臺灣博碩士論文加值系統

摘 要
目前工業上生產之異麥芽寡糖糖漿總異麥芽寡糖(IMO)含量約55∼60%，其餘成份為葡萄糖(G1)、麥芽糖(G2)及麥芽三糖(G3)等可消化糖(digestible sugars)，因仍可被人體消化吸收產生熱量，不利保健與養生。為解決此一困擾，本研究利用澱粉價68.45%之米屑，調成35%乾重懸浮液，經液化、糖化及添加0.1% 葡萄糖基轉移酵素(簡稱TG，學名a-D-glucosidase，Amano產品)進行葡萄糖基之轉移作用，所得之米屑總糖重30.21%，內含異麥芽寡糖總重53.19%，與環泰公司的產品57.18%比較，相當接近。二者分別利用酵母菌在30℃、震盪80 rpm之下發酵72小時，可完全除去可消化糖，最終產物可達100 % 的異麥芽寡糖糖漿。
實驗結果發現IMO的製備受液化程度、酵素加入方式、反應時間與pH之控制等因素影響，改變不同條件就有不同之IMO組成，與澱粉原料種類無關。控制高濃度麥芽糖(G2)反應基質可產生高異麥芽糖(IG2)含量之IMO；生產高panose 之IMO則需要含高濃度麥芽三糖或四糖的反應基質。米屑作為澱粉原料糖化時，使用去支鏈酵素promozyme加β-amylase與單獨使用糖化酵素Fungamyl所得到兩種不同之糖化液，經TG異構化後總異麥芽寡糖含量差異性不大。同時發現米屑液化後逕行加入TG進行異構化，總糖份仍有15.04%，異麥芽寡糖含量達53.2%，顯示TG具糖化與異構化雙重功能。酵母菌除糖方面，以吟釀清酒酵母及啤酒酵母(No.19)最佳，上述二株酵母菌以30℃震盪(150 rpm)培養24小時之對數期酵母最具除糖效率，培養40小時之穩定期酵母雖然菌數濃度較高，對除糖反而不利。
在探討反應基質濃度對除糖之影響方面，高基質濃度時，即總糖重量濃度35%的環泰異麥芽寡糖與30%的米屑異麥芽寡糖，前者採用吟釀清酒酵母及啤酒酵母分段添加效果最佳，後者則直接加入啤酒酵母菌體為優。在低基質濃度時，如重量濃度17.5%的環泰及15%的米屑異麥芽寡糖，均可採用啤酒酵母併同麥汁進行發酵，操作上較為簡便有效。

Abstract
Most commercially available isomalto-oligosaccharides (IMO) syrups contain about 55~60 % IMO and others which are digestible sugars including glucose (G1), maltose (G2), and maltotriose (G3). In the human body, these digestible sugars can be converted to calories. To product healthy products, we first converted 35 %, w/v rice crumbs to 53.19 %, w/w IMO by a series of enzymatic reactions: liquefaction, saccharification and glucosyl-translation. The last reaction was catalyzed by Amano transglucosidase (TG, a-D-glucosidase) with a dosage of 0.1 %. The IMO concentration at this level is comparable to that of a commercial product from Taiwan Fructose Co. (57.18 %, w/w). The prepared and commercial IMO mixtures were both incubated with yeast cells at 30 °C under shaking (80 rpm) for 72 h. Due to the yeast fermentation, all digestible sugars were removed from the IMO mixtures to yield 100 % IMO syrups.
Experimental results show that the final composition of IMO was controlled by the extent of liquefaction, the way of enzyme addition, reaction time and pH value, but independent of the source of starch. A higher concentration of G2 in the mixture led a higher concentration of IG2 in the IMO after glucosyltranslation by TG. However, a higher concentration of G3 or G4 was needed to yield a higher content of panose in the IMO. When rice crumbs were used as the starch source, the saccharification products obtained by using either the combination of pullulanase and b-amylase or solely Fungamyl, could have almost the same level of IMO content after the followed catalysis of TG. However, when TG was directly added to the liquefaction mixture, an IMO content of 53.2 % could be reached but only 15.04 % of total sugars were obtained. The results also suggest that TG has a dual function of saccharification and glucosyltranslation. Among the brewery yeasts that were adopted for testing in this study, Sake yeast and Saccharomyces cervisiae No. 19 were found to be the best ones for the removal of digestible sugars. The best strategy for yeast fermentation was using yeast cells harvested at the log phase, i.e., the grown cells after shaking (150 rpm) for 24 h at 30 °C. When the cells at the stationary phase (after 40 h growth) were used, the efficiency was lower though the cell density was higher.
