Algen als natürliche Vitamin B12-Quelle

Vitamin B12

gehört zur Familie der Cobalamine. Cobalamine sind organometallische Verbindungen, die Cobalt in einem Corrin-Ringsystem als Zentralatom enthalten und damit die einzigen cobalthaltigen Naturstoffe sind. Cobalamine unterscheiden sich hinsichtlich des namensgebenden Liganden, der an das Cobaltatom gebunden ist: Cyano-, Methyl-, Adenosyl-, Hydroxy-, Aquo- oder Nitrocobalamin. Die vitaminwirksamen Varianten des Vitamin B12 (Adenosylcobalamin und Methylcobalamin) fungieren als Co-Faktoren zweier Enzyme in höheren Tieren, der Methioninsynthase und der Methylmalonyl-CoA-Mutase. Das Cyanocobalamin ist eine rein synthetische, relativ stabile Form des Cobalamins, die vom Körper in die aktiven Cobalamine durch Ligandenaustausch umgewandelt werden kann. Sie findet sich vor allem in Nahrungsergänzungsmitteln oder angereicherten Lebensmitteln. Cyano-, Methyl- oder Hydroxycobalamin kommen therapeutisch als orale Gabe oder als Injektion zum Einsatz. (1)

Sogenannte B12-Analoga (Pseudovitamin B12) unterscheiden sich leicht in der chemischen Struktur, sind aber biologisch inaktiv. Einige der oft eingesetzten Analyseverfahren (z.B. der mikrobielle L. leishmanii-Test) können die aktiven nicht von den inaktiven Formen unterscheiden. (2) Treten beide gleichzeitig auf, kann es zur kompetetiven Hemmung bei der Aufnahme von aktivem B12 kommen.

Vitamin B12 kann in der Natur nur von einigen Bakterien und Archaebakterien synthetisiert und muss von uns über die Nahrung zugeführt werden. Der größte Teil wird dabei aktiv im Dünndarm über den „Intrinsic Factor“ aufgenommen, ein wesentlich kleinerer Teil bei physiologisch unüblicher Hochdosierung passiv über Diffusion. Vitamin B12 spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung der Erythrocyten, der Zellteilung, des Methionin/ Homocysteinstoffwechsels, der Funktion des Nervensystems und der DNA-Replikation. (3) Über 60% des Vitamins werden in der Leber gespeichert. Von Vitamin B12-Mangel sind vor allem ältere Menschen (bis zu 15%), chronisch Kranke, Schwangere/Stillende, Veganer, aber auch Menschen in bestimmten Regionen unserer Erde betroffen. (4) In Deutschland ist Vitamin B12-Mangel wahrscheinlich der am häufigsten vorkommende Vitaminmangel mit klinischer Dimension. (5)

Die Ursachen eines Mangels können dabei vielfältig sein und ein frühzeitiges Erkennen ist aufgrund einer diffizilen Symptomatik schwierig. Als Quelle für Vitamin B12 gelten vor allem tierische Produkte. Tiere akkumulieren B12 über die Nahrungsaufnahme oder über enterale/ gastrointestinale Synthese (Pflanzenfresser/ Wiederkäuer). Pflanzen benötigen dieses Vitamin für ihren eigenen Stoffwechsel nicht, deshalb akkumulieren sie es auch nicht. Dennoch können pflanzliche Lebensmittel vergleichsweise geringe Mengen Vitamin B12 enthalten, bedingt durch einen natürlichen bakteriellen Aufwuchs oder durch Kontamination bei Anbau/ Verarbeitung. Eine Ausnahme bilden bestimmte Algen. (6)

Algen

sind eine Gruppe recht unterschiedlicher Organismen, die keine sog. monophyletische Gruppe (mit einer gemeinsamen Stammart) bilden. So gehört Spirulina als Blaualge zu den Cyanobakterien („Echten Bakterien“), Chlorella und der Meeressalat zu den Grünalgen (Pflanzen) und Nori als Rotalge in die verwandtschaftliche Nähe der Pflanzen. Das heißt z.B., wir als Menschen sind mit einem Fliegenpilz oder einem Gänseblümchen näher verwandt als die Chlorella mit der Spirulina! Deshalb können auch keine verallgemeinernden Aussagen über „Algen“ getroffen werden! Es muss vielmehr eine differenzierte Diskussion bezüglich der verschiedenen Taxa stattfinden.

