經 濟 部 科 技 研 究 發 展 專 案 計 畫

 

 

 

產業用菌種之收集鑑定及開發應用五年計畫（第三年度）

 

八十八年下半年及八十九年度研發成果技術移轉

 

公開說明會書面資料

 

 

 

 

委辦單位：經      濟      部

執行單位：食品工業發展研究所

中華民國九十年三月二十三日

 

89年度「產業用菌種之收集鑑定及開發應用(3/5)」

計畫成果可移轉技術項目

 

         

 

MT8901

原生保健性菌種(雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌、產孢菌等)及其產品之開發

陳慶源

MT8902

高抗氧化物質(GSH、SOD-like等)發酵菌種之開發

賴進此

MT8903

以液體發酵法生產紅麴菌

袁國芳

MT8904

以發酵法大量生產幾丁聚醣

袁國芳

MT8905

低熱量糖醇(丁四醇)生產菌之開發(二)

朱文深

MT8906

轉穀氨醯氨酵素生產菌之開發(一)

朱文深

MT8907

甜酒釀及其發酵菌種之研發

李福臨

MT8908

Nata生產菌種之篩選及開發

李福臨

MT8909

複方微生物肥料菌種之開發

黃麗娜

MT8910

養殖用光合細菌生物製劑的開發

廖麗玲

MT8911

激勃素發酵及精製製程技術之開發

賴進此

MT8912

免疫食品之生理活性測試及評估

陳秀雯

 

 

MT8901原生保健性菌種(雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌、產孢菌等)及其產品之開發

背景說明：

原生保健性菌種(益生菌)的各式生理活性訴求愈發受到重視，且應用型式相當廣泛，包括乳品、休閒食品及粉末、錠片及膠囊製劑等，由國內發酵乳市場規模由1998年之40億元增加至1999年之46億元，益生菌產值1999年成長率達20%，且截至2001年3月初衛生署核發13件之健康食品許可中，乳酸菌佔其中三件，其他多件相關產品亦蓄勢待發具提審查之市場概況可知相關市場之發展潛力及塑性。但目前國內市售產品多數菌元購自國外，依乳酸菌定殖消化道之研究顯示，其具有宿主特異性，故國外所開發之益生菌種不一定適合國人的腸道，且部份業者對相關技術不純熟，若能熟習乳酸菌培養操作及製程技術，便不須倚賴外購菌元受關稅等不穩定變數及無相關技術影響，可降低成本，自製多元化、具市場區隔性之益生菌相關製品。

主要移轉內容：(可依業者需求移轉全部或部份內容)：

1.優良菌株

(1)六株已獲美國、中華民國及日本專利之雙歧桿菌，篩選分離自台灣本土健康嬰兒，經育種同時具耐酸、耐膽鹽與氧耐性；通過製突變測試及細胞株長期毒性試驗；可增強動物小腸黏膜免疫及調整腸道菌相等功能。

(2)兼具上述特性及降膽固醇能力之乳酸桿菌株，篩選分離自台灣本土健康幼兒，以o-phthalaldehyde法分析膽固醇下降量達98﹪以上。

(3)台灣本土篩選分離耐酸性產孢乳酸菌，經酸處理後可適時萌發。

(4)食品所收集目標菌株，經一系列特性篩選出目標特性菌株，如L. bulgaricus、L. helveticus乳酸高產株，以及可發酵特定基質之乳酸菌種。

2.乳酸菌發酵培養、回收及乾燥菌粉之製程技術

建立低成本乳酸菌生長配方、250L發酵回收製程及粉末、錠片、膠囊製品產出；產孢乳酸菌利用液態培養回收孢子之製程。

3.乳酸菌與酵母菌發酵製程技術

以特定基質，利用乳酸菌單一或與酵母菌混合之發酵調控技術，產出特定混合發酵飲品。

4.液態與固態活菌及保久型發酵乳放大生產技術

除建立液態與固態活菌發酵乳製程外，另產程放大至產出150 L高糖原液，酸性條件下經瞬間高溫滅菌，酪蛋白可維持安定。

5.產品風味成份組成監控技術

以氣相層析質譜儀及特定相關周邊配備等技術，分析監控製程產品風味成份。

 

