หน่วยปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาวิศวกรรมชีวเคมีและโรงงานต้นแบบ
Biochemical Engineering and Pilot Plant Research and Development Unit (BEC)

หน่วยปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาวิศวกรรมชีวเคมี และโรงงานต้นแบบ เป็นหน่วยปฏิบัติการวิจัยที่ก่อตั้งขึ้นเมื่อปี 2529 ภายใต้ความร่วมมือระหว่างไบโอเทคและมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นศูนย์พัฒนาและถ่ายทอดเทคโนโลยีทางด้านวิศวกรรมชีวเคมีและโรงงานต้นแบบ

วิสัยทัศน์
มุ่งเป็นศูนย์พัฒนาและถ่ายทอดเทคโนโลยีทางด้านวิศวกรรมชีวเคมีและโรงงานต้นแบบชั้นนำของภูมิภาค ทั้งในด้านการวิจัยและพัฒนา วิศวกรรม และการบริการวิชาการ ซึ่งสามารถตอบสนองต่อความต้องการของประเทศและสังคม

พันธกิจ

• ดำเนินการวิจัย พัฒนา และวิศวกรรม เพื่อพัฒนาความรู้ความสามารถ และปรับปรุงผลิตภัณฑ์ กระบวนการและเทคโนโลยีทางด้านวิศวกรรมชีวเคมีและเทคโนโลยีชีวภาพที่เกี่ยวข้อง
• ดำเนินการถ่ายทอดองค์ความรู้และเทคโนโลยีเพื่อการใช้งานจริงในเชิงการค้าทั้งในประเทศและภูมิภาค โดยจะเน้นการใช้ระบบ/อุปกรณ์/โรงงานต้นแบบและการจำลองแบบทางวิศวกรรม เป็นเครื่องมือสำคัญในการดำเนินการ

แนวทางการดำเนินงานวิจัยและพัฒนา
1. เทคโนโลยีชีวภาพทางสาหร่าย - มีเป้าหมายเพื่อการวิจัยและพัฒนาให้ได้เทคโนโลยีในการเพาะเลี้ยงสาหร่ายขนาดเล็กที่มีประสิทธิภาพสูง พัฒนาสายพันธุ์ที่มีคุณค่าเชิงพาณิชย์ ศึกษาการสังเคราะห์สารเคมีมูลค่าสูงในสาหร่ายสไปรูลิน่า เช่น ไฟโคไซยานิน และกรดไขมันแกมม่าลิโนเลนิค (Gamma Linolenic Acid, GLA) การใช้สาหร่ายสไปรูลิน่าเป็นโมเดลของพืช สำหรับการศึกษาการตอบสนองต่อสภาวะกดดัน (Stress Response) ทั้งการสังเคราะห์แสงและการหายใจ และส่งเสริมให้เกิดความร่วมมือระหว่างมหาวิทยาลัยและหน่วยงานเอกชนภาคอุตสาหกรรมที่เกี่ยวกับเทคโนโลยีชีวภาพสาหร่ายใน Spirulina Consortium ตัวอย่างงานวิจัย เช่น

• ผลของปัจจัยสิ่งแวดล้อมต่อการเจริญของสาหร่ายสไปรูลิน่า การพัฒนาและคัดเลือกสายพันธุ์ การพัฒนาสูตรอาหาร และการศึกษาด้านการจำลองทางคณิตศาสตร์ (Mathematical Model) ของระบบเพาะเลี้ยง
• ศึกษาวิจัยสภาวะการเลี้ยง อิทธิพลของปัจจัยแวดล้อมต่อการสร้างสารต่างๆ ในสาหร่ายสไปรูลิน่า การสกัดสารเคมีมูลค่าสูง เช่น ลิปิดหรือ GLA ไฟโคไซยานิน และโพลีแซคคาไรด์จากสาหร่ายสไปรูลิน่า
• งานวิจัยด้าน Transformation Proteomic Genomic และ in silico Spirulina modeling มุ่งเน้นให้เกิดความรู้ความเข้าใจสรีรวิทยาของสาหร่ายสไปรูลิน่า รวมถึงกลไกการควบคุม และการสังเคราะห์กรดไขมันจำเป็น และไฟโคไซยานิน

