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研發焦點

訪「生物科技中心」張嘉修副主任:結合微藻科技,深化產學合作
NO12(2013-3) 作者:鄭昱芸  
張嘉修教授Profile
現職:成功大學化學工程學系特聘教授兼生物科技中心副主任
專長領域:生質能源技術、生化工程、環境生物技術、應用微生物技術
專利獲證:中華民國7件,美國1件,另有18件公告或審核中(中華民國15件與美國3件)
技術授權:2件,對象為中鋼公司與瑞天科技公司
產學合作:10件產學合作案,對象包含中鋼公司、中油公司、石材暨資源產業研究發展中心與東港水產試驗所、蕾迪絲生技公司等
「微藻」是地球上吸收二氧化碳效率最高的生物體,吸收速度是樹木的5-20倍,微藻能承受煙道廢氣中20%的二氧化碳濃度,能在惡劣的環境下進行有效率的減碳作用。部分微藻因富含油脂,因此在經過適當提煉與轉酯化後後,能合成生質柴油。微藻除了能產出油脂之外,尚能生產多種營養物質如色素與omega-3脂肪酸,以及具有抗氧化與美白等功效的成分。藉由適當之方式(如超臨界萃取技術)將這些高價值成分自微藻體內萃取出來後,可製作保健食品與化妝保養品等高經濟價值之商品。由此可知,「微藻」的可利用性面相當多元。此外,由於微藻可進行高密度養殖,同時可使用廢水進行培養,故相較其他陸生植物,微藻更具有節省空間與不受水資源限制的優點,因此「微藻科技」躍升為世界的熱門科技科目之一,除了學術研究外,應用性的商業化研究更是熱烈。
 
成功大學化工系特聘教授張嘉修一向以能源科技與環境生物復育技術見長。近年來致力開發生質料源與有機廢棄物轉化能源與化學品之新技術,尤其在生質氫能技術之研發有著顯著的研究成果,張教授率領的研究團隊開發了目前全世界產氫速度最快的生物產氫反應器,且在光發酵產氫、零CO2排放生質氫能整合系統等研究皆有突破性發展與創新。相關的研究成果發表超過250篇國際學術期刊論文與約4500次的被引用次數。除了基礎的學術研究外,張嘉修教授更致力將能源生物技術與環保生物技術加以整合並升級,開發具有商業化潛力之能源與環保生技產品,投身產學合作領域,其中「微藻」技術的合作夥伴遍及國內外公營機構、私人企業以及財團法人研究機構等綻放耀眼光芒!
 
「微藻生技與工程中心」與張嘉修教授
 
「微藻」應用在健康食品與淨化環境已有相當長的時間,並且有著優異之表現。而張嘉修教授別具慧眼,積極研究「微藻」應用於生質能源之可行性。過程中,張教授陸續發掘出各具特色之「微藻」。以產油微藻為例,以往提煉生質柴油大多使用玉米、大豆等糧食作物,因此國際間曾發生大量種植產油植物而使得糧食作物供給不足,導致糧價上漲的情形發生。而產油微藻所含之油脂最高可達60%以上,同時可進行海水培養,因此當以產油微藻做為生質柴油之料源時,即不會有與糧爭地的問題發生。此外,微藻於培養的過程中會利用大量的二氧化碳,若是將養殖系統架設在工業區,引入工廠排出的二氧化碳進行大量培養,即可減少二氧化碳的排放,同時培養出的微藻還可以從中提煉生質柴油,過程相當環保。再加上台灣的氣候與地形遠比其他國家的條件更適合培養藻類,故張教授認定「微藻科技」在台灣具相當發展空間。為此張嘉修教授一手成立「微藻生技與工程中心」,該研究中心附屬於成功大學生物科技中心,結合成功大學化工系、生科所、化學系以及交通大學生科系多位教授與研究員進行跨領域合作,推動與產業界之合作。
生物科技中心
成立:2005年成立
規模:本中心成員包含教授級主任1位、教授級副主任2位、教授級組長1位、博士級助理研究員2位、行政人員3位與研究助理10位
研究設施:生物科技中心位於成功大學自強校區精密儀器大樓9F以及10F,有鑑於蛋白質結晶學以及微藻生物科技的重要性,生物科技中心於2009年以及2010年領先全國技職院校以及研究機構,先後成立「蛋白質結晶學實驗室」以及「微藻科技與工程中心」等核心實驗室,協助建立關鍵生物技術與基礎設施希望藉由核心實驗室的建立,進而整合、支援跨校、跨院系之相關研究團隊,爭取大型群體計畫,充分扮演活化成大教學以及研究的關鍵角色。目前主要研究設施包含高效率蛋白質養晶條件篩選平台、蛋白質立體結構解析平台、氨基酸分析儀、離子層析儀、螢光光譜儀、氣體層析儀、高效能液相層析儀、光學顯微鏡、凍乾機、植物/微藻專用培養箱、減壓濃縮儀、吹氣濃縮儀、電泳照膠設備、光生物反應器模組、蛋白質層析儀、高壓破碎機、大型高速離心機、連續離心機、生物發酵設備等。
重要研發成果:
1. 與日本神戶大學簽訂國際合作計劃「Isolation, characterization and optimal cultivation of indigenous carbohydrate-rich microalgae used as feedstock for bioethanol production」
2. 與中國石油股份有限公司嘉義煉研所/綠能所簽訂產學合作計畫-微藻菌株改良研究以及微藻進行二氧化碳減量之策略研究
3. 與台灣蕾迪詩化粧品有限公司(台灣最大化妝品外銷公司)簽訂產學合作計畫「微藻美容產品跨領域技術研發平台之研究」
4. 與工業技術研究院簽訂產學合作計畫「微藻細胞壁水解酵素生產與功能探討」
5. 與中央研究院生物化學所之蛋白生產及X光結構分析核心設施、新竹同步輻射中心生命科學小組及生物結晶學設施、日本SPring-8實驗室合作,從事蛋白質晶體與晶體結構解析,並瞭解蛋白質功能與作用機制,建立結構生物資訊資料庫供分子模擬、藥物篩選以及生物醫學研究應用
6. 建構基因改造微生物作為生產昂貴藥用天然物以及微藻異源基因重組蛋白質平台。
7. 與生寶生物科技產學合作-乳突病毒結構蛋白相關新穎性治療型子宮頸癌疫苗之結構分析
8. 藻株生產技術(已技轉給味丹公司以及蕾迪詩化粧品有限公司)
聯絡電話:06-2757575 EXT. 31104
在進行台灣藻類探索的過程中,張嘉修教授帶領的研究團隊從台灣水域篩選出各種的微藻種類進行培養與測試,初步判定其可能之用途外,也進一步設計出相對應的微藻養殖系統。
 
