溫泉酵素保養品之開發

台灣位處環太平洋地震帶上，地層活動頻繁，造就高密度之溫泉與地熱的區域產生。近年來隨著國民所得提高，休閒時間增加，國人對休閒養生的價值觀亦隨著改變，溫泉資源供作休閒使用的需求性大增，溫泉資源的應用儼然已形成一溫泉產業。但由於台灣溫泉資源利用多侷限以觀光休閒遊憩為主的活動，社會大眾對於溫泉的使用即缺乏一個保育與珍惜使用的基本觀念，因此，如何將讓社會大眾瞭解「溫泉」是有益身心靈、是一股天然珍貴與稀少的「黃金水」，除了對社會大眾進行教育宣導之外，溫泉的基礎研究與應用研究，更是未來建立民眾使用溫泉的習慣與珍惜溫泉資源的不可或缺的工作。

「溫泉」具高溫、富含礦質離子等特性，在國外，如日本、德國、匈牙利等早已廣泛應用於如美容粧品、復健養生、農業栽培、生物科技等，國際溫泉更趨向於發展醫學美容的應用領域，尤其以法國的溫泉醫學美容研究最為深入不僅讓該國民眾充分享受溫泉健康促進效益，其溫泉衍生產品的利潤，也為當地經濟創造成長。國際溫泉資源多元應用，除了傳統觀光休閒遊憩之用途外，產業升級更可達健康促進、保養休養和溫泉醫療等級，並將溫泉資源發展成商品，常見有溫泉礦泉飲用包裝水、溫泉美容產品如薇姿(Vichy)、理膚寶水(Roche-posay)、雅漾(Avene)等，為國家及當地經濟帶來豐碩利潤。

根據日本溫泉浸泡對皮膚改善的研究指出，單純溫泉、氯化物泉、碳酸氫鹽泉、硫酸鹽泉皆適用於慢性皮膚病及美顏護膚領域，而酸性泉、硫磺泉、放射能泉則僅適用於慢性皮膚病治療，不適用於美顏護膚領域的使用，二氧化碳泉則適合美顏護膚領域，但無慢性皮膚病的治療功效。其他國際有關溫泉對皮膚醫學的作用機制研究，絕大多數應用的泉質偏向硫磺，硫酸氫鹽或硫酸鹽類和碳酸鹽溫泉水。含硫磺的溫泉水浸泡後，對各類皮膚疾病有良好的治療效果，而碳酸鹽溫泉水除浸泡治療各類皮膚疾病外，也是目前溫泉美容醫學產品最佳選擇的化粧品調合基底水。法國是溫泉美容醫學領域的國際經典代表國家，其溫泉美容醫學產品也為法國帶來可觀的經濟利益。綜合歸納國際溫泉對皮膚醫學的研究方向指出，溫泉化粧品的研發是溫泉高值多元應用的具體作法。

全台各代表溫泉之泉質分類，大部分屬於含鈉—碳酸氫鹽泉，有北部溫泉區的烏來，東部溫泉區的礁溪、知本及金崙，中部溫泉區的清泉、廬山、泰安及東埔，與南部溫泉區之寶來及龜丹。另外，仁澤員山、谷關及四重溪溫泉為屬單純泉之泉質，而馬槽、北投、安通及關子嶺是屬於混合泉之泉質，其中馬槽及關子嶺溫泉泉質中含鐵之特殊成分，北投之代表採樣泉中含有放射性鐳之成分，而蘇澳冷泉之泉質成分中含有游離二氧化碳，是為較特別之泉質特色。

台灣溫泉種類繁多，且溫泉泉質的分析技術已臻完善，加上目前生物科技及化粧品的學研科技純熟，可利用溫泉中不同泉質成份之特點，開發最符合時代潮流的溫泉化粧品，如此，有助於提升溫泉資源的附加價值，創造具特色之台灣溫泉專屬產品。

以生物技術應用角度開發溫泉之特色原料，如溫泉中之耐熱酵素(Thermophiles enzyme)為近來最受矚目的特色原料，此類耐熱酵素係由耐熱菌﹝Thermophiles﹞所產生，耐熱菌又稱高溫細菌或耐熱微生物，其研究已超過40年，自1969年科學家從黃石公園的溫泉裡採集到Thermus aquaticus菌種，並應用於聚合酶連鎖反應（Polymerase chain reaction，PCR），PCR乃是利用Thermus aquaticus菌之酵素的耐熱特性，純化進行複製基因的耐熱酵素，此酵素在生物科技上扮演重要角色，每年該酵素與PCR相關周邊市場供應產值已超過十億元。耐熱菌包含放射菌和芽孢桿菌﹝Bacillus﹞等好熱的菌種，其廣泛分布於火山地、地熱區、海底火山附近、溫泉、等，而有些人為的高溫環境，如熱水管裝置和人造熱源等處，亦為其生長的良好環境。耐熱菌能在溫度高於55℃生長，最低生長溫度通常在45℃左右，而最適生長溫度在55~65℃；一般來說，其生長溫度為45~65℃或以上，其特徵有代謝快速、觸酶反應溫度高及繼代時間短等，在生物技術領域及工業上有很高的利用價值。