The effect of substrate concentration on the efficiency of eliminating digestible sugars from IMO mixtures by yeast fermentation was also studied. In the fermentation on higher substrate concentrations, adding Sake yeast and Saccharomyces cervisiae in sequence could result in a higher yield from 35 % of Taiwan Fructose IMO. But it was better by directly adding Saccharomyces cervisiae to the 30% solution of prepared IMO from rice crumbs. When the substrate concentrations were lower, for examples, 17.5 % of Taiwan Fructose IMO and 15 % IMO from rice crumbs, the best way to obtain a higher efficiency was simply applying Saccharomyces cervisiae with malt juice to these IMO mixtures.

目錄
中文摘要‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥Ⅰ
英文摘要‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥Ⅲ
目錄‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥Ⅴ
圖目錄‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥Ⅷ
表目錄‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥Ⅸ
第一章　緒論‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1
1.1. 機能性寡糖與異麥芽寡糖‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1
1.2. 異麥芽寡糖的性質‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥2
1.2.1. 異麥芽寡糖組成與化學結構‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥2
1.2.2. 異麥芽寡糖漿的特性‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
1.3. 研究動機與目的‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥10
1.3.1. 研究動機‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥10
1.3.2. 研究目的‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥10
1.4. 文獻回顧‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥12
1.4.1. 酵素之特性‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥12
1.4.2. 酵素之來源‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥13
1.4.3. 酵素在工業上之應用‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥14
1.4.4. 澱粉加工之酵素應用‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥15
1.4.5. α-D-葡萄糖(α-D-glucosidase)之來源‥‥‥‥‥‥‥16
1.4.6. α-D-葡萄糖轉移反應機構探討‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥17
1.4.7. α-D-葡萄糖之物理化學特性‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥24
1.4.8. 自由酵素法與固定化法生產異麥芽寡糖之評估‥‥‥‥‥29
1.4.9. 酵母菌之酒精發酵‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥35
第二章　實驗材料與方法‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥39
2.1. 實驗材料‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥39
2.1.1. 原料‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥39
2.1.2. 酵素劑及檢量線試劑‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥39
2.1.3. 培養基製備‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥40
2.1.4. 菌種來源‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥43
2.2. 實驗設備‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥44
2.2.1. 一般設備‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥44
2.2.2. 分析設備‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥45
2.3. 實驗方法‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥45
2.3.1. 米屑異麥芽寡糖漿製備‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥45
2.3.2. 異麥芽寡糖去除可消化糖試驗‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥46
2.4. 分析方法‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥51
2.4.1. 一般分析‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥51
2.4.2. 寡糖成份分析‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．53
第三章　結果與討論‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥． 61
3.1. 米屑異麥芽寡糖的製備‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．‥61
3.1.1. 30%米屑IMO的製備‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．‥61
3.1.2. G4異麥芽寡糖之認定‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．‥‥‥61
3.1.3. 影響IMO組成因素‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．‥‥‥‥68
3.2. 異麥芽寡糖去除可消化糖之菌種選擇‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．‥‥70
3.3. 去除環泰異麥芽寡糖中的可消化糖‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．‥‥‥72
3.3.1. 麴汁培養法‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．‥‥72
