好菌生好蛋–安全級/食品級蛋白生產平台產學技術聯盟

 
2016/08/04 張志玲 | 特約文字編輯     745
 
國立中興大學食品暨應用生物科技學系葉娟美教授,以其在食品與飼料界應用成功的技術 ﹣安全級/食品級蛋白生產系統,向科技部申請成立「安全級/食品級蛋白生產平台產學技術聯盟」。

所謂蛋白生產系統,是一種利用好菌生產具產業應用性蛋白的生物技術,為求建立完善的實驗技巧,操作者需具備足夠的專業知識,於實驗設計上則以安全級/食品級菌株作為蛋白表現(表達)宿主,另還需設計或篩選改進表現的元件,以便讓表現出來的蛋白達到最佳化產量。而其生產方式有三種,第一是在菌體裡面生產蛋白,第二是在培養基中把蛋白分泌在菌體外,第三則是讓蛋白表現結合在菌體表層,最後再將產出的蛋白提供予不同領域的應用。

生產具應用潛力蛋白質

為確保產品不會遭受有毒害疑慮的物質汙染,世界各國對於食品與飼料業生產系統選用的宿主菌株的安全要求都很高。而產學聯盟以安全級/食品級菌株作為蛋白生產宿主,使得產出的產品安全性高,很容易就可以通過各國法規,因此成為產學聯盟生產系統的一大特色。

至今聯盟已擁有抗凍蛋白、免疫調節蛋白、甜味蛋白、三葉因子胜肽等具發展潛力的蛋白,其中又以可延長食品儲存期的抗凍蛋白的發展最為成熟。而在專業技術上,聯盟也具有開發「應用於安全級疫苗傳輸系統」口服疫苗的能力;近年來,聯盟系統生產的果聚醣蔗醣酶,可高效率生產,並用於保健產業的果寡糖、果聚醣、乳果寡糖;更特別的是,擁有一株可分解酒精及乙醛的植生型乳酸菌,它能減緩酒精對健康的傷害,有助於減少因酒醉而衍生的社會問題。
 
蛋白應用多元廣泛

在聯盟眾多的產品中,最吸睛者首推抗凍蛋白。原本這類蛋白是由深海魚產經多次純化後才能取得,生產成本甚高,但產量少,常被大廠買斷。由於機緣湊巧,某家經營水畜產品的中小企業,以技轉方式委請聯盟生產抗凍蛋白,再把它應用在水畜產品的冷凍儲藏上,效果甚佳,還可提升產品品質,這個合作關係也解決了以前業者不易買到抗凍蛋白的困擾。

葉老師表示,生物性冷凍食品可利用抗凍蛋白延長儲存期,但是如何使用,用在什麼食物上,仍需聯盟的專業技術協助。以香蕉為例,香蕉無法冷凍,為保鮮與防止腐爛,於採收後會用藥物浸泡,若浸泡時能應用聯盟技術把抗凍蛋白送進香蕉表皮,就能讓香蕉的儲藏期從十幾天延長到四十幾天。

同樣的,蔬菜也不易冷凍,惟若能讓抗凍蛋白進入蔬菜裡就可延長保存期。抗凍蛋白還可應用於化妝品上,特別是寒帶地區的化妝品。因為化妝品是由一定比例的油和水所組成,一般乳化劑在攝氏負40度的寒帶地區即無法乳化,但抗凍蛋白在極寒氣候下仍可乳化。另在生醫領域中,抗凍蛋白也可應用於精卵臍帶血等的保存。

免疫調節蛋白則是聯盟發展成熟的另一種明星蛋白。一般說來,經濟動物在施打疫苗時,常因疫苗免疫過度而出現緊迫、猝死等過敏現象。有某家開發助疫劑的飼料業者,以技轉方式請聯盟生產免疫調節蛋白,並把它納入助疫劑的成分之一,以便動物在施打疫苗時不致過敏。

然而經濟動物終究會被人類吃進肚,將免疫調節蛋白放入飼料中是否會對人體產生影響呢?葉老師說:「動物會消化,倘若在動物體內沒有殘留,就不會有進入人體的疑慮。」惟對這方面她尚未有深入的研究,所以業者累積的安全數據,將可作為她未來研究的參考。

