用天然氣生產蛋白質

        丹麥從去年(1987)九月份起，開始動物飼料用單細胞蛋白質的商業性生產。

        自生產技術有一項重大突破之後，發展人聲稱，世界各地只要有合理低價天然氣的地方，就能作商用性生產，因為其程序是直接運用天然氣生長微生物，以供收穫其蛋白質。

        根據新設立於丹麥的生蛋白公司(Bio Protein A／S)說，新方法不再需要無菌環境，而且可以精確監視及控制生產。

        我們過去也聽到過單細胞蛋白質的故事，大多是來自大規模跨國性公司，對發展工作投入了千百萬研究費，而從未有商業性成功。

        正好相反，生蛋白公司只在四年前才開始，資本也少。今天它已經擁有一所靠近荷登士市(Odense)公司總部，附近大學內複雜實驗廠，市南4公里遠處一座800公升試驗工廠，正完成年產量1,000公噸的首座商用生產設施。

        生蛋白公司用天然氣(取自北海)、空氣及混合的添加礦物質生產單細胞蛋白質。在荷登士的廠裡，我見到實驗廠生產的紅色黏稠物，將已乾燥到只含5％水分時，蛋白質之濃度達70％。我訪問了主要發展的人士，從商業投資人一直到生物技術專家及學者。他們全告訴了在這一特別故事中他們的部份：含有約69％蛋白質、7.2％脂肪、7.1％水分、4％的離胺酸及2.04％蛋胺酸的一種生物萃積物(biomass，又譯生質)之生產。

        除了一位全勤學者及二位助手負責研究外，再加上來自荷登士大學及其醫學微生物研究所的大力支援。生蛋白公司已經完成實驗室試驗，且自前年聖誕節起，已在其實驗工廠中主動生產出高濃度蛋白質粉。該公司已在1987年九月份內在荷登士成立第一所全商用性工廠及訓練教育中心。工廠有─14公尺高醱酵熔，容量有50立方公尺。

        丹麥著名勞威登(Norvidan)電腦公司董事勞生氏(Edde Busch Larsen)是設立生蛋白公司的主要推動人。

        蛋白質的生產是根據埃及學者納吉布博士(Dr. Monir Naguib)近20年之研究，他在西德蒲隆市(Plon)海克斯蒲藍克研究所(Max-Planck Institute)發展出了培養母(Mother Culture)。三年前，他同意丹麥公司發展作為動物飼料中蛋白質飼料的細菌商用性生產。

        勞生氏說他的公司成功，而其他公司失敗，反映出在三方面的重大進步。它們是：發展出一種能在非無菌環境中仍功能好的細菌；創製了適當的工具；採用電腦控制系統，經濟的充分運用細菌生長環境。

        勞氏相信，由於強調細菌生產的無菌條件，阻礙了過去單細胞蛋白質計劃，再又加上用作基質的甲烷氣又很貴。

        勞氏說："我們在非無菌條件下，用控制的水、空氣及天然氣混合物生產我們的細菌。在這種基質上的投資，比所需用以發展一種無菌程序投資的10％還要少。"

        "除了投資只要典型無菌單位的十分之一外，我們知道，天然氣非常普通，價格也在下降。我們也預計將來還會更便宜。目前，世界上有許多國家在浪費天然氣，不知道如何去用它。天然氣佔我們生活成本的75％。"

        一直到現在，仍然沒有廉宜的工具，可使我們生產人員用來監視程序。質譜儀的大改進，以分析一系列液體中氣體，已給予商用生產蛋白質所需的改變。連接到一台電腦控制機，就類似用於飼料製造程序控制上一樣的，由質譜儀所得結果，可以用來準確操縱細菌生存的環境。

        勞威登是參與發展的唯一公司。當它提供電腦系統，及充分生產的軟體與工具時，其他業界及組成也參與了重要部份。它們包括：荷登士大學的生化研究所，丹麥技術高校，能源部，國立天然氣公司(Dansk Naturgas A／S)，歐布朗漢生工程公司，及全國飼料製造廠。

方   法

        荷登士大學生化助教授狄漢斯博士(Dr. Hans Degn)，在經濟有效使用質譜儀於衡量液體中氣體上，所作發展極多。事實上，荷大也是全世界發展有此一技術的少數機構者之一。

        狄博士在北海有天然氣供應之前，就從事以甲烷為食細菌的研究。他說只是經過方法的改良及電腦技術與工具進步，才容許單細胞蛋白質生產由實驗室搬出來，進入商用生產。發展出的方法，需要取得代表性液體樣本進入質譜議作分析就是一例。

        狄博士也在質譜儀的改良上出了力，使得資本投入自約每單位美金65萬元減少到3萬5至5萬之間。

        他說："為了要控制較大反應器，操作人必須要同我們一樣作同樣變數的測量。但是，使用設備的成本與完整工廠來比較，將會極小。"

問   題

        生蛋白公司的研究發展部經理是裘更生氏(Lars Jorgensen)。他自1984年十月離開哥本哈根技術學院後，就一直在此計劃下工作。他克服了多項曾威脅到發展未來的問題。

        他說："我當時馬上就發現需要一位全勤的研究學者，兼差式的一定不行。當時我認成功及失敗機會各半。問題包括有將程序自─無菌到─非無菌環境，穩定細菌的生長、及使"湯"中達到高細胞濃度。

