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廚房與食品工廠如何確保食品安全?認識傳統食品加工

社團法人台灣國際生命科學會_96
・2019/10/26 ・2957字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 527 ・七年級

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  • 作者/朱中亮,財團法人食品工業發展研究所資深研究員

蔬菜與生鮮魚肉等食物,從採收或屠宰一直到送到廚房或餐桌之前,會經過各種生化反應,同時微生物也會在其中繁殖,當菌數過多或產生毒素時,就會對人體產生危害。為了確保食品安全,必須進行適度加工以便保存,許多食品加工技術都是因此發展出來的。

食品加工對食品的重要性不容忽略,本期的 ILSI Taiwan 專欄邀請財團法人食品工業發展研究所朱中亮資深研究員為您介紹這些基礎且重要的傳統食品加工技術。

食品加工的初衷:為人類生活帶來便利

美國知名的商業雜誌《彭博商業周刊》(Bloomberg Businessweek) 2014 年慶祝創刊 85 周年時,列舉 85 項為人類生活帶來便利的發明及創造,其中與食品有關的包括:麥當勞的誕生、冰箱(製冷技術)的發明、高果糖糖漿的問世、瓶裝水的製造、嬰兒奶粉配方的發明、星巴克的誕生。

美國《彭博商業周刊》列舉 85 項帶來人民生活便利的發明及創造,其中與食品有關的包括六項。

這些發明中,高果糖糖漿被認為是造成肥胖、人體危害的元兇而備受批評。

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其實高果糖糖漿的發明是為了避免自然資源的浪費,由於許多食品製造時都需要糖,但糖從原料甘蔗或甜菜的種植到採收、再加工變成蔗糖所需的程序非常繁複與漫長,科學家便想到利用澱粉含量極高的玉米,透過酵素直接轉換成糖,不僅簡化製程,也能避免自然資源的浪費。

掌握美味與安全的秘訣:火候

不少人認為食品工廠就是放大版的廚房,其實並不然,如果只是將廚房的一個灶擴增為十個灶來生產,勢必無法對食品品質進行嚴格的控管,更將導致食品品質參差不齊的狀況發生。

廚師製作料理時經常談到火候,所謂「小火慢燉、大火快炒」,食品工廠進行調理生產時,也必須精確掌握溫度與時間,否則將無法維持食品的品質。

火候掌握得宜不僅是美味的秘訣,更是食品安全的重要關鍵。因為加熱殺死微生物是一種很有效保存食品的技術。若兩者無法同時兼顧時,食品業者絕對是要犧牲美味,做到足夠的殺菌或滅菌,以確保食品的安全。

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在此必須與讀者們介紹兩個名詞:「滅菌 (sterilization)」與「殺菌 (pasteurization)」,在食品科技上有非常明確的定義,可惜卻時常被大眾所混用。

兩者最大的差別在於:滅菌後的產品能夠室溫保存,而殺菌後的產品必須冷藏保存

延長保存時間大招:冷凍冷藏技術

談完「熱」接著提到「冷」的技術。將溫度降低的冷凍冷藏技術能減緩食品腐壞的速度、延長食品保存時間。

如果要問冷凍與冷藏孰優孰劣?其實各有優缺點,兩者最主要的區別在於溫度差異,將食品冷凍所產生的冰晶容易破壞其質地,解凍復熱時也較為不便;將食品冷藏保存雖然復熱較快速,但保存期限較短。

食品業者也會針對產品的特性,而選擇使用冷凍或是冷藏來保存食品。便利商店的三角飯糰大多擺放在 18℃ 的冷藏櫃,目的是兼具食品安全與美味。

因為米飯在 12℃ 以下口感會開始變硬,更別提一般的 4℃ 冷藏,食品業者必須在美味與食品保存的綜合考量下做出妥協,以至於飯糰的保存期就變得很短。在此也呼籲消費者購買飯糰後應儘速食用,切勿放置在室溫下一陣子才吃。

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便利商店的三角飯糰大多擺放在18℃的冷藏櫃,目的是兼具食品安全與美味。

