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研究生:戴坤良
研究生(外文):Kun-Liang Tai
論文名稱:紅麴米生產monacolinK及色素條件之研究
論文名稱(外文):Studies on Production Conditions of Monacolin K and Pigment from Red Fermented Rice
指導教授:柯文慶柯文慶引用關係謝昌衛謝昌衛引用關係
指導教授(外文):Wen-Ching KoChang-Wei Hsieh
學位類別:碩士
校院名稱:大葉大學
系所名稱:生物產業科技學系
學門:生命科學學門
學類:生物科技學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:145
中文關鍵詞:紅麴monacolin K紅色色素反應曲面法(RSM)
外文關鍵詞:Monascus spp.monacolin Kred pigmentresponse surface methodology(RSM)
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中文摘要

紅麴菌可產生多種二次代謝產物,如:紅色色素與monacolin K等,有鑑於此,本研究以產製高經濟價值之紅麴發酵物為目標,第一階層在製麴過程中分別添加水、4% 果糖、0.5% 乙醇及1% 蛋白腖進行試驗,第二階層利用反應曲面法(RSM),探討製麴過程中,最適添加物與添加濃度,以了解添加物與製品品質間之關連性。其結果如下:
1.紅麴製麴過程中,不同添加物試驗結果顯示,添加4% 果糖之培養方式其酸度最高約0.09%(以乳酸計),且就色澤部份也最深,至於蛋白酶、澱粉酶活性、還原醣及色素產量也皆為其他三者高,其活性各別為0.18 Unit/g、117 glucoseμmole/ml、13.8 mg/ml與33.48 mg/kg,而monacolin K部份則以添加0.5% 乙醇之方式產量為最高約95 mg/kg。2. 經由RSM試驗設計後其研究結果顯示,在添加物濃度為2.5% 果糖、0.3% 乙醇及1.2% 蛋白腖時,可產生高活性之澱粉酶約144.89μmole/ml;而在2.5% 果糖、0.7% 乙醇及0.9% 蛋白腖之下,可產生高活性之蛋白酶約0.28 Unit/g;在添加濃度為4.6% 果糖、0.4% 乙醇及1.4% 蛋白腖,可產色高紅色色素產量,其產量為46.77 mg/kg;至於monacolin K部份,其最適添加濃度為4.6% 果糖、0.7% 乙醇及0.9% 蛋白腖,則可達到最大產量約102 mg/kg。經由上述RSM設計後所得之結論,選擇不同目標產物分別進行二次培養,分別發現所之結果與上述各種產物之最適添加濃度相近,因此證明可利用不同條件之方式,產製所需產品之目標物以提高整體利用率與價值。
ABSTRACT

The monascus spp. could product the intracellular secondary metabolites (ex:red pigment and monacolin K)which advances high commercial value of the monacus fermentation. In the first stage, the objectives of this research were to study different codictions addition water, 4% fructose,0.5% ethanol and 1% peptone during the solid culture. In the second stage, using RSM for discussion optimum additive and concentration during koji making procedure.The derived results were discussed as follows:
1. In the procedure, the different additional results showed that the titratable acidity in the highest approximately 0.09% with adding 4% fructose and the darkness to compare enhance or improved, as for protease activity (0.18 Unit/g), amylase activity (117 glucose μmole/ml), reducing sugar(13.8 mg/ml) and red pigment yield is also to the highest, but the highest approximately 95 mg/kg of monacolin K yield as the with 0.5% ethanol cultures.
2. According to superimposed plots finds optimum produced high amylase activity with approximately is 144.89 μmole/ml during fructose, 0.3% ethanol and 1.2% peptone. The highest of protease activity was approximately 0.28 Unit/g in 2.5% fructose, 0.7% ethanol and 0.9% peptone. The highest red pigment yield (45 mg/ml) which including 4.6% fructose, 0.4% ethanol and 1.4% peptone. The sections of monacolin K, which optimum concentration added 4.0% fructose, 0.7% ethanol and 0.9% peptone and then the ultimate yield could achieve 102 mg/kg.
In conclusion, chosen different goal product division into culture, as a result close to the different production of optimum addition before, therefore demonstrated that could use different additional condition for advance there general and value.
目錄

