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趨勢快訊
海洋酸化將會影響魚類嗅覺
2018/08/16
海洋覆蓋了約70%的地表,具有調節地球氣候功能,也吸收了四分之一因人類活動所排放的二氧化碳,幫助緩衝溫室氣體排放後的衍生效應;而大氣中的二氧化碳可微溶於水形成碳酸,因此當海洋吸收的二氧化碳越多,酸化程度也越發明顯。然而,在過去兩百年間海洋酸度增加了43%,逐漸影響海洋生態系統,包含珊瑚白化、魚類發育異常、甲殼類動物骨骼脆弱等現象;預計到西元2100年時,海洋酸度可能比現在高2.5倍。   為了探討海洋酸化對魚類所造成的影響,英國艾克斯特大學(University of Exeter)與葡萄牙阿爾加維大學(University of Algarve)合作,研究歐洲鱸魚(Dicentrarchus labrax)於酸性環境下所感應到氨基酸時的電生理活動與基因表現量變化。結果發現酸性環境會影響嗅球中的神經細胞突觸傳導,進而降低嗅覺的靈敏度,使其對某些氣味的反應改變,不易辨識出食物或掠食者的確切位置,但只要將魚類放回原有環境兩小時就可使此現象恢復。【延伸閱讀】放下草蝦王國的口號,面對臺灣蝦類養殖產業的未來   由於嗅覺是魚類的重要感官之一,許多海洋魚類依靠嗅覺尋找食物、配偶或感受周圍環境,若溫室氣體排放與海洋酸化依舊持續,預計到本世紀末海洋鱸魚嗅覺的靈敏度可能只剩現在的一半,使其生存與繁殖更加困難。相關文章發表於<Nature Climate Change>
將廢紙板變成鉻過濾器
2018/08/15
隨著現今社會工業化程度提高,工商業蓬勃發展衍生出許多重金屬汙染問問題,鉻汙染便是其中之一 。鉻(Cr)可用於製造耐熱及抗磨損的合金,適合汽車零件或電鍍防鏽等用途,應用範圍廣大,加工後的廢液含有三價(Cr3+)及六價鉻離子(Cr6+),其中Cr3+是生物體所需之微量元素,但Cr6+卻具有毒性,若排放至水中則容易對環境造成衝擊;而人體不慎接觸鉻廢液也可能引起氣喘、過敏、皮膚潰瘍,甚至罹患癌症之風險,因此審慎處理鉻汙染與其他重金屬汙染是各地政府均須注重的議題。   另外,快速經濟發展所帶來的大量紙類廢棄物也是都市垃圾問題之一,據統計,原木紙漿製成之包裝紙製品佔所有都市固體廢棄物(municipal solid waste)的40-45%。若能有效使用這些紙類廢棄物,則有助於促進廢棄物再造新價值與促進林木資源永續利用。   中國科學院合肥物質科學研究院吳正岩(Zhengyan Wu)博士所帶領的團隊則利用低成本廢紙板作為原料,利用水熱處理法(hydrothermal treatment)將其中的纖維素製成小顆粒之球型碳(spherical carbon, SC),此球型碳具有易擴散、化學性質安定及高機械強度(mechanical strength)等特性,可用於吸附奈米零價鐵(zerovalent iron, ZVI),形成SC/ZVI複合物。將SC/ZVI投入含有Cr6+之汙水中,Cr6+經過還原反應後會轉換成Cr3+並吸附於SC/ZVI表面,而鐵(Fe0)則氧化成Fe3+;之後再透過磁鐵將兩者一併去除,即可完成鉻汙染之處理。【延伸閱讀】新園藝技術可不汙染水資源   我國長期以來也面臨數次含鉻汙水隨意排放之問題,除了依賴環保單位保持長期監測外,後續的汙染排除也十分重要,此研究提供了紙類廢棄物與鉻汙染處理的新契機,未來或可應用於其他重金屬汙染之處置,值得參考。   相關研究由中國科學院、中國國家自然科學基金委員會及中國安徽省環境保護廳資助,相關研究刊登於<Langmuir>中。
新菸鹼類農藥影響蜜蜂的學習和記憶
2018/08/14
