In een klein laboratorium aan de oevers van de Duitse rivier de Neckar isoleerde chemicus en Nobelprijswinnaar Richard Kuhn in 1938 een dieprood pigment uit kreeftenschalen. Hij noemde het astaxanthine¹, zonder te kunnen vermoeden hoe ver het zou komen. Tientallen jaren later ontdekten onderzoekers dat precies hetzelfde molecuul van nature wordt geproduceerd door een microscopisch kleine zoetwateralg, in concentraties die het tot een van de krachtigste antioxidanten maken die ooit in de natuur zijn aangetroffen.
Het vermogen om singletzuurstof te neutraliseren is ongeveer 6.000 keer zo groot als dat van vitamine C². Niets anders in de natuur komt daar ook maar in de buurt. Dat verband met de alg,de Haematococ e pluvialis, kwam in 1975 aan het licht, toen onderzoekers ontdekten dat deze astaxanthine ophoopt in concentraties die veel hoger zijn dan bij welke andere bekende natuurlijke bron dan ook³.
Wat begon als een chemische curiositeit, is uitgegroeid tot een van de meest grondig bestudeerde e antioxidanten in de nutraceutische en cosmetische industrie vandaag de dag, gewaardeerd om zijn echte, tastbare voordelen: een gezonder ogende huid, soepelere gewrichten en een sterkere dagelijkse afweer tegen oxidatieve stress. De vraag volgt de wetenschap. Natuurlijke, uit microalgen gewonnen astaxanthine is het snelst groeiende segment van de antioxidantenmarkt, met een verwachte vraag van 448 miljoen dollar in 2030, bij een groei van ongeveer 12,6 procent per jaar⁴.
Om die ontdekking om te zetten in een betrouwbare, wereldwijde aanvoer waren vier verschillende generaties bioreactorontwerpen nodig, ontwikkeld door een klein aantal baanbrekende bedrijven die gedurende drie decennia onafhankelijk van elkaar op verschillende continenten werkten. Dankzij hun werk bereikt een antioxidant die ooit slechts bij een handvol chemici bekend was, nu miljoenen mensen.
Dit artikel vertelt dat technische verhaal in chronologische volgorde: de bedrijven die erachter zitten, de problemen die elk bedrijf heeft opgelost, en hoe de wetenschap zich ontwikkelde van een enkele open vijver in Hawaï tot een continu flat-panelsysteem in België.
Terwijl Kuhn in Duitsland met kreeften werkte, had zich al een apart onderzoekstraject ontwikkeld rond een van de meest gegeten vissoorten ter wereld.
In 1933, vijf jaar voordat Kuhn astaxanthine een naam gaf, isoleerden de Zweedse biochemicus Hans von Euler en zijn collega’s een rood pigment uit zalmspierweefsel en noemden het „zalmzuur⁵“. Destijds legde niemand het verband met het kreeftenpigment dat Kuhn vijf jaar later zou identificeren. De twee onderzoekstrajecten – het ene gericht op de schaal van een schaaldier, het andere op een vis die wereldwijd al op het menu stond – liepen vier decennia lang parallel.
Het verband werd pas in 1973 bevestigd, toen onderzoekers met behulp van massaspectrometrie en kernspinresonantieanalyse aantoonden dat zalmzuur en astaxanthine in feite hetzelfde molecuul waren⁵. Het pigment dat Kuhn uit een kreeftenschaal had geïsoleerd, was hetzelfde pigment dat de zalm zijn bekende roze-oranje kleur gaf.
Die bevestiging was om een eenvoudige reden van belang: astaxanthine maakte al deel uit van het menselijke dieet zolang mensen zalm aten, maar de meeste mensen hadden er gewoon nooit een naam voor. Wilde zalm neemt het pigment volledig via de voeding op, uit krill, garnalen en andere kleine schaaldieren die zelf zich hadden gevoed met astaxanthine-rijke algen of organismen verderop in dezelfde voedselketen die begint metde H. pluvialis. Sockeye-zalm heeft een van de hoogste astaxanthine-concentraties van alle zalmsoorten, geconcentreerd in zowel de spierweefsel als de eitjes⁵.
