微生物产业之生物性危害研究

1微生物產業之生物性危害研究行政院勞委會勞工安全衛生研究所2文獻探討由於利用微生物於製程中，如：準備生物培養液、在生物反應器中大量生產微生物、分離微生物或其產物、處理製程中產生的廢棄物時，工作人員皆有可能會暴露於使用的微生物、經基因改造之微生物、以及微生物所產生的產物，而造成工作人員健康上的潛在威脅，導致感染、中毒或過敏症狀的出現。3文獻探討細菌與真菌中生產酵素的工作人員出現氣喘與似感冒之症狀，其血液中對B.subtilis抗體效價明顯上升，並有肺功能受損的情形。ToppingMDetal.報告一家生物科技工廠使用Aspergillusniger於其製程中，導致員工因暴露於空氣中A.niger的孢子與抗原物質，以致部分員工出現過敏症狀；研究認為主要來自工廠的菌種培養液。SeatonandWales也發現在以糖蜜（molasses）與Aspergillusniger發酵生產檸檬酸的工廠員工，出現過敏以及呼吸道不適；該工作環境空氣中A.niger濃度為490CFU/m3。4國內的微生物產業可分為傳統食品釀造包括醬油製造、乳酸飲料製造、酒精醱酵和食醋製造新興的生物科技菌體肥料或生物肥料、動物飼料添加物、農業或環保生物製劑、生技製藥、檢驗試劑、人體和動物疫苗、保健或健康食品5傳統食品釀造主要產品為民生用品，其生產過程所使用的微生物為人類長久以來使用且認定為可食用或是對人體無害的菌種，如黴菌、酵母菌等酒精醱酵生產流程：菌種培養（在試管中）→麴汁（24小時）→三角瓶培養（24小時）→卡式罐（24小時）→第一酒母（酵母增殖，好氣培養）→第二酒母（酵母增殖，好氣培養）→發酵槽（2~3天），產量：8~10﹪酒精80㎏/天→蒸餾（15℃95﹪酒精）→檢定槽→酒精儲槽6傳統食品釀造醬油醱酵生產流程：蛋白原料：黃豆（脫脂豆片）蒸煮→冷卻↘澱粉原料：小麥炒熟→冷卻→磨碎→加種麴→製麴(溫度＜45℃，2天)→成為麴豆＋鹽水→發酵（時間約半年）→通氣、攪拌→抽取醬汁和黃豆渣混合物→以紗布過濾→壓榨→調煮→滅菌→裝瓶→倉儲危害：在此生產製程中，菌種培育和原料與菌種混合二個步驟可能造成含微生物本體或其衍生物(如孢子)氣懸化，而導致工作人員微生物或其孢子的暴露。7菌體肥料(生物肥料)於有機肥料中添加微生物，通常有光合成菌、固氮菌、乳酸菌、放線菌等。這些微生物在土壤中可促進肥料中有利植物生長的元素釋放，幫助植物吸收利用這些生長所需的元素，因而提高農作物抗病力、改善農產品質和增加產量。8菌體肥料(生物肥料)過程有機原料(如豆渣、稻殼、椰子殼、麻油粕、蓖麻粕或菜仔粕)混合→有機原料醱酵（控制溫濕度和曝氣量）→醱酵腐熟達穩定狀態(溫度約10℃和濕度小於40%)→添加微生物(混拌)→加壓射出成小條狀顆粒→成品裝袋危害：添加微生物於醱酵腐熟的有機肥料的混拌，和將有機肥料填入機器加壓射出成小條狀顆粒的過程中。由於含有微生物菌體和孢子的粉末和已呈乾燥狀態的有機肥料，在翻動和傳送過程中很容易變成氣懸微粒而漂浮在空氣中，造成作業員工由呼吸道吸入。9動物飼料添加物主要於水產、禽類及畜牧業養殖使用的動物飼料中添加微生物，類似於菌體肥料，飼料中所加入的微生物菌種包括：枯草桿菌屬、乳酸菌屬、酵母菌屬等。過程菌種養分原料(包括蛋白質、澱粉、醣類和特殊原料)→高溫殺菌→冷卻→加糖蜜及種菌→液體或固體醱酵(若為固體醱酵，則過程中需經過數次翻動以散熱)→冷卻→乾燥(→磨粉)→包裝10動物飼料添加物危害可能造成作業員工微生物暴露的步驟為種菌、乾燥和包裝，暴露途徑主要為呼吸道吸入。和前面所述的情形類似11農業或環保生物製劑主要利用特定微生物在自然環境存在時，成為優勢菌種而抑制其他有害植物生長的致病微生物或昆蟲如黴菌、細菌、病毒、紅蜘蛛等的生長繁殖，達到保護植物的作用。其原始構想期望能取代化學農藥的使用。經常使用的菌種為枯草桿菌、放線菌等。12農業或環保生物製劑(1)固體培養流程：原料淨化滅菌→磨細→添加微生物混拌→乾式培養→乾燥→包裝(密閉作業)(2)液體培養流程：種菌培養（在三角瓶中進行）→50公升醱酵槽→500公升醱酵槽→5公噸醱酵槽→真空濃縮→噴霧乾燥→添加增量劑和分散劑→呈孢子狀態→包裝13生技製藥主要利用培養特定微生物，在其生長繁殖過程中衍生具有疾病療效的藥物。