微藻水熱液化工藝廢水處理

文章來源 : 農業科技決策資訊平台    

 生質能源發展為近代積極探討之生物資源利用的研究之一，動植物油脂、植物纖維素與微生物多醣均可作為生質燃料的轉化原料，但使用動植物來源可能會影響人類的糧食安全，因此各地也正積極開發微生物作為替代原料。微藻(microalgae)是一類生長快、光合作用效率高、處理污水效果好、油脂等有機物含量高的自營生物，其細胞生理反應所產生之多種代謝產物於食品、醫藥、基因工程等領域皆具有良好的開發潛力；此外，微藻油脂精煉後還可做為生質柴油原料。

 近年來，微藻水熱液化(Hydrothermal liquefaction，HTL)因具有直接加工產油的優勢，逐漸獲得學界與產業界的青睞，但HTL過程中所產生的廢水會增加作業處理成本，因此一直無法成為商業化發展技術。HTL廢水中除了含有豐富營養，同時也有反應過程產生的水與萃取油質後所留下的高濃度酚類、重金屬、碳氮雜環類物質，這些具有生物毒性的物質阻礙了廢水直接循環利用於微藻養殖的可能性，排放到環境中也會造成一定程度的汙染；因此傳統上以活性污泥法進行水質處理，不但平白浪費水中的營養物質，工廠還需額外付出活性污泥法處理之設備與場地成本，基於成本與永續性的考量，如何完善利用與處理廢水實為一大考驗。中國南昌大學透過調整HTL參數、菌種篩選及馴化、藻菌共培養等方式，強化系統中的生物多樣性，憑藉多種生物間的交互作用，逐漸減少水中抑制物質的濃度，探討成功利用廢水作為微藻養殖利用之潛力，在生產微藻的同時也能循環利用水資源，加速微藻水熱液化生物質能產業的發展。

資料出處：

• Science Trends
• Use of microalgae to recycle nutrients in aqueous phase derived from hydrothermal liquefaction process

桑樹施用殺菌劑可能減少蠶絲生產

文章來源 : 農業科技決策資訊平台    2018/07/02

 為了維持產量與農產品質，慣行農業使用大量農藥控制田間病蟲害與雜草，殘留於環境中的藥劑除了破壞田間的生物多樣性，也影響了以植物花蜜為食物來源的蜂群；因此近幾十年來，推行有機農業的有志之士紛紛鼓吹減少農藥使用，以挽救迅速減少的蜜蜂數量，使農業得以永續經營。然而，另一種同樣受到藥劑嚴重影響但卻常被忽略的昆蟲則是生產蠶絲的家蠶(silkworm，學名:Bombyx mori)。由於桑葉為家蠶單一的食物來源，因此附近田區所噴灑的農藥或殺菌劑或許不利於家蠶成長，因此巴西聖保羅州立大學(São Paulo State University) 農業與技術科學學院本次探討廣泛於田間噴灑的pyraclostrobin對家蠶粒線體產生的影響。

 Pyraclostrobin屬於strobilurin類的化合物，於環境中不易降解，可抑制真菌細胞內粒線體的呼吸作用，除此之外還能延緩葉片衰老，並強化田間作物對氧化壓力的耐受性，因此做為田間廣泛使用的殺真菌劑；而桑樹種植時也會使用pyraclostrobin提高桑葉產量和品質，以供給家蠶足夠的養分。研究人員嘗試於桑葉上施用不同劑量之pyraclostrobin，於30天後餵食五齡蟲，並觀察蟲體採食量與死亡率，並評估蟲體頭部與腸道的粒線體，發現桑葉施藥量為200 g/ha時可於蟲體內測得50μM的含藥濃度，雖然蟲體不會立即死亡，但餵食施藥後的桑葉會使得蠶繭重量下降，顯示食用含有藥桑葉後，pyraclostrobin可能藉由抑制頭部與腸道的粒線體活性而對蟲體產生潛在性的不良影響。

 雖然使用農藥有助於提升植株的健康狀況，免除病蟲害的侵擾，但也需考量藥物對食用植株的經濟動物可能造成的反應，以免造成原有經濟效益之破壞，相關研究發表於<Journal of Economic Entomology>。

資料出處：

• ScienceDaily(科學日報)
• Pyraclostrobin Impairs Energetic Mitochondrial Metabolism and Productive Performance of Silkworm (Lepidoptera: Bombycidae) Caterpillars

在海底種菜不是夢

文章來源 : 農業科技決策資訊平台    

 根據聯合國糧食及農業組織預估，2050年全球人口將成長為97.3億人，為維持農業發展與糧食供給，需要增產50%之食物、飼料與生物燃料。為因應此一情形，義大利海洋珊瑚礁集團(Ocean Reef Group)於2015年募集超過30,000美元資金，資助尼莫菜園(Nemo’s garden)水下種植研究計畫，並於2018年4月進行運營。