提到冷凍就不得不提「急速冷凍技術」。急速冷凍能維持較良好的食品品質,蔬菜與肉品都是細胞組成,緩慢冷凍容易使食品中的冰晶聚集形成大冰晶穿破這些細胞使裡面的細胞質流出,所以在解凍時會有「湯汁」滲出,食物中的美味與營養也容易就這樣「付諸流水」。

而急速冷凍技術的可貴之處就是讓細胞中的水份結凍時維持小冰晶,在解凍時較能保持質地完整,使食品風味保存更佳。

食品品質的關鍵:掌握「水活性」

影響食品安定性的因子可以分為物理性、生物性及化學性,物理性如同冷凍結晶、乾燥收縮或受壓破損等會影響食品品質;生物性因子最常見的如麵包上的黑黴、橘皮上的青黴、酵素分解食品產生異味等;化學性如氧化、褐變等造成食品外觀改變,這些因子都會影響食品的安定性與消費者對食品的接受度。

影響食品安定性的因子。

無論是物理、化學或是生物性因子,控制水份都是重要的手段,因此在食品中,便出現水活性的概念。水活性是由澳洲學者 William James Scott 所提出,他雖然不是第一位研究水份對食品品質影響的人,但卻是第一位把這些變化因素,用科學方法歸納成水活性這個指標,且發現控制該指標就能確實掌握食品品質。

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Scott 提出一個聰明又簡單的方法:將食品盛裝在容器中量測食品能產生多少水蒸氣,如果產生的水蒸氣越多,就代表水越容易被微生物利用。

如果食品中含有某些成分比微生物或者其他化學物質更能抓住水,那水就不會被微生物或化學反應使用,也就不會發生食品劣變反應,因此我們定義取得水的容易程度為水活性。

許多糕點師傅知道降低含水率能避免發霉,但也容易使產品過乾,導入水活性的概念後,師傅們了解即使含水率高,仍能藉由降低水活性阻止糕點發霉。

降低水活性的方法有很多,如醬油加鹽、水果乾加糖、榨菜及德式酸菜除了鹽漬降低水活性之外,還會透過發酵來增加酸度降低 pH值,這些步驟都能增加食品的保存期限。

食品保存期限的意義到底是什麼呢?

我曾經在報導上看到日本研發出 20 年不會變質的防災食品,以現在食品加工技術來說,製造 20 年不會發霉的食品並不困難,難的是除了不發霉之外,還要兼具美味。

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請試著思考一下,20 年不會發霉的防災食品是否代表產品標示上的保存期限就該寫 20 年?我們該如何看待食品的保存期限呢?

灰姑娘的故事相信讀者們都耳熟能詳,「……灰姑娘飛快地奔出皇宮大門時,12 點的鐘聲剛好響完。剎那間,所有的東西都恢復原樣……」,如果食品標示上寫的保存期限是 7 月 1 日,是不是代表一旦到了 7 月 2 日的 0 時 1 分,食品剎那間就會對食用者造成嚴重後果呢?絕對不是如此。又如同梅干菜、酒這類的食品都是越陳越香,它們的保存期限又該是多久呢?

保存期限的概念非常複雜,對食品業者而言,決定保存期限的指標包含兩種:微生物產生的腐敗成分變化帶來的感官品質劣變。

大多數生鮮產品的保存期限到期是因微生物生長而造成產品腐敗,但有些產品如罐頭、冷凍食品,所謂的過期並非因為微生物生長,而是產品的風味變差。

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我曾經做過一個實驗針對超過保存期限的罐頭果汁進行感官測試,發現真正產生風味變化的產品的百分率並不高,但對食品企業而言無法接受這樣的不良率,因此在訂定保存期限時會採取較保守的作法,也往往出現有些食品即使到達保存期限仍然還可食用的現象。

然而這已非單純的科學議題,如何在減少食物浪費的情況下,同時確保食品品質與安全,使食物資源能更有效地被運用?這是一個值得大家思考與重視的議題。

  • 本文轉載自 ILSI Taiwan-2019 年第 6 期《走進廚房與食品工廠,認識傳統食品加工》,歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 ILSI Taiwan 喔!
  • 作者/朱中亮│資深研究員
    德國Hohenheim大學食品科技研究所博士,現任財團法人食品工業發展研究所資深研究員。專長為食品加工與製程,目前研究技術領域為食品非熱加工技術、冷藏食品保存期限預測及溫度管理技術等。
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社團法人台灣國際生命科學會_96
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創會於2013年,這是一個同時能讓產業界、學術界和公領域積極交流合作及凝聚共識的平台。期望基於科學實證,探討營養、食品安全、毒理學、風險評估以及環境的議題,尋求最佳的科學解決方法,以共創全民安心的飲食環境。欲進一步了解,請至:ww.ilsitaiwan.org