菸草中含有菸鹼(又稱尼古丁,Nicotine),菸鹼屬於天然的殺蟲物質,對大部分食用植物的害蟲具有神經毒性。而新菸鹼類(Neonicotinoid)藥物是一種結構類似於尼古丁菸鹼的神經性殺蟲劑,於環境中更加穩定且不易降解,故於20世紀末期大量使用於田間噴灑與種子處理,成為現今世界上最為廣泛利用的殺蟲劑之一。新菸鹼類藥物施用後不光是停留於植株表面,還會透過植株吸收並擴散至所有的組織,屬於系統性殺蟲劑;因此陸續有研究顯示此類藥物可能導致蜂群生態破壞,歐盟也於今年年底開始禁用。   英國倫敦大學皇家霍洛威學院(Royal Holloway University of London)收集了許多針對探討藥劑蜜蜂嗅覺學習與記憶相關之文獻,並連絡其作者得到了相關數據,再將數據統一量化後利用整合分析(meta‐analysis)探討新菸鹼類藥物對蜜蜂的影響,發現即使蜜蜂於野外暴露於極低劑量下,新菸鹼類殺蟲劑對蜜蜂學習和記憶也有顯著的負面影響。【延伸閱讀】護蜂歐盟擬禁用數種殺蟲劑   本次的綜合文獻探討提供殺蟲劑如何影響蜜蜂生態的量化方式,而未來的討論方向將擴及(a)農藥如何影響蜜蜂幼蟲、(b)農藥如何影響其他昆蟲(c)其他具有潛力的農藥替代物如何影響蜜蜂的認知與學習。由於昆蟲屬於重要的授粉媒介,建議後續開發的植物保護產品或藥劑進行申請時,應納入相關的風險評估文件。   相關研究發表於<Journal of Applied Ecology>
新興基因編輯技術使豬隻免於藍耳病之苦
2018/08/10
豬繁殖和呼吸障礙綜合症(porcine reproductive and respiratory syndrome, PRRS)俗稱藍耳病(blue-ear disease),是由藍耳病毒(porcine reproductive and respiratory syndrome virus, PRRSV)感染豬的巨噬細胞(macrophage)所引起的病症。豬隻體內局部的巨噬細胞會先受到感染,爾後再慢慢擴散至鄰近的淋巴腺,最後擴及肺部組織,造成呼吸道感染,母豬會因此患有嚴重的繁殖障礙,新生的豬仔若因染上此病,則會得到嚴重的肺炎。由於患病的豬隻通常伴隨著耳朵呈現藍色的病徵,因此俗稱藍耳病。藍耳病在美國及歐洲每年造成的經濟損失高達二十五億美元,創下單一病毒造成經濟動物最大損失的紀錄,若能使豬隻免於感染,將大幅的減少經濟損失。   藍耳病毒感染豬巨噬細胞是非常專一的過程,藍耳病毒感染巨噬細胞的過程中會透過受體媒介形式之胞吞作用(receptor-mediated endocytosis),被細胞膜上特定的受器蛋白CD163成功辨識後將藍耳病毒攝入胞內,病毒在胞內啟動複製程序並影響宿主細胞的代謝,導致宿主細胞的凋亡,複製成功後便透過同樣的方法感染下一個巨噬細胞,完成藍耳病毒的生活史。由此可知:藍耳病毒若無法專一辨識膜上受器蛋白CD163,將無法成功的感染宿主細胞。   英國愛丁堡大學羅斯林研究所(University of Edinburgh's Roslin Institute)的研究團隊利用有別於傳統將外來物種的基因轉殖到目標物種的基因改造(genetically modified)技術,以CRISPR/Cas9新興的基因編輯(gene editing)技術,將目標物種的基因CD163進行編輯,在不影響受器蛋白的主要功能下,研究團隊僅編輯一小段與藍耳病毒辨識有關的CD163序列,這樣的做法使研究的豬隻全數免於藍耳病之苦。雖然這技術被認為有別於基改技術且十分有效,但由於目前歐盟嚴格禁止基改農畜產品進入消費市場,因此應用這項技術進行編輯的豬肉是否有違法之虞,恐成為未來討論的重點。另外,基因編輯技術的農畜產品能否安全地被人們所食用,還有待後續實驗做進一步釐清。【延伸閱讀】中國利用基因編輯技術開發亨丁頓舞蹈症豬模型   本研究由英國生物科技及生命科學委員會動物衛生研究協會(BBSRC Animal Health Research Club)資助下完成研究,發表於知名病毒學期刊<Journal of Virology>。
促進永續性之纖維素奈米纖維製造方法
2018/08/09