此外,張嘉修教授團隊更進一步地利用關鍵技術「高效率分析篩藻系統」進行微藻的功能性篩選,並與對應之廠商進行合作,例如篩選出產omega-3脂肪酸與含有抗氧化與美白等功效之微藻,並與廠商進行微藻健康食品和美容用品(化妝品和保養品)的研發。藉由此關鍵技術做為微藻多方面應用的基石,充分發揮微藻的可能性與經濟價值。
 
張教授致力於微藻之應用與發展至今,該研究團隊已成功建立了多方向的微藻利用途徑,包含生質柴油、生質酒精與氫氣等生質能源之生產,以及葉黃素、類胡蘿蔔素、EPA、DHA、化妝品,以及水產養殖飼料等高經濟價值產品之產出。此外,更進一步地利用深層海水來進行微藻之培養,提高微藻產品之品質與產能。
 
專利技術與產學合作的成果
 
張嘉修教授在微藻養殖系統裡較為人知悉的技術為「微藻光生物反應器模組」,並已成功地將技術移轉給中鋼公司。在這個與中鋼的合作案中,張教授的研究團隊在煉鋼高爐煙囪之下游設置一特殊「噸級」的微藻養殖系統(此項系統已經申請專利中),而高爐煙囪排出的煙道氣則直接引入此微藻養殖系統中,讓其中的微藻吸收煙道氣中的二氧化碳。此微藻養殖系統已成功地運行一年以上,除了達成二氧化碳減量之外,亦同時去除煙道氣中硫氧化物與氮氧化物。張教授研究團隊進一步與中鋼進行合作案,以此微藻養殖系統培養生產的微藻為原料,建立微藻生質柴油生產流程與技術平台,進一步開發微藻減碳與生質能源生產之商業化技術。此相關技術也已經與中油公司綠能研究所合作,建立微藻煙道氣減碳與微藻生質能模廠。
 
另一方面,張嘉修教授率領的微藻生技與工程研究中心團隊也與生技公司合作,開發系列化妝保養品,包括綠藻精華液、綠藻日霜、綠藻晚霜、綠藻面膜等商品。
 
台灣微藻科技的整合者
    
在張嘉修教授的領導下,成功大學微藻生技與工程中心將持續擴大中心的「產學合作」規模,未來將可提供產業界完整一條鞭式的微藻相關技術支援,如:(1)微藻分離篩選與鑑定;(2)微藻量產技術;(3)光生物反應器設計;(4)微藻收集與成分分離;(5)微藻生物精鍊;(6)微藻生質能源;(7)微藻減碳與減廢
 
此外,微藻生技與工程中心本身也將強化在「藻種篩選與鑑定」、「台灣藻種庫的建立」、「藻體組成分析」、「微藻培養技術」和「微藻應用與商業化」等能力,在結合了微藻科技領域產學合作需具備的各項條件後,張嘉修教授相當有信心的表示,廠商與該中心合作將可節省許多尋找搭配相關技術的人力物力,開發出來的微藻商品因此將更有競爭力。
 
「微藻」除了在二氧化碳減量的效率與自由度皆優於其他陸生植物外,還能產出糖、油脂、蛋白質、葉黃素、藻藍素及omega-3脂肪酸等營養物質,這些優勢使得「微藻科技」在應用與商業化上相當具有前景。
 
成功大學張嘉修教授成立的「微藻生技與工程研究中心」結合了各校、各領域的專家學者開發出了一系列的微藻應用科技,對於台灣產業界來說無疑是一大福音。「微藻生技與工程中心」也在既有與產業界的互動上持續累積「產學合作」的經驗,並積極擴大中心進行產學合作的比例,達成引領台灣未來微藻生技產業發展的期望!

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