利用微生物生產生物聚合物及其在環境生物技術的應用

吳建一 ； 鍾宛真

《化工》 54卷1期 (2007/02) Pp. 44-68

https://doi.org/10.29803/CE.200702.0007

摘要

隨著文明的發展、科技的進步，人類雖過著便利的生活，但環境問題卻是層出不窮。舉凡水污染、土壤污染和廢棄物等等，從小我們就可以從教科書中認識到這些環境問題，其中，水中的污染物包含了多種有毒衍生物，特別是重金屬、芳香族分子和染料，而這一連串環境污染所產生的毒性對生物具有潛在的傷害。因此，必須找出可以把有毒污染物從廢水中移除的方法。絮凝即是其中一種方法，而在眾多的絮凝劑中，生物絮凝劑具生物可降解性、所以不會造成二次污染。另外，生物絮凝劑的來源為微生物和動植物，例如，r-PGA和甲殼素等，所以所以不會像石化資源一樣枯竭，也容易量產。因此開發生物聚合物作為絮凝劑，將是今後的一門重要課題。
絮凝劑大致可分為三類：（1）無機絮凝劑，例如，硫酸鋁（aluminum sulfate，俗稱明樊）和聚氯化鋁(polyaluminum chloride)。（2）有機合成高聚合絮凝劑，例如，聚丙醯胺(polyacryamide)衍生物、聚乙烯亞胺(polyethylene imine)和聚丙烯酸(polyacrylic acid)。（3）天然絮凝劑，例如，幾丁質(chitosan)、海藻酸鈉(sodium alginate)和微生物絮凝劑(microbial flocculants)(上標 [1,2])。
目前已有各種不同的無機絮凝劑，或人工的有機高聚合絮凝劑以及天然的絮凝劑應用在廢水處理、發酵程序和食品工廠等領域中。雖然有些合成的絮凝劑並不易從自然界中去除，而且某些人工合成的聚合物衍生單體對人體也有害，特別是一些有機合成高聚合絮凝劑，像是polyacryamide因為具廉價性和高效益性，所以較常被拿來應用。但這些絮凝劑在分解中產生的中間產物，對人體和環境都有害(上標 [3-5])。另外，研究顯示這些acryamid。單體是很強的致癌物質並具有神經毒性(上標 [6,7])。因此，發展對環境和健康危害最小的生物可降解性絮凝劑是迫切需要的。
近年來，已有許多學者注意到，由微生物生成或者是從生物體中得到的天然絮凝劑，都具有生物可降解性，且其分解後的中間產物對人體與環境都不會造成傷害，故可應用來解決上述的環境問題(上標 [3-5])。而在價格的問題方面，微生物絮凝劑在大規模培養下也可達到節省成本的目的。利用發酵技術，可以快速的量產微生物絮凝劑，而且也可以很容易的回收這些胞外的生物絮凝劑(上標 [1])。