Algen spielen schon heute eine große Rolle als Rohstoff für verschiedene Industrien. Schätzungen gehen davon aus, dass 70% aller Lebensmittel weltweit „Alge“ enthalten. Die Zusatzstoffe Agar-Agar, Alginate und Carrageen werden aus marinen Makroalgen gewonnen, Mikroalgen sind gute Quellen für mehrfach ungesättigte Fettsäuren, Proteine, Pigmente, Vitamine und Mineralstoffe.

Algen und Vitamin B12

Im Jahr 2005 wurden 326 verschiedene Algenarten untersucht, von denen überraschender Weise mehr als die Hälfte auxotroph gegenüber Vitamin B12 waren. Das heißt, diese Algen sind, wie wir, abhängig von einer externen Vitamin B12- Quelle. (7) Einige Algen nehmen dabei das Vitamin aus einer Symbiose mit Bakterien auf, andere können es aktiv aus dem Wasser aufnehmen und haben dafür ein spezielles Protein (cobalamin acquisition protein = the vitamin B12 claw) entwickelt. Im Stoffwechsel der Algen dient das Vitamin als Cofaktor für eine Vitamin B12-abhängige Methioninsynthase. (8, 9, 10, 11)

Einige Algen enthalten teilweise große Mengen an Vitamin B12. Ob es sich dabei um die biologisch aktiven Formen oder um B12-Analoga handelt, wird kontrovers diskutiert. (12, 13, 14)

Für einen Anbau von Algen mit hohem Vitamin B12-Gehalt sind genaue Kenntnisse über die verwendete Art/Stamm, die „richtige“ mikrobielle Begleitflora und Kobalt als Rohstoff für die bakterielle B12-Synthese notwendig.

Interessant ist, dass früher die Vitamin B12-auxotrophe Goldbraune Alge Ochromonas malhamensis als angeblich spezifischer Test für das bioaktive B12 in der Diskussion war. Diese Analysemethode hat sich jedoch nie durchgesetzt.

Mikroalge Arthrospira (Spirulina) platensis und maxima Blaualge = Cyanobakterium

Zusammenfassung

Spirulina wird weltweit in offenen Becken angebaut oder als Algenblüte aus Seen geerntet und kann große Mengen an Vitamin B12 enthalten. Dabei handelt es sich nach Stand des Wissens hauptsächlich um biologisch inaktive B12-Analoga. Die meisten Untersuchungen wurden mithilfe biochemischer oder mikrobiologischer Tests an der Biomasse durchgeführt. Am Menschen durchgeführte Studien bestätigten allerdings diese Ergebnisse. (6, 28, 29, 30, 31)

Publikationen (chronologisch)

Herbert et al. (1982) analysierten Spirulina-Tabletten dreier Anbieter (USA) und fanden mittels mikrobiologischer Methoden und Radioassays heraus, dass diese zwar große Mengen an „B12“ enthalten, sie jedoch zu mehr als 80% aus B12- Analoga bestehen. (15) Dagnelie et al. (1991) untersuchten den Effekt von Nori und Spirulina bei Kindern mit B12-Mangel und zeigten, dass beide Algen die nicht-bioverfügbaren Formen des Vitamin B12 beinhalten (12). Van den Berg et al. (1991) fand in Fütterungsversuchen mit Ratten heraus, dass Cobalamin von Spirulina (und Nori) zwar von diesen absorbiert wird, aber im Vergleich zu Cyanocobalamingaben zu einem anderen Verteilungsmuster in Leber und Niere führen, was auf biologisch inaktive B12- Analoga hindeutet. (16) Cyanotech, Hersteller von Spirulina auf Hawaii, schreibt in seiner Publikation von 1999 „Spirulina Pacifica as a Source of Cobalamin Vitamin B12“, das mithilfe mikrobiologischer Tests und Tests mit Ochromonas gezeigt werden konnte, dass 36% der enthaltenen Corrinoide biologisch aktiv waren. Das deckt sich weitestgehend mit den anderen, hier beschriebenen Untersuchungen und zeigt, dass hauptsächlich inaktives B12 in Spirulina zu finden war. (17) Watanabe et al. (1999) untersuchten mittels Leishmanii- und Intrinsic Factor-Assay Spirulina Tabletten und fanden heraus, dass der größte Teil der Cobalamine aus inaktiven B12-Analoga bestand. (18) In einem Review von Watanabe et al. (2002) werden die Ergebnisse zur Bioverfügbarkeit von Vitamin B12 verschiedener Algen zusammengefasst. Spirulina wird dabei als die Alge dargestellt, die hauptsächlich Pseudovitamin B12 enthält. (19) In der Herbstausgabe 2005 des „The Vegan“ der Veganen Gesellschaft Großbritanniens wird ein Versuch beschrieben, bei dem Menschen Spirulina gegeben wurde, um den B12-Status (hier: abnormale MMA-Werte) der Probanden zu verbessern. Das Ergebnis war negativ, die Versuchsgruppe jedoch leider sehr klein. (20) Kumudha et al. (2010/2013) konnten biologisch aktives Methylcobalamin in Spirulina in einer Größenordnung von um die 35 µg/100g nachweisen. (21, 22) Dies ist aber auch bei einem mittleren Gesamt-B12-Gehalt von um die 150 µg/100g wenig.