ผลงานเด่น

• การสกัดลิปิดจากสาหร่ายสไปรูลิน่า เพื่อขยายขนาดการผลิตและได้ข้อมูลวิธีการสกัดลิปิดประสิทธิภาพสูง
• การพัฒนากระบวนการสร้างกรดไขมันที่มีพันธะคู่สามพันธะในโมเลกุล, gamma-linolenic acid หรือ GLA และ alpha-linolenic acid หรือ ALA โดยการพัฒนาลำดับนิวคลีโอไทด์และลำดับกรดอะมิโนของยีนเดลต้า 6-ดีแสททูเรส (∆⁶-desaturase) และยีนเดลต้า 12-ดีแสททูเรส (∆¹²-desaturase) ของไซยาโนแบคทีเรียสไปรูลิน่า (Spirulina platensis) ในเซลล์ยีสต์ Saccharomyces cerevisiae

2. เทคโนโลยีเซนเซอร์ - มีเป้าหมายเพื่อการวิจัยและพัฒนา เซนเซอร์ทางเคมีและชีวภาพ และวิธีการวัดสารต่างๆ อย่างแม่นยำและรวดเร็ว การพัฒนาเทคนิค ปรับปรุงอิเล็กโทรดสำหรับการวิเคราะห์ทางเคมีไฟฟ้า เพื่อใช้ในงานอุตสาหกรรมทางด้านอาหาร สิ่งแวดล้อม และการแพทย์ ตัวอย่างงานวิจัย เช่น

• เครื่องต้นแบบและหัววัดจุลินทรีย์สำหรับตรวจวัดปริมาณบีโอดี
• ไบโอเซนเซอร์ชนิดพิมพ์สกรีนเพื่อวิเคราะห์ปริมาณน้ำตาลในเลือด
• การวิเคราะห์ปริมาณยาปราบศัตรูพืชโดยไบโอเซนเซอร์ทางเคมีไฟฟ้า
• การตรวจวิเคราะห์เชื้อ Salmonella sp. ที่ความไวสูง
• การเพิ่มสัญญาณ การตรวจวัดสารประกอบฟีนอลด้วยตัวทำละลายไนโตรเบนซีนเคลือบคาร์บอนนาโนทูปส์
• เคมีไฟฟ้าและเคมีตัวเร่งของโครงสร้างระดับนาโน ที่ประกอบด้วย Redox mediator และคาร์บอนนาโนทูปส์ เพื่อการประยุกต์ใช้ในไบโอเซนเซอร์เคมีไฟฟ้า
• การวิเคราะห์เชิงภาพและจลน์ศาสตร์ของการเกิดอิเล็กโทรดฟาวลิงที่อนุภาคคะตะลิสต์ขนาดจุลภาคและนาโนโดย Scanning Electrochemical Microscopy
• การวิเคราะห์ปริมาณน้ำตาลซูโครสและฟีนอลโดยเทคนิค Pulsed Electrochemical Detection

ผลงานเด่น

• เทคนิค Screen-Printed Electrode สำหรับวิเคราะห์ปริมาณน้ำตาลในเลือด
• การเพิ่มสัญญาณการตรวจวัดสารประกอบฟีนอลด้วยตัวทำละลายไนโตรเบนซินเคลือบคาร์บอนนาโนทูปส์
• ต้นแบบเครื่องวัดน้ำตาลซูโครสด้วยเทคนิคการวัดแบบพัลส์แอมเพอโรเมตรี เพื่อใช้วัดน้ำตาลซูโครสในน้ำอ้อยและผลิตภัณฑ์น้ำอ้อยในกระบวนการผลิตของโรงงานน้ำตาล

3. การพัฒนากระบวนการทางชีวภาพของจุลินทรีย์ - มีเป้าหมายในการวิจัยและพัฒนาด้านชีววิทยา อณูชีววิทยา และพันธุวิศวกรรมของเซลล์สัตว์และจุลินทรีย์ที่มีศักยภาพในการผลิตสารมูลค่าสูง เอนไซม์ สารเมตาบอไลท์ และสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร อาหารสัตว์ และทางการแพทย์ เพื่อให้เกิดความเข้าใจในกระบวนการควบคุมและกระบวนการผลิตของสารเหล่านี้ ในระดับห้องปฏิบัติการและการขยายขนาดในระดับโรงงานต้นแบบ ทั้งต้นน้ำและปลายน้ำ งานวิจัยที่พัฒนาให้ความสำคัญกับกลุ่มตลาดเป้าหมาย เพื่อได้ผลิตภัณฑ์ที่นำไปใช้ได้จริง และถ่ายทอดเทคโนโลยีการผลิตที่พัฒนาขึ้นสู่อุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างงานวิจัย เช่น

