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農業廢棄物再利用 嘉大LYS1開創綠色養殖新道路
新知
第1815期
農業廢棄物再利用 嘉大LYS1開創綠色養殖新道路
2025-10-23
【記者呂詠倢台北報導】畜牧業是全球糧食的重要來源,卻因高碳排(註一)與動物抗藥性問題,長期被視為永續發展的難題。國立嘉義大學動物科學系教授陳國隆領導研究團隊,透過篩選出高產表面素枯草芽孢桿菌LYS1,找到減碳又無抗(註二)的雞隻飼養方案,榮獲2025未來科技獎,是今年農業生產領域唯一獲獎的技術。研究成果於16日至18日展出於2025台灣創新技術博覽會的未來科技館。 註ㄧ:畜牧業碳排放量高,主要來自動物消化過程釋放的溫室氣體,因此調整飼料可提升消化與吸收效率,減少甲烷與糞便排放,降低碳足跡。 註二:即「無抗生素」,指在動物生長過程中不添加抗生素,而透過調整飼料或補充益生菌來提升免疫力與生長效率。 研究團隊在菌種生長時,透過調整氧氣濃度、培養基成分改動等條件,成功選取出全球固態發酵中,表面素產量最高的優勢菌株LYS1。國立嘉義大學微生物免疫與生物藥學系教授朱紀實分享表面素量高時的特徵,「它的成分就像洗澡用的肥皂,菌株越大量分泌表面素,泡沫越多。」LYS1能將豆殼、麩皮、稻稈等農業廢料分解為發酵基質,所得的乾濕發酵物具備高營養價值,可取代雞飼料中的魚粉,表面素中的長碳鏈脂肪酸更可抑制細菌。 魚粉是雞隻飼料中的重要蛋白質來源,但成本偏高,部分甚至以頭骨或內臟粗製濫造,品質不佳。作為替代物,LYS1能將蛋白質分解為易吸收的小分子胺基酸,同時透過纖維素分解酶,將菇包(註三)中難以利用的木質農業廢棄物,轉化為動物可吸收的養分,陳國隆說明,「原本農民還要付錢處理掉的廢棄物,現在也能變成有用的資源。」 註三:指菇類栽培後剩餘的廢棄太空包和其內木質的栽培介質,台灣每年約使用近5億包香菇太空包。 如同肥皂,LYS1產出的表面素能破壞細菌細胞膜結構,抑制病原菌生長(註四)。團隊成功將其中的碳原子數從以往的18個延長至19個,強化其疏水性,更容易與油脂混合,進一步提高殺菌效率。朱紀實說明,「當我們將大腸桿菌塗在培養皿上,也會發現LYS1具有清楚成形且大範圍的抑制環,不讓細菌靠近。」由LYS1分解的發酵物,因此具備宛若益生菌的效果。 註四:表面素中脂肪酸的油脂特性類似於某些細菌(如革蘭氏陰性菌中的部分大腸桿菌、沙門氏菌及金黃色葡萄球菌)的細胞膜脂質,因此能有效插入膜中,快速且大量破壞其離子通道。 團隊也設計了對照實驗證明LYS1可提升生產效率與經濟效益。國立嘉義大學動物科學系博士生蕭雅齡實地養殖白肉雞,對各組雞隻飼料施予不同添加量的發酵物,觀察其成長情況,「五週內,添加2%魚粉的雞隻平均體重是2.1公斤,但加入2%發酵物的雞隻卻可以達到2.3公斤。」得到數據後,他依雞隻體重回推飼料成本差異,透過生產效率因子公式換算經濟效益,發現成效明顯。不過,蕭雅齡也補充實際上加入1%發酵物的效果便已優於2%魚粉,「但為了方便廠商用最佳比例販售整袋飼料,用2%作為標準添加量會更好操作。」 團隊表示,此項技術現已進入產學合作階段,也預計推往牛、豬與水產養殖業。國立屏東科技大學動物科學與畜產系教授翁瑞奇表示看好其前景,同時提醒發酵用原物料可能因季節性差異影響菌種表現,故需完備前端管理。另外,陳國隆則坦言,農業研究長期受輕視,可獲補助有限,他說:「台灣一年吃掉3.7億隻雞,所以即使只提升每隻雞少量的經濟效益,也能帶來數十億元潛在產值。」並期盼這項技術能更受肯定,讓台灣在全球綠色畜牧業展現實力。
