微生物發酵產業

微生物發酵有悠久的歷史，酒的釀造就是一個典型但又古老的發酵技術。同樣是高粱、米、葡萄、小麥等基質，由於不同地區栽種植物品種的差異，經由不同的菌種、釀造方式與氣候的影響，可以釀出截然不同風味的酒。這也顯示傳統發酵是一個略帶藝術，並且成為製造特殊風味食品產業的技術。一直到現在，發酵在生活中仍然扮演了一個非常重要的角色。從嚴謹的醫藥業，到一般的農業或環保產業，都可以見到它的蹤影。

發酵得到的產品範圍極廣，從極高單價的醫藥級產品，例如降血脂藥物或抗生素，到工業用的酵素，像是澱粉分解、纖維分解、蛋白質分解酵素等；還有食品用的有益微生物，例如乳酸菌、紅麴菌、納豆菌、食藥用菇菌等，以及味精類的調味品，農業用的生物殺蟲劑，像蘇力菌，或者枯草桿菌、放射線菌、木黴菌等拮抗菌類的微生物；甚至，從動物飼料藥劑或直接添加在飼料中的微生物等，到廢棄物回收、各類污染處理及清理用的微生物，以及其他的特殊酵素。

微生物就像一個精細的微小生產工廠，人們可以依靠現代發酵技術，指揮每毫升中的數十億個微小工廠，生產出想要的產物。只要能掌握技術與菌種，這種生產方式既有效率又便宜。一般來說，只要技術成熟，部分發酵生產製造的成本會比完全化學合成的低廉，操作危險性也較低，而且液態發酵可以快速進行規模放大而降低成本。簡單地說，就是透過培養環境來告訴微生物，什麼時侯該做什麼動作，讓它乖乖地依照你的需求來生產。

所謂調整微生物培養環境的方法，就是進行物理或化學環境的改變，例如調整剪力、壓力、光照、溫度、濕度及氧氣，或提供生長、代謝所需營養成分，像碳氮源、微量元素、特殊胺基酸、自身的代謝產物等。

調整培養環境包括下列方式：跟它競爭食物讓它飢餓、提供前趨物或訊號物質來誘導或欺騙它、清除它的代謝產物、改變酸鹼值、改變溶液中特定離子的濃度、提高菌量、提供依附介質、甚至加入其他微生物或其代謝產物，或者殺死一部分的微生物等。這些方法的目的不外乎是操控微生物，讓它聽話並遵循你的指令來生產。

挑選可以讓微生物聽話的方法雖然不少，但是什麼樣的控制方式才是你應該用的呢？基本上要從了解微生物開始，包含了解微生物的來源、在什麼樣的環境下生長繁殖、在哪一個生長階段或什麼時候會產生你想要的東西。接下來就是在實驗室模擬微生物生長的自然環境，利用上述的條件來調控關鍵因子。一般來說，會先搜尋前人的基礎研究，看看要生產的產物跟哪一類比較接近，其所需要的條件是哪一些。而當很多條件可以選擇時，就要考慮成本與設備的需求，以及產物回收的難易度。

在一般情形下，尋找達到提高產率與降低成本的方法有很多種，例如一次一因子的測試、多因子測試、反應曲面法、田口法等，各種方法各有其適用的時機。現代大規模的工業微生物發酵生產胺基酸、酵素、抗生素、藥物、色素等，為了生產便利與成本考量，會把所需要的特殊產物，由原來可能在比較不熟悉、不好培養或不安全的微生物上，轉換到基因轉殖菌株來生產，像是我們已相當熟悉且易培養的酵母菌、大腸桿菌、青黴菌、枯草桿菌等，以利快速進入量產的階段。