• การเลี้ยงรา Aspergillus oryzae, Mucor rouxii โดยเทคโนโลยีการหมักแบบ submerged fermentation และ solid state fermentation
• การศึกษาทางอณูชีววิทยาและชีวเคมีของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องในการสังเคราะห์กรดไขมันจำเป็นในรา Mucor rouxii
• การปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตแบคคิวโลไวรัส NPV จากเซลล์แมลงในถังหมัก
• การผลิตซิลิเนียมและโครเมียมยีสต์ เพื่อเป็นอาหารเสริมแก่สัตว์เลี้ยง
• การพัฒนาการอบแห้งจุลินทรีย์
• การพัฒนากระบวนการสกัด และทำบริสุทธิ์ผลผลิตจากเซลล์ และจุลินทรีย์
• การพัฒนากระบวนการผลิตโมโนโคลนอลแอนติบอดี (Monoclonal Antibody และ IgY antibody)
• การขยายขนาดการผลิตโปรตีนทางการแพทย์ เช่น Human growth hormone, Human serum albumin, โปรตีนไข้เลือดออก

ผลงานเด่น

• การพัฒนากระบวนการผลิต Human Growth Hormone (hGH) โดยใช้ยีสต์ Recombinant Pichia pastoris สายพันธุ์ KM71 ในระดับ Lab Scale และ Pre-pilot scale ในถังหมักขนาด 15 ลิตร
• เทคโนโลยีทางด้านการหมักแบบอาหารแข็ง (Solid State Fermentation) เพื่อการผลิตเอนไซม์โปรติเอสจากรา Aspergillus oryzae

4. ชีววิทยาเชิงระบบและชีวสารสนเทศ - มีเป้าหมายเน้นการวิเคราะห์เชิงระบบของวิศวกรรมเมตาโบลิคของสิ่งมีชีวิตต่างๆ เช่น ยีสต์ (Saccharomyces cerevisiae) มันสำปะหลัง เชื้อมาลาเรีย เชื้อวัณโรค และสาหร่ายสไปรูลิน่า เพื่อเข้าใจชีววิทยาเชิงระบบของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ ซึ่งจะนำไปสู่การปรับปรุงสายพันธุ์ และการหาเป้าหมายยารักษาโรค กลุ่มวิจัยมีการพัฒนา แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ เครื่องมือและโปรแกรมด้านชีวสารสนเทศ และฐานข้อมูลต่างๆ พร้อมกับการศึกษาด้านชีวโมเลกุลและการหมักในห้องปฏิบัติการ ตัวอย่างงานวิจัย เช่น

• การวิเคราะห์และสร้างแบบจำลองเมตาโบลิซึมของลิปิดในยีสต์ เพื่อปรับปรุงความสามารถการผลิตลิปิดในยีสต์ โดยใช้เทคนิคการวิเคราะห์เมตาโบลิกฟลักซ์
• การวิเคราะห์โครงสร้างของวิถีการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิกในเชื้อมาลาเรีย Plasmodium falciparum เพื่อกำหนดเป้าหมายใหม่ของยา
• การศึกษาชีววิทยาระบบเพื่อปรับปรุงปริมาณและคุณภาพของแป้งจากต้นมันสำปะหลัง
• การศึกษาหาลำดับเบสดีเอ็นเอของสาหร่ายสไปรูลิน่า
• การวิเคราะห์ข้อมูลของโรคเบาหวาน โรคกระดูกพรุน

ผลงานเด่น

• การสร้างซอพแวร์แบบจำลองเชื้อยีสต์ และแบบจำลองเชื้อวัณโรคด้วยเทคนิคด้านชีววิทยา ระบบและชีวสารสนเทศ
• การศึกษาหาลำดับเบสจีโนมของสไปรูลิน่า S. platensis C1 เป็นโครงการดำเนินงานร่วมระหว่างหน่วยปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาวิศวกรรมชีวเคมีและโรงงานต้นแบบ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี สถาบันจีโนมของไบโอเทค ห้องปฏิบัติการชีวสารสนเทศศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ และ Kazusa DNA Research Institute ประเทศญี่ปุ่น จากข้อมูลลำดับเบสทั้งหมดที่ได้จากหาลำดับเบสของ 2k, 5k library และ BAC End ด้วยวิธีของ Sanger และ genomic DNA ด้วย Pyro-Sequencer (GS100) รวมทั้งการทำ Paired End Sequencing