農業廢棄物再利用 化身吸附劑淨化重金屬汙水
新知
第1800期
農業廢棄物再利用 化身吸附劑淨化重金屬汙水
2024-11-22
【記者李香霆報導】如何有效處理大量農業廢棄物,減少其對環境的負面影響,已成為全球環境保護中的一大議題。大葉大學環境工程學系助理教授沈善鎰與碩士生陳彥彬將台灣常見的農業廢棄物轉化為可再生性資源,製備成高效率的水質淨化材料,處理工業廢水中的重金屬污染,並以此拿下2024第十五屆IIIC國際創新發明競賽的銀牌佳績。 我國一年自農糧作物衍生的農業廢棄物多達數百萬公噸。儘管農業部已訂定《農業事業廢棄物再利用管理辦法》,仍有部分農民會直接在田地露天焚燒,不但會排放大量二氧化碳及懸浮微粒(PM2.5)導致空氣品質惡化,也會破壞土壤肥力,為經濟與氣候帶來諸多負面影響。對此,團隊發現台灣常見的農業廢棄物中富有有機養分,且具有移除重金屬與有機染料的能力,能有效淨化工業用廢水,實現資源循環再利用。 傳統的水質淨化多是利用活性碳與石墨烯等高成本碳材料,將碳材作為污染物的吸附劑通常需要經過高溫處理,以改變材料的結構與性質,但高溫加熱下的產率也會下降,導致價格昂貴。而農業廢棄物不僅容易取得,在處理上也只需要簡單的物理與化學改質,就能夠有效吸附水中的重金屬與有色染料等污染物,從而達到良好的水質改善效果。談及低成本與低能耗的淨水方式,沈善鎰說道:「將農廢做成廢水中重金屬汙染物的吸附劑材料,不僅可以大幅減少處理農業廢棄物的成本,更充分達到再利用的目標,是循環經濟的體現。」 在材料的配方研究與製備上,沈善鎰與陳彥彬選取三種台灣大宗的經濟農糧廢棄物。團隊首先將其破碎,再細化成顆粒狀後製成吸附劑,增加其在水中與污染物的接觸面積,以提高淨化水質的功效。由於這些材料富含纖維素、半纖維素和木質素,在經由高強度鹼液化學清洗後,其中表面的羧基、氫氧基等官能基團可以跟廢水中的重金屬離子交換,進而達到去除效果。實驗結果顯示,化學改性後的農廢吸附劑對鉛與鎘等重金屬的移除率可以達到85%以上。 儘管此研究成果具有顯著的環保價值,但距離實際應用依然面臨諸多挑戰。鑑於農廢吸附劑尚未大規模商業化,所以未能規格化製作,對此陳彥彬表示:「雖然農廢變成淨化水質材料的過程相較簡單,但還不如石墨烯或活性碳來的穩定,需要經過一定的人工處理程序才能克服規格、粒徑大小一致的問題。 」加上此研究目前仍在實驗階段,因此還需提升吸附能力的穩定性。
讓廢棄果皮重生! 「檸檬烯」化身保鮮塗層緩水果腐敗
新知
第1783期
讓廢棄果皮重生! 「檸檬烯」化身保鮮塗層緩水果腐敗
2023-10-26