Nach einem Urteil des OLG Hamm darf das Vitamin B12 von Spirulina-Produkten nicht mehr speziell mit Aussagen wie „Vitamin B12-reichste Pflanze“ oder „hervorragender Lieferant von aktiven B12-Formen“ beworben werden. „Die Werbung mit Hinweisen auf den Vitamin B12-Gehalt der Spirulina-Produkte sei irreführend“. „Insbesondere Vegetarier und Veganer, die sich darauf verließen, dass das in ihrer Ernährung fehlende Vitamin B12 ersetzt werden könne, hätten daher ein hohes Risiko für einen B12-Mangel.“ (23)

Mikroalge Chlorella vulgaris oder „pyrenoidosa“ (veralteter Begriff) und sorokiniana Grünalge

Zusammenfassung

Chlorella wird vor allem in Asien und zunehmend auch in Europa in offenen Becken, Glasröhrensystemen oder Fermentern angebaut. Die unterschiedlichen Anbaumethoden haben Konsequenzen für den Vitamin B12-Gehalt (eigene Untersuchungen) und die Zusammensetzung der einzelnen Corrinoide in den jeweiligen Produkten (Watanabe F, 2015, pers. comm.). Fermentierte Chlorella (axenisch, steril kultiviert) enthält kein/kaum B12, da die Begleitbakterien während der Kultivierung fehlen. Andere Chlorella-Produkte können teilweise große Mengen an, nach Stand des Wissens, bioverfügbarem B12 enthalten. (Reviews: 6, 28, 30, 31) Damit kann Chlorella eine gute pflanzliche Quelle für dieses Vitamin sein. Bei einem durchschnittlichen Gehalt von 100µg/100g decken schon 3 g Chlorella (leicht gehäufter Teelöffel) 120% der empfohlenen Tagesdosis. Um das abzusichern, sollten unbedingt weitere Untersuchungen an geeigneten Probanden durchgeführt werden.

Publikationen (chronologisch)

Pratt& Johnson (1968) veröffentlichten vor knapp 50 Jahren die erste Untersuchung zu Chlorella, die sie hinsichtlich des Vitamin B12 untersuchten. Sie fanden kein Vitamin B12. Allerdings geben die Autoren damals schon zu bedenken, dass sie wahrscheinlich nicht über die richtige Methode verfügten und Chlorella in künstlichen Medien angezogen war, was die Bildung des Vitamins beeinflusst haben könnte. (35) Rauma et al. (1995) konnten zeigen, dass sich der Serum-B12-Spiegel bei sich „roh“ ernährenden Veganern durch Chlorella-Gaben deutlich verbesserte. Allerdings ist der Serumspiegel nicht sehr aussagekräftig, da hier auch Analoga mitbestimmt werden können. (24) Kittaka-Katsura et al. (2002) konnten mithilfe des Leishmanii-Tests und der Intrinsic Factor-Assays zeigen, dass die von ihnen untersuchten Chlorella-Tabletten dreier Anbieter ausschließlich die bioverfügbare Form des Vitamins enthielten. (25) In dem Review von Watanabe et al. (2002) werden die Ergebnisse zur Bioverfügbarkeit von Vitamin B12 verschiedener Algen zusammengefasst. Aktives B12 wird als das vorherrschende Corrinoid in Meeressalat, Nori und Chlorella gezeigt (19). In der Herbstausgabe 2005 des „The Vegan“ der Vegan Society, UK wird ein Versuch beschrieben, bei dem Menschen Chlorella gegeben wurde, um den B12-Status der Probanden zu verbessern. Das Ergebnis war positiv, der MMA-Gehalt verbesserte sich, allerdings nahm nur eine Person bis zum Ende der Studie teil. (20) Chen&Jiang (2008) nutzten eine neue Form der Kapillarelektrophorese, um die Cobalamine in Chlorella-Proben zu bestimmen und fanden fast ausschließlich eine bioverfügbare Form (26). Nakano et al. (2010) untersuchten das Risiko schwangerschaftsbedingter Anämie bei 70 Frauen. In der Chlorella-Gruppe war dieses signifikant niedriger, was seine Ursache in der guten Verfügbarkeit von Folsäure, Vitamin B12 und Eisen aus Chlorella haben sollte (27). Kumudha et al. (2013) fanden in den von ihnen untersuchten Chlorella-Proben Methylund Adenosylcobalamin, also aktives B12 (22).