這些微生物中有可能經過基因改造，例如使用Escherichiacoli加入特定的基因片段形成質體(plasmid)，用以產生所要的蛋白或多胜，而製造多胜類藥品。實驗室操作培養流程：(1)振盪培養（shakerincubation）→以酒精萃取→過濾→HPLC分析(2)DNAsequence選定→植入Escherichiacoli中製成plasmid→選取特定形質的Escherichiacoli→誘發培養Escherichiacoli產生蛋白→高壓破碎菌體→染料染色→蛋白純化→蛋白㈵性檢驗→生產部份14生技製藥大型醱酵的生產製造流程如下：中間工廠發酵槽(50L)培養成功的菌種引入發酵槽＋培養原料→中型發酵槽(500L)→大型發酵槽(5000L)→酸化處理(使產物穩定及殺滅菌株，pH2.5)→沉澱→萃取→濃縮→包裝15生技製藥危害為執行品管控制的醱酵物取樣步驟實驗室操作過程中，小型菌種增殖培養和菌種篩選步驟，為微生物暴露可能發生的操作使用超音波細胞打碎機的實驗室並未在安全氣櫃或通風櫥中進行，可能有產生氣膠的可能16檢驗試劑業使用微生物本體或植入某一段基因片段的載體微生物，經培養產生特定的蛋白或反轉錄核酸，然後將此蛋白或反轉錄核酸塗抹於nitrocellulose所製成的薄膜或生物晶片上，而製成檢驗試紙或晶片，作為醫療檢驗上快速檢定有無特定微生物感染的工具。17檢驗試劑危害微生物菌體暴露主要發生在實驗室的研發人員，而微生物衍生物的暴露則實驗室和生產裝配的人員均有可能。實驗室所產生含有微生物的培養皿和培養液或其他實驗過程所用的針頭、吸管、手套等的處理為自行以高壓蒸氣滅菌鍋處理後交由垃圾清運公司處理，或未經高壓蒸氣滅菌鍋處理，直接裝入標示為生物性危害物(biohazardousmaterials)的橘紅色塑膠袋中，然後交予感染性事業廢棄物代處理業處理。18人體及動物疫苗以注入病原微生物進動物體內或在培養基上培養，待產生所需的抗體、免疫血清或毒素後，然後從這些培養基或動物體內取這些物質，經純化或滅毒處理，而製成疫苗。日本腦炎病毒→注入天竺鼠腦部→動物病情發作→動物犧牲抽取腦組織→純化抗原→製成針劑特殊培養基滅菌→加入破傷風菌→10L液體發酵筒（少量空氣流通）→毒素產生→離心或過濾→沉澱→精製毒素→甲醛處理以安定和減毒→透析去除甲醛→調配濃度製成疫苗19人體及動物疫苗日本腦炎病毒和破傷菌，二者屬於生物安全等級第二級的病原微生物。因為操作這類病原微生物，在製程中所使用的安全防護設備為物理性防護等級P2級，為裝有高性能微塵去除裝置(HEPA過濾器)的生物安全操作櫃，其HEPA過濾器需定期更換，並於維修或搬動時以甲醛燻蒸整個裝置。每天實驗室內使用的材料在丟棄前先經過滅菌處理，實驗及生產製造用的動物屍體以焚化爐焚燒處理。人員進入實驗及生產區域均洗手並換穿消毒滅菌過的工作服，於工作完成時工作服放置於指定區域內，防護用手套及口罩丟棄於指定的桶內，以利滅菌及銷毀20保健或健康食品利用微生物產生酵素或萃取其特定化學成分，這些酵素或特定化學成分基本上被認為有提昇免疫力、排除體內毒素和促進抗癌作用的功效。屬於這一類的微生物包括：酵母菌、乳酸菌、紅趜菌、真菌類(如靈芝、冬蟲夏草、姬松茸、樟芝、猴頭菇(Hericiumerinaceus)、舞菇(Grifolafrondosa)等21保健或健康食品振盪培養(shakerincubation)→選取菌株→小型發酵→中間工廠發酵槽(50L)培養成功的菌種(或菌絲體)引入大型發酵槽＋培養原料→中型發酵槽(500L)→大型發酵槽(5000L)→沉澱→過濾→萃取→冷凍濃縮乾燥→包裝真菌孢子→洋菜膠培養皿或培養液培養→太空包栽種量產22保健或健康食品危害對於此產業的作業員工的有害物質暴露，除微生物和真菌所產生的大量孢子散佈於空氣中，引發短暫性的呼吸道黏膜刺激需注意外，慢性效應仍難以評估。若製程中涉及成分萃取，則作業員工的有機溶劑暴露可能是需要注意的職業暴露問題。23環境監測曝露平板法重力玻片法Burkard衝擊器：N6Andersen，N1Andersen衝擊瓶：液體衝擊採樣(→PCR)242526