纖維素(cellulose)為組成植物細胞壁的成分之一,是最廣泛存在且容易取得的天然素材,將其進行奈米化後組成的纖維素奈米纖維(Celluouse Nanofibers,CNF)具有輕盈、強韌、環保等特點。而纖維素奈米紙(Cellulose nanopaper,CNP)是一種新型材料,具有輕薄、堅韌等特性,可成為液晶螢幕、電子器材、阻隔材料等其他工業產品所需原料,擁有良好的應用潛力。然而,由於纖維素具有優異的親水性,CNP在水中或是高濕度環境常會失去原本應有的強度且無法耐久,如何增強CNP之防水性與延長使用時間是能否促成產業化的重要議題。【延伸閱讀】入侵柄海鞘提供新型生物複合性材料之用途   中國科學院(Chinese Academy of Sciences)則利用亞硫酸銨和甲酸水解煙草桿,分離出含有木質素(lignin)的CNF,木質素的存在可增強材料的抗拉強度、韌性和熱穩定性。含有木質素的CNP抗拉強度與韌性可達到255 MPa和19.7 MJ m -3,比起不含木質素的CNP(179 MPa和12.8 MJ.m-3)更高,且木質素中的官能基可吸收紫外線能量,使得材料阻隔紫外線的效果更好。此外,CNP的最大濕拉伸強度(wet tensile strength)可提高至83 MPa,優於其他文獻發表過的CNP材料。   此法不須繁複的化學步驟處理,不但乾淨且能節省成本,生產之CNP也因強度與耐水性更好而具有取代石化材料之潛能,更能在製造過程中顧及環境永續性。
Microsoft-Techno Brain通過雲端數位平台促進非洲農業
2018/08/08
在新自由主義(neoliberalism)的推波助瀾下,全球農業逐漸朝向大規模、單一化、經濟化的模式推進,其中非洲綠色革命聯盟(The Alliance for a Green Revolution in Africa,AGRA)與非洲化肥與農業企業夥伴關係協會(African Fertilizer and Agribusiness Partnership,AFAP)也因應而生。在國際農業巨頭公司遊說下,非洲多國政府順應其邏輯推動農業管理政策,鼓勵農民邁向現代化農業。   在此同時,規模小、資源少的地方小農由於缺乏風險管理與預警經驗,比起經濟化農場更容易受到氣候與病蟲害影響。為了增加農民因應農業災害的時間,提升風險管理能力,Techno Brain公司與微軟合作,在非洲推出數位農業平台,以全球定位系統(Global Positioning System,GPS)標示農場位置,可搭配氣候預測、土地管理、作物與土壤調查等其他用途,以有效幫助農民提高產量與增加收入。目前此項系統已和印度政府及企業合作,而現在也正在向馬拉威、坦尚尼亞等非洲國家擴展,農民可通過簡訊和語音服務,從雲端獲得最佳播種時間、害蟲生長警報、天氣通知、建議收穫時間、市場資訊和農業技巧等訊息。【延伸閱讀】JA全農增加Z-GIS農業經營管理系統的資訊共享功能   Techno Brain是非洲第一家通過CMMI 能力成熟度整合模式(Capability Maturity Model Integrated) level-5的公司,其與微軟在雲端智慧和精準農業運用之結合,能強化非洲地區農業的智慧化進程。而撒哈拉沙漠以南地區的小農與依靠天然雨水灌溉的「雨養農業」佔據90%,若能適當利用相關地理與農業資訊,則未來潛力無限。
新南向成果顯現 菲代表:台菲擬推農業示範區
2018/08/07
台灣推動新南向政策,盼強化與東南亞的連結。菲律賓駐台代表班納友說,政策推動2年以來,增進台菲間農業、教育、投資等領域的合作;雙方目前規劃合作在菲國設立農業示範區。 馬尼拉經濟文化辦事處(MECO)理事主席兼菲律賓駐台代表班納友(Angelito Tan Banayo)接受中央社專訪談到新南向政策時表示,菲律賓歡迎這項政策。當今全球經濟有許多變動;在美中貿易戰之際,亞太區域內的國家團結,一起合作,以免受到美中貿易戰的負面影響,變得很重要。 在推動經貿關係上,他說,台灣過去很長一段時間的重點目標是美國、歐盟、東亞等,「對台灣來說,現在是時候往南看了」。新南向政策為包括菲律賓在內的經濟體創造更多與台灣在經濟方面的合作機會。 班納友舉例,今年9月在菲國南部民答那峨島的納卯市(Davao)將舉辦農業博覽會;屆時,將有許多台灣機械產業的企業前往參展。民答那峨島是菲國的農業重鎮。 在促進農業合作方面,班納友表示,菲律賓與台灣目前正規劃合作在菲律賓設立農業示範區,種植的作物可能是蔬菜或水果。由台灣提供技術協助,幫助當地農民在示範區內種植高價值作物,作物收成後可出口到台灣或是在菲國國內市場銷售。 