萬事俱備 仍需等待東風   

產學合作對學界與業者都有好處,只是有些業者會因為利益所在而做出權衡手法,這種情形頗令學者感到遺憾。以抗凍蛋白為例,我國對食品添加物的規範頗為嚴謹,若要取得認證須通過多種測試,惟完成所有測試項目需得支出新台幣數百萬元,但一些業者會因為台灣市場的投資報酬率可能不如理想,故會以技轉方式生產蛋白,再把產出的蛋白放在國外的生產線生產銷售。如此一來雖可節省在我國申請認證的開銷,卻形成台灣研發技術,生產原料,卻不能在台灣使用的尷尬局面。
有時,大環境因素也讓學者感到無奈。例如某家業者以技轉方式與聯盟合作生產免疫調節蛋白產品,當線上生產與工業化生產全都建置完成後,卻因為社會大眾對於相關產品的認知尚未成熟,業者擔心可能因民眾誤解而產生負面影響,所以暫停產銷,希望待時機成熟後再說。這個經驗讓研究團隊知道,縱然萬事俱備,仍需東風輔助,才能開枝散葉。

另一個例子則是代糖食品。當大家對代糖食品阿斯巴甜的安全性出現疑慮時,其他業者就開始搶攻這個市場。由於聯盟生產的甜味蛋白具有不是醣類卻可提供甜味的優勢,而且生產技術成熟,所以曾有業者對此表示高度興趣,惟經評估後發現須先投入龐大資金,加上業者本身尚無經營如此龐大市場的規劃,雙方只好結束合作,這例子說明了,縱然聯盟生產的蛋白安全好用,優勢俱足,仍需等待時機。

加入聯盟 尋覓人才與商機

整體說來,產學聯盟會員大致可分為三類:一是聯盟成立前曾經合作過的業者。他們把聯盟的技術平台當作自己的實驗室,藉此強化原有的生產系統或其線上產品,甚至希望藉由實驗室的協助尋找跨領域商機,所以聽到聯盟成立消息後立刻加入。

第二類會員是對聯盟生產蛋白感興趣的業者。他們希望以發酵方式生產蛋白並可以量產,甚至希望在聯盟的實驗室內尋覓儲備人才。聯盟實驗室的學生,個個都學有專精,具備基本的微生物操作、分生操作、蛋白質操作到小量發酵等技術,加上每位學生研究的蛋白都不一樣,蛋白研究就是他們的特殊專業,所以業者興致高昂,一心想把聯盟實驗室當作尋覓生技人才的好所在。

第三類會員是提供周邊設備或周邊服務的業者,裡面有銷售生產設備者,有銷售整套工廠設備者,也有提供撰寫創業計畫、撰寫專利申請文案或企劃文案的業者,他們希望在聯盟平台上能找到更多商業機會。

建立安全的生物技術平台

若就聯盟目前的績效來說,他們擁有的第一型抗凍蛋白類技術已取得我國專利,所生產的技轉產品也已通過美國FDA食品浸漬物核可認證,並在大陸的食品添加物中列表。於食品添加物方面,相關的蛋白生產技術保留在台灣,產品生產線與銷售市場則為大陸和東南亞。   

在重組靈芝免疫調節蛋白食品級的表現上,則已通過我國多項專利,並成功技轉與建立完成工業生產流程,達到產業級生產標準。而其乳球菌食品級重組靈芝免疫調節蛋白生產系統,則以技轉方式作為動物用助疫劑的成分之一,主要市場為亞洲。對於具有發展潛力的甜味蛋白、三葉因子胜肽來說,則已擁有分泌生產技術。
從一步一腳印篩選菌株開始,到現在的亮眼表現,葉老師心中始終期待著一個願景:建立一個安全的生物技術平台,其技術本身要成為令人信賴的生產工具,所生產產品要為產業與人類帶來正面貢獻。

註:葉娟美教授研究團隊獲科技部105年度「產學技術聯盟合作計畫」補助(計畫名稱:安全級/食品級蛋白生產平台(2/3),執行期間:2016/02/01~2017/01/31)。科技部推動「產學技術聯盟合作計畫」之目的,係為促使大專校院及學術研究機構有效運用研發能量,以其已建立之核心技術與相關之上中下游業界建構技術合作聯盟,以協助產業界提升競爭能力及產品價值。