 此項計畫創始人為Sergio Gamberini與Luca父子，他們在義大利北部海底，放置5個透明的生物球（氣球形狀吊艙），每個容量2,000公升，內部充滿空氣，以鍊子固定於海床上，浮動於6~10公尺深處，吊艙中可容納8-10個托盤或22個植物盆，成為尼莫菜園，由合格的潛水夫擔任農夫的工作。此外，由於海水會阻擋調植物行光合作用所需之紅光，因此栽種植物的深度目前不會超過水下5-8公尺處。艙內不僅種植著蔬菜和水果，同時具有海水淡化的功能，陽光照射使吊艙溫度高於外部，造成海水蒸發後水氣凝結於吊艙屋頂，滴下來的淡水可用以澆灌植物。

 自2012年開始，尼莫菜園已種植30種以上各式蔬菜沙拉、草藥、花卉、水果(草莓)等農產品。與陸地植物相比，雖然水下種植的農作物生長較不茂盛，但是生長速度卻比陸地植物更快。比較水下種植農作物的特性，以羅勒為例，經義大利農業研究中心(Centro di Sperimentazione e Assistenza Agricola，CeRSAA)檢測，證實其與陸地上生長的羅勒特性相同。

 海洋珊瑚礁集團針對尼莫菜園採用環保設計理念，利用綠色能源，供應菜園與系統監控所需電力。並於生物球形狀構造、工程、技術與生長條件等各方面，收集大量研究數據。未來將針對不同季節之水下機械阻力與節省經濟成本方面，進行更深入研究。期許透過此項研究計畫，未來能應用於開發大型水下農場、水下觀測站與科研實驗室等設施，為人類日益短缺的糧食問題，提供創新性的解決方案。

資料出處：

• Matters Journal
• 影片: Orto Di Nemo - Nemo's Garden Project
• The Guardian

酵母與植物萃取物作為鮭魚功能性飼料之潛力

 由於水產養殖需求與產量不斷擴大，因此維持良好的生長環境與相關的福利也日漸重要。其中養殖型鮭魚可能因過度密集的養殖環境而威脅到健康狀態，故適當使用功能性飼料除了可改善基本的營養需求，也能間接提升魚群的健康狀況；然而，至今尚未有研究評估功能性飲食對養殖環境擁擠的鮭魚影響情形。

 功能性飼料包含酵母菌、植物萃取物、礦物質、藻類萃取物或其他益生菌等，種類繁多。其中普通聖約翰草具有豐富的抗氧化物質，檸檬香草能夠減緩發炎反應，迷迭香則能鎮靜安神，而Xanthophyllomyces dendrorhous屬於一種商業應用的酵母菌；因此來自智利與西班牙合作的研究團隊分別使用X. dendrorhous酵母菌與上述三種植物來源做為功能性飼料，評估這些飼料是否能有效改善大西洋鮭魚的免疫系統。

 實驗魚先餵食30天的功能性飼料，再承受10天的環境壓力，並於第20、30天及實驗結束時取出部分魚體樣本以檢查其免疫狀態。實驗結果發現，餵食兩組功能性飼料皆能有效提高鮭魚部分免疫基因的表現量，並減輕因環境壓力所造成的氧化損傷，及發炎反應的產生。然而，要得到健康且品質良好的養殖水產，除了使用營養豐富的飼料維持動物健康，健康種苗、良好的水質條件及合理的放養密度也是不容忽視的重要因素。

資料出處：

• FoodNavigator
• Effect of yeast (Xanthophyllomyces dendrorhous) and plant (Saint John's wort, lemon balm, and rosemary) extract based functional diets on antioxidant and immune status of Atlantic salmon (Salmo salar) subjected to crowding stress

影響微生物生長的因子

我們了解食品一旦受到微生物汙染，可能會導致食用後造成健康上的危害，因此在食品的製作上，就必須多加考慮如何減輕微生物的汙染。在食品的各種性質中，跟微生物生長最有關係的有兩樣，一樣稱之為「水活性」另一項則為「酸鹼值（pH 值）」。他們兩者的交互作用，將會影響微生物在食物中是否容易繁衍，也決定了食品加工時所須採取的殺菌強度。

水活性在科學上的定義為：「一個固定的物體跟純水在同一個溫度下，放進同體積的密閉容器之後，所達成的飽和蒸氣壓的比值。」這段定義聽起來非常的學術，而且不容易理解，因此用另一個簡單的方式說明：「食品裡面的水可以被微生物自由使用的容易程度，1 為最大值。」

水活性的高低，會決定微生物容不容易在這個環境中生存，一般的生鮮食品，在室溫下的水活性幾乎都有0.95 以上，而水活性越低，對於微生物來說便是越不易存活的環境。常見的致病類細菌在水活性0.9以上可以正常存活，比較特殊的是金黃色葡萄球菌，可以耐受到0.86，而黴菌大多要到0.8 以下才會停止生長。

