de markt gebracht door bijv. Bloem Natuurproducten
Uit vissen, schelpen en schaaldieren • Haaienkraakbeen, Chondroitine sulfaat
• Dunaliella
– Ter ondersteuning van soepele gewrichten en spieren
– Wordt vaak gebruikt als bron voor β-caroteen – Onderzoeksinstelling: MarBEC – Retail prijs 75.000 Euro per kg in Japan
• Chitosan en chitine uit pelafval van schaaldieren – Veel gebruikt als supplement voor bijv. gewichtsafname – Glucosamine-supplementen, suikermonomeer van chitine, vooral populair in Azië en VS
• Visolie-capsules (zie meervoudig onverzadigde vetzuren) 45
46
Voeding en Nutraceuticals Voedingssupplementen en jodering van zout
Voeding en Nutraceuticals Carotenoïden
Zeewier • Blaaswier/zee-eik
• Belangrijkste zijn β-caroteen, astaxanthin, luteine, zeaxanthin en canthaxantin • Worden gebruikt als pigment en anti-oxidant in onder meer levensmiddelen • Voor productiewijzen, zie verder bij diervoeding
– Gedroogd verkrijgbaar in capsules in natuurvoedingswinkels
• Kelp en Kombu – – – –
Wordt gewonnen aan de kust van Japan en Noord Atlantisch gebied In tabletvorm verkrijgbaar, met name als jodiumsupplement Zout met kelp is op de markt: Herbamare van Dr. Vogel CEVA (Frankrijk) en Solvay (België) hebben jodering van zout met kelp en Gracillaria onderzocht. Jodium kan direct worden gewonnen of indirect via aminozuur. – NB. Kombu kan ook als thee gedronken worden
47
48
8
Voeding en Nutraceuticals Meervoudig onverzadigde vetzuren
Voeding en Nutraceuticals Verdikkingsmiddelen / stabilisatoren
• Omega-3-vetzuren: DHA en EPA • Op de markt als DHA-olie uit microalg Chypthecodinium chonii en als DHA / EPA rijke visolie • Grootste toepassingen in babyvoeding en in capsules als nutraceuticals • DHA-olie uit microalg Chypthecodinium chonii
• Belangrijkste zijn alginaten, agar en carrageenan. Is een volwassen en verzadigde markt, moeilijk om nieuw toe te treden • Alginaten uit bruinwieren zoals Laminaria japonica, Phaephyceae, Ascophyllum etc. – Gebieden waar alginaat wieren worden gewonnen: Europa, Japan, Californië, Australië en Nieuw-Zeeland. – Bedrijven: bijv. ISP Alginates, FMC Biopolymer en veel Chinese bedrijven – Laminaria japonica wordt gebruikt voor de productie van propyleenglycoalginaat (PGA)
– Wordt in Nederland en in de VS toegevoegd aan babyvoeding voor de ontwikkeling van het centraal zenuwstelsel. – Bedrijven die interesse hebben bijvoorbeeld Numico (NL) – Onderzoeksinstelling: ATO-DLO (NL), MarBEC (VS) – Zie verder diervoeding
• Agar uit roodwieren, zoals Gelidium spp., Gracilaria spp, Pterocladia etc.
• Aan microalg Monodus Subterraneus, die rijk aan EPA is, wordt momenteel onderzoek gedaan 49
– Bedrijven: veel Chileense producenten, Hispahagar etc. – Wordt gewonnen uit zeewieren in Zuid-Europa, Japan en Mexico 50
Voeding en Nutraceuticals Verdikkingsmiddelen / stabilisatoren
Voeding en Nutraceuticals Zeegroenten • Enkele kleine bedrijfjes importeren (of hebben geïmporteerd) ‘zeegroenten’ voor verkoop in Nederland
• Carrageenan uit roodwieren, zoals Euchema Iradaea, Hypena, Mastocarpusstallatus, Gigartina stellata etc.
– Bijv. Bud Holland BV / Beauvie onder de merknaam: Vitality Food – ‘Zeegroenten’ : eetbare zeewieren en halofyten
– Bedrijven: Danisco (Chili), Shemberg (Fillipijnen) FMC Biopolymer etc.
• Nieuwe specifieke polysachariden uit wieren wellicht in de toekomst interessant. Bijvoorbeeld:
Zeewieren verkrijgbaar gedroogd en /of vers in Nederland: • Arame • Hijiki • Zeespaghetti, Zeeboon, Riemwier.