Tegen de tijd dat onderzoekers op zoek gingen naar manieren om astaxanthine doelbewust te kweken, was het molecuul al een bekend, alledaags onderdeel van het dieet voor iedereen die ooit een stukje zalm had gegeten. Wat veranderde, te beginnen met de open vijvers van Cyanotech op Hawaï, was de mogelijkheid om het doelbewust te kweken, te concentreren en rechtstreeks in een voedingssupplement of huidverzorgingsproduct te verwerken, in plaats van te vertrouwen op de voedselketen om het in sporenhoeveelheden aan te leveren.
Het antwoord kwam in 1975, toen onderzoekers bevestigden datde H. pluvialis astaxanthine ophoopt in concentraties die veel hoger liggen dan alles wat in kreeftenschalen, zalmspieren of welke andere natuurlijke bron dan ook wordt aangetroffen³. In tegenstelling tot die dieren, die slechts de astaxanthine ophopen die ze binnenkrijgen, produceertde kreeftkreeft( , H. pluvialis, ) de stof zelf, onder invloed van omgevingsstress. Dat verschil was van belang: het betekende dat het pigment in principe doelbewust kon worden gekweekt, in plaats van te worden geoogst op plaatsen waar de natuur het toevallig had geconcentreerd.
Die mogelijkheid riep een specifieke technische vraag op die pas na tientallen jaren beantwoord zou worden: hoe kon een microscopisch kleine alg, die zijn meest waardevolle stof alleen onder opzettelijke stress produceert, betrouwbaar genoeg worden gekweekt om aan de groeiende wereldwijde vraag naar deze antioxidant te voldoen? Tussen de jaren tachtig en het einde van de jaren negentig gingen verschillende onafhankelijke onderzoeksgroepen op zoek naar een antwoord, waarbij ze zich allemaal richtten op hetzelfde kernprobleem: het op productieschaal op een schone en consistente manier leveren van voldoende licht aan voldoende cellen. Voor achtergrondinformatie over het molecuul zelf, zie onsoverzicht ‘ ’ over de oorsprong van astaxanthine.
Voordat we ingaan op de bedrijfsgeschiedenis, is het nuttig om precies te begrijpen wat elke producent probeert te ontwikkelen.
H. pluvialis komt van nature voor in kleine, tijdelijke zoetwaterplassen: regenplassen, vogelbadjes en ondiepe vijvers. In zijn groene, vegetatieve vorm groeit en deelt het zich met behulp van licht, water en kooldioxide, net als elke andere microalg.
Onder stressomstandigheden – zoals hoge lichtintensiteit, een tekort aan voedingsstoffen of stijgende temperatuur – past de alg haar stofwisseling aan. De groei stopt. De cel vormt een verdikte wand, verandert in een rustcel die een aplanospore wordt genoemd, en bouwt astaxanthine op als een beschermende, secundaire carotenoïde⁶.
Producenten noemen dit een tweefasig kweekproces: een „groene fase“ voor de groei van biomassa, gevolgd door een „rode fase“, waarin opzettelijk stress wordt opgewekt om de opbouw van astaxanthine te stimuleren. Ditzelfde biologische proces verklaart waarom astaxanthine in de natuur voorkomt: zalm, krill en flamingo’s ontlenen hun kleur aan het eten van H. pluvialis of organismen die verderop in die voedselketen staan, een onderwerp dat aan bod komt in onze lijst met voedingsmiddelen die van nature rijk zijn aan astaxanthine.
Elke hieronder beschreven generatie bioreactoren is in feite een andere technische oplossing voor één vraag: hoe kan die rode fase bij miljarden cellen tegelijk worden geactiveerd en beheerd, tegen kosten die de markt kan dragen? Die gemeenschappelijke vraag is wat Hawaï, Zweden, Oostenrijk, Israël, IJsland en België met elkaar verbindt.
Het verhaal begint aan de Kona-kust van het grote eiland van Hawaï. Gerry Cysewski richtte daar in 1983 Cyanotech Corporation op, bij het Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority, een locatie die was gekozen vanwege de toegang tot koud, voedselrijk diep zeewater. Het eerste commerciële product van het bedrijf was spirulina⁷.
Tegen 1988 had Cyanotech zijn kweekvijvers meerdere malen uitgebreid en werd spirulina verkocht op de markten voor landbouw, diervoeding en voedingssupplementen voor mensen. Het bedrijf paste vervolgens hetzelfde model met open vijvers toe op een tweede microalg:de H. pluvialis ( ) en het astaxanthinepigment daarvan.