5. เทคโนโลยีและวิศวกรรมทางอาหาร - มีเป้าหมายในการพัฒนากระบวนการฆ่าเชื้อด้วยความร้อน ซึ่งมีเป้าหมายในการสร้างศักยภาพและความสามารถด้านการฆ่าเชื้อด้วยความร้อน เพื่อเป็นต้นแบบและบริการแก่อุตสาหกรรมอาหารและการศึกษากระบวนการในการแปรรูปอาหาร ตัวอย่างงานวิจัย เช่น

• การศึกษากระบวนการฆ่าเชื้ออาหารในภาชนะปิดด้วยความร้อนในหม้อฆ่าเชื้อ (Retort) และการพัฒนาโปรแกรมคำนวณค่าเวลาในการฆ่าเชื้อ (Heat penetration analysis program)
• การออกแบบและสร้างเครื่องทำแห้งแบบเจตสเปาท์เตดเบดต้นแบบ
• การพัฒนากระบวนการผลิตซาลาเปาในระดับอุตสาหกรรม
• การพัฒนากระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์หน่อไม้บรรจุปี๊ปของกลุ่มแม่บ้าน
• การศึกษาความเป็นไปได้เชิงอุตสาหกรรมในการผลิตแหล่งเส้นใยอาหารจากเศษพืชเหลือทิ้ง
• การอบแห้งผลิตภัณฑ์อาหารด้วยระบบอบแห้งด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งภายใต้สภาวะความดันต่ำ
• ผลการเตรียมการต่อคุณภาพสัปปะรดและมะม่วงทอดภายใต้สภาวะสูญญากาศ

ผลงานเด่น

• กระบวนการฆ่าเชื้ออาหารในภาชนะปิดด้วยความร้อนในหม้อฆ่าเชื้อ

การพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานโรงงานต้นแบบ
กระบวนการผลิตทางชีวภาพที่ได้มาตรฐาน cGMP สำหรับการผลิตยาชีววัตถุ ตามมาตรฐาน EMEA, US FAD และสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยา มีพื้นที่ทั้งหมด 1,200 ตารางเมตร แบ่งเป็น 4 หน่วย ซึ่งได้พัฒนาในหน่วยแรกพื้นที่ประมาณ 600 ตารางเมตร จัดทำเป็นหน่วยผลิตที่ประกอบด้วยชุดอุปกรณ์ถังหมักจุลินทรีย์ขนาด 4, 10, 400 ลิตร และอุปกรณ์ Cross flow filtration, Chromatography สำหรับการแยกสารให้บริสุทธิ์

โรงงานต้นแบบนี้จะให้บริการสำหรับการวิจัยพัฒนาปรับปรุงกระบวนการผลิต การขยายขนาดการผลิต และการผลิตยาชีววัตถุเพื่อนำไปทดสอบทางคลินิก รวมทั้งการฝึกอบรมทางด้าน cGMP, GLP, Biosafety, Regulatory compliance, SOP, QA, Up & Downstream processing

การบริการวิชาการ
หน่วยปฏิบัติการได้ถ่ายทอดเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นและให้บริการทางเทคนิคต่อภาคอุตสาหกรรมอย่างต่อเนื่อง โดยมีประเภทของงานบริการที่ดำเนินการ เช่น การออกแบบ สร้างอุปกรณ์และโรงงานต้นแบบ การให้คำปรึกษา บริหาร ประเมินโครงการ การทดสอบ ทดลอง ให้เช่าอุปกรณ์และโรงงานต้นแบบ การวิเคราะห์ทางเคมี สิ่งแวดล้อม อาหาร การจัดฝึกอบรม และรับจ้างวิจัย โดยมีตัวอย่างการให้บริการ ดังนี้