耐熱菌產生的各種耐熱酵素，具有異於一般蛋白的穩定性，如熱穩定性(Thermostability)、較長的保存期限(Longer shelf life)及高溫活性(Higher activity at high temperature)，故能延長酵素的活性。

熱穩定酵素被廣泛科學研究其作用並應用於食品工業、藥物開發及其他工業的應用上，如工業上以熱穩定酵素進行醣類分解產能的相關應用已發展近30年，目前工業上所常應用之耐熱細菌的潛力的酵素，例如澱粉水解酵素（amylases），幾丁質水解酵素（chitinases），果膠水解酵素（pectinases），纖維素水解酵素（cellulases），蛋白酵素（proteases），脂質水解酵素（lipases）等，都已有高產能的菌株被分離出，用途非常廣泛。如：澱粉水解酵素會將澱粉分解產生葡萄糖和麥芽糖，可當作甜味劑或糖精的材料。木聚醣水解酵素(xylanases)主要分解木材中的木聚醣(xylan)及木質素(ligin)的部分，常使用於製紙業上紙質的漂白，以增加明亮度；亦可應用在動物飼料和果汁果醬的製造上。另外，法國生化學家利用嗜熱菌及其代謝產物研發系列化粧保養品(碧兒泉BIOTHERM)，能夠幫助肌膚對抗自由基的傷害、增強自體防禦力，此為另一個成功將高溫酵素應用於產業之實例。

台灣地區地熱溫泉區曾被分離鑑定之菌種包含革蘭氏陽性的Bacillus 、Geobacillus 、 Rubrobacter 、Deinococcus 、Caloramator 及Thermobrachium 等菌屬；及革蘭氏陰性的細菌，包含Thermus 、Meiothermus 、Chloroflexus、Rhodothermus、及Pseudoxanthomonas 等屬。有些菌株具澱粉水解酵素活性，有些菌株則具蛋白酶活性或脂質水解活性，甚至也有具抵抗高紫外線及輻射線的菌株，地熱溫泉區細菌為了應付及適應高溫之極端環境，常會發展出特異的生理特性，特別是耐熱酵素。

耐熱菌之蛋白質的熱穩定性是其生活於高溫下之特性，目前科學家已從耐熱菌中分離出多種蛋白質，其中包括許多重要的酵素系統，其熱穩定性遠高於一般細菌的酵素系統。在發酵工業中，可以利用其耐高溫的特性，提高反應溫度，增大反應速度，減少中溫型雜菌污染的機會。耐熱菌可用於生產多種酶製劑，例如纖維素酶、蛋白酶、澱粉酶、脂肪酶、菊糖酶等，由這些微生物中產生的酶製劑具有熱穩定性好、催化反應速率高，易於在室溫下保存。

耐熱菌在化粧品之開發應用也有着廣闊的前景，雖然溫泉酵素廣泛應用於許多領域，然而在化粧品之應用仍是相當新穎之概念，近年來，國際溫泉更趨向於發展醫學美容的應用領域，尤其以法國的溫泉醫學美容研究最為深入，包括薇姿(Vichy)、理膚寶水(La Roche-posay)、雅漾(Avene)、優雅麗(Uriage)、聖泉薇(Saint Gervais)等五大品牌，長期針對溫泉醫學美容進行科學研究，並證實當地或該品牌之溫泉具有舒緩、消炎、促進傷口癒合等作用，對皮膚之保護具療效。

本研究團隊近年由台灣不同溫泉區分離之耐熱菌，利用牛奶蛋白作為受質，可發現不同溫泉區之耐熱菌，有些具有很強之蛋白分解能力(圖一)，此活性亦可應用於皮膚去角質用途、隱形眼鏡的清洗液，肉質軟化，啤酒消泡，毛料加工處理等。脂肪水解酵素可應用於家用清潔劑及洗髮精的添加，分解廢紙上的油墨，去除紙漿中的樹脂，生產高價位的特殊油脂，由此可窺見耐熱酵素應用之廣泛。

本實驗室幾年前由台灣東部花蓮安通溫泉區(泉溫約65℃)分離耐熱菌，其蛋白酵素活性具耐熱特性，耐受溫度可達85℃，意味此溫泉蛋白酵素活性，對於化粧品一般之製作溫度或室溫保存均具其活性，此應用方法可減少生技產物在高溫或常溫下失活之機率。此溫泉酵素應用於化粧品包含面膜、乳劑及液劑均有顯著之功效，經實驗證明此溫泉酵素運用在保養品上具有保濕(圖二)、亮白功效(圖三)，可加速老廢角質代謝，使用後可感受到溫泉特有之滑順感。為使此應用能普及社會大眾，因此本團隊藉由技術移轉方式，由生技公司成功地將溫泉酵素應用於市售化粧保養品(圖四)。

總結，台灣有豐富之溫泉資源，透過現代生物技術及產官學研合作，可開發具有特色之原料，此類原料具有其特色，有別於一般化粧品原料，將來若能善用此資源，將可為台灣溫泉產業及化粧品產業開拓另一片天空。

圖一、台灣不同溫泉區所分離之溫泉耐熱菌之蛋白酵素活性測試 (圖中3-7含不同溫泉區所分離之耐熱菌)

圖二、含溫泉酵素保養品之保濕力評估

圖三、含溫泉酵素保養品之美白評估

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