水活性的測定必須以專業的儀器進行，因此一般的小型加工者比較不容易掌控，並不是外表看起來含水量高或是液體的食品水活性就高，以蜂蜜為例，因為蜂蜜是高濃度的糖類聚集而成，雖然外表是液態，但是水活性幾乎都不到0.7，因此，如果家中的蜂蜜在密封狀態下出現發黴的情況，很有可能就是摻了水的假蜜。

酸鹼值比起水活性而言，對於小型生產者是比較容易掌握的，僅需要用酸鹼試紙，或是要求更精確的攜帶式pH 計就可以測量。一般的致病微生物生存的門檻大約在pH 4.6 左右，所以在加工的時候，可以透過選擇原料的酸度、額外加酸等手段，調整最終產品的pH 值，或是直接生產會自行產酸的產品，例如泡菜利用乳酸菌產生乳酸以降低整體pH 值。

在各類食品的安全檢測上，有一個重要標的──肉毒桿菌。由於肉毒桿菌毒素的毒性非常強，不能允許其在食品內繁衍，所以在許多國家都設立了水活性低於0.85以及pH 小於4.6 的安全門檻。在這個安全門檻下，肉毒桿菌會以孢子的形式存在，不會活化產生毒素。

依據水活性與酸鹼值兩項要點，可做出一個簡易的圖形（如附圖），以水活性0.85和酸鹼值4.6 為原點，劃分出四個區塊：1.水活性大於0.85，酸鹼值高於4.6，稱為低酸性食品 2. 水活性大於0.85，酸鹼值低於4.6，稱為酸性或酸化食品 3. 水活性小於0.85 的兩區皆屬於低水活性食品。

pH 小於4.6 且低水活性食品是微生物風險最小的食品，只要把握住衛生原則，就可以安全地生產，例如乾燥水果、蔬菜等，水活性都在0.6 左右，微生物難以生長。酸性食品在良好的操作下，也可以在小生產者的環境下生產。至於低酸性食品，是風險最高的類別，因為成品環境非常適合微生物生存，要長期保存的話，必須經過嚴格的殺菌手續。水活性低於0.85 的產品，還是有被黴菌感染而後腐敗的風險，但是腐敗是顯而易見的，因此不易因誤食造成健康風險。

在生產低酸性產品時，大多需要用「商業滅菌法」來進行殺菌，大略的要求為必須在滅菌釜裡以攝氏121 度的蒸氣維持15分鐘以上，並且以密封罐頭盛裝，才能在常溫中存放；不然就必須保持在低溫狀態，且保存期限較短，例如新鮮果汁。通常一般的小農手中並沒有可進行商業殺菌的設備，僅僅靠著沸水殺菌是完全不夠的。在風險預防的前提下，實在不宜挑戰自行加工成低酸性食品，而衛生法令也規定，低酸性食品必須在設備完善的加工工廠才能製作。

小生產者在選擇自行加工農產品的時候，選擇適當的產品是很重要的，表1 是一些常見的原料概略pH 值，可供小生產者在選擇品項時參考。以下也列出一些常見的農產加工品需注意的事項：

1. 果乾、菜乾類產品只要烘乾，水活性就能降至0.85 以下，屬於安全加工。
2. 果醬類產品由於沒有測量水活性的儀器，建議將糖度提升至60 度以上，並且在最終冷卻裝罐之前，先以pH 測量計或試紙測試酸鹼度，確認pH 值在4.6 以下再進行裝罐，否則需要調整製程以降低pH 值。
3. 水果酒需有財政部核准的酒製造業許可執照才可進行加工，執照核准過程即會對生產設施和操作進行審查。
4. 水果醋的水活性雖然較高，但因pH 值均低於4.6，屬於安全可生產的產品。
5. 醃漬類產品以水果蜜餞、臘肉等為主，但須注意糖或鹽的分量必須足夠。由於小農對於水活性的控制不易做到像食品廠ㄧ般精準，如果想做減糖或低鹽配方，很容易產生風險，因此非常不推薦自行操作。
6. 果汁系列的產品必須由專業加工廠代工，小農本身的加工室對於溫度和微生物的控制不夠好，容易發生危險。

農產加工是處理格外品以及賦予農產品新價值的重要手段，希望小生產者在產品加值過程中能夠體認對於食品安全的控制因子，謹慎選擇符合自己加工能力所能處理的品項，製作出兼具美味、文化與安全的產品。