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除了蚯蚓、地震魚和民間達人,那些常見的臺灣地震預測謠言
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/02/29 ・2747字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

災害性大地震在臺灣留下無數淚水和難以抹滅的傷痕,921 大地震甚至直接奪走了 2,400 人的生命。既有這等末日級的災難記憶,又位處於板塊交界處的地震帶,「大地震!」三個字,總是能挑動臺灣人最脆弱又敏感的神經。

因此,當我們發現臺灣被各式各樣的地震傳說壟罩,像是地震魚、地震雲、蚯蚓警兆、下雨地震說,甚至民間地震預測達人,似乎也是合情合理的現象?

今日,我們就要來破解這些常見的地震預測謠言。

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漁民捕獲罕見的深海皇帶魚,恐有大地震?

說到在坊間訛傳的地震謠言,許多人第一個想到的,可能是盛行於日本、臺灣的「地震魚」傳說。

在亞熱帶海域中,漁民將「皇帶魚」暱稱為地震魚,由於皇帶魚身型較為扁平,生活於深海中,魚形特殊且捕獲量稀少,因此流傳著,是因為海底的地形改變,才驚擾了棲息在深海的皇帶魚,並因此游上淺水讓人們得以看見。

皇帶魚。圖/wikimedia

因此,民間盛傳,若漁民捕撈到這種極為稀罕的深海魚類,就是大型地震即將發生的警兆。

然而,日本科學家認真蒐集了目擊深海魚類的相關新聞和學術報告,他們想知道,這種看似異常的動物行為,究竟有沒有機會拿來當作災前的預警,抑或只是無稽之談?

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可惜的是,科學家認為,地震魚與地震並沒有明顯的關聯。當日本媒體報導捕撈深海魚的 10 天內,均沒有發生規模大於 6 的地震,規模 7 的地震前後,甚至完全沒有深海魚出現的紀錄!

所以,在科學家眼中,地震魚僅僅是一種流傳於民間的「迷信」(superstition)。

透過動物來推斷地震消息的風俗並不新穎,美國地質調查局(USGS)指出,早在西元前 373 年的古希臘,就有透過動物異常行為來猜測地震的紀錄!

人們普遍認為,比起遲鈍的人類,敏感的動物可以偵測到更多來自大自然的訊號,因此在大地震來臨前,會「舉家遷徙」逃離原本的棲息地。

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當臺灣 1999 年發生集集大地震前後,由於部分地區出現了大量蚯蚓,因此,臺灣也盛傳著「蚯蚓」是地震警訊的說法。

20101023 聯合報 B2 版 南投竹山竄出蚯蚓群爬滿路上。

新聞年年報的「蚯蚓」上街,真的是地震警訊嗎?

​當街道上出現一大群蚯蚓時,密密麻麻的畫面,不只讓人嚇一跳,也往往讓人感到困惑:為何牠們接連地湧向地表?難道,這真的是動物們在向我們預警天災嗎?動物們看似不尋常的行為,總是能引發人們的好奇與不安情緒。

如此怵目驚心的畫面,也經常成為新聞界的熱門素材,每年幾乎都會看到類似的標題:「蚯蚓大軍又出沒 網友憂:要地震了嗎」,甚至直接將蚯蚓與剛發生的地震連結起來,發布成快訊「昨突竄大量蚯蚓!台東今早地牛翻身…最大震度4級」,讓人留下蚯蚓預言成功的錯覺。

然而,這些蚯蚓大軍,真的與即將來臨的天災有直接關聯嗎?