In 1996 voltooide Cyanotech een beursgang, waarmee het 10,6 miljoen dollar ophaalde om de volledige uitbouw van zowel zijn spirulina- alszijn H. pluvialis- productiesystemen te financieren⁷. Datzelfde jaar werden de aandelen verplaatst van de Nasdaq SmallCap Market naar de Nasdaq National Market.
De commerciële productie van astaxanthine begon in 1997. Cyanotech kweekte de alg in ondiepe raceway-vijvers, bassins die door schoepenraderen werden gecirculeerd onder direct Hawaïaans zonlicht, waarbij datzelfde zonlicht werd gebruikt om de rode fase op gang te brengen. In 2002 breidde het bedrijf het aantal astaxanthinevijvers uit van 15 naar 25, waardoor de productie met ongeveer 60 procent toenam⁷.
Het ontwerp was bewust eenvoudig gehouden: raceway-bassins, schoepenraderen, zonlicht en mineraalrijk water, zonder de kapitaalkosten van een volledig gesloten systeem. Juist dankzij die eenvoud kon de commerciële productie van natuurlijke astaxanthine überhaupt van start gaan.
In 1999 lanceerde Cyanotech het merk BioAstin. Datzelfde jaar doorliep BioAstin zonder bezwaar een beoordeling door de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) en werd daarmee het eerste natuurlijke astaxanthine-ingrediënt dat officieel werd goedgekeurd voor de Amerikaanse markt voor voedingssupplementen⁸. Het bedrijf had al in 1990 Nutrex Hawaii opgericht, zijn dochteronderneming gericht op de consument, om eindproducten rechtstreeks op de markt te brengen.
Cyanotech bouwde verder op deze basis. In november 2015 nam het een eigen extractiefabriek voor superkritisch kooldioxide in gebruik, waardoor het astaxanthine op één locatie kon kweken, oogsten en extraheren⁷. Terwijl BioAstin in meer dan 60 landen op de markt kwam, hielp het ook bij de financiering van vroeg onderzoek naar de rol van astaxanthine bij de gezondheid van de huid, soepele gewrichten en herstel na het sporten – werk waarop de bredere industrie sindsdien heeft voortgebouwd. Meer dan vier decennia later is Cyanotech nog steeds actief aan dezelfde kustlijn van Kona.
Terwijl Cyanotech zijn vijvers op Hawaï uitbreidde, bestudeerde een onderzoeksgroep aan de Universiteit van Uppsala in Zweden – een van de oudste onderzoeksuniversiteiten in de Scandinavische landen – de kweekvan de H. pluvialis- op laboratoriumschaal⁹.
Dat onderzoek groeide uit tot een kleine biotechnologische start-up. Het opschalen van een laboratoriumproces naar commerciële omvang bleek moeilijk, en de aanvankelijke financiering was beperkt. Met steun van Zweedse industriële investeerders ontwikkelde het team een op bioreactoren gebaseerde kweekmethode en voltooide in 1994 ’s werelds eerste volledig gesloten, binnen gelegen tankinstallatie voor de productie van astaxanthine in Gustavsberg, Zweden, een locatie die mede was gekozen vanwege de toegang tot koelwater⁹.
Door de kweek binnenshuis te houden, werd een beperking opgelost die bij open vijvers niet kon worden verholpen: volledige controle over temperatuur, licht en verontreiniging, onafhankelijk van het seizoen of het weer. In 1995 lanceerde het team Astaxin, het eerste voedingssupplement voor mensen dat was samengesteld op basis van natuurlijke astaxanthine, en begon het internationaal ingrediënten aan klanten te leveren⁹.
Het Japanse Fuji Chemical Industries, een in 1946 opgericht farmaceutisch bedrijf, nam de Zweedse activiteiten in 2003 over. Onder Fuji werd het AstaReal, met zusterbedrijven in de Verenigde Staten, Singapore, India, China en Japan⁹. AstaReal breidde in 2006 de productiecapaciteit in Gustavsberg uit en werd in 2010 de eerste astaxanthineproducent die in de Verenigde Staten de door de FDA erkende GRAS-status verkreeg, waarmee de veiligheid van het ingrediënt voor gebruik in levensmiddelen formeel werd bevestigd⁹.
