第五章 微生物生物技術
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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. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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第五章微生物生物技術
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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
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圖5-1
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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
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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
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圖5-2
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表5-1
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表5-2
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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。
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表5-3
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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。
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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。
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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。
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圖5-3
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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。
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圖5-4
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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
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圖5-5
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圖5-6
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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。
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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。
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圖5-7
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圖5-8
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圖5-9
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桿狀病毒(圖5-10)
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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。
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漏油,圖5-11
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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。
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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。
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圖5-12
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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)
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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。