計畫連絡人: 陳慶源  研究員         03-5223191轉 546

             邱雪惠  副研究員       03-5223191轉 547

MT8902高抗氧化物質(GSH、SOD-like等)發酵菌種之開發

背景說明：

自由基與疾病之關係息息相關，而抗氧化劑可消除過多的自由基，確保人體正常之生理代謝，人體組織細胞中主要之抗氧化物質麩胱甘太(glutathione，GSH) 是一種優良之天然抗氧化劑，可消除自由基並已廣泛應用於肝疾病之治療劑及解毒劑等。類超氧歧化酵素(SOD-like)之主要作用機制為消除超氧陰離子毒性，同樣具有抗輻射、預防衰老、防治腫瘤及提高免役等機能特性。

利用麵包酵母菌經改良菌種，可開發出含高量GSH之酵母生產菌或含高量GSH之酵母抽出物，應用此菌粉或抽出物可進一步生產相關抗氧化或提升免疫機能產品，本所GSH生產酵母菌之特色為亦含高量之GSH前驅物γ-glutamylcysteine (γ-GC)，此物質為母乳中具提升免疫機能之成份，且較易被人體吸收並提高胞內之GSH含量，本產物之開發極具市場區隔性、競爭力與利基。除外，萃取後之細胞壁含大量葡聚糖(β-glucan)，可抽出應用於提升免疫新產品。SOD-like物質生產菌本所初步已針對GRAS菌種進行篩選，初步獲得之較高活性株將進行產物分析及產品製程開發。

主要移轉內容：

1.       麩胱甘太(glutathione，GSH)及γ-glutamylcysteine (γ-GC)生產菌株:菌株為麵包酵母菌Saccharomyces cerevisiae經傳統突變改良後使可大量表現生產GSH及其前驅物質γ-GC的高產變異株，搖瓶發酵48h，GSH產能達20mg/g DCW以上。

2.       GSH及γ-GC之發酵生產技術:

   包括搖瓶、5L、20L、250L或2000L之發酵生產技術，48小時發酵GSH濃度約1g/L，菌體胞內GSH 15mg/g DCW, γ-GC 10mg/g DCW。

3.       含GSH及γ-GC之酵母菌粉、珠磨菌粉或酵母抽出物粉末之製備技術:包括酵母菌體之清洗、乾燥、珠磨條件、酵母抽出物之製備方法等，菌體或珠磨菌粉GSH 15mg/g DCW, γ-GC 10mg/g DCW，抽出物粉末GSH 30mg/g DCW, γ-GC 20mg/g DCW，及其應用於錠劑產品之參考配方與儲存穩定度等。

4.       SOD-like物質生產菌株:

包括納豆菌或真菌，SOD-like活性: 發酵液40U/mL，菌體萃取物400U/g。

 

計畫負責人：賴進此  研究員  　　     03-5223191 轉517

           


MT8903以液體發酵法生產紅麴菌

背景說明：

傳統上紅麴被應用為釀酒原料、食品著色劑、肉品防腐及中藥材。近年來紅麴菌的功用更被廣泛的研究，除作為食品添加劑及飼料添加劑外，其會產生具降血壓功效之GABA、降膽固醇之monacolin K，同時還有降血糖、防癌、抑制黑色素及抗氧化的功效。高血壓是常見的中老年人疾病，統計資料顯示四十歲以上的民眾，每5個人中即有一個人患高血壓。日本一年降血壓藥品市場規模穩定維持在500億日圓以上，與控制血壓相關的保健用食品市場規模，則由1997年的14億日圓成長至1999年的72億日圓，而國內之調查資料亦指出，「心血管疾病保健食品」未來五年內平均成長率達11.9%，市場需求度排名第二。由此可知具降血壓訴求之健康食品未來成長力驚人。GABA具降血壓、抗痙攣及抗憂慮等功效，為水溶性物質經高溫處理亦不被破壞，故除可做健康食品外亦非常適合添加於食品中，增加食品附加價值。本計劃篩選得合適之紅麴菌株，建立其最適之培養基組成，並順利於30公升氣舉式發酵槽放大生產具降血壓功效之紅麴菌，本生產技術已初具商業生產之價值。