• การให้บริการโรงงานต้นแบบด้านการทดลองผลิตยีสต์ จุลินทรีย์ Bacillus subtilis เพื่อใช้เป็นโครงการนำร่องเพื่อการทดลองตลาดโปรไบโอติกในอุตสาหกรรมอาหารสัตว์
• รับจ้างเป็นที่ปรึกษาและออกแบบระบบ เช่น การออกแบบระบบเพาะเลี้ยงสไปรูลิน่า การให้คำปรึกษาทางเทคนิคเกี่ยวกับการวิจัยและพัฒนาเซนเซอร์ เทคโนโลยีการหมักจุลินทรีย์ ระบบถังหมักแบบหมุนแนวนอน การศึกษาการขยายขนาดการผลิตจุลินทรีย์ในระดับโรงงานต้นแบบ การรับจ้างวิจัยเพื่อพัฒนากระบวนการ เทคโนโลยีการผลิต การศึกษาและการจัดทําเกณฑ์ และคู่ มือในการกํากับดูแลอาหารในภาชนะบรรจุที่ปิดสนิท
• อุปกรณ์โรงงานต้นแบบที่มีให้บริการ ได้แก่ ถังหมักจุลินทรีย์ขนาดต่างๆ จาก 5 ถึง 1,500 ลิตร ถังหมักแบบหมุนแนวนอน ขนาด 200 ถึง 5,000 ลิตร เครื่องอบแห้งแบบฟลูอิดไดซ์เบด เครื่องอบแห้งแบบพาหะลม เครื่องอบแห้งแบบสเปรย์ดราย เครื่องอบแห้งแบบระเหิด (freeze dry) เครื่องปั่นเหวี่ยงความเร็วรอบสูง ใช้แยกจุลินทรีย์ต่างๆ เครื่องกรองแบบอัด (filter press) หอกลั่นลำดับส่วน (multistage distillatory) ใช้แยกแอลกอฮอล์และสารระเหยต่างๆ

รางวัลที่ได้รับ
หน่วยปฏิบัติการได้รับรางวัลวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มูลนิธิโทเรเพื่อการส่งเสริมวิทยาศาสตร์ ประเทศไทย ครั้งที่ 10 ปี 2546 เนื่องจากมีผลงานดีเด่นและสามารถนำความรู้ทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมาพัฒนาจนได้ผลิตภัณฑ์ กระบวนการ และเทคโนโลยีที่สามารถถ่ายทอดให้ภาคเอกชนและใช้งานได้จริง
รางวัลทุนวิจัย ลอรีอัล ประเทศไทย "เพื่อสตรีในงานวิทยาศาสตร์” ประจำปี 2551 ของบริษัท ลอรีอัล (ประเทศไทย) จำกัด โดยการสนับสนุนของสำนักเลขาธิการคณะกรรมการแห่งสหประชาชาติว่าด้วยการศึกษาวิทยาศาสตร์และวัฒนธรรมแห่งชาติ (UNESCO) ภายใต้การวิจัยเรื่อง “การศึกษาการควบคุมการสังเคราะห์กรดไขมันในรา Mucor rouxii ภายใต้การเปลี่ยนแปลงปัจจัยทางกายภาพ” (ดร. กอบกุล เหล่าเท้ง)

ความร่วมมือกับหน่วยงานอื่น

• หน่วยปฏิบัติการวิจัยกลางไบโอเทค
• ห้องปฏิบัติการชีวสารสนเทศศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่
• ศูนย์เชี่ยวชาญเฉพาะทางด้านเทคโนโลยีชีวภาพทางทะเล จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
• คณะทรัพยากรธรรมชาติ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลอีสาน วิทยาเขตสกลนคร
• คณะแพทยศาสตร์ศิริราชพยาบาล มหาวิทยาลัยมหิดล
• สถาบันอณูชีววิทยาและพันธุศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล
• องค์การเภสัชกรรม
• กรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ กระทรวงสาธารณสุข
• ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
• ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ สวทช.
• ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ สวทช.
• สำนักงานเศรษฐกิจอุตสาหกรรม
• สมาคมอุตสาหกรรมฟอกย้อมพิมพ์และตกแต่งสิ่งทอไทย
• สมาคมสมองกลฝังตัวไทย
• Technical University of Denmark, Denmark
• Department of Applied Physics in Fukui University, Japan
• Japan Advanced Institute of Science and Technology, Japan
• Plant Science Center, Yokohama, Japan
• Osaka University, Japan
• Kazusa DNA Research Institute (KDRI), Japan
• Ben Gurion University of the Negev, Israel
• Slovak University of Technology in Bratislava, Slovakia
• Department of Chemistry, Monash University, Australia
• Department of Materials Science and Engineering, Rensselaer Polytechnic Institute, USA
• Bioprocessing Technology Institute, Singapore
• University of Westminster, UK
• University of Sheffield, UK

ผู้อำนวยการ   รศ. ดร. โสฬส สุวรรณยืน