表1. 常見的食品原料酸鹼值(pH 值) 概略範圍

品項	pH 值	品項	pH 值
檸檬汁	2.0 ～ 2.6	木瓜	5.2 ～ 6.0
蘋果	3.1 ～ 4.0	甘薯	5.3 ～ 5.6
柳橙汁	3.3 ～ 4.2	洋蔥	5.3 ～ 5.8
鳳梨罐頭	3.4 ～ 4.1	菠菜	5.5 ～ 6.8
香蕉	4.5 ～ 5.2	牛奶	6.4 ～ 6.8
胡蘿蔔	4.9 ～ 5.2	全蛋	7.1 ～ 7.9

文‧ 圖表／林弘仁　臺大農業規劃發展研究中心(豐年6621.6622)

魚肉中的蛋白質能幫助預防帕金森氏症

文章來源 : 農業科技決策資訊平台   

帕金森氏症(Parkinson’s disease)是一種慢性中樞神經系統退化疾病，多發生在老年人身上，由於病患腦內黑質(Substantia nigra)中的多巴胺神經元退化或受到破壞，使得這些細胞無法分泌足夠的多巴胺(dopamine)供神經傳輸之用，導致四肢顫抖、動作遲緩與肌肉控制不良等臨床症狀，嚴重時會影響病人的生活起居與心理狀態。目前尚未確認此疾病發生的原因，只了解病程進況與類澱粉蛋白(amyloids)堆積有關；而除了帕金森氏症外，阿茲海默症(Alzheimer's disease)或其他多種神經性退化疾病也會因腦中堆積類澱粉蛋白(amyloids)而導致腦神經破壞。

 魚肉為人類補充優良蛋白質的來源之一，且富含多種不飽和脂肪酸、維生素與礦物質等營養，部分研究也發現，攝取較多魚類的個體發生帕金森氏症與阿茲海默症的機率較低。由於魚體中的小白蛋白會引發部分人體的過敏反應，因此可推測其與人體蛋白質可產生交互作用，進而影響生理反應。瑞典查爾姆斯理工大學(Chalmers University of Technology)的研究指出，魚肉中的小白蛋白(Parvalbumin)有助於減緩與帕金森氏症相關的蛋白質結構形成。小白蛋白是一種小分子蛋白質，多半存在於肌肉、大腦和內分泌相關組織中，涉及許多與鈣結合之相關生理過程，常見的魚類包含鯡魚、鱈魚、鯉魚、鮭魚和鯛魚等皆具有豐富的小白蛋白。研究人員發現，鱈魚β-小白蛋白（Gad m 1）可以與α-突觸核蛋白（alpha-synuclein）結合，減少α-突觸核蛋白於大腦中堆積之情況。 

 憑藉著健康的糧食、科學發展與日益精進的醫療技術，人類平均壽命將逐漸延長，如何減緩與治療退化性神經疾病為未來社會中的重要課題，作者也將持續研究魚小白蛋白在人體中的輸送與影響範圍，了解其作用機制。

資料出處：

• ScienceDaily(科學日報)
• Abundant fish protein inhibits α-synuclein amyloid formation
• 台大醫院巴金森氏症簡介

控制可可豆烘烤條件能夠增進食用益處

文章來源 : 農業科技決策資訊平台    2018/06/01

 巧克力來自於熱帶作物可可(Theobroma cacao)，含有鐵、鈣、鎂、鉀、維生素、維生素、可可鹼與多酚類(polyphenol)化合物，經過可可豆分離、發酵、日照曝曬、脫皮、烘烤、研磨再定型等多種步驟後才能作為食用原料，常作為食品中調味或直接食用等用途。其中多酚類化合物對抗氧化、降血壓、防止動脈硬化具有一定效果，但可可在經過烘培處理時，高溫會破壞內部所含的多酚類化合物，削減可可原有的營養價值，故研究適合人體利用的的烘培溫度有助於提高食用巧克力對人體的益處。

 美國賓州州立大學(Pennsylvania State University)指出，控制可可豆烘烤的溫度和時間能夠保存甚至提高某些生物活性和抗氧化化合物的效用，並同時維持巧克力的美味與香氣。透過控制不同的烘烤溫度與時間，搭配TPC(total phenolic content)分析、GC–MS(gas chromatography–mass spectrometry)分析與Pancreatic lipase assay分析，發現於150℃ 以上烘烤會提高兒茶素(catechin)和原花青素(proanthocyanidin)六聚體及七聚體的含量，這些原花青素抑制胰脂肪酶的能力更好，有助於減少降低脂肪在腸道中分解成脂肪酸，降低人體吸收脂肪酸與肥胖的機會。

 因應國際間逐漸看重農產品機能性與加工步驟間的關係，作者未來推測將會有更多人關注加工影響食品健康度的相關議題。相關研究發表於<Food Chemistry>

資料出處：

• ScienceDaily(科學日報)
• Impact of roasting on the flavan-3-ol composition, sensory-related chemistry, and in vitro pancreatic lipase inhibitory activity of cocoa beans