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蚯蚓與地震有關的傳聞,被學者認為起源於 1999 年的 921 大地震後,在此前,臺灣少有流傳地震與蚯蚓之間的相關報導。

雖然曾有日本學者研究模擬出,與地震相關的電流有機會刺激蚯蚓離開洞穴,但在現實環境中,有太多因素都會影響蚯蚓的行為了,而造成蚯蚓大軍浮現地表的原因,往往都是氣象因素,像是溫度、濕度、日照時間、氣壓等等,都可能促使蚯蚓爬出地表。

大家不妨觀察看看,白日蚯蚓大軍的新聞,比較常出現在天氣剛轉涼的秋季。

因此,下次若再看到蚯蚓大軍湧現地表的現象,請先別慌張呀!

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事實上,除了地震魚和蚯蚓外,鳥類、老鼠、黃鼠狼、蛇、蜈蚣、昆蟲、貓咪到我們最熟悉的小狗,都曾經被流傳為地震預測的動物專家。

但可惜的是,會影響動物行為的因素實在是太多了,科學家仍然沒有找到動物異常行為和地震之間的關聯或機制。

遍地開花的地震預測粉專和社團

這座每天發生超過 100 次地震的小島上,擁有破萬成員的地震討論臉書社團、隨處可見的地震預測粉專或 IG 帳號,似乎並不奇怪。

國內有許多「憂國憂民」的神通大師,這些號稱能夠預測地震的奇妙人士,有些人會用身體感應,有人熱愛分析雲層畫面,有的人甚至號稱自行建製科學儀器,購買到比氣象署更精密的機械,偵測到更準確的地震。

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然而,若認真想一想就會發現,臺灣地震頻率極高,約 2 天多就會發生 1 次規模 4.0 至 5.0 的地震, 2 星期多就可能出現一次規模 5.0 至 6.0 的地震,若是有心想要捏造地震預言,真的不難。 

在學界,一個真正的地震預測必須包含地震三要素:明確的時間、 地點和規模,預測結果也必須來自學界認可的觀測資料。然而這些坊間貼文的預測資訊不僅空泛,也並未交代統計數據或訊號來源。

作為閱聽者,看到如此毫無科學根據的預測言論,請先冷靜下來,不要留言也不要分享,不妨先上網搜尋相關資料和事實查核。切勿輕信,更不要隨意散播,以免造成社會大眾的不安。

此外,大家也千萬不要隨意發表地震預測、觀測的資訊,若號稱有科學根據或使用相關資料,不僅違反氣象法,也有違反社會秩序之相關法令之虞唷!

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​地震預測行不行?還差得遠呢!

由於地底的環境太過複雜未知,即使科學家們已經致力於研究地震前兆和地震之間的關聯,目前地球科學界,仍然無法發展出成熟的地震預測技術。

與其奢望能提前 3 天知道地震的預告,不如日常就做好各種地震災害的防範,購買符合防震規範的家宅、固定好家具,做好防震防災演練。在國家級警報響起來時,熟練地執行避震保命三步驟「趴下、掩護、穩住」,才是身為臺灣人最關鍵的保命之策。

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凝固的時光:人體冷凍真的可行嗎?把自己冰起來要多少錢?——《真的假的!奇怪知識又增加了》
晴好出版_96
・2023/08/02 ・1906字 ・閱讀時間約 3 分鐘

還好礙於倫理考量,沒有人打算經由技術手段將奧茲冰人復活。不過冷凍人的復活倒是不少科幻小說中常用的哏。

最早的一篇可以追溯到 1931 年,故事的主角叫詹姆斯,他死後遺體被保存在低溫和真空中發射到太空裡,就這樣漂泊了幾百萬年。後來他的遺體被外星人復活,復活的方式也十分特殊:只復活了他的頭顱,並為他裝上了機械身體。就這樣在人類已經滅絕的時代,詹姆斯獲得了永生。

其實在現實中,雖然幾百上千年不好說,但要讓一個人凍上幾十年,並且仍具有「復活」可能性的技術早已出現,那就是人體冷凍技術。

獲得永生的起點——人體冷凍

1962 年,羅伯特.艾丁格博士(Robert Ettinger)出版的《永生不死的前景》一書,是現實中的人體冷凍的起點。艾丁格博士在書中指出:人類和大量低等動植物一樣,具有「冷凍復活」的潛力。他還在書中預言人體冷凍技術可以使「我們大多數人獲得永生不朽的機會」,並對此進行了嚴密的科學論證。這本書的出版標誌著人體冷凍保存運動的開端,艾丁格博士後來也因此被稱作「人體冷凍之父」。