Tussen 2014 en 2016 bouwde Fuji Chemical Industries een tweede productielocatie in Moses Lake, Washington, waardoor de astaxanthine-capaciteit van de groep verdubbelde en AstaReal productielocaties op twee continenten kreeg. De fabriek in Moses Lake draait op 100 procent hernieuwbare waterkracht¹⁰.
AstaReal heeft ook uitgebreid klinisch onderzoek gedaan naar de gezondheidseffecten van astaxanthine¹⁰.
Ongeveer tien jaar later kreeg een tweede binnensysteem vorm, in Oostenrijk. BDI-BioLife Science, een dochteronderneming van BDI-BioEnergy International, begon in 2008 te experimenteren met algenkweek, aanvankelijk om biomassa te onderzoeken als grondstof voor hernieuwbare energie. In 2012 richtte het bedrijf dat onderzoek specifiek opde al us H. pluvialis en ontwikkelde het een seizoensonafhankelijk, gesloten kweekproces¹¹.
In 2016 voltooide BDI-BioLife Science een speciaal voor dit doel gebouwde productiefabriek in Hartberg, in de Oostenrijkse deelstaat Stiermarken, en begon het met de productie van astaxanthine op industriële schaal met behulp van intern ontwikkelde kweeksystemen in tanks binnenshuis¹¹. De ingrediënten worden onder de merknamen ASTAFIT® en ASTACOS® geleverd, voornamelijk aan de cosmetica- en nutraceutische markten.
Samen kwamen AstaReal en BDI-BioLife Science vanuit verschillende uitgangspunten tot hetzelfde ontwerpprincipe voor binnenkweek: de ene vanuit een universitair onderzoekslaboratorium, de andere vanuit een achtergrond in energietechnologie. Beide kwamen uit bij volledig gesloten binnenkweek als de manier om een van het seizoen en het weer onafhankelijke klimaatregeling te realiseren.
De volgende doorbraak vond plaats in de Arava-woestijn in het zuiden van Israël, in de kibboets Ketura, een gemeenschap die was opgericht om een duurzame economie op te bouwen in een van de meest barre omgevingen van de regio.
In 1998 richtten leden van de kibboets Algatechnologies, bekend als Algatech, op, voortbouwend op teeltonderzoek dat was ontwikkeld in samenwerking met het Microalgal Biotechnology Laboratory van de Ben-Gurion-universiteit¹². In plaats van te kiezen tussen open blootstelling aan zonlicht en volledige controle binnenshuis, beschouwden de oprichters de intense, constante zonnestraling van de woestijn als een hulpbron die een gesloten systeem rechtstreeks kon benutten.
Algatech bouwde gesloten buisvormige fotobioreactoren: netwerken van transparante glazen buizen, die zich uiteindelijk over honderden kilometers uitstrekten over een speciaal daarvoor bestemd productieterrein, bewaakt door een centraal controlesysteem. Algen worden continu door de buizen gecirculeerd, waar ze door de groene fase groeien voordat ze worden overgebracht naar stressomstandigheden die de rode fase in gang zetten¹².
Door dit ontwerp kon het zonlicht van de Arava de kweek direct bereiken, terwijl deze volledig afgesloten bleef, waardoor het waterverlies en de blootstelling aan de open lucht die inherent zijn aan vijverkweek werden vermeden. Het combineerde de energie-efficiëntie van natuurlijk licht met de besmettingsbeheersing van een gesloten systeem, een echte middenweg tussen Generatie 1 en Generatie 2.
De astaxanthine van Algatech, op de markt gebracht onder het merk AstaPure, werd wereldwijd een van de meest geleverde natuurlijke astaxanthine-ingrediënten. In 2013 verwierf de Britse investeringsgroep Grovepoint de zeggenschap over het bedrijf en ondersteunde een uitbreiding van 20 miljoen dollar, waardoor de productiecapaciteit meer dan verdubbelde¹³. In datzelfde jaar ging Algatech een onderzoekssamenwerking aan met de Duitse glasfabrikant Schott, waarbij dunwandige Duran-glasbuizen werden getest die de kweekefficiëntie in het hele buizennetwerk meetbaar verbeterden¹⁴.
