以微生物催化劑轉化固體有機廢棄物為無毒增值產物(2/2)

“責任消費與生產”是聯合國2030年前永續發展目標17個主要目標中之一。在臺灣，循環經濟也是5+2產業創新計畫的重點。臺灣常見的有機固體廢棄物，如:魚內臟、蔗渣和豆渣，通常被再加工為動物飼料及肥料，只能有限度的提升價值。為了解決農業廢棄物後續環境衍生問題並達到加值化。本研究利用有機固體廢棄物，分別製造高價值的耐熱鹼性蛋白酶 (Alcalase)與酮異己酸 (α- ketoisocaproate, KIC)。在製造Alcalase的研究中，利用分子選殖技術將分別可產生綠螢光蛋白和產生Alcalase的質體轉形至巨大芽孢桿菌中。利用可以表達綠螢光蛋白的巨大芽孢桿菌 (YYBM1- gfp)，優化異源蛋白表達的條件，並應用於可以表達Alcalase的巨大芽孢桿菌 (YYBM1- subC)之上。在同樣為1% 木糖誘導下，甘蔗渣酸解取得的木糖誘導巨大芽孢桿菌所產生的異源蛋白量高於商業木糖。取得最佳酵素水解條件後，將經誘導的YYBM1-subC細胞加入魚內臟和豆渣溶液中，在pH 9.0和60 ℃的環境下加熱兩小時，細菌細胞破裂的同時，胞內酵素釋出，確實可將魚內臟和豆渣進行水解。使用魚廢培養基和甘蔗渣酸解取得的木糖，其產生的Alcalase與商業版之生產成本相差約19倍。在產生酮異己酸的研究中，利用枯草芽孢桿菌分泌胞外蛋白酶將魚廢蛋白水解為胺基酸，可為細菌提供氮源外，其中所含亮胺酸佔魚廢總胺基酸的10.1%，為酮異己酸的前驅物，因此藉由剔除酮異己酸代謝基因bkdAB與透過異源表達方式誘導 L-氨基酸脫氨酶表達以增加酮異己酸之產量，且酮異己酸轉換率可達到90%，在代謝過程中枯草芽孢桿菌突變株∆bkdAB+LAAD不僅具較高的氨基酸利用率，且經培養過後有機固體廢棄物能有效減少8.2% (w/w)，而相較於野生株亦減少近半的CO2產量 (43.3%)。因此，本計畫不僅成功利用微生物轉化固體有機廢棄物為無毒增值產物，更與聯合國與台灣政府提出的循環經濟、低排碳相互呼應。