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人體冷凍並不是簡單地將人一凍了之,而是以在未來的某個時刻將冷凍的人體喚醒為目的的冷凍。因此,在技術上,不但要考量如何將人凍住,也要考量在冷凍以及化凍時不會對人體產生傷害。像奧茲冰人那樣凍成一具乾屍,肯定是不行的。

不過經由前面小象由香和奧茲冰人的故事,我們已經了解,在生物體死後及時讓其進入低溫環境,可以很大程度上延緩甚至叫停讓屍體腐爛。同樣,人死後越快進入冷凍,細胞和身體受到的影響就越小。當然,只要提前簽好協議、做好準備、安排好一切事宜,及時進入冷凍狀態並不是什麼困難的事情。

要怎麼把活人冰起來?

常煮飯的廚藝愛好者都應該知道,一塊鮮肉,在經過冷凍再化凍後,往往會滲出大量的血水。這是因為在冷凍時,細胞中的水分會結冰,而這些冰晶會破壞細胞結構,從而造成細胞的死亡。凍肉化凍時滲出的血水,很大一部分就來自這些破損的細胞。這顯然是我們在以喚醒為目的的人體冷凍中不願意看到的結果。

因此,在對人體進行冷凍之前,需要經由手術和灌注,將人體中的血液替換為冷凍保護劑。冷凍保護劑可以降低冰點,減少冰晶的產生,最大限度地避免對身體細胞組織造成破壞。然後,人體才會進入降溫程式。經過 60 小時的降溫後,冷凍的屍體就可以被轉移到巨大的液氮罐中長期保存了。

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如今世界上冷凍人的數量已經接近 500 人,但能夠獨立實施人體冷凍的機構只有 4 家,分別是美國的阿爾科生命延續基金(Alcor Life Extension Foundation)及人體冷凍研究所(Cryonics Institute)、俄羅斯的 KrioRus 和中國的山東豐銀生命科學研究院。其中人體冷凍研究所是由「人體冷凍之父」艾丁格博士創立,而阿爾科生命延續基金會中保存著全世界第一個被冷凍保存的人詹姆斯.貝德福(James Bedford)的身體。

按照計畫,貝德福本應該在進入冷凍狀態 50 年後,也就是 2017 年被喚醒,但阿爾科生命延續基金會至今並未行動。

一方面,我們可能仍未對喚醒冷凍人在技術上做好準備;另一方面,據傳聞,貝德福當年所使用的冷凍保護劑似乎對人體傷害甚大,也就是說,就算技術完備,貝德福是否能夠醒來也十分不好說。

人體冷凍很貴嗎?

進行人體冷凍的費用倒是並沒有想像中那麼高昂,以這幾家機構中收費最高的阿爾科生命延續基金會在 2017 年的報價為例,進行全身冷凍的費用約為 20 萬美元,還有一個更便宜並且更具有科幻意味的選擇——單獨冷凍頭部,僅需 8 萬美元。不過,在現有的技術手段之下,選擇人體冷凍,比起「追求永生」和「無限可能」,更像是在參與一場結果未知的科學實驗。

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當然,技術仍然不斷進步,關於人體冷凍的最新進展似乎為貝德福以及其他被凝固在液氮罐中的人們帶來了一些希望:據報導,2020 年 12 月,一個在液氮罐中沉眠了 27 年的胚胎被取出植入一位母體的子宮,並分娩出一名健康的女嬰。

如果有一天,我們真的像艾丁格博士所說的那樣,打破生與死的邊界,獲得「永生」之時,生命是否也就失去了很多意義?