Een tweede buisvormige aanpak werd parallel hieraan ontwikkeld, op het schiereiland Reykjanes in IJsland. Algalíf werd in 2012 opgericht en startte in 2013 met commerciële activiteiten, waarbij het bedrijf een eigen buisvormig fotobioreactorsysteem bouwde dat wordt verlicht door een eigen LED-systeem in plaats van direct zonlicht¹⁵. Waar de buizen van Algatech buiten onder de zon van Arava staan, staan die van Algalíf binnen, aangedreven door de overvloedige geothermische elektriciteit van IJsland en gekoeld met het van nature zuivere water van het land.
Algalíf heeft zijn kweekproces uitgebouwd tot drie afgebakende fasen: een groene fase voor de groei, gevolgd door een bruine en een rode fase waarin stress wordt opgewekt om de opbouw van astaxanthine te stimuleren¹⁵. Het bedrijf breidde zijn vestiging in Reykjanesbær uit tot ongeveer 12.500 vierkante meter door middel van een investering van 30 miljoen dollar die in 2023 werd voltooid, en het ingrediënt Astalíf™ kreeg later de status van ‘nieuw voedingsmiddel’ in de EU, waardoor het gebruik ervan in voedingssupplementen werd verbreed¹⁶.
Samen laten Algatech en Algalíf zien dat het ontwerp van de buisvormige fotobioreactor zich in twee richtingen heeft vertakt: de ene maakt rechtstreeks gebruik van zonlicht in de woestijn, de andere van kunstmatige LED-verlichting die volledig wordt gevoed door het geothermische netwerk van IJsland. Generatie 3, in beide vormen, toonde aan dat een volledig gesloten systeem de toegang tot overvloedige, goedkope natuurlijke energie niet hoefde op te geven, of deze nu werd benut als zonlicht zelf of als de hernieuwbare energie achter de verlichting.
Elke eerdere generatie streefde hetzelfde onderliggende doel na: elke cel te allen tijde gelijkmatig van licht voorzien. In vijvers werd de kweek dun uitgespreid onder de open hemel, ten koste van de blootstelling aan verontreiniging. Tanks en buizen sloten het systeem af, maar door hun vorm bleven sommige cellen dichter bij de lichtbron dan andere, waardoor er binnen één enkele batch een mix ontstond van cellen in verschillende stadia van rijpheid.
axabio®, een Belgisch biotechnologiebedrijf gevestigd in Hemiksem, nabij Antwerpen, zette zich in om die resterende kloof te dichten. axabio®, dat in 2024 werd afgesplitst van het gevestigde Belgische chemiebedrijf Proviron, bouwde voort op meer dan een decennium aan intern technisch onderzoek, beschermd door gepatenteerde technologie, om een fotobioreactorsysteem met vlakke panelen¹⁷ te ontwikkelen.
Het systeem maakt gebruik van dunne verticale panelen, elk enkele centimeters diep, die aan beide zijden door leds worden verlicht. Door die korte optische weg krijgt vrijwel elke cel in de kweek een vergelijkbare blootstelling aan licht, in plaats van dat cellen in het midden van een brede tank of buis in relatieve schaduw blijven¹⁷.
Het kenmerkende aspect is de continue cascadewerking. In plaats van een batch te kweken, deze te stoppen, over te brengen en opnieuw te starten, stroomt de groene vegetatieve kweek continu van de panelen voor vroege groei naar de stroomafwaartse panelen, waar stressomstandigheden de rode fase in gang zetten. Er zijn geen batchonderbrekingen, verdunningsstappen of overbrengingsverliezen in het proces¹⁷.
axabio® werkt samen met een kleine groep partners om dit proces te ondersteunen: de Universiteit Gent en de Universiteit Antwerpen voor lopend onderzoek, het Duitse Nateco2 voor superkritische CO₂-extractie, en Kunnig, een Belgische sociale onderneming, voor de verdere verwerking. De productiefaciliteit draait op gecertificeerde hernieuwbare energie.
