第五章微生物生物技術

微生物的商業化生產

在大型醱酵過程中，可供應代謝物、蛋

白質、碳水化合物及脂質等有用物質，

以增加微生物細胞或生物質量的產量。

工業用醱酵槽

單細胞蛋白質

圖５－１

食品生物科技食品生產的近代發展，專注在品質、安全、營養

價值上：

１更符合環保的生產程序

２更佳的廢棄物處理

３生產與處理過程中，更好的食品安全評估。

４應用天然調味料與色素

５應用新的酵素與乳化劑

６改良醱酵用的種菌及原料

微生物產品

代謝物（初級和次級代謝物）

酵素

抗生素

燃料

生物聚合體

圖５－２

表５－１

表５－２

酵素

重組 DNA技術提供了一個大量生產重要酵素

的方法。一個新確認酵素的基因，可植入細

胞內，然後利用醱酵法來大量生產。

表５－３

抗生素

現有各式各樣的抗生素用來治療細菌的感染。

這些對抗微生物的藥物有不同的作用方式：

１破壞微生物細胞之原生質膜

２抑制細胞壁的合成

３抑制重要代謝物合成，如蛋白質、核酸、葉

　酸等。

燃料

地球只蘊藏有限的煤礦、石油及天然氣；除非

找到替代品，否則資源終究會被用盡。在尋找

更乾淨、可再生的能源替代品過程中，甲烷（

在沼澤及掩埋場中厭氧細菌產生的天然氣體）和

氫氣（燃燒後只產生能量和水，環境衝擊小）是

兩種極具吸引力的替代能源。

生物聚合體 (Biopolymers)

合成聚合物大多來自石油或天然氣的石蠟油

部分，是重要的污染物，因為它們無法被生

物分解。現今重組 DNA技術提供一個方法，

將合成生物聚合體相關的基因選殖到微生物

中，生產新而有用的聚合物，以避免使用昂

貴且有時具危險性的化學生產法。

圖５－３

生物轉化生物轉化 (bioconversions)是指微生物將某一化合

物修飾轉化成另一結構類似的化合物。微生物可利

用環境中不常見的化合物當作反應受質，而這些物

質經轉化後的產物通常較自然物質轉化後的產物更

為有用。生物科技研究可以生產具更高效能的生物

轉化細菌，可將新的酵素途徑轉殖入細菌中，或是

修飾原有代謝途徑使得微生物能合成新的具商業化

需求之終產物。

圖５－４

微生物與農業

冰核細菌微生物殺蟲劑生物復育漏油廢水處理化學物分解重金屬

圖５－５

圖５－６

微生物殺蟲劑

化學殺蟲劑的危害被了解以及禁用之後，微生物與

昆蟲病毒成為另一個殺蟲劑來源。這些有機殺蟲劑

與化學殺蟲不同，它們是由微生物所生產的一種蛋

白質，例如蘇力菌 (bacillus thuringiensis)。一旦曝露

在陽光、雨水及其他環境因素下，蛋白質即快速分

解。它們可產生對特定昆蟲專一性的毒素，而不會

危害到人類及野生動物。

蘇力菌(bacillus thuringiensis)

Bt毒素可以保護作物免於害蟲的侵襲，

卻不影響哺乳動物、魚類及鳥類，它已

被農人、園丁使用長達三十年之久，而

沒有負面的副作用。

圖５－７

圖５－８

圖５－９

桿狀病毒（圖５－１０）

生物復育

１使用營養物，促進原先已存在土壤及水體中

　的微生物生長，並強化活性。添加氮源與磷

　源，可加速碳氫化合物的自然分解。

２添加新細菌到污染地點：絕大多數的生物復

　育，使用天然細菌來清除廢棄物。

漏油，圖５－１１

廢水處理原位外 (ex situ)

　自污染位置取出，然後加以處理

原位 (in situ)

　在污染現場位置加以處理。有兩種常用

　的原位法，一為將污染水抽取到地面上，

　再添加促進細菌活性的營養物質；另一

　為將水及營養物滲濾至污染的士壤中。

化學物分解

未來的發展將可提供對廢棄物分解及毒

性物去除的新解決方法。對非細胞酵素

的分解研究，特別是對土壤與溪流中之

水溶性毒性廢棄物（如殺蟲劑），是非

常有前景的。

圖５－１２

石油及礦物回收

石油回收（微生物強化石油回收技術MEOR）

金屬提煉（利用遺傳工程微生物強化金屬萃取效率）

生物復育的未來（污染的預防）

微生物與未來

期待微生物在生物復育、生產新代謝

物、從生物轉化新的化合物、表現外

來蛋白質等等領域扮演更顯著的角色。