他說,農業示範區設立的地點目前有兩個選項,一個在民答那峨島,一個在呂宋島;待地點確定後,台灣農委會就會派員到當地考察,以決定合作的具體內容。這些準備工作可望在3個月內完成。 知情官員告訴中央社記者,未來希望比照台灣與印尼政府對政府的合作方式,台菲共同推動在菲國設立農業示範區,達到互惠互利的目標。台灣與印尼6月底簽署「綜合農業示範區計畫」合作綱要,將透過在印尼建立農業示範區,引進台灣農業資材與農業機械,以及農企業經營管理等經驗,協助印尼發展農業。 班納友說,推動農業示範區,除了希望引進台灣農業技術,提升農作物品質,也希望學習台灣在農業經營管理的經驗,藉以改善農民的收入,這樣一來,將有助吸引年輕人願意從事農業工作。若年輕人不願從事農作,將來可能產生糧食安全的危機。 在醫療方面,他指出,菲方與台灣的衛福部、花蓮慈濟醫院正規劃在菲律賓的醫院推動合作計畫,分享台灣推動全民健保的經驗以及提供較高階的醫療照護訓練。 有關教育的合作,他說,菲律賓科學中學將提供中文課程,由台灣老師到菲律賓協助授課。他認為,這是很重要的合作,期盼學生畢業後到台灣唸大學,就讀科學或工程方面的科系。 他表示,跟新加坡、美國、澳洲相比,來台唸書的學費、生活費等費用,非常合理。「對菲律賓民眾來說,這會是很好的機會」。 在投資方面,班納友特別提到,中小企業是台灣的強項,希望促成更多這方面的合作。菲律賓經濟成長快速,希望讓更多人民可享受到經濟成長的成果;若菲國有更多的中小企業,將有助改善人民的經濟狀況,讓他們成為中產階級。 同時,班納友指出,去年底台灣與菲律賓重簽投資保障協定,在此架構下,有助增加對菲律賓的投資。 在投資方面,2016年台灣投資菲國總額約為3282萬美元,為菲律賓第12大投資來源國。2017年,在菲國外國投資排名上,台灣躍居第2名,投資總額約2.1億美元,僅次於日本(約合6.3億美元)。 整體來說,班納友表示,新南向政策推動約2年,成果已逐漸顯現。「到目前為止,我們在新南向政策架構下,合作進行很順利」。
海洋暖化將影響美加地區捕撈漁業
2018/08/06
北美大陸棚(North American continental shelf)具有豐富的海洋生態,是全球最具高生產力的魚場之一。近年來受到全球氣溫上升之影響,海洋暖化可能導致物種棲息地產生變化,因此羅格斯大學(Rutgers University)針對美國與加拿大沿岸大陸棚的底拖網捕撈生物狀況進行長期調查,包含303個太平洋沿岸物種及383個大西洋沿岸物種,其中有硬骨魚、軟骨魚、甲殼類動物、頭足類生物、棘皮動物、其他無脊椎動物與一種海龜,並利用電腦模擬在16種氣候預測模型中,未來(2081-2100)年這些物種的遷徙距離與遷移方向。   結果顯示,海洋暖化會使得原本處在溫帶的物種逐漸北移,而西海岸的溫度變化梯度比東海岸低得多,因此就長期而言,該地區的物種分布相對穩定。研究人員指出,受暖化影響最嚴重的物種是太平洋石斑魚,大西洋鱈魚和黑海鱸魚,由於物種遷徙距離較遠,使得捕撈漁業需要耗費更多時間和航運成本。而16個氣候預測模型中針對高碳排放的模擬結果顯示,物種棲息地變化較低碳排放結果高出兩到三倍。【延伸閱讀】研究發現氣溫將影響微生物碳排放的多寡   此研究強調全球暖化程度對本世紀末海洋生物資源變化幅度的重要性,海洋物種對溫度變化的反應非常敏感,因此溫度呈小幅度上升就可能對預測結果產生重大影響;相關研究結果也可以提供風險管理機關作為參考,預先考量未來區域間的資源分配與轉移。   該研究由美國國家海洋與大氣管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)和皮尤慈善信託基金會(Pew Charitable Trusts)贊助,結果發表於<PLOS ONE>。
來自葉綠素f的新型光合作用系統
2018/08/03
