2014年7月29日

微藻與其防線突破

【微小世界的巨星】微藻所衍生的價值逐漸被應用於食品、能源、飼料、美容等領域,透過細胞破碎技術,提高有效成分之萃取率與利用率。

作者/陳綺慧、洪俊宏、郭子禎(任職財團法人金屬工業研究發展中心生技能源設備組)、陳慶能(任職國立中山大學海洋科學系海洋生物組)

全球人類對於能源危機議題越來越重視,微藻因生長快速且具有固碳作用及回收廢水中有機和無機肥料的功能,被視為熱門的生質能源來源之一。微藻行光合作用後將能量以蛋白質、油脂或澱粉形式儲存,例如螺旋藻(一種藍綠菌)及大部分綠藻富含蛋白質、一些綠藻富含脂質等。富含蛋白質者適合作為食品或飼料,富含脂質者則可提煉成生質燃料或生產高價保健食品。但微藻和植物一樣具有細胞壁結構,保護細胞使得細胞不易變形、破碎,因此為提高油脂、蛋白質、酵素、葉黃素、葉綠素、蝦紅素等成分萃取率,須先破壞細胞結構;另外,若是直接使用藻類作為食品或發酵原料時,破壞細胞結構也有助於提高藻類被消化率或被分解率。

光合利用度高的低等植物
「微藻」顧名思義是指微全小的藻類(單細胞藻類),不同於生活中常見的石蓴、馬尾藻、龍鬚菜、紫菜等大型海藻。大部分微藻的直徑為2~15 微米(如同灰塵懸浮微粒大小),因此無法直接以肉眼辨識微藻,必須在顯微鏡下才能觀察到單一細胞(圖一)。微藻可分成藍綠藻門(Cyanophyta,生物學家已將其歸類於細菌類)、金黃藻門(Chrysophyta)、隱藻門(Cryptophyta)、甲藻門(Pyrrophyta)、褐藻門(Phaeophyta)、紅藻門(Rhodophyta)、裸藻門(Euglenophyta)、綠藻門(Chlorophyta)、輪藻門(Charophyta),涵蓋原核生物和真核生物兩大類,通常分佈廣泛、生長快速且適應力強。
圖一:光學顯微鏡下觀察到的綠藻細胞。
(作者提供)

藻類如同植物能行光合作用提供自身生長所需的物質,就微藻而言,所含成分以油脂、蛋白質和碳水化合物(例如纖維素、澱粉)為主,其成分與含量依藻的種類而異;然而隨著科技進步,現今已可以透過基因工程或逆境處理等技術調控,提升目標成分含量。例如,許多微藻於缺氮狀態下會提升油脂含量,從原有的10~20%含油量提升至50~60%,這對於後續產品開發之成本降低有實質助益。由於微藻的種類多樣,其應用層面包括食品、能源、飼料、美容、醫藥等產業。......【更詳細的內容,請參閱第536期科學月刊】

延伸閱讀
1. Tran N. H. et al., Catalytic upgrading of biorefinery oil from micro-algae, Fuel, Vol. 89: 265-274, 2010.
2. Yusuf Chisti, Biodiesel from microalgae, Biotechnology Advances, Vol. 25: 294-306, 2007.
3. Andrew K. Lee, Lewis David M. and Ashman Peter J., Disruption of microalgal cells for the extraction of lipids for biofuels: Process and specific energy requirements, Biomass and Bioenergy, Vol. 46: 89-101, 2012.
4. 蘇志杰、鄭承熙、杜子邦、劉景文、周大鑫、徐紹煜,〈機械式破壁技術應用於藻類生質能源介紹〉,《機械工業》第331期115-123頁,2010年。

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