【記者邱昭華綜合報導】檸檬在食品加工後會留下大量果皮,過往只能淪為垃圾,然而檸檬果皮並非一無用處。國立高雄科技大學水產食品科學系的學生團隊及指導教授侯智耀研發出「奈米檸檬烯可食用塗層」,希望未來可以應用在市場上並延長水果保鮮期,為農業廢棄物找尋新出路,提升農業效益。此技術成果亦在「2023台灣創新技術博覽會」展出。團隊發現目前市售罐裝檸檬果汁在加工過程中,果皮通常會被當成廢棄物,加工廠還需付出額外的成本處理,而「奈米檸檬烯可食用塗層」可以將果皮再利用,創造更多經濟價值。團隊的科學實驗也證實,此塗層在香蕉、木瓜、釋迦上都能有效延長約五天保鮮期。高科大水產食品科學系學生李品憲補充:「延長水果在市場上的時間,可以避免供應不足的時候價格上漲太多,所以還有助於穩定市場價格。」 有塗層(下排)及沒有塗層(上排)的香蕉比對圖。可以發現,有塗層的熟化速度比較慢,保鮮期可以多四至五天。 圖/李品憲提供 檸檬果皮其中一項成分——「檸檬烯」具有優良的抗菌性。團隊先將果皮蒸餾萃取出檸檬純露和檸檬精油,接著再從精油分離純化出檸檬烯。李品憲說明:「檸檬稀乳化後會變成奈米顆粒,並且有更強的抗菌效果。」所以再把檸檬烯與介面活性劑混合成乳化液,最後加入水、增稠劑,形成透明乳液狀的保鮮塗層。 展出在2023台灣創新技術博覽會的「奈米檸檬烯可食用塗層」。塗層呈現透明乳液狀,並且具有黏性。 圖/邱昭華攝水果會變老、變壞,主要原因分為水果內部的熟化及外部的微生物。侯智耀補充:「呼吸作用加快或者變慢,其實都會影響熟化的速率。」他表示,此塗層能大幅減少水果與外在空氣的接觸,有效抑制呼吸作用,不僅減緩熟化,也能因為檸檬烯的抗菌性,減少果皮上的微生物數量,達到延長保鮮期的效果。 為了更有效率地應用,高科大團隊用浸泡的方式將「奈米檸檬烯可食用塗層」包覆在香蕉表面。 圖/李品憲提供雖然塗層效果顯著,但若要進入市場也會遇到困難。侯智耀說:「最大的難題是銜接生產線後,要如何不造成額外支出,同時帶來經濟的效益。」目前製作塗層花費高,對於商家會是比較大的負擔。李品憲認為,當成本反映在售價,消費者可能不會買單,所以未來會繼續嘗試替換材料、調整配方,預計成本能降低兩至三成。家裡產銷柚子及酪梨的方昱昇提出他的疑慮,「滯銷問題就是供過於求,要怎麼在四、五天內突然擴增這麼大量的需求,也不太容易吧? 」家庭主婦潘桂珠也分享自己的看法:「如果是香蕉的話,一般家庭一次也不會買太多根,好像沒必要再多花這個錢。」他建議塗層可以應用在高單價的水果,像是玉荷包等等,對於水果外銷商可能比較有用。
回收稻殼變面膜 農業廢棄物再利用
新知
第1694期
回收稻殼變面膜 農業廢棄物再利用
2018-12-26
【記者邱于瑄綜合報導】國立宜蘭大學化學工程與材料工程學系團隊再利用農業廢棄物,將稻殼回收並製成可分解的親膚性敷材,應用於面膜、人工皮、人工血管等醫療及美容領域。團隊透過水解技術提取稻殼中的木醣醇,結合可生物分解的材料,並利用靜電紡絲技術產生奈米纖維,製作成親膚性敷材,獲得第一屆大專校院綠色化學創意競賽金牌。 透過水解技術提取稻殼中的木醣醇,結合可生物分解的材料,製成親膚性循環敷材,可應用於面膜、人工皮等。 圖/邱于瑄攝根據團隊成員林旻峰提供的數據,台灣每年產生約54萬噸的稻殼,然而,稻殼不易被分解,掩埋處理將影響農作物生長,而直接燃燒更會汙染空氣。