 

技術移轉內容：

1.具降血壓功效之紅麴菌，指標成分GABA產量達800mg/L以上，citrinin含量低於1ppm。

2.發展出紅麴菌種長期保存方法，以保存此產孢性不佳的紅麴菌。

3.降血壓功效之紅麴菌，最適之培養基組成。

4.30公升氣舉式發酵槽生產具降血壓功效紅麴菌之生產製程，指標成分 GABA產量達800mg/L以上，citrinin含量低於1ppm。

 

計畫負責人：資深研究員兼主任 袁國芳  　　     03-5223191 轉580

             研究員           陳彥霖            03-5223191 轉546

MT8904以發酵法大量生產幾丁聚醣

背景說明：

幾丁聚醣是以蝦蟹殼或微生物為原料精製的天然高分子，由於對人體具備許多奇特的保健功能，最近20年來引起科學家研究興趣，經過物理、化學、生物、醫學、工程等各專業領域之努力，累積全世界科技菁英的智慧經驗，在90年代終於將此一地球上豐富的蘊藏，開發成為造福人類的商品，從食品、化妝品、保鮮劑、抗菌劑、貼身衣服、隱形眼鏡、手術縫線以及人工皮膚，幾丁聚醣這種完全符合生態保育的高分子，為這些與人體關係密切的產品注入安全、舒適、健康的新機能，因此基於環保要求與生理機能，幾丁聚醣已被科技界公認為二十一世紀之明日之星。根據Bio Industry分析在公元2000年時，全球幾丁類物質的需求量和外銷售額會以30%左右的年長率增加，可達3380公噸或18.6億美元之市場規模。而目前幾丁類產品皆由蝦蟹殼生產而來，但品質和幾丁聚醣的物化特性不穩定是其最大缺點，而利用微生物來生產幾丁聚醣則可克服以上缺點，且在醫藥與保健食品上是非常具有市場潛力的。

主要移轉內容：

1.幾丁聚醣之高產變異菌株

經由一系列誘變處理與發酵確認試驗，已得幾丁聚醣產能佳且重複性良好之高產變異株。

2.培養液之調配

針對高產菌株已調配出具經濟可行性的培養液組成，除了大幅降低整體生產成本外，更提高本生產製程的競爭力。

3.產成放大技術

發酵製程已放大至中間工廠級發酵槽，產能可達3.0g/L以上。

4.回收純化技術

已建立實驗級的回收純化方法，並完成中間工廠級大量回收的評估。

5.幾丁聚醣含量分析方法的建立

已建立去乙醯度及絕對分子量等的分析系統，並完成其相關影響因子的評估。

 

計畫負責人：  陳慶源  研究員     03-5223191 轉546

   陳美惠  副研究員   03-5223191 轉547

MT8905低熱量糖醇(丁四醇)生產菌之開發

背景說明：

丁四醇為一低熱量（為蔗糖之1/10）、非齲蝕性之機能性糖醇類甜味料，其甜度約為蔗糖之70~80%，而且食後不會造成一般糖醇類的腹瀉效應，亦有不錯之加工特性。丁四醇在日本之使用主要是以飲料(75%)、餐桌用糖(10%)、口香糖(5%)、糖果(5%)、健康食品(5%)為主。在今日消費者對產品多樣化與健康的需求下，低熱量甜味料技術與產品的開發及發展迅速成長，預期台灣將繼日本之後成為另一個丁四醇相關產品的重要消費國。

   