In 2026 werd axabio® de eerste producent van natuurlijke astaxanthine die de gecertificeerde statusvan „ e B Corporation“ behaalde, met een B Impact Score van 108,5, waarbij de sterkste erkenning in de categorie „Milieu“ werd behaald. Dat resultaat is rechtstreeks terug te voeren op het grondstoffenprofiel dat in de cascade van vlakke panelen zelf is ingebouwd. Door de korte optische weg is er minder biomassa en minder water nodig om volledige lichtverzadiging in de hele kweek te bereiken, en dankzij de continue cascade zijn de verdunnings- en overdrachtsstappen overbodig die andere systemen gebruiken om de celdichtheid te regelen. Samen zorgen deze ontwerpkeuzes voor een lager energie- en waterverbruik per kilogram geproduceerde astaxanthine, terwijl ze tegelijkertijd de hogere zuiverheid ondersteunen waarvoor het gesloten, gelijkmatig verlichte systeem is ontworpen. Met andere woorden: een hogere zuiverheid en een lager verbruik van hulpbronnen zijn twee resultaten van dezelfde ontwerpkeuze, en geen afweging tussen beide.
Generatie 4 is het nieuwste hoofdstuk in een geschiedenis die Cyanotech, AstaReal, BDI-BioLife Science, Algatech en Algalíf decennia lang als eersten hebben geschreven. Hun open vijvers, binnentanks en glazen buizen boden elk op een andere manier een oplossing voor het probleem van de lichttoevoer, en het flat-panelsysteem van axabio® bouwt voort op de basis die zij hebben gelegd.
Naast elkaar geplaatst laten de vier generaties een duidelijke technische ontwikkeling zien: elke generatie verkort de afstand tussen de lichtbron en de gemiddelde cel, en elke generatie ruilt een deel van de eenvoud in voor een betere procescontrole.
Bij open bassins moeten de cellen het zonlicht van het hele bassin delen, waarbij er slechts beperkte controle is over hoe gelijkmatig het elke cel bereikt. Binnentanks omsluiten het systeem en voegen kunstlicht toe, maar een groot cilindrisch vat creëert nog steeds zones die dichter bij en verder van de lichtbron liggen. Buisvormige reactoren verkleinen die afstand door de kweek door relatief smalle glazen buizen te laten circuleren. Vlakke panelen verkleinen deze afstand nog verder, tot een diepte van enkele centimeters die van beide kanten wordt verlicht.
Deze ontwikkeling is gedocumenteerd in de bredere fycologische literatuur, waaronder vroeg onderzoek naar vlakke, schuine reactorvormen voor de microalgenkweek in de open lucht¹⁸, en decennia van daaropvolgende vergelijkingen tussen vijver-, tank-, buis- en paneelontwerpen. Dit kan het best niet worden geïnterpreteerd als zou de ene methode gebrekkig zijn en de andere onberispelijk, maar als een vakgebied dat generatie na generatie vooruitgang boekt in het inzicht in hoe de reactorgeometrie een levende kweek beïnvloedt.
Alle vier generaties zijn vandaag de dag nog steeds op aanzienlijke schaal actief en voorzien in de vraag van een groeiende markt voor natuurlijke astaxanthine, naarmate het bewustzijn over de antioxiderende eigenschappen ervan toeneemt. Geen enkele generatie heeft de vorige vervangen; ze bestaan naast elkaar en bedienen vaak verschillende klanten met verschillende prioriteiten.
Open vijvers, binnentanks, buisreactoren en vlakke panelen bieden elk op een andere manier een antwoord op dezelfde onderliggende vraag. Elk heeft zijn plaats gevonden bij formuleerders die verschillende zaken belangrijk vinden: decennia aan ervaring met regelgeving en bewezen schaalgrootte, procescontrole volgens farmaceutische normen, de efficiëntie van zonlicht of geothermische energie die binnen een gesloten systeem wordt benut, of de gelijkmatige lichtverdeling van een volledig ontworpen cascade.
Dit is geen verhaal over de ene technologie die de andere vervangt. Het is een verhaal over een industrie die generatie na generatie is opgebouwd door bedrijven op drie continenten, die stuk voor stuk bereid waren een moeilijk technisch probleem op te lossen, zodat meer mensen konden profiteren van wat één enkele microalg onder stress produceert.
De classificaties van technologiegeneraties en de bedrijfsgeschiedenissen zijn gebaseerd op door de bedrijven zelf gepubliceerde informatie, die is getoetst aan onafhankelijke berichtgeving in de vakpers op het moment van schrijven.