植物的光系統中含有多種光合色素(phytosynthetic pigment),包含葉綠素、葉黃素、類胡蘿蔔素等,當植物進行光合作用時,這些光系統會吸收與傳遞太陽光能,並經由後續反應將其轉化為化學能。目前大多數已知的藻類、藍綠菌(Cyanobacteria)及植物中的光系統中心多為葉綠素a,而葉綠素a較善於捕捉紅光(波長680至700 nm)的能量;此種情況代表,雖然太陽光所涵蓋之波長範圍廣泛,但只有來自紅光的能量才能用於光合作用。   然而,1996年時發現部分藍綠菌(如Acaryochloris屬)可另外於可見光不足或陰影環境下,使用葉綠素d吸收波長700-720 nm的近紅外光進行光合作用。除了葉綠素a與葉綠素d系統以外,研究人員現今還確認了第三種光合作用系統—葉綠素f。藍綠菌可在陰影環境下,藉由葉綠素f轉化近紅外光(約750 nm)以補充不足的能量。   此種新發現的光合作用形式可協助藍綠菌等自營物種於低光源環境中成功利用太陽能,未來或許可應用於火星或其他地區作為合成氧氣之來源,或是做為光合微生物燃料電池生產的先驅研究。【延伸閱讀】英國石油BP在美國投資生物燃料工廠降低航空公司燃料成本   此研究相關參與機構包含英國倫敦帝國學院(Imperial College London)、倫敦瑪麗王后大學(Queen Mary University of London)、法國巴黎第六大學(Université Pierre-et-Marie-Curie)、細胞綜合生物學研究所(Institut de Biologie Intégrative de la Cellule)、澳洲國立大學(Australian National University)與義大利國家研究委員會(Consiglio Nazionale delle Ricerche),結果發表於<Science>。
無人機進行大面積橄欖病害監控
2018/08/02
橄欖是義大利主要的經濟作物之一,也是橄欖油製造的重要來源;但近年來義大利南部地區的橄欖樹受到細菌Xylella fastidiosa影響,使得橄欖產量與品質下降,對於其農業經濟產生嚴重危害。X. fastidiosa是一種植物病原細菌,經過媒介昆蟲入侵植物後會逐漸堵塞其木質部,使得寄主體內水分運輸受阻,造成植株脫水、葉片黃化、焦枯、萎凋甚至死亡等徵狀。此種病原長期於美洲地區肆虐,可感染葡萄、梨樹、柑橘、夾竹桃等超過350種園藝作物,並且已擴散到歐洲與亞洲多個國家,我國也有許多作物感染案例。   有鑑於現今全球農業貿易之發達,及早發現並預防病害向外擴散是至關重要的課題。然而,病原感染植株後具有潛伏期,農民無法光從外觀評斷作物是否受到感染,因此常忽略及早剃除病株的黃金時間,而媒介昆蟲在此期間也不斷來回於健株與病株間,等到病徵明顯時已無法挽救產量損失。   為了幫助農民及早發現病害,歐盟聯合研究中心(Joint Research Centre,JRC)的研究團隊利用機載成像光譜儀(Airborne Imaging Spectrometer,AIS)與熱成像(thermography)拍攝橄欖樹影像,此種裝置能捕捉可見光至紅外光區段的光線,分辨率為40-60公分,搭配人工智慧進行分析,可判讀光合作用之旺盛程度,例如,蒸散作用較弱的植株溫度較高。【延伸閱讀】Smart Ag發布第一款無人駕駛機械平台   該團隊於兩年間拍攝了15個區域中的七千多棵橄欖樹,部分橄欖樹叢透過此種方法所得之判斷準確率可超過90%,因此適合在田間大範圍進行即時監測;以往1000公頃面積需要經過三個月的人工檢測,現在只需要一架無人機即可於一小時內完成。未來推廣至西班牙的杏林,與馬約卡島(Mallorca)的葡萄園,相關研究發表於<Nature Plants>。
綠茶兒茶素減少動脈硬化的相關機制
2018/08/01