        他花了前6個月在發展納吉布博士的混合培養基，在非無菌條件下生長及生存。特別一項困難是如何去克服混合培養基中從氮源生產出的一種亞硝酸抑制物。

        他說："我們找出一種在生產線上的氮源感覺器，以控制培養濃度。找此感覺器已證明是主要關鍵之一，俾能在非無菌條件下，細菌在天然氣上繼續生產。

        此程序也發現由於發生一種對甲烷氧化菌有毒的代謝產物，使生長有些不穩定。更多實驗發現有毒代謝產物，只在某一甲烷及氧氣濃度時方發生。現在可以用連續控制供應至培養基的氣體，避免了有毒代謝產物的發生。

        免疫學研究由荷登士大學醫學、微生物學研究所的著名微生物學家戴思樓博士(Dr. Borge Teisner)主持，引起正確鑑別甲烷氧化菌抗體的發展。只要鑑別出來，污染的新菌就能簡單之用離心方法除去。快速鑑定法的發展，自二小時試驗時間減至不到一小時，正被改進中。

        戴氏說："我們現有的抗體，精確得足以確保生產程序的控制。我們同時也鑑別出其他可能使我們發生商用性問題的細菌。我們也認為它可能有用於能鑑定出在加工器中聚集起的細菌。

抗   體

        戴氏說單株抗體的生產是一大進展。目前的程序是依賴從兔子血清生產的多株抗體。他說若是程序控制者能鑑別出在湯中所有細菌，並可保證細菌的8到9成是正確的細菌，那麼這將是一種優點。

        同時，裘更生博士也已經解決及克服了正常空氣供應連帶問題，而不憑藉使用壓縮鋼瓶中氧氣的花費。

        他說："我們仍然面臨的最嚴重問題，是從溶於我們大規模醱酵器中空氣裡得到充分的氧氣。

        大部份發展工作都是得自實驗室台上模型，並在盧威森及候門(Ludvigsen and Hermann)的實驗工廠中試驗。只是實驗台上的做法，並不一定會完全正確的反映出商用條件下的程序操作。例如在實驗工廠中，使用9公尺高生產塔，就是說加工器底的壓力是2個大氣壓，因此也增加了細菌的取得氧氣，從天然氣中吸收甲烷，也以同樣方式得到幫助。

        從實驗室加工中得到的約200克第一批蛋白質，是前年(1986)初春獲得的。到1986年中，實驗醱酵器設立及運轉。那是500公升單位，但已擴展至800公升，俾增加基部壓力及產量。目前的產品正在有限度基礎上用以進行動物飼養試驗。

        他說："高度證明很重要，以期獲得正確壓力，俾可吸收甲烷和氧氣。空氣中只含21％的氧氣，要細菌產量大，我們需要大量氧氣。如果我們用純氧我們必須用5倍，我們該用的空氣量，但是氧氣太貴，幾乎與天然氣同等價格，這樣會使得整個計劃不經濟。"

        裘博士相信必有可以改良辦法。他現在正研究方法，可能結果會使現有9成的氧氣溶解。目前從空氣中吸收氧氣約達60％效率。

        程序之可行與否，有賴於在培養基中氧氣及甲綄濃度。要充分利用程序，應將液體中細胞密度自現行2％提升到4.5％以上。不論在任何細胞濃度下，細菌數量每二小時增加1倍，不需48小時即開始啟動一台醱酵器。      

        他說："如果我們能使細胞密度加倍，那麼我們在進行乾燥程序中，只需除去一半水分，這就會節省許多費用。在1∼1.5％之間，此程序可行，但不要計及其乾燥問題。"

        丹麥唯一生物技術救援，也是丹麥技術基金會理事之一的魏納生氏(Prof John Villadsen)，負責將試產計劃提升至生產5萬公升商用單位。他也注意到，若是在湯中細菌不要讓它不必要挨餓的話，實行新的空氣甲烷引入是極端緊要的。

市   場

        同時，勞生氏稱單細胞蛋白質的生產，是用以補充現有供應物品的，不是如黃豆粉及魚粉等材料的直接競爭對手。他說到1990年，丹麥、荷蘭、挪威及中東各地，都會有生產蛋白質的商用性機構。

        丹麥每年約進口黃豆粉100萬噸。計劃的標準單細胞蛋白質工廠，將包括18座50立方公尺醱酵器，年產具有競爭價格15,000噸蛋白質。

        他說："丹麥要有30家這種商用規模的工廠，才能生出足夠蛋白質可以取代進口量的一半。這就是我為何認為不是與傳統蛋白質來源會作直接競爭的原因，但是它是一種很好產品，安定、品質齊一、以及供應靠得住。我們的生物蛋白質生產不受氣溫改變的影響，也不會有品質的高低不一。我覺得在已開發國家飼料界中，這種材料有市場。"

        這家公司第一家商用廠的產品已經賣掉了。丹麥最大全國飼料廠費愛費(FaF)公司已獲得全部產品。正在用實驗工廠生產的蛋白質作供飼試驗。

        總之，計劃被認為很可靠，發展者已經能夠保險，以防止任何工廠建築或生產的延誤。

        凡是有便宜天然氣的開發中國家，此法提供了一種當地生產蛋白質新來源，它可能對飼料生產深具影響力，當然進而對人類營養深具意義。

                                                                                    (譯自國際飼料月刊1987年九月號)

                                                                   飼料營養雜誌(66~70)－鄧日青．八八年二期

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