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台灣本土菌種改良研發—產天然蝦紅素創新國際標竿

「國科會產學合作計畫」又有亮眼表現!由清華大學生物科技研究所黎耀基所長主持的「運用基因工程改良本土細菌以經濟規模生產蝦紅素」發表最新研發成果,從改良台灣本土菌種出發,產出具國際競爭力的天然蝦紅素。 黎耀基所長表示:蝦紅素具備極為優越的抗氧化特性與生理活性,然而目前全球蝦紅素的生產最主要的來源為人工化學合成物;化學合成的蝦紅素是三種不同立體異構物的混合物,只適合當為飼料添加物,並不適合人類直接利用。天然的蝦紅素一般由藻類或酵母生產,產量雖遠不及化學合成,但市場需求度高,市價約為每公斤7,500美元。然而從藻類萃取成本偏高,且所得之蝦紅素較難精純;而酵母生產的蝦紅素則有產量偏低的技術障礙,且其異構物的問題也可能造成使用者疑慮。 有鑑於天然蝦紅素的需求日增,及解決上述從藻類或酵母取得蝦紅素之技術問題,黎耀基教授以及其合作廠商「鴻林堂科技股份有限公司」共組之研發團隊執行國科會產學合作計畫「運用基因工程改良本土細菌以經濟規模生產蝦紅素」,以「大量生產高品質的天然蝦紅素」為目標,發展高階的基因工程技術改良本土細菌。經過一年多的研發歷程,成果優異;初步萃取的天然蝦紅素的品質純度已超過國際市場要求的規格;並已成功建置小型生物反應器系統,順利提高菌體培養密度,具備未來大量經濟規模生產之潛力。該產學合作研發團隊以黎耀基所長為主持人,清華大學分子與細胞生物研究所所長張大慈教授則擔任協同主持人,由於配合廠商鴻林堂公司的負責人、經理人與研發團隊中多名成員畢業自清華大學生命科學院,所以產學合作關係密切。 此產學合作計畫為期兩年,目前計劃已執行約一年半的時間,陸續累積不少研發成果,並預期申請相關專利。研發團隊在計畫申請之初期已經篩選出本土菌株供基因改良之用,當時在基因工程方面已鎖定與蝦紅素生物合成的相關酵素如 CrtI (異構酶/去飽和酶)、CrtY (胡蘿蔔素合成酶) 、CrtW (氧化酶)與 CrtZ (羥化酶)等為主要對象,此階段取得的本土細菌之蝦紅素基本含量可達1%左右,已遠超過一般同類型國際學術研究成果。 此外,有別於傳統藻類生產蝦紅素以「戶外開放水池」培養的方式,致產生「不易控管、容易污染、且曠日費時」之缺點,該產學合作計畫改採封閉式的生物反應器進行菌體培養與控管,能確實改善製程及提高產率。目前研發團隊已建置小型發酵槽,並根據基本營養成分析設計合適的培養基,現階段已成功提高菌體密度至每公升含9克菌體乾重,約為一般實驗室搖瓶培養的6倍,顯示具有未來大規模生產之潛力。 由於一般從生物所萃取的蝦紅素都是混合物,包含不同類型的色素,不利於產品標準化與精純化,因此市售的天然蝦紅素原料大多以含量10%以下的方式銷售。而研發團隊完成4個蝦紅素合成途徑上游基因序列之轉殖與重組,同時開發量產用的培養基配方及取得各項發酵生產參數,使新穎菌體生產的色素品質與含量皆大幅提升,故可取得高純度的蝦紅素(>70%)。 除了發酵培養與菌種改良外,本產學合作計畫亦初步開發從菌體提純蝦紅素的技術,亦建立內毒素檢測以及細胞毒性測試以滿足更高階的安全需求;同時為了未來能順利投入商業運作,產學合作團隊已著手進行相關專利與通路佈局,並進行蝦紅素國際市場分析。黎耀基所長表示:後續的研發工作將持續進行基因改良與及試量產技術最適化開發,希望未來生產菌株蝦紅素含量可增為現在四倍以上,期能成功達到以經濟規模生產藥用級蝦紅素之目標。 蝦紅素小檔案 蝦紅素(Astaxanthin)是一種橘紅色的類胡蘿蔔素,並且具備極為優越的抗氧化特性。人工化學合成的蝦紅素目前已廣泛用於水產與禽畜養殖業,近年天然蝦紅素在健康品及藥品產業亦贏得關鍵性的地位。蝦紅素除了具有抗氧化、抗發炎、抗癌、及抗糖尿病等作用外,對心血管、腸胃、肝臟、神經、視力、皮膚、遲動傷害等器官系統都有保護功效之相關報導。全球市場預料會快速成長,曾有市場研究報告預測,在10年內蝦紅素國際市場將成長至每年500億台幣;其中用於保健品與藥品方面的複合年成率更高達30%以上。
更新日期 : 2015/05/22