動脈粥狀硬化(Atherosclerosis)是指血管中因低密度脂肪堆積,產生由脂肪、平滑肌細胞、細胞殘渣、纖維蛋白等構成的斑塊(plaque),使得血管逐漸變得狹窄而缺乏彈性,血壓上升且血流量降低,周邊組織之氧氣與養分供應也會隨之減少。當粥狀硬化發生在心臟冠狀動脈或大腦中,容易造成腦部或心臟缺氧等傷害,若未調整生活作息與飲食,隨著年紀增長,阻塞將愈發嚴重,引發心臟病、高血壓等代謝症候群發生。   茶是世界上流傳最廣泛的飲品之一,依照製程可區分為綠茶(不發酵茶)、青茶(半發酵茶)與紅茶(全發酵茶)等,其中綠茶含有胺基酸、兒茶素、咖啡因等物質,具有良好的提神、抗氧化、殺菌等效果;目前已有許多研究證實綠茶中的兒茶素能夠幫助預防動脈粥狀硬化與代謝症候群的發生。而英國蘭卡斯特大學(University of Lancaster)針對兒茶素進行研究,發現兒茶素中的表沒食子兒茶素沒食子酸酯(Epigallocatechin gallate,EGCG)於肝素(heparin)存在的狀態下,能夠結合Apolipoprotein A1 fibrils,並增加斑塊溶解度,減少其沉積於血管中的機會。【延伸閱讀】兒茶素奈米載體具應用在癌症治療上的潛力   由於綠茶中仍含有其他成分,為了從茶中取得足夠的EGCG的情況下可能也使人過量攝取咖啡因而影響健康,因此目前研究正朝如何維持血液中足量EGCG的方向進展。未來或許會稍微修改EGCG的結構,以提高生物利用效果,或是藉由注射等方式準確的將其傳送至斑塊附近。   相關研究結果發表於<Journal of Biological Chemistry>
鱸魚腸道篩選出乳酸菌 可製成天然優格
2018/07/31
許多民眾喜歡喝發酵乳品,農委會水試所從鱸魚腸道篩選出能產生葡聚糖的乳酸菌B4,經適當發酵就可製成天然優格,且不需任何添加物就有柔細口感,讓民眾吃得安心、健康。 乳酸菌是重要的益生菌之一,牛奶經過乳酸菌發酵後,不僅口感佳且更容易被人體消化吸收,但由於目前發酵乳多半以保加利亞乳桿菌(Lactobacillus bulgaricus)或嗜熱鏈球菌 (Streptococcus thermophilus)等作為菌種,為了改善製品出現穩定性差、質地鬆散及乳清析出過多等問題,通常都會添加刺瑰豆膠、果膠及酵素製劑等多種穩定劑或增稠劑。 隨著民眾對健康重視的提升,不含任何添加物的健康食品也越來越受到消費者的青睞,行政院農業委員會水產試驗所從鱸魚腸道篩選出能產生葡聚糖的乳酸菌B4,將其與蔗糖加入牛奶,經過適當發酵後,可產生乳酸菌的特殊代謝產物及葡聚糖。 水試所指出,葡聚糖會與牛奶的細胞及蛋白質的網狀結構結合,減少乳清的分離,同時具有乳化特性,有助於提升發酵乳品的口感、黏度、風味、外觀及色澤。 水試所表示,以乳酸菌B4製成的優格質地細緻、口感滑順,且不需其他添加物,是目前相關產品中唯一含有天然保健成分葡聚糖者,除了直接食用外,因質地較一般優格濃稠,也可當作吐司塗醬或取代高熱量的市售沙拉醬,讓消費者吃得安心、健康。
幫助植物追逐陽光的機器人
2018/07/30
一般而言,植物透過外界環境刺激,藉由水分變化進行膨壓運動或激素進行生長運動,以捕捉日光、水分或其他生長所需營養,例如向日葵的向光性、氣孔開闔與毛氈苔的捕蟲運動。然而,植物的移動較為被動與緩慢,植物根部的固著性使其無法像動物一樣,根據環境的即時狀況而移動至所需生長要素面前,在劇烈變動的環境下較容易因適應不良而死亡。   有鑒於此,中國的Vincross公司提出結合機器人與植物的想法,製作出可自主移動的六足機器人—HEXA,具有良好的移動與穩定功能,前方則搭載720p攝影機、測距感測器、三軸加速度計、紅外線發射器,幫助機器人「看見」前方狀況與跨越障礙。將盆栽結合機器人,就能實現植物自行即時移動的目標,幫助植物「走出」陰影與「躲避」烈日,而人們則可透過手機應用程式遠端操控機器人,或藉由MIND系統及HEXA simulator自由控制與設計機器人的動作,並上傳分享或下載其他人所編排的程式,使機器人動作更為複雜與擬人化。【延伸閱讀】沿著抹香鯨的表面移動的小型機器人    透過該機器人的發明,能夠增進植物移動的自主性及植物與人類間的互動性,未來或許可增加偵測水分或二氧化碳之感測器,或將相關技術應用於園藝領域中,減少人們於居家照顧大量植物的麻煩。
德國BioEcoSIM處理動物糞肥之商業化技術
2018/07/27
