微生物與人類 / 子課題
微生物的應用
Applications of Microorganisms
食品發酵（釀啤酒）；疫苗生產；抗生素；工業酶（生物洗衣粉/果膠酶）；污水處理；沼氣生產
核心考點 (Knowledge Groups)
1. 舉例描述微生物發酵的工業應用
考評提示：釀啤酒步驟、工業酶用途
- 邏輯 釀造啤酒的主要步驟：麥芽中的澱粉酶把澱粉糖化為葡萄糖等可發酵糖；酵母在無氧條件下把葡萄糖發酵為乙醇及二氧化碳 (最適 pH 約 4–5，溫度約 15–20°C)；發酵完成後以巴士德消毒法加熱殺死酵母，最後進行過濾及充二氧化碳以保持風味及清澈
- 考評重點 工業酶的常見應用：蛋白酶加入生物洗衣劑中，可在較低溫度下去除蛋白質污漬；果膠酶用於果汁加工使果汁澄清、提高產量；脂肪酶亦用於生物洗衣劑去除油污；澱粉酶用於食品加工及麵包製造；以上酶多由微生物在大型發酵槽中大量生產
- trap 沼氣生產：甲烷產生菌在無氧條件下分解有機廢物 (如動物糞便、農業廢料)，產物為甲烷 (CH₄) 及二氧化碳；沼氣屬可再生能源。此過程與污水的好氧生物處理不同 — 後者以好氧細菌在有氧環境下把有機物氧化為 CO₂ 及 H₂O
常見題型 · scoring points
描述發酵工業中微生物的應用：乳酪和麵包
- 乳酪製造：乳酸桿菌進行乳酸發酵，將乳糖分解產生乳酸；乳酸降低pH使酪蛋白凝固。
- 麵包製造：釀酒酵母菌進行無氧發酵，分解糖產生乙醇和CO₂；CO₂氣泡使麵糰膨脹。
解釋抗生素的生產及工業發酵罐的應用
- 青黴素（penicillin）由青黴菌產生；抑制細菌細胞壁合成，導致細菌破裂死亡。
- 工業發酵罐提供：恆定溫度和pH、充足氧氣（通氣裝置）、無菌操作以最大化產量。
- 次級代謝物：抗生素通常在穩定期產量最高。
說明工業用酶在食品加工和日常生活中的應用
- 生物活性洗滌劑：含蛋白酶、脂肪酶、澱粉酶；在低溫下仍有效。
- 果汁加工：果膠酶（pectinase）分解細胞壁中的果膠，提高出汁率並使果汁澄清。
- 固定化酶技術：將酶固定於載體上使酶可重複使用；例：葡萄糖異構酶生產高果糖漿。
說明微生物在醫藥產品生產中的應用
- 疫苗生產：重組疫苗利用基因工程將抗原基因導入細菌或酵母菌，使其大量生產抗原蛋白。
- 胰島素生產：利用重組DNA技術將人類胰島素基因導入大腸桿菌，大量生產人胰島素。
- 抗生素：由真菌及放線菌生產（如青黴素由青黴菌屬產生），是治療細菌感染的重要藥物。
解釋沼氣生產的原理及其應用
- 原理：厭氧細菌（産甲烷菌）在無氧條件下分解有機物；產物為甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂）。
- 應用：直接燃燒作燃料；發電；剩餘沼渣可用作有機肥料。
- 優點：可再生能源；減少有機廢物及溫室氣體直接排放。
食醋的生產：醋酸桿菌的作用
- 原料：通常以含酒精的液體（如酒、果酒）為原料。
- 化學反應：醋酸桿菌（Acetobacter）在有氧條件下將乙醇氧化為醋酸（乙酸）。
- 環境需求：需要充足的氧氣供應（需氧過程）和適宜的溫度。
描述酵母在麵包與啤酒生產中的應用
- 酵母屬：Saccharomyces cerevisiae 是工業中最常用的酵母。
- 麵包：酵母分解麵粉中的糖，進行厭氧呼吸產生 CO₂ 使麵糰膨脹，酒精在烘焙時蒸發。
- 啤酒：酵母將麥芽汁中的糖發酵成酒精及 CO₂；發酵溫度、pH 及糖度會影響風味。
- 控制條件：適宜溫度（約 25–35°C）、充足糖分及無雜菌環境可提高產量。
概述抗生素的來源及作用
- 來源：大多數抗生素由真菌或細菌在生長時分泌，例如青黴素來自青黴菌（Penicillium）。
- 作用對象：抗生素能抑制或殺死細菌，但對病毒無效。
- 作用機制（概括）：干擾細菌細胞壁合成、蛋白質合成或 DNA 複製。
- 工業生產：在大型發酵罐中大量培養生產菌；提取、純化後成為藥物。
- 注意事項：濫用抗生素會選擇出抗藥性菌株，令治療效果下降。
污水處理：活性污泥法與滴濾池法
- 活性污泥法：曝氣池中泵入空氣，好氧菌分解有機物並聚集形成污泥；效率高，佔地小。
- 滴濾池法：廢水噴灑在碎石/塑膠床表面，微生物膜分解有機物；自然通風，較節能。
生物殺蟲劑與生物肥料
- Bt 毒素：蘇雲金桿菌產生蛋白質晶體，在特定昆蟲鹼性腸道激活，造成穿孔死亡。
- 根瘤菌（Rhizobium）：進入豆科植物根部固氮，將 N₂ 轉化為 NH₃；互惠互利關係。
微生物與人類 其他子課題
關於本文：由 DSE 神器團隊整理，資料以香港考試及評核局（HKEAA）最新公佈為準，含歷屆考評建議引用。最後更新：2026 年 4 月。想隨時隨地溫習？下載 DSE 生物神器 App。