家中種稻的輔仁大學西班牙語文學系學生范釋文表示,家裡每年大約收成700至800斤的稻作,通常會將稻稈曬乾鋪在農地上,減少雜草的生長,亦會將稻殼拿去餵雞或撒在農地防雜草兼堆肥,藉此減少農業廢棄物汙染問題。林旻峰表示,團隊透過水解技術提取稻殼中的木醣醇,提高敷材親水性能,並結合聚己內酯,搭配萃取自蠶繭的絲素蛋白提高生物相容性,促進細胞黏附、遷移和增值,以及利用無毒性且抗微生物活性的幾丁聚醣,有效提升敷材的抗菌效能。林旻峰說明,這些可生物分解的材料利用靜電紡絲技術產生奈米纖維,可製成面膜、人工皮等親膚性敷材。 台灣每年產生約54萬噸的稻殼,宜大團隊利用稻殼中的木醣醇,製成親膚性循環敷材,解決稻殼廢棄問題。 圖/林旻峰提供針對目前解決農業廢棄物的方式,國立屏東科技大學農園生產系學生陳柏憲表示,現有技術透過高溫加熱將稻殼碳化,可中和酸性土壤,改良土壤性質,亦可以撒在農地增加土壤空隙,幫助排水及透氣等。而此次宜大團隊的發明提供另一種解決廢棄物的方式,「每一平方公尺的敷材可以減少大約300克稻殼。」林旻峰表示,此敷材製成的產品回收後,經微生物分解可轉化為肥料,進而循環利用。林旻峰說明,目前團隊尚針對敷材產品對細胞活性與抗菌方面進行研究,也必須克服因稻作產率較低導致原料不足以及品質不穩定的問題。此外,未來還需經過許多測試,才能將敷材商品化。
創廢棄物低溫成碳 朝陽科大推低汙環境
新知
第1665期
創廢棄物低溫成碳 朝陽科大推低汙環境
2017-11-15
【記者薛惟中綜合報導】據英國《衛報》(The Guardian)報導,全球每分鐘售出100萬個寶特瓶;台灣環境資訊協會則指出,去年全球消耗的寶特瓶不到一半被回收。盼降低廢棄寶特瓶帶來的汙染,朝陽科技大學應用化學系團隊研發「廢棄物低溫成碳技術」,減少焚燒過程產生的戴奧辛,也創造廢棄寶特瓶的再利用價值。團隊成員、朝陽科大應化系學生陳佩瑱表示,團隊利用寶特瓶不耐酸鹼的特性,以磷酸化合物做初步分解,將產生的羧基與醇基,與農業廢棄物,例如植物性纖維進一步結合。如此可在攝氏200度下脫去水分子並在30分鐘內達到碳化,一次減少二種廢棄物回收量。團隊成員、朝陽科大應化系教授石燕鳳指出,傳統焚燒的溫度必須到達攝氏500度以上,且容易產生黑煙、焚燒不完全、戴奧辛及重金屬殘留等問題。而「廢棄物低溫成碳技術」的碳化過程則無需擔心汙染。然而因廢棄寶特瓶過大,不易混煉;加上瓶內經常殘留液體,易影響碳化結果。石燕鳳補充,先沖洗寶特瓶再削碎瓶身,可以加強成碳效果。石燕鳳表示,此技術極具潛力,不僅成本低、耗費能源小,燃燒完得到的碳材還能再加工,製成活性碳、導電、導熱材等多種用途,達到廢棄物循環利用。目前已申請專利,並與相關廠商洽談合作事宜。團隊研發成果也獲國外專家青睞,於5日榮獲2017德國紐倫堡國際發明展(iENA)銀牌及特別獎。陳佩瑱表示,國外評審對此技術展現高度關注,皆有深入了解意願。然而,在台灣參賽時評審僅聽完作品介紹,並未進一步詢問,他感嘆:「國外比國內還更重視環保議題!」 朝陽科大應化系師生團隊在2017德國紐倫堡國際發明展榮獲銀牌及特別獎。 圖/朝陽科大提供
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