德國每年有近2億立方公尺的液態糞便從畜牧養殖場流向環境,這些來自於動物的排泄物含有大量植物所需之磷與氮等元素,可作為土壤中的養分,有助於植物生長;但過多的養分反而導致土壤中微生物大量將銨態氮轉化成硝酸鹽,順著土壤緩慢滲透與汙染地下水。善用養殖動物所產生之代謝副產物可幫助減少其對鄰近地區的汙染,然而養殖場所與一般農田所處的位置並不相近,如何適當處理動物所產生的代謝副產物並轉移至農田是目前所面臨的問題。   德國蘇伊士公司與斯圖加特大學(Universität Stuttgart)弗勞恩霍夫界面工程與生物技術研究所(Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB)合作,設計出BioEcoSIM液體糞肥處理工法,首先確認磷完全溶解於液體中,利用兩段式過濾進行固液分離,再使用封閉系統中的高熱蒸氣幫助固體糞脫水乾燥,這些乾燥後的有機質可在450℃的高溫下轉化為有機生物碳;而液體部分則包含可溶性的無機鹽份,藉由化學沉澱反應產生磷酸銨鎂、磷酸鎂或磷酸鈣,再過濾回收液體中的磷,剩餘液體的則依靠薄膜蒸餾(membrane distillation)技術形成硫酸銨,最後水中只剩下微量的磷、氮及豐富的鉀,可回歸田間做為灌溉之用。【延伸閱讀】檸檬綠色經濟學   此技術可以將原本的動物糞肥回收形成有機土壤改良劑、銨態氮肥和磷酸鹽肥料等產物,不但運送更加方便,也能精確計算肥料的回收率。目前已經獲得專利技術許可,未來逐步在全國設立大型回收工廠,完成規模化與商業化進程;現今Zorbau具有一個試驗處理廠,工廠可用10立方公尺的原料,每小時生產100公斤的磷肥、100公斤的氮肥和900公斤的有機物。另一方面,通過養分回收能降低國內對進口肥料的依賴性,提升人類農業行為的永續性。    BioEcoSIM計畫由2012年10月至2016年12月的第七屆歐盟研究框架計劃資助(the 7th EU Research Framework Program),相關資訊公布於2018年5月14日至18日於慕尼黑的IFAT2018展會。
椪柑果皮可作為商業化果膠萃取的新來源
2018/07/26
水凝膠(hydrocolloids)是一類廣泛運用於生活中的水溶性聚合物,常見的水凝膠包含冷敷包、愛玉、蒟蒻等;水凝膠於食品工業中可作為增稠劑與凝結劑使用,防止食品中的水分釋放與冰晶形成,常用於冰淇淋、果凍、果醬、乳製品中,幫助改善食品質地。除此之外,水凝膠多半為不易分解的多醣聚合物,屬於膳食纖維,具促進腸道蠕動、延緩腸道吸收葡萄糖的能力、防止血糖急遽上升等功能。   果膠(pectin)是一種主要由半乳醣醛酸(galacturonic acid)構成的複合式多醣聚合物,廣泛存在於植物細胞中,可作為天然的食品添加劑來源。目前於商業上使用的果膠主要來源為蘋果渣與柑橘類表皮等水果加工副產物,經過分離後的果膠需含有65%以上的半乳醣醛酸才適用於食品工業。【延伸閱讀】酵母生產防腐添加劑的應用潛力   椪柑(Citrus reticulata Blanco cv. Punkan)雖然也屬於柑橘類水果的一員,但至今尚未有商業化分離椪柑中果膠的方式。巴西的巴拉那大學(Federal University of Paraná)則利用高溫與酸性溶液(pH1.6)從椪柑皮中分離高甲氧基果膠(High Methoxyl Prectin,H.M. pectin),產率可達25.6%。   此項研究結果可幫助椪柑產區更加有效利用果實資源,將原本效益較低的果皮轉化為果膠原料,並減少農業廢棄物,促進環境永續。相關研究發表於<Carbohydrate Polymers>
【循環】食品殘渣於沼氣發電之應用
2018/07/25
根據新加坡國家環境局(National Environment Agency,NEA)的資料顯示,食物殘渣約佔新加坡廢棄物總量的10%,估計只有14%的食物殘渣有效被回收。為了有效利用這些食品廢棄物,新加坡國立大學(National University of Singapore,NUS)與上海交通大學合作,開發了一種厭氧發酵系統,能夠回收食物殘渣並將其轉化為肥料,發酵時所產生的沼氣也能用來發電與維持系統運作。   藉由微生物的幫助,一公噸的廢棄物約可產生兩百至四百瓩(kWh)的電,隨著廢棄物中所含的碳水化合物、蛋白質與脂質越高,所產生之沼氣與發電量也就越多。