魚粉替代原料開發 頂絲藻潛力大創造循環經濟模式

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為了降低養殖成本,以及降低對海洋捕撈的依賴程度,國立臺灣海洋大學水產養殖學系研究團隊開發頂絲藻培養及應用技術,可望達到「全藻利用」的循環經濟系統。(圖片授權/jeanchen)

隨著海洋漁業資源減少,水產養殖成了人類消費水產的替代選項,然而水產養殖飼料中占比約40%的「魚粉」,大部分是來自海洋捕撈中的雜魚製成,因此魚粉也受海洋資源枯竭影響,成本逐年提升。

近年,國內外均著手研發替代魚粉的高蛋白質原料,如禽畜產下腳料、植物性蛋白、運用益生菌醱酵農業副產物等,除了降低養殖成本,也降低對海洋捕撈的依賴程度。在2018年農業科技研究院研究計畫中,國立臺灣海洋大學水產養殖學系研究團隊已開發生長速率快、附加價值高的頂絲藻培養及應用技術,可望達到「全藻利用」的循環經濟系統。

醱酵豆粉降低飼料成本還不夠,研究團隊看上頂絲藻循環經濟潛力

「能夠取代魚粉的原料,必須量要夠大、可機械自動化處理,或是具有附加功能。」國立臺灣海洋大學水產養殖學系教授兼水產品產銷履歷驗證暨檢驗中心主任冉繁華表示,2017年「農業生物經濟重點產業之關鍵技術強化」二年期計畫中,研究團隊將目標鎖定在便宜的豆粕研發,以及可創造循環利用模式的頂絲藻培育研究。第一期計畫已成功研發醱酵豆粉絲料技術,取代現有飼料中45%的魚粉,為養殖戶省下每公斤約20元的飼料成本,現已技轉上市。

第二期研究中,研究團隊將視野轉向飼料中常作為營養補充劑的海藻,評估海藻養殖不僅能淨化養殖廢水,同時也具有高比例的粗蛋白質,可做為魚粉的替代材料,達到循環經濟的效益。於是,國立臺灣海洋大學水產養殖學系副教授李孟洲及研究團隊,便選定粗蛋白量占乾重31%的臺灣原生藻「頂絲藻」為魚粉替代性原料的候選資材。

取藻靠眼力,養藻靠廢水,研究團隊掌握頂絲藻量產技術

李孟洲表示,一般的藻類產品開發,遇到最大的瓶頸是藻源穩定性不足,即便已有技術開發出產品,沒有穩定藻源,產品還是無法上市。因此,研究團隊首先掌握頂絲藻的培育技術,增加後續開發利用的機會。

國立臺灣海洋大學研究團隊續進行各種海藻的試量產實驗,現在已掌握頂絲藻的人工量產技術。

僅指尖大的球狀頂絲藻不像體型大的褐藻容易辨認,研究人員需潛下海中仔細找,將頂絲藻從礁岸中眾多藻群中取出,「採集頂絲藻需要明亮的眼睛、專業的頭腦和靈巧的手。」李孟洲笑說,研究初期團隊幾乎每週都要潛下海找頂絲藻,有時候還會空手而回,或是取回來經DNA檢驗發現「取錯藻」也是常有的事。

經過實驗室控制環境的培育後,研究團隊利用行政院農業委員會漁業署在高雄市永安區設立的「冷水養殖示範廠」進行產業級養殖實驗。冷水養殖示範廠是利用鄰近的中油液態天然氣(liquefied natural gas, LNG)廠的冷排水,這些經熱交換排出的海水,溫度會較普通海水低,原是需要經過升溫處理才能排放入鄰近海域,但海洋大學研究團隊直接利用低溫的冷排水進行高單價的冷水性魚種養殖,冷排水經過養殖系統的利用後,水溫逐步上升,免除額外加熱的能源使用,降低碳排放。

李孟洲表示,在專業且精細的安排下,巧妙的利用冷排水養殖高價的冷水性魚種,並串聯頂絲藻的培養,同時吸收養殖水中的殘餌及魚體排泄物,藻體生長快速,約兩週就可達到可採收的密度,展現符合循環經濟的水產養殖科技,可做為未來大規模產業應用的範例。

國立臺灣海洋大學研究團隊會在藻類生長季到附近海岸採集天然海藻,再回到實驗室鑑種、分離及純種培養。

頂絲藻附加價值高,藻紅蛋白、淨化海水、養殖飼料完全利用

研究團隊原先是希望利用頂絲藻粗蛋白比例高的特性,取代飼料中的魚粉比例。實驗發現,雖然飼料適口性一般,但頂絲藻因具有高比例的藻紅蛋白(Phycoerythrin),能夠提高白蝦先天防禦系統、增強細胞對抗外來侵入物的能力。對罹患白點症的白蝦做測試,在連續投餵含5%頂絲藻成分的實驗飼料後,其存活率最高可達70%。

藻紅蛋白除了可增強白蝦的抵抗力,也常見於醫療與生技研究中的標示工具,或是美妝產品中提亮的成分,由於取得不易,是藻類萃取物中單價最高的商品。而頂絲藻的優勢便在於膠質含量低,藻紅蛋白萃取效率高,「想像你要從黏稠的糨糊中取出某個東西,如果黏稠度比較低,相對就比較好拿。」李孟洲補充,頂絲藻吸收養殖水中的營養鹽,轉換成高單價的藻紅蛋白,經濟價值相當好。

右側為實驗室培育的頂絲藻,經過特殊的萃取技術加工後,可得到左側的藻紅蛋白萃取物。

「當附加價值高,就有誘因讓養殖戶願意投入。」冉繁華表示,養殖戶可一池養藻、一池養魚,藉頂絲藻之力循環使用養殖廢水,或是淨化後排入海洋,降低環境負擔。頂絲藻除了可萃取出高單價的藻紅蛋白,萃取後的藻渣還可再製成飼料,成為可完全利用的藻種。

頂絲藻因為膠質含量低,藻紅蛋白的萃取效率高,因此在產業應用上具有相當高的商業價值。

不過,頂絲藻要永續利用也不是沒有困難,李孟洲坦言,目前為了維繫頂絲藻的基因多樣性,研究人員必須時常下海添補新的藻源,讓頂絲藻不只透過無性生殖,也要進行有性生殖,讓頂絲藻免於基因弱化,影響蛋白質的萃取狀況。

另外,在實驗室內的種原也要避免頂絲藻被細菌及黴菌汙染,像是培育用的海水需要經過過濾除菌的處理,培養瓶必須經過滅菌的程序等,種原維護的技術門檻極高。但李孟洲對頂絲藻利用相當有信心,因為透過團隊的努力,對藻體的生活史日益掌握,同時已經建置完成人工量產頂絲藻的養殖系統,並同步掌握高效能萃取藻紅蛋白的技術,大幅降低生產成本。團隊目前正進行各項頂絲藻相關生技產品測試,期望能建構產業鏈,以嘉惠生產的漁民及一般消費者。

藻紅蛋白經特殊燈原激發後可發出橘紅色的螢光,多用於醫療與生技研究中的標示功能,亦是美妝產品中的提亮成分。(最左側為一般純水,激發時不會發出螢光。)

本文轉載自《豐年雜誌》。更多精彩內容,請詳見《豐年雜誌》,全文連結<點此>。

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