Makroalgen Porphyra spec. (Rotalge: Nori, Sushi), Ulva spec., früher auch: Enteromorpha (Grünalge: Meeressalat)

Die Rotalge Porphyra kann ähnlich große Mengen an Vitamin B12 enthalten wie eine Rinderleber, der Gehalt schwankt allerdings stark von Produkt zu Produkt. (33)

Allerdings wird die Bioverfügbarkeit kontrovers diskutiert. Eine Studie suggeriert, dass es sich in der Alge um nicht bioverfügbare B12- Analoga handelt. (12) Yamada et al. beschreiben, dass während des Trocknungsprozesses anscheinend bioverfügbares (73% Vitamin B12 in frischem Nori) in nicht-bioverfügbares B12 (65% Analoga in getrocknetem Nori) umgewandelt wird. (34) Watanabe et al. idendifizieren getrocknete Porphyra als gute Vitamin B12-Quelle. (30)

Die Grünalge Ulva (die früher beschriebene „Enteromorpha“ wird heute zur Gattung Ulva gezählt) enthält ähnlich viel, wahrscheinlich bioverfügbares, Vitamin B12 wie die Rotalge Porphyra. (19, 30, 32)

Jörg Ullmann
Diplom-Biologe, Phykologe, Referent, Blogger, Algenfarmer

j.ullmann@aol.de

Literatur

(1) V. Herbert: Vitamin B12 in present knowledge in nutrition. 17th ed. Washington, DC, International Life Science Institute Press, 1996

(2) O. Karmi, A. Zayed, S. Baragheti, M. Qadi, R. Ghanem: Measurement of vitamin B12 concentration: A review on available methods. The IIOAB Journal, 2011

(3) U.S. Department of Health & Human Services, National Institutes of Health, Office of Dietary Supplements, Vitamin B12 – dietary supplement fact sheet, 2011

(4) S. P. Stabler, R. H. Allen: Vitamin B12 deficiency as a worldwide problem. Annu Rev Nutr, 2004, 24, 299-326

(5) A. Stahl, H. Heseker: Vitamin B12 (Cobalamine). Ernährungs Umschau, 2007, 10 594-601

(6) J. Ullmann, M. Ecke: Chlorella vulgaris – Pflanzliche Quelle für hochkonzentriertes und bioverfügbares Vitamin B12. OM & Ernährung, 2011, 137

(7) M. T. Croft, A. D. Lawrence, E. Raux-Deery, M. J. Warren, A. G. Smith: Algae acquire vitamin B12 through a symbiotic relationship with bacteria. Nature 438, 2005, 438(7064), 90-3

(8) E. M. Bertrand, M. M. Dawn, M. R. McIlvin, J. M. Hoffmannn, A. E. Allen, M. A. Saito: Methionin synthase interreplacement in diatom cultures and communities: Implications for the persitence of B12 use by eukaryotic phytoplancton. Limnol Oceanogr, 2013, 58(4), 1431-1450

(9) L. Lippsett: The vitamin B12 claw. Oceanus Magazine, 2012, 49(3)

(10) E. Kazamia, H. Czesnick, T. T. Nguyen, M. T. Croft, E. Sherwood, S. Sasso, S. J. Hodson, M. J. Warren, A. G. Smith: Mutualistic interactions between B12 dependend algae and heterotrophic bacteria exhibit regulation. Environ Microbiol, 2012, 14(6), 1466-76

(11) K. E. Helliwell, G. L. Wheeler, K. C. Leptos, R. E. Goldstein, A. G. Smith: Insights into the evolution of vitamin B12 auxotrophy from sequenced algal genomes. Mol Biol Evol, 2011, 28(10), 2921-33

(12) P. C. Dagnelie, W. A. van Staveren, H. van den Berg: Vitamin B12 from algae appears not to be bioavailable. Am J Clin Nutr, 1991, 53(3), 695-7

(13) H. van den Berg, P. C. Dagnelie, W. A. van Staveren: Vitamin B12 and seaweed. Lancet, 1988, 1(8579), 242-3

(14) F. Watanabe: Vitamin B12 sources and bioavailability. Exp Biol Med (Maywood), 2007, 232, 1266-74

