傳統生物科技

生物科技之父-巴斯德

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生物科技不僅只存在於今日的世界,我們的老祖先其實早就知道利用微生物來提升生活品質了。例如在西元前6000年時就有釀製啤酒的記載;西元前4000年,埃及人已經會用發酵的方法來製作烤麵包。然而生物科技的啟蒙,一般認為是始於法國科學家巴斯德,他在1857年發現了發酵現象,之後微生物被大量運用,巴斯德也因此被稱為生物技術之父。

 

而歐洲在工業革命後,工業界開發出以微生物發酵為主軸的生產技術,當時此技術主要是應用於生產酒精、醋及廢水處理等。

 

隨著科學的發展,1940起人類便開發出在無菌狀態下進行的生物技術產程。現代社會中有許產品如:抗生素、胺基酸、酵素、膽固醇、多醣類、疫苗、單株抗體等,都是運用此方法製成的。1960年之後,微生物開始被拿來用來當作生產蛋白質的工具,這時科學家們已建立起遺傳工程及重組DNA的技術,因而許多生技產品也因應而生,如:重組蛋白質、荷爾蒙、細胞激素等。目前微生物發酵仍是生物科技中應用最為成熟的技術,廣泛運用於食品及製藥工業上。

進階學習

啤酒的釀造

啤酒的釀造可能始於埃及,時間是西元前6000至5000年間,在巴比倫的記載中曾介紹使用特定的大麥可製造啤酒。考古學的證據也顯示最早期的啤酒釀造者使用部分烘培的大麥生麵團來製作啤酒,此生麵團須放置一段長時間,待其乾燥形成乾麵包片後,才具有發酵的功能。麥芽含有澱粉、可發酵的糖、著色劑與芳香化合物,這些成份使得發酵後的飲料具有特殊味道與香氣,其他種類的穀粒如:高梁、小麥、黍被也曾被用來製造啤酒。

麵包的製作

麵包屬於最早期食品之一。早期的人類可能直接咀嚼生的榖粒,直到後來才製造麵粉與烘培用的生麵團。

 

在古埃及墓中所發現的模型繪畫說明榖粒首先被研缽磨碎,然後放在具有研磨作用的傾斜石器中。經過研磨的麵粉與水混合形成麵糊,加入鹽以後即可塑形成一條麵包。最早期的麵包是不加酵母的,所以較為平坦與結實。人們將麵包放在平的石板上加熱或在泥土爐上烘培。由墓中的繪畫、浮雕的紀錄中及墓中殘留的麵包碳化物的跡證中,皆可說明埃及人已使用酵素方式製作麵包。

 

西元前1800年左右,埃及人與巴比倫人學習到使用舊的、尚未烘烤的發酵生麵團,可用來發酵新的生麵團,因此烘培時改從混合的容器中取出部分的麵粉再加至新鮮的麵粉中,產生漿糊供隔天的生麵團使用。而羅馬人改良技術,使用榖粒麥芽汁表面所取出酵母,生產出質地更輕的發酵麵包。

乳酪

從最早期的動物馴養時代開始,牛奶一直是主要食物。但若沒有適當的保存,牛奶很容易受乳酸菌的污染或是受熱而變酸。牛奶一但受細菌的作用則會進行發酵,導致牛奶中的酪蛋白會凝結成凝乳狀。早期的乳酪製造者發現使用不同動物的奶水如:母牛、山羊、羊等,所製得的乳酪具有不同的質地、香氣與味道。牛奶可能先存放在由動物的表皮或由動物胃所製的袋子中,而存在胃中的酵素與牛奶中天然的細菌一起作用,導致酪蛋白的沉澱而形成凝乳狀,經過乾燥即可得到乳酪。

將酒置於淺的大桶子中直到微生物作用使其氧化成為醋。早期的醋極有可能是意外下的產物,但生產者最後瞭解到空氣可以促進轉換反應的進行。現代醋的生產則使用發酵槽。

有機溶劑

從1900至1940年代,商業化的發酵產品不斷擴增,其中包括:甘油、丙酮、丁醇、乳酸、檸檬酸與麵包酵母的菌體。事實上,工業化發酵生產建立於第一次世界大戰期間,因為德國需要大量的發酵產品-甘油來製造炸藥。此外,為了爆炸用途也利用發酵法生產丙酮與丁醇。之後,發酵槽的設計、營養素與通氣量的控制、無菌狀態的製造與維持以及產品純化與回收的方法,都幫助我們生產一些稀有且具價值的有機溶劑。

抗生素

1928年蘇格蘭科學家弗來明發現有一種在麵包上常見的霉菌,能使細菌無法生存,因此發現了第一種青黴素。科學家了解到該黴菌產生的化學物質有殺菌作用,後來更成功抽取該物質加以淨化製成藥物,用來治療由細菌引起的疾病。青黴素是首被發現的抗生素,後來陸續有新發現其它種類的抗生物。

 

第二次世界大戰開始了現代發酵槽或生化轉換器與抗生素的時代,盤尼西林是第一個被製造出來的化合物。但由於人類因大量濫用抗生素,導致病菌產生抗藥性,進而轉變成更頑劣、更具威脅性的變種病菌,使得人類再也無法有效地控制或撲滅感染性傳染病,甚至可能面臨無藥可治的窘境。