微生物製劑

微生物製劑 (Formulation of microorganism)
國立臺灣大學昆蟲所博士生曾鈺芳

有益微生物帶給人類的好處不勝枚舉，例如：我們利用酵母菌製作麵包、酒精飲料；應用昆蟲病原微生物防治病蟲害，減少農藥使用；食用優酪乳等富含有益腸道微生物（益生菌）促進身體健康。環境中菌相複雜，目前實際使用的有益微生物只占其中的一小部分。有益微生物通常需要經過一系列的製劑流程，才成為市面上見到的生物製劑商品。以下為生物製劑的流程簡介與原理：

1. 菌株篩選與純化 (Strain selection: purification of effective microorganisms)

在某一環境（例如腐敗的水果、老鼠的腸道）中取含菌樣本，利用序列稀釋 (serial dilution) 降低樣本中的微生物數量後培養，再將雜亂混合的微生物分離 (seperation) 成單一菌株，完成菌株純化 (strain purification)，接著測試各菌株的特性 (strain characterization)。一般來說，越極端的環境越可能找到具有特殊功能菌種，例如，若要開發可以分解氣味成分A的菌種，則必須到該氣味最重的區域採樣，較可能分離到可分解氣味分子A的微生物。完成純化與特性鑑定後，再根據結果決定單一菌株或多種菌株混合使用。

2. 個別發酵 (Individual fermentation)

微生物增量培養的過程又稱「發酵」。由於不同菌種對於營養成分、生長條件的需求有異，而且菌種間常有競爭作用，因此發酵流程均是採用個別發酵的方式，以確保菌種、菌量品質。

圖一 米麴菌 Aspergillus oryzae 不同菌株在培養基上的生長型態。 （圖片來源: http://en.wikipedia.org/wiki/Aspergillus）

3. 離心與過濾 (Centrifugation and filtration)

微生物發酵多用液態培養基作為介質，發酵完畢後微生物個體通常會懸浮在培養基中。因此會經由離心、過濾來集中菌體，以利後續去除雜質與乾燥流程進行。

4. 劑型設計 (Formulation design)

將微生物乾燥後製成粒劑或粉劑，對使用者及販賣者而言，較易於儲藏與運輸；這是因為對許多微生物而言，乾燥環境會促使其進入休眠狀態，做為度過不良環境的策略。當我們在恰當環境中使用這些微生物乾劑時，即能使其恢復活性，達到有益微生物的應用目的。然而，每個菌種都有不同特性，無法將同一個劑型設計套用到不同的菌種上，故劑型設計必須要參考菌種特性以及使用目的來決定。

5. 澱粉造粒 (Starch powder absorption)

微生物個體經過乾燥休眠後，若再搭配培養基包埋可以延長保存期限。目前粒劑多利用澱粉造粒，亦即將微生物包覆在澱粉之中。澱粉一方面可做為營養基質；另一方面，澱粉接觸到水會溶解，此一特性方便微生物個體的釋放與族群成長。在此造粒階段需注意使用的介質品質，若是以澱粉為介質，品質不佳的澱粉容易造成造粒器具堵塞、損壞。

6. 乾燥與混合 (Drying and mixing)

乾燥的過程通常是採取低溫風乾，因為高溫會使微生物永久失去活性。乾燥完成後，菌株即進入休眠、穩定的狀態，若是製作複合式菌種商品，則會進行菌種混合；若為單一菌種商品，則進入包裝步驟。

7. 包裝、儲存與運送

微生物包裝以遮蔽紫外線、方便儲藏、運輸為重點。即使進入休眠，微生物產品也是無法長久保存，因此仍需趁新鮮使用。 

有益微生物早已和人類生活密不可分，食品加工業常見的菌種多屬於真菌 (fungi)，農業應用則較多元，包含病毒、蟲生線蟲 (entomopathogenic nematodes)。除了常用的粒劑、液態劑型，近年亦開發了藻膠或是膏狀劑型，以利不適合乾燥環境的微生物資材的生產使用，增添未來可應用的選項。

參考文獻

1. Namasivayam, K. R. (2010). Effect of formulation of effective microorganism (EM) on post treatment persistence, Microbial density and soil macronutrients. Recent Research in Science and Technology, 2(5), 102-106.
2. How to prepare a beneficial microorganism mixture — The Permaculture Research Institute. http://permaculturenews.org/2012/02/04/how-to-prepare-a-beneficial-microorganism-mixture/