目前國內並無廠商生產丁四醇，僅由少數幾家代理商代理進口，而且使用數量有限。在國外市場方面，預估西元2000年需求量將達30,000公噸。隨著丁四醇應用領域不斷擴展及世界市場對低熱量功能性甜味劑的需求不斷增加，目前丁四醇在市場上有供不應求之勢。由於國人的健康意識逐漸抬頭，在各種標榜低糖(sugarless)、無糖(sugar-free)的食品也進入市場，需求量日增之同時，國內對丁四醇之生產開發有其必要性。本研究已篩選出本土丁四醇之生產菌株，並輔以突變技術以增進其產量或改良其特性，調控其生長條件，並建立其發酵、回收及純化製程，期能開發出丁四醇優良生產菌株及產程以供業界應用。

 

主要移轉內容：

 

1. 丁四醇高產菌株：

  分離篩選獲得丁四醇高生產菌6株，對30%葡萄糖糖轉換率達30%以上。

2. 丁四醇之改良高產菌株：

 本土之高產菌株經由一系列的NTG及U.V.誘變等，並經族群分析篩選更高產能菌株，對35%葡萄糖之轉換率為55%。

3. 丁四醇產程放大技術：

  發酵產程已放大至250 L，產量達184 g/L 。

4. 丁四醇回收純化技術：

  建立實驗室規模之回收純化技術，其純度超過98%。

 

計畫連絡人: 朱文深  資深研究員兼副主任       03-5223191轉541

MT8906轉穀氨醯胺酵素生產菌之開發

背景說明：

轉穀氨醯胺酵素可催化蛋白質分子內或分子間 e-(g-glutamyl) lysine共價鍵之生成，使蛋白質分子之間形成架橋而成三次元結構之蛋白質膠體，其在食品加工的應用範圍廣泛，包括畜肉、魚肉、大豆、小麥、乳品、蛋等，可開發新種蛋白質食品或膠體薄膜，具有高度的經濟價值。轉穀氨醯胺酵素廣泛存在於哺乳動物的各種組織及器官中及植物體內，因含量不高及來源獲得不易或純化過程複雜，無法大量生產。目前已知亦有相當多種的微生物具有轉穀氨醯胺酵素活性，其中已大量生產者只有Streptoverticillium sp.S-8112。

主要移轉內容：

1.      生產菌株之篩選:自本所保存之菌株中分離篩選。

2. 菌株之突變改良：篩選得到之生產菌株，以NTG及U.V.誘變處理，並經族群分析篩選更高產能菌株。

3. 基因選殖：選殖出轉穀氨醯胺酵素之基因，經由突變及修飾後，置於適當的宿主中大量表現。

4. 生產條件最適化：建立高產菌株發酵之通氣量、pH及溫度等生長條件和原料濃度、產物最佳生產時間之調控條件。

5. 酵素之純化：建立純化酵素之最佳條件。

 

計畫聯絡人：

朱文深　資深研究員兼副主任

03-5223191轉541

 

MT8907甜酒釀及其發酵菌種之研發

背景說明：

甜酒釀是我國傳統發酵食品，製作甜酒釀也是民間小量地自行製作米酒的前期過程。由於酒類事業即將民營化，目前有許多業者急想要具備相關技術。製作甜酒釀菌元--白麴(Peka)的技術係祖傳的方法，常有雜菌污染，同時培養的方式受天候影響，經常導致失敗的產品，致不同批的甜酒釀其風味、品質差異很大。且僅少數人具有祖傳的白麴製作技術，甜酒釀工廠必須購買白麴來製造甜酒釀，自己無法控制產品的品質。

 

唯有使用純菌接種方式才能改善甜酒釀的傳統製程及控制產品的品質。若能使用經篩選評估之優良菌種製造口味香甜的甜酒釀產品，必可吸引消費者購買，提升該項產品之市場競爭力；若能自行製造菌元，則可自行控制產能與品質的穩定性，不必依賴菌元供應商。

 

主要移轉內容：

1.   優良甜酒釀發酵菌株組合：

本所自行研發之優良甜酒釀發酵菌株組合，是篩選自本土，特別適合發酵本土原料且迎合消費者的口味。其糖化力、酒精發酵力與風味特性俱佳。產品可含25％(w/v)以上之葡萄糖，或含12％（v/v）以上之酒精。