封面內頁
簽名頁
授權書iii
中文摘要iv
英文摘要vi
誌謝viii
目錄ix
圖目錄xiii
表目錄xviii

1.緒言1
2.文獻回顧5
2.1紅麴的起源與使用歷史5
2.2紅麴菌形態分類5
2.3紅麴之代謝產物7
2.3.1紅麴色素7
2.3.2色素的穩定性14
2.3.2.1碳、氮源的影響15
2.3.2.2酸鹼值的影響15
2.3.2.3培養基組成份的影響16
2.3.2.4溫度的影響16
2.3.3膽固醇合成抑制劑(monacolin K)17
2.3.3.1Monacolin K之發現20
2.3.3.2Monacolin K之作用機21
2.3.3.3Monacolin K之合成機22
2.3.3.4培養條件對monacolin K生成之影響27
2.3.4紅麴二次代謝物29
2.3.4.1降血壓物質29
2.3.4.2降血糖29
2.3.4.3抗氧化能力30
2.3.4.4抑菌功效30
2.3.4.5抗疲勞功效30
2.3.4.6防癌功效31
2.3.4.7不飽和脂肪酸31
2.4反應曲面法之簡介32
2.4.1反應曲面法之原理32
2.4.2二水準因子設計37
2.4.3反應曲面模式適切性之統計檢驗39
3.材料與方法41
3.1實驗材料41
3.2儀器設備41
3.3試驗藥品43
3.4實驗設計與方法43
3.4.1實驗流程43
3.4.1.1紅麴製麴試驗流程圖43
3.4.1.2紅麴製麴中最適添加條件之試驗流程圖43
3.4.2實驗設計43
3.5分析方法47
3.5.1紅麴粗酵素液萃取47
3.5.2紅麴色素萃取47
3.5.3酸鹼值測定 48
3.5.4水分測定48
3.5.5酸度測定48
3.5.6色澤測定49
3.5.7還原醣含量測定49
3.5.8澱粉酶活性測定50
3.5.9蛋白酶活性測定50
3.5.10色素產量測定51
3.5.11monacolin K之分析方法51
3.5.11.1固態培養monacilin K 之萃取51
3.5.11.2monacilin K濃度之測定52
4.結果與討論58
4.1紅麴成品相關成份分析58
4.1.1發酵期間中水分含量及溫度之變化58
4.1.2發酵期間中pH值及可滴定酸度之變化61
4.1.3發酵期間中紅麴萃取液之L、a值與色差之變化64
4.1.4發酵期間中澱粉酶活性與還原醣產量之變化68
4.1.5發酵期間中蛋白酶活性之變化71
4.1.6發酵期間中色素產量之變化73
4.1.7發酵期間中monacolin K之變化75
4.2反應曲面模式分析77
4.2.1添加物條件對紅麴米中澱粉酶活性之影響77
4.2.2添加物條件對紅麴米中還原醣含量之影響82
4.2.3添加物條件對紅麴米中酸度之影響85
4.2.4添加物條件對紅麴米中蛋白酶活性之影響88
4.2.5添加物條件對紅麴米萃取液中L值之影響91
4.2.6添加物條件對紅麴米萃取液中a值之影響96
4.2.7添加物條件對紅麴米萃取液中色差之影響102
4.2.8添加物條件對紅麴色素產量之影響112
4.2.9添加物條件對紅麴米中monacolin K之影響 123
5.結論134
參考文獻135