– Funolan uit Gloipeltis furcata, heeft mogelijk gezonde werking, Is (nog) niet commercieel verkrijgbaar. – Sulfaathoudende polysachariden uit Porphyridium spp met mogelijke gezondheidswerking
– Komt onder meer voor aan de kust van Bretagne
• Kelp en Kombu. – Komt voor in Japan en Noord Atlantisch gebied
• Wakame/Zeevaren. – Groeit aan de kust van Japan, Bretagne, Atlantische gebied, Frankrijk 51
52
Voeding en Nutraceuticals Zeegroenten
Voeding en Nutraceuticals Overige interessante inhoudsstoffen
Zeewieren verkrijgbaar gedroogd en /of vers in Nederland • AO Nori / Darmwier
• • • •
Vitaminen, mineralen, sporenelementen Chlorofyl en pheophoribes Nucleïnezuren / Chlorella Grow Factor Xylitol uit Enteromorpha – Geen commercieel succes geworden, xylitol kan goedkoper gewonnen worden door fermentatie • Pigmenten zoals phyco-erythrine
– Komt voor aan onder meer Nederlandse en Japanse kusten – Ooit was er een bedrijf in Zeeland dat AO Nori gewonnen heeft – Omhulsel voor sushi
• Zeesla • Komt voor aan de kust van Schotland, Frankrijk, Noord-Amerika, ZuidAmerika, Oost-Azië
• Dulse/Rode Zeesla • In het de VS wordt ook blaaswier gegeten
– Kan worden verkregen uit Phorphyridium spp – Phorphyridium spp kunnen in een fotobioreactor geproduceerd worden of in half open systemen – Bedrijven: bijv. IGV GmbH (D)
Zouttolerante planten •
53
Zeeaster/ Zulte, Lamsoor, Zeekraal – Weinig bedrijven, in Nederland bijv. Hoogland 54
9
Verf en Lijmen Nederland en buitenland • Verf supplement – Alginaat wordt toegevoegd aan verf om het gieten, kwasten en drogen te vergemakkelijken
Verf en Lijmen
• Winning uit bruinwieren
• Dentaal kleefmiddel – Kelp en alginaat wordt gebruikt als dentaal kleefmiddel. In de US en Japan wordt dit middel onder de naam SEA-BOND verkocht. • Combe Inc. (US), Tanpei Pharmaceuticals, Eisai (Japan)
55
56
Verf en Lijmen
Verf en Lijmen
Toekomst • Biologische anti-fouling verf
Toekomst • Medische lijm uit mosselen
– Ter vervanging van oa TBT, een verf ter voorkoming van aangroei van zeeorganismen op substaat in mariene milieu (schepen, proces installaties, etc.)
– Mossel hecht zich aan substraat in aquatisch milieu. Deze hechting zou goede kansen bieden voor een natuurlijke lijm voor botsplinters. • Mosselen, byssusdraden • Hechtingsinstituut Delft
• Pepticoat project EET • Sponzen, algen en zachte koralen • TNO, SigmaKalon, Genencor, International (AKZO), NIOO-CEMO
• Medische lijm uit algen – In navolging van onderzoek aan mosselen en zeepokken is een EU project gestart met als doel een medische lijm component uit algen te ontwikkelen. • Biota Ltd. (Israël), Bio-Gels Pharmaceuticals (IJsland)
57
58
Zuivering Nederland • Afwateringsfiltratie – In de bollenteelt worden schelpen worden gebruikt als filterbed voor afwateringsbuizen. Het water komt gefilterd de buizen in, hetgeen minder vervuiling oplevert.
Zuivering
• Toegepast in de bollenstreek • Leverancier Spaansen, Den Helder
59
60
10
Zuivering
Zuivering
Buitenland • Bioremediatie
Buitenland • Drinkwater zuivering
– Verontreinigingen van water met zware metalen, etc. kunnen verzameld worden in algen en eventueel verder geconcentreerd in algeneters. Na afsterven/afzinken kan de geconcentreerde verontreinigde massa makkelijk(er) gewonnen worden.
– Chitin/chitosan wordt als afvanger van zware metalen gebruikt in drinkwater zuivering en in rioolwater als precipiterend medium voor bepaalde anionische vervuiling als DDT en PCBs. • EPA staat gebruik van chitosan toe • France Chitine
• Berkely Pit / Universtity of Montana • Euglena mutabilis
• Afvalwaterzuivering – Eendekroos wordt in warmere landen gebruikt om zuivering van afvalwater te bevorderen. Fosfaten en stikstof worden omgezet in biomassa, deze is te gebruiken als veevoer, want rijk aan eiwitten. Nederland lijkt te koud voor deze toepassing. • IHE (Delft), Yemen
61
62
Zuivering
Zuivering
Toekomst • Effluent visteelt zuiveren
Toekomst • Biologisch rookgasfilter
– In Noorwegen worden proeven gedaan om het effluent van viskwekerijen te zuiveren dmv van eencellige wieren. Dit om eutrofiering van de omgeving tegen te gaan. Specifieke producten van de wier opbrengst zijn nog niet genoemd.