2.   優良甜酒釀發酵菌株之培養與保存技術：

各必須菌種之培養與保存技術，使業者具備基礎技術。

3.   純菌發酵甜酒釀技術：

可不需先製造白麴，完全以純菌接種方式製作甜酒釀，產品衛生安全，品質穩定。

4.   接種純菌製造白麴技術

以純菌接種方式製成之白麴，在30℃下36小時內可明顯液化及發酵圓糯米飯。

 

計畫聯絡人：

李福臨　資深研究員

陳漢根  技師

03-5223191轉565

03-5223191轉563 or 559

 

 

MT8908 Nata生產菌種之篩選及開發

背景說明：

Nata－國內通稱為椰果，係指由醋酸菌生長在一種含糖及其他營養成份的培養基表面所形成的不溶於水之細菌纖維素層，為目前天然纖維素中最細且純度最佳者。因其保水性、保形性及分散性皆佳，也可作為食品添加劑（如安定劑、乳化劑、增稠劑）。美國孟山都公司(Monsanto corp.) 開發出的纖維素產品「Prima Cel」已經由三榮源FFI、大日本製藥公司等公司以食品原料出現於日本市場。在日本則有味之素中央研究所、工業技術院和Sony公司合作開發應用於音響震動板。

    目前國內以將Nata添加於果凍作為主要的產品形式。Nata由一些東南亞盛產椰子的國家如菲律賓、印尼、越南進口而來。這些國家不善於生產菌種之篩選、評估、保存，故一般產量較低，且發酵生產之環境控制不佳，常有產量降低及質地不穩的問題。若能利用優良菌株，使用純菌接種方式，改善Nata生產製程及降低生產成本，必可提昇產品的風味品質，亦可增加產品多樣化使有更強之市場競爭力。

 

主要移轉內容：

 

1.優良Nata發酵菌種之分離與評估技術：

提供分離與純化Nata生產用菌種之技術，可開發不同纖維素產品。

2.Nata高產菌株：

本所自行研發Nata高產菌株能在七天內使Nata產量達310g/L以上。

3.純菌接種與保存菌種之技術：

醋酸菌之種液大量培養以生產Nata及保存優良菌種技術，使產品更衛生，品質更穩定。

4.提供低成本培養基成份：

提供一組較具經濟效益的培養基配方，使生產Nata之成本降至每公斤新台幣10元以下。

 

計畫聯絡人：李福臨  資深研究員　　　  03-5223191轉565

             陳漢根  技師           03-5223191轉563 or 559

 

MT8909複方微生物肥料菌種之開發

背景說明：

 

微生物肥料是指含有某種活微生物或酵素的粉狀或液狀製劑，施用在種子、幼苗或土壤上，可加強營養素之有效性，補充土壤中有益微生物數量，促進微生物代謝，使維持在良好生態環境下發揮功能。

目前已知具有微生物肥料功能的菌株有許多種，包括：固氮菌、菌根真菌、溶磷菌、有機物分解菌、根圈保護菌等。農田施用微生物肥料具有增進土壤氮素來源、增進土壤營養元素的有效性及利用性、增進有機質分解及轉化、防止土壤及營養流失及病蟲害防治等功效。

 

主要移轉內容：

 

1.   微生物肥料潛力菌株:1株兼具促進作物生長及防治病害之多功效本土菌株。

2.   含有上述潛力菌株之高效抑病介質配方:可有效抑制常見土壤傳播病害。

3.   潛力菌株之20公升發酵槽培養技術：提供其液態發酵培養之最佳調控技術，使兼具最高生產菌量及符合生產成本之經濟考量。

 

計畫連絡人：   黃麗娜 研究員                03-5223191轉548

 

MT8910養殖用光合細菌生物製劑的開發

背景說明：

光合細菌為一群可以進行光合作用的細菌，可將二氧化碳或有機酸轉變為碳水化合物，此類細菌已被廣泛應用在改善養殖池環境、處理各類有機廢水、製造固氮肥料、水產及禽畜牧養殖的飼料添加劑。