圖目錄
圖1紅麴菌菌絲體內生成色素之結構9
圖2紅麴菌橙色色素之生化合成途徑11
圖3紅麴紅色色素之合成途12
圖4水溶性紅麴色素之合成13
圖5膽固醇的生合成路徑19
圖6Monacolin K及其他相關化合物之構造23
圖7膽固醇合成途徑24
圖8Monacolin K之β-hydroxyacid from抑制HMG-CoA reductase活性25
圖9Lovastatin之生合成途徑26
圖10Dimerumic acid 抗氧化機制33
圖11反應曲面圖35
圖12進行反應曲面法之流程圖36
圖13中心混層設計法之星點及中心點補充實驗圖38
圖14紅麴製麴試驗流程圖44
圖15紅麴製麴中最適添加物條件之試驗流程圖45
圖16還原醣濃度之檢量曲線53
圖17澱粉酶濃度之檢量曲線54
圖18酪胺酸濃度之檢量曲線55
圖19紅麴色素產量之檢量曲線56
圖20Monacolin K標準品之線性回歸標準曲線圖57
圖21在300g米中加入20mL之四種不同添加物於紅麴製麴過程中其米麴麴溫之變化59
圖22在300g米中加入20mL之四種不同添加物於紅麴製麴過程中其米麴水份含量之影響60
圖23在300g米中加入20mL之四種不同添加物於紅麴製麴過程中其米麴pH值之影響62
圖24在300g米中加入20mL之四種不同添加物於紅麴製麴過程中其米麴酸度之變化63
圖25在300g米中加入20mL之四種不同添加物於紅麴製麴過程中其L值之變化65
圖26在300g米中加入20mL之四種不同添加物於紅麴製麴過程中其a值之變化66
圖27在300g米中加入20mL之四種不同添加物於紅麴製麴過程中其色差之變化67
圖28在300g米中加入20mL之四種不同添加物於紅麴製麴過程中其澱粉酶之變化69
圖29在300g米中加入20mL之四種不同添加物於紅麴製麴過程中其還原醣之變化70
圖30在300g米中加入20mL之四種不同添加物於紅麴製麴過程中其蛋白酶之變化72
圖31在300g米中加入20mL之四種不同添加物於紅麴製麴過程中其紅色色素產量之變化74
圖32在300g米中加入20mL之四種不同添加物於紅麴製麴過程中其monacolin K產量之變化76
圖33在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及蛋白腖於不同乙醇濃度環境下其L值之等高線圖93
圖34在300g米中添加20mL不同濃度之乙醇及蛋白腖於不同果糖濃度環境下其L值之等高線圖94
圖35在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及乙醇於不同蛋白腖濃度環境下其L值之等高線圖95
圖36在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及蛋白腖於不同乙醇濃度環境下a值之等高線圖99
圖37在300g米中添加20mL不同濃度之乙醇及蛋白腖於不同果糖濃度環境下其a值之等高線圖100
圖38在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及乙醇於不同蛋白腖濃度環境下其a值之等高線圖101
圖39在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及蛋白腖在 0.75 % 乙醇中色差之反應曲面圖103
圖40在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及蛋白腖在 0.5 % 乙醇中色差之反應曲面圖104
圖41在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及蛋白腖在 0.25 % 乙醇中色差之反應曲面圖105
圖42在300g米中添加20mL不同濃度之乙醇及蛋白腖在 6 % 果糖中色差之反應曲面圖106
圖43在300g米中添加20mL不同濃度之乙醇及蛋白腖在 4 % 果糖中色差之反應曲面圖107
圖44在300g米中添加20mL不同濃度之乙醇及蛋白腖在 2 % 果糖中色差之反應曲面圖108
圖45在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及乙醇在1.5 % 蛋白腖中色差之反應曲面圖109
圖46在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及乙醇在 1 % 蛋白腖中色差之反應曲面圖110
圖47在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及乙醇在0.5 % 蛋白腖中色差之反應曲面圖111
圖48在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及蛋白腖在 0.75 % 乙醇中紅色色素產量之反應曲面圖114
圖49在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及蛋白腖在 0.5 % 乙醇中紅色色素產量之反應曲面圖115
圖50在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及蛋白腖在 0.25 % 乙醇中紅色色素產量之反應曲面圖116
圖51在300g米中添加20mL不同濃度之乙醇及蛋白腖在 6 % 果糖中紅色色素產量之反應曲面圖117
圖52在300g米中添加20mL不同濃度之乙醇及蛋白腖在 4 % 果糖中紅色色素產量之反應曲面圖118
圖53在300g米中添加20mL不同濃度之乙醇及蛋白腖在 2 % 果糖中紅色色素產量之反應曲面圖119
圖54在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及乙醇在1.5 % 蛋白腖中紅色色素產量之反應曲面圖120
圖55在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及乙醇在 1 % 蛋白腖中紅色色素產量之反應曲面圖121
圖56在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及乙醇在1.5 % 蛋白腖中紅色色素產量之反應曲面圖122
圖57在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及蛋白腖在 0.75 % 乙醇中monacolin K之反應曲面圖125
圖58在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及蛋白腖在 0.5 % 乙醇中monacolin K之反應曲面圖126
圖59在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及蛋白腖在 0.25 % 乙醇中monacolin K之反應曲面圖127
圖60在300g米中添加20mL不同濃度之乙醇及蛋白腖在 6 % 果糖中monacolin K之反應曲面圖128
圖61在300g米中添加20mL不同濃度之乙醇及蛋白腖在 4 % 果糖中monacolin K之反應曲面圖129
圖62在300g米中添加20mL不同濃度之乙醇及蛋白腖在 2 % 果糖中monacolin K之反應曲面圖130
圖63在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及乙醇在1.5 % 蛋白腖中monacolin K之反應曲面圖131
圖64在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及乙醇在 1 % 蛋白腖中monacolin K之反應曲面圖132
圖65在300g米中添加20mL不同濃度之果糖及乙醇在0.5 % 蛋白腖中monacolin K之反應曲面圖133

表目錄
表1紅麴色素的化學特性10
表2紅麴色素之用途18
表3反應曲面法之三變數-三層階的實驗設計46
表4三變數-三層階反應曲面設計中加工自變數及其層46
表5HPLC之操作條件52
表6反應曲面法試驗設計下添加果糖、乙醇及蛋白腖對72小時紅麴米各種應變數之實驗數據78
表7澱粉酶活性之固定化變數之聯合檢測分析80
表8脊型分析評估澱粉酶之比活性最大值81
表9還原醣之固定化變數之聯合檢測分析83
表10脊型分析評估還原醣之最大值84
表11酸度之固定化變數之聯合檢測分析86
表12脊型分析評估酸度之最大值87
表13蛋白酶活性之固定化變數之聯合檢測分析89
表14脊型分析評估蛋白酶之比活性最大值90
參考文獻

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