– Algen voeden zich met CO2, NOx, en fosfaten. Door rookgas door een kwekerij te leiden zou men het kunnen zuiveren van deze stoffen. Proefopstelling was tot nu toe niet succesvol door te lage zuiveringswerking. • ECN, UvA, Suiker Unie/Cosun
• Biologisch koelwaterfilter
• Bioabsorptie
– Ter bescherming van proces installaties die gebruikt maken van zeewater als koelwater is een filter in ontwikkeling dat gebruik maakt van de filtercapaciteit van mosselen om eencellige wieren uit het water te halen.
– Na behandeling kunnen de verpulverde schalen van schelpdieren als krabben en kreeften gebruikt worden als grondstof voor een absorptiemedium voor vervuilende organische moleculen in afvalwater van industrie en landbouw.
• Mosselen • TNO MEP
• Patent aangevraagd, bedrijf (UK) zoekt ontwikkelingspartner via IRC
63
64
Energie Toekomst • Biomassa als brandstof – Hierbij gaat het primair om de verbrandingswaarde van geproduceerde biomassa, het ‘bijstoken’.
Energie
• Shell, Nuon
• Biochemisch – Gebruik van enzymen, micro-algen of bacteriën om biomassa te converteren in bio-ethanol, methaan of waterstof. • fermentatie • EET, Nedalco, Shell, ATO, TUD
• Fotobiologisch – H2 of CH4 productie door micro-algen en/of bacteriën, gecontroleerde productie dmv fotobioreactoren. • ATO, ECN 65
66
11
Energie Toekomst • Thermochemisch – Superkritisch vergassen van biomassa, bij 600graden Celsius en 300 bar reageert biomassa binnen 1minuut tot waterstof, methaan en koolstofdioxide. Algen zijn mogelijke bron voor biomassa.
Constructie en Bouwmaterialen
• EET Kiemproject (TNO, BTG,..), EU-project, Antal (Hawaii), Japan.
– Hydro-Thermal Upgrading is in feite het nabootsen van de vorming van aardolie uit plantenresten in de aardkorst. Bij ca. 160 bar en 300 graden Celsius wordt biomassa omgezet in bio olie. • Shell, TNO, Stork
– Hydrovergassing van biomassa voor de productie van SNG, substitute natural gas, ‘groen’ aardgas. Komt neer op het vergassen in een waterstof atmosfeer. • Methanor, GE, ECN
67
68
Constructie en Bouwmaterialen
Constructie en Bouwmaterialen
Nederland • Schelpengrit
Toekomst • Mosselstenen
– Van kokkelschelpen die na conservenproductie overblijven wordt momenteel schelpengrit gemaakt. Dit wordt oa. gebruikt voor aanleggen van bospaden, volgens SBB zeer onderhoudsvriendelijk.
– In plaats van mosselschelpenafval te dumpen kan men ze met cement verwerken tot (decoratieve) stenen • United Nations Environment Programme, Sustainable Product Development
• 30.000 ton per jaar uit kokkelvisserij • schelpenvisserij Waddenzee
• Isolatiemateriaal – Een laag schelpen in de kruipruimte weert vocht en werkt als vloerisolatie. • Leverancier Spaansen, Den Helder
69
70
Was- en reinigingsmiddelen, textiel en papier Was- en reinigingsmiddelen • Enzymen uit thermofiele mariene bacteriën, bijv. polymerases, ligases, proteases – Mogelijk in applicaties met hoge temperaturen, bijv. wasmiddelen, chemische processen en bakkerij-industrie – Wordt onder meer onderzocht door MarBEC (VS)
Overig
• Eiwitten, gesynthetiseerd volgens natuurlijke metabole proces in oesterschaal – Kunnen mogelijk acryl-polymeren vervangen in wasmiddelen – Wordt aan gewerkt door Amerikaanse firma
Textiel en papierindustrie • Worden al jaren bio-polymeren uit wieren in gebruikt • Mogelijk interesse in nieuwe pigmenten uit algen 71
72
12
Electronica en chemische industrie Electronica • Mariene polymeren als supergeleiders? Chemische industrie • Haloperoxidaes uit algen – Kunnen mogelijk worden gebruikt in de chemische industrie voor halogenering
• Proteasen, bijv. Collagenase uit bacterie Vibrio alginolyticus – Zijn detergentia bestendig, – kunnen cellen gescheiden houden in weefselculturen
• Superoxide dismutase uit marine algen, kan gebruikt worden in chemische procesindustrie. In Japan onderzocht.
73
13