——本文摘自《真的假的!奇怪知識又增加了:自說自話的總裁顛覆認知的科學奇想》,2023 年 7 月,好出版,未經同意請勿轉載。

晴好出版_96
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晴方好,雨亦奇,換個角度都是「晴好」

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蓋房子高手?建築業的未來新星:科氏芽孢桿菌——《細菌群像》
麥田出版_96
・2023/03/12 ・1528字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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  • Bacillus cohnii   
  • 科氏芽孢桿菌
  • 形狀:圓
  • 直徑:0.6 至 0.7 微米
  • 前進:使用布滿細胞表面的鞭毛
科氏芽孢桿菌。圖/《細菌群像》。

會產生石灰的細菌

細菌不僅可以用於生產食物或提煉金屬,還可以用來建造橋樑和房屋。

例如科氏芽孢桿菌,這是一種一點都不起眼,但會產生石灰的細菌。它喜歡鹼性的生活環境,像是酸鹼值可達八的馬糞裡。但它也生活在鹼性更強的環境,全世界都有其蹤跡,甚至在歐洲、非洲、南美、土耳其的鹼湖裡,它會利用溶在湖裡的碳酸鹽產生石灰。

此細菌最初是在一九九○年代初期,德國微生物及細胞培養保藏中心的細菌學家在尋找偏好鹼性環境的新菌種時所發現,當時的土壤樣本來自一個鹼性土壤的牧場,裡面還殘留著馬糞。

科氏芽孢桿菌除了能夠忍受酸鹼值超過十二的強鹼,相當於氣味刺鼻的氨水的酸鹼值,還能形成孢子渡過長時間的乾旱期。細菌孢子的特性是具有極強的抵抗力,可以存活數十年或數百年,在特定的條件下甚至超過數百萬年(球形離胺酸芽孢桿菌(→ 78頁)還有發芽的能力。

科氏芽孢桿菌的名字源自於德國細菌學家費迪南.尤利烏斯.科恩(Ferdinand Julius Cohn),細菌學的奠基者,也是一八七二年第一個鑑識出芽孢桿菌屬這種小桿形細菌的學者。

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研發能「自行修復」的混凝土

科氏芽孢桿菌能生活在鹼性環境中,能產生石灰,孢子經過長時間還具有發芽能力。結合這三種特性,令建築業對之產生興趣。一位荷蘭微生物學家專門研究會產生石灰的細菌,並嘗試研發出一種能自行修復的混凝土。

科學家試圖利用科氏芽孢桿菌研發出能自行修復的混凝土。圖/envatoelements

他的做法是將細菌孢子與銨鹽、磷酸鹽及養分混合在一起,封裝於黏土球裡,然後將這粒只有幾公厘大小的顆粒加入強鹼性的混凝土中。混凝土硬化後若一直保持緊密,便無事發生。但如果出現裂縫,開始長時間滲水,細菌孢子就會開始萌發。當細菌繁殖分裂,會消耗添加進去的物質,並不斷產生碳酸鈣填補裂縫。一道幾公釐寬的裂縫,只需數天時間即可修補完畢。

如此一來,科氏芽孢桿菌就可以解決混凝土結構出現裂縫的難題,否則定期必須進行的繁複維修,造成的損失可高達數十億歐元。除此之外,此細菌也能用在保護現存的建築物,在噴塗混凝土或修復液中皆已測試添加此細菌,用在已出現細微裂縫的建築構件上。

不過,此項產品至今尚未成熟,黏土顆粒仍然占據太多空間,進而影響混凝土的穩定性。還有載體材質、養分及混凝土之間的交互作用,以及孢子平均分布與釋放,與石灰形成的速度及過程等等,都還在改良中。如今,研究人員也測試其他能形成石灰的細菌是否適用。不過無論如何,科氏芽孢桿菌可說是混凝土生物修復劑的先鋒。

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科氏芽孢桿菌這類會產生石灰的細菌,現在也運用在其他目的上。一家德國公司利用它來黏走採礦產生的灰塵。方法是將細菌加入培養液裡,灑在布滿灰塵的泥土上,六至四十八小時內就會產生石灰,將灰塵顆粒黏在一起形成砂岩,即固化灰塵。從前為了抑制灰塵,礦業公司必須使用大量的水,如今,藉由細菌的幫忙,就可以省下這些水了。

——本文摘自《細菌群像:50種微小又頑強,帶領人類探索生命奧祕,推動科學前進的迷人生物》,2023 年 3 月,麥田出版,未經同意請勿轉載。

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1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。