光合細菌因具有去除氨氮與COD的能力，有助於改善養殖池環境、預防病害；而光合菌菌體含有高量的蛋白質、維生素，作為飼料添加劑，可以促進魚蝦貝的生長，進而提高養殖業的產值。

目前台灣已有光合細菌製劑的產品，可分為日本及臺灣廠商生產的產品，頗為多樣。本所已自本省各地養殖池，分離篩選出優良的光合菌菌株，開發成養殖用光合菌製劑，以提供給產業界使用。

 

主要移轉內容：

 

1.      光合細菌分離與保存技術：

      已建立各種光合細菌的分離及純化方法，並建立冷凍及凍乾保存技術，可以建立及長期保存菌種庫。

2.      養殖用潛力菌株：

    已篩選出具具耐氧性、廣鹽性、生長快速等特性，以及去除氨氮與COD能力佳，並可促進白蝦生長、九孔附苗率的光合細菌潛力菌株。

3.      光合細菌的培養技術：

已建立20L照光培養技術，培養5天菌數達1×108 CFU/mL以上。

 

計畫聯絡人：    廖麗玲 研究員   03-5223191轉538

 

MT8911激勃素發酵及精製製程技術之開發

背景說明：

激勃素是一種重要的植物生長激素，有加速萌芽、誘導開花以增加農產量的功能，如促進菠菜及芹菜生長，提高葡萄產量，促進梨果實之成熟，提早採收期等。除此之外，激勃素亦使用於釀造上，以誘導特定酵素的生成，增加食品風味。

由於微生物菌種的改良及發酵控制技術的提升，目前已開發出以微生物方法配合深層發酵的方式進行培養﹐以大量生產GA3，使其在商業市場上的競爭更具優勢。然而存在於發酵液中的GA3若不經過純化、濃縮處理，則將造成其使用上的限制；因此，需經一序列的分離與純化單元操作以達成。

早期的研究指出要從發酵液中回收純化GA3需經活性碳吸脫附、樹脂吸脫附、有機溶劑萃取、水相緩衝液萃取、並配合薄膜固液分離、減壓濃縮及結晶操作，以取得較高純度的GA3產品，然而大部分研究探討偏重於實驗室規模。因此，本所致力於工業化規模製程之開發及探討。

主要移轉內容：

1.激勃素之發酵生產：

      5噸發酵槽的發酵測試，激勃素分析結果，5和6天之產量分別1.21和1.32g/L，並可得穩定性和再現性良好的GA3濃度。

2.激勃素的回收純化技術：

       含GA3之樹脂脫附液，利用薄膜過濾可去除色素達66%。目前所得之GA3結晶產品純度約在80%，結晶固形物與母液中所含之GA3總回收率約為60%。

 

計畫聯絡人：

陳慶源  研究員

03-5223191轉546

 

賴進此  研究員

03-5223191轉517

MT8912免疫食品之生理活性測試及評估

背景說明：

近年來，許多研究發現食品中含有許多生理活性物質，其中以具有免疫調節的生理活性物質最受重視。因此，許多相關性的保健食品或藥品的開發應運而生。

   為配合健康食品管理法之規定，因此，依據衛生署建議之「健康食品之免疫調節功能評估方法」，建立以BALB/c等小鼠為實驗動物之評估模式，期能提供業者適當的驗證評估系統。另一方面，亦建立以初代細胞或細胞株試驗系統，利用細胞增殖、細胞激素分泌、吞噬作用等試驗，可進行大量篩選與測試，有助於產業研究、開發相關產品。

 

主要移轉內容：

1.免疫調節功能評估動物模式之建立與測試：

包括脾臟淋巴細胞增生試驗、脾臟淋巴細胞數目消長分析、血清抗體測試、脾臟淋巴細胞細胞激素分泌試驗、巨噬細胞活性試驗、自然殺手細胞活性試驗。

2.初代細胞或細胞株試驗系統：

包括細胞增殖、細胞激素分泌、吞噬作用等試驗。

 

計畫連絡人： 陳秀雯  研究員         03-5223191轉328