透過沼氣發電後部分能量可供應系統熱水與電腦、幫浦、換氣扇等需電裝置,以維持發酵時的最適溫度50℃,多餘的電力則可儲存於電池當中。此外,發酵系統中的每一個過程都能透過電腦進行控制,而各裝置上的感測器也能將排程開始、結束及異常訊號傳送至管理者手機中,以確保系統運作時的效率和安全性。【延伸閱讀】研究指出農電共生的經營模式可最大化太陽能光電轉換效率   此厭氧發酵系統裝設於可移動裝置上,每天可處理約200公斤的廢棄物,將80%廢棄物轉化成富含營養的肥料,加工後可供給於農藝或園藝所需。另外,此系統於發酵過程中能除去水份與硫化氫,因此可避免發出難聞氣味,適合用於人口密集的城市處理廚餘之用。現在研究人員正於校內持續測試,電池中儲存的電力則作為學生手機與平板充電站之用;而另一個更大的400公斤系統也正在開發中,希望未來能實際使用於當地居民生活當中。
醋酸纖維素有效促成骨骼與植入醫材之連接
2018/07/24
退化性關節炎是老年人常見的骨科疾病之一,常造成患者日常生活中的行為障礙,置換人工關節可幫助患者提高生活品質,是近年來醫師逐漸採用的醫療方式之一。隨著全球老年人口數量逐漸上升,人工關節需求市場也日漸擴大,而相關材料也朝向合金、聚乙烯、陶瓷等多元化發展。考量生態與環境狀況,現今社會提倡使用可再生資源製成複合材料以提升材料永續性,而這波風潮也衍伸至生物醫學產業中。   在骨骼整合手術中使用金屬植入物可能引起人體輕重不一的過敏症狀,且置於人體後依其腐蝕與磨損程度不同,具有一定的使用年限。羅馬尼亞的布加勒斯特理工大學(Politehnica University of Bucharest)利用醋酸纖維素(cellulose acetate)製成人工合金骨骼的外膜,並將白藜蘆醇(resveratrol)固定於膜上,能有效減緩金屬受到遇酸腐蝕的情況,並減少金屬離子釋放對周圍細胞所造成之不良影響,且醋酸纖維素膜的多孔性有助於誘導骨細胞移入並連接植入物;經過約6至12個月之後醋酸纖維膜會於生物體內逐漸降解,只留下與骨骼連接良好的植入物。此外,團隊也於細胞實驗中證實,白藜蘆醇有助於幫助小鼠骨母前驅細胞(preosteoblast)MC3T3-E1移動與增殖,且增殖形狀趨近於天然骨骼的構造。【延伸閱讀】最新研究發現馬鈴薯與市售能量果膠均可供運動員發揮最佳效果   在此項研究中所使用的材料取自天然來源,不但自然界中含量豐富,回歸環境時也對環境無害,若能持續發展應用,有利於減少植入手術後患者的不適與手術失敗率。  相關研究發表於<Applied Surface Science>
促進藍綠菌生產琥珀酸之方法
2018/07/23
藍綠菌(Cyanobacteria)是地球上廣泛存在的微生物之一,能夠利用以光合作用合成自身所需養分,屬於自營生物。而帶有葉綠素或葉綠體的自營生物,能經由複雜的代謝過程固定大氣中的二氧化碳,將光能轉化為化學能,提供後續生理各階段所需能量。微生物的代謝途徑十分複雜,琥珀酸(succinate)便是其中一項重要的中間產物;此外,琥珀酸也是現今石化工業經常使用的原料之一,可從石油或微生物轉化而得,藍綠菌可經由代謝過程將二氧化碳轉化為琥珀酸,若是深入探討此細菌合成琥珀酸之機制,將有助於微生物協助工業製造的發展。   日本神戶大學(Kobe University)發現實驗室中常使用的藍綠菌Synechocystis sp. PCC 6803於攝氏30至37度間,隨著環境溫度上升,代謝途中重要的有機酸產物也會跟著增加。經過分析,確認磷酸烯醇丙酮酸羧化酶(Phosphoenolpyruvate Carboxylase,PEPC)參與的代謝過程中重要的速率決定步驟,因此使用基因工程技術改變了藍綠藻Synechocystis sp. PCC 6803,將其生產琥珀酸的速率提高至先前研究報告中的7.5倍。【延伸閱讀】燻蒸劑對土壤健康方面的最新研究   此系列研究有助於人類進行微生物碳代謝途徑之基礎研究探討,未來或許也可應用於商業化微生物之固碳速率提升。相關研究發表於<Metabolic Engineering>

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