(15) V. Herbert, G. Drivas: Spirulina and vitamin B12. JAMA, 1982, 248(23), 3096-7

(16) H. van den Berg, L. Brandson, B. J. Sinkeldam: Vitamin B12 content and bioavailability of spirulina and nori in rats. Journal of Nutritional Biochemistry, 1991, 2(6), 314-318

(17) T. Lorenz (Cyanotech Corporation): Spirulina Pacifica as a Source of Cobalamin Vitamin B12. 1999, http://www.cyanotech.com/pdfs/spirulina/spbul52.PDF 

(18) F. Watanabe, H. Katsura, S. Takenaka, T. Fujita, K. Abe, Y. Tamura, T. Nakatsuka, Y. Nakano: Pseudovitamin B12 is the predominate cobamide of an algal health food, spirulina tablets. J Agric Food Chem, 1999, 47, 4736–4741

(19) F. Watanabe, S. Takenaga, H. Kittaka-Katsura, S. Ebara, E. Miyamoto: Characterization and bioavailability of vitamin B12-compounds from edible algae. J Nutr Sci Vitaminol (Tokyo), 2002, 48(5), 325-31

(20) The Vegan Society (UK), The Vegan, Autumn 2005, S. 30 (http://issuu.com/vegan_society/docs/the_vegan_autumn_2005)

(21) A. Kumudha, S. S. Kumar, M. S. Thakur, G. A. Ravishankar, R. Sarada: Purification, identification, and characterization of methylcobalamin from Spirulina platensis. J Agric Food Chem. 2010, 58(18), 9925-30

(22) A. Kumudha, D. P. Simon, R. Sarada: Vitamin B12 characterization in microalgae. 7th International Algae Congress, 2013, poster presentation

(23) OLG Hamm, Urteil vom 17. August 2010, Az. I-4 U31/10

(24) A. L. Rauma, R. Törrönen, O. Hänninen, H. Mykkänen: Vitamin B12 status of long-term adherents of a strict uncooked vegan diet (‘‘living food diet’’) is compromised. J Nutr, 1995, 125(10), 2511-5

(25) H. Kittaka-Katsura, T. Fujita, F.Watanabe, Y. Nakano: Purification and characterization of a corrinoid-compound from chlorella tablets as an algal health food. J Agric Food Chem, 2002, 50, 4994-7

(26) J. H. Chen, S. J. Jiang: Determination of cobalamin in nutritive supplements and Chlorella foods by capillary electrophoresis-inductively coupled plasma mass spectrometry. J Agric Food Chem, 2008, 56(4), 1210-5

(27) S. Nakano, H. Takekoshi, M. Nakano: Chlorella pyrenoidosa supplementation reduces the risk of anemia, proteinuria and edema in pregnant women. Plant Foods Hum Nutr, 2010, 65, 25-30

(28) F. Watanabe: Vitamin B12 from edible algaefrom food science to molecular biology. Vitamins (Japanese), 2007, 81, 49-55

(29) F. Watanabe, Y. Yabuta, Y. Tanioka, T. Bito: Biologically active vitamin B12 compounds in foods for preventing deficiency among vegetarians and elderly subjects. J Agric Food Chem, 2013, 61(28), 6769-75

(30) F. Watanabe, Y. Yabuta, T. Bito, F. Teng: Vitamin B12-Containing Plant Food Sources for Vegetarians. Nutrients, 2014, 6, 1861-1873

(31) J. Ullmann: Mikroalgen im Porträt. Paracelsus Magazin, 2013, 5

(32) F. Watanabe, S. Takenaka, H. Katsura, S. A. Masumder, K. Abe, Y. Tamura, Y. Nakano: Dried green and purple lavers (Nori) contain substantial amounts of biologically active vitamin B12 but less of dietary iodine relative to other edible seaweeds. J Agric Food Chem, 1999, 47(6), 2341-3

(33) S. Yamada, Y. Shibata, M. Takayama, Y. Narita, K. Sugawara, M. Fukuda: Content and characteristics of vitamin B12 in some seaweeds. J Nutr Sci Vitaminol (Tokyo), 1996, 42(6), 497-505

(34) K. Yamada, Y. Yamada, M. Fukuda, S. Yamada: Bioavailability of dried asakusanori (porphyra tenera) as a source of cobalamin (vitamin B12). Int J Vitam Nutr Res, 1999, 69(6), 412-8

(35) R. Pratt, E. Johnson: Deficiency of vitamin B12 in Chlorella. J Pharm Sci, 1968, 57(6), 1040-1