3.3.2. 麥汁培養法‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．‥‥72
3.4. 去除米屑異麥芽寡糖中的可消化糖‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．‥‥78
3.5. 環泰IMO與米屑IMO酵母菌除糖過程各項成份變化‥‥‥‥．‥83
3.5.1. 使用穩定期酵母之影響‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．‥‥‥83
3.5.2. 使用對數期酵母之優越‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．‥‥90
3.6. 各種異麥芽寡糖製備之探討‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．‥‥‥‥97
3.6.1. 高panose異麥芽寡糖之製備‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．‥97
3.6.2. 各種IMO與HIMO之安定性‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥99
3.7. 高濃度異麥芽寡糖漿大量試製‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥100
第四章　結論與建議‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．‥‥106
參考文獻‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．．．‥‥‥110
個人資料簡介‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．．．‥‥‥113
圖目錄
圖1.1. 麥芽糖及異麥芽寡糖三種主要成分的化學結構‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
圖1.2. 麥芽糖及異麥芽寡糖三種主要成分的化學結構簡意圖‥‥‥‥‥‥‥4
圖1.3. 異麥芽寡糖滋化Bifidus菌的成果‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．‥9
圖1.4. 酵素在澱粉加工上之應用‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．‥‥‥‥15
圖1.5. 以15% maltose為唯一的基質在胞內α-D-glucosidase催化反應下
各成分之變化‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．‥‥‥‥‥．．．．‥‥18
圖1.6. 以15% panose為唯一的基質在胞內α-D-glucosidase催化反應下
各成分之變化‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．．．．．‥20
圖1.7. 以15% isomaltose為唯一的基質在胞內α-D-glucosidase催化反
應下各成分之變化‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．．．．．．‥．‥21
圖1.8. 以30% maltose 為唯一的基質在胞內 α-D- glucosidase催化反
應下各成分之變化‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥．．．．．24
圖1.9. 游離態與固定態α-D- glucosidase之pH穩定度‥‥‥‥‥‥‥‥25
圖1.10.游離態與固定態α-D- glucosidase在不同pH的活性‥‥‥‥‥‥26
圖1.11.游離態與固定態α-D- glucosidase的耐熱性‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥27
圖1.12.在40,45,50與55℃之下固定化酵素催化異麥芽寡糖的合成‥‥‥28
圖1.13.在40℃之下固定化酵素催化合成異麥芽寡糖各寡糖濃度之變化‥‥28
圖1.14.酵素固定前(空心圓)後(實心圓)Km 與Vmax的比較‥‥‥‥‥‥‥32
圖1.15.比較經過聚乙烯亞胺與戊二醛處裡的菌絲體（◆），與固定酵素在幾丁質顆粒（●），與未經任何處理的菌絲體（▲），在 37℃的批次反應之下活性衰退的情形‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥34
圖1.16.酵母菌利用各種糖類產生酒精相關代謝途徑‥‥‥‥‥‥‥‥‥35
圖1.17.高級醇的生成途徑‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥36
圖2.1. 高濃度異麥芽寡糖漿試驗流程圖‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥48
Fig. 2.2 Calibration curve for glucose concentration determined by HPLC‥‥‥54
Fig. 2.3 Calibration curve for maltose concentration determined by HPLC‥‥‥55
Fig. 2.4 Calibration curve for isomaltose concentration determined by HPLC‥‥56
Fig. 2.5 Calibration curve for maltotriose concentration determined by HPLC‥57
Fig. 2.6 Calibration curve for panose concentration determined by HPLC‥‥58
Fig. 2.7 Calibration curve for isomaltotriose concentration determined by HPLC‥59
Fig. 2.8 Calibration curve for maltotetraose concentration determined by HPLC‥60
Fig.3.1 Saccharification of rice crumbs A by promozyme and b-amylase as
sample B‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥63
Fig. 3.2 Saccharification of rice crumbs A by Fungamyl as sample C……‥‥‥64
Fig 3.3 Isomerization of liquidized rice crumbs A by TG as sample D……‥‥65
Fig. 3.4 Isomerization of rice crumbs C by TG as sample E………………‥‥66
Fig. 3.5 Isomerization of rice crumbs B by TG as sample F………………‥‥67
Fig 3.6 15% 米屑IMO(發酵前)之組成‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥81
Fig 3.7 15% 米屑 IMO去除可消化糖(發酵)後之HIMO組成‥‥‥‥‥81
Fig 3.8 環泰IMO與米屑IMO酵母菌除糖過程之減重變化………………85
Fig 3.9 環泰IMO與米屑IMO酵母菌除糖過程之染色率變化‥‥‥‥‥86
Fig 3.10 35%環泰IMO (TF)與30%米屑IMO (RC)分段添加酵母法除糖之成份變化‥87
Fig 3.11 17.5%環泰IMO (TF)與15%米屑IMO (RC)酵母併麥汁法除糖之成份變化‥88
Fig 3.12 30%米屑IMO與15%米屑IMO酵母菌體法除糖過程之減重變化‥92
Fig 3.13 米屑IMO利用對數期與穩定期酵母除糖過程之染色率變化‥‥‥93
Fig 3.14 30%米屑IMO與15%米屑IMO酵母菌體法除糖之成份變化‥‥‥94
Fig 3.15 30%米屑IMO與15%米屑IMO酵母菌體法除糖過程之酒精變化‥95
表目錄
表1.1. 自由酵素與固定化酵素生成異麥芽寡糖的成份變化‥‥‥‥‥‥‥34
表1.2. 各種環境條件與微生物的生長範圍‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥38
表3.1.1. 米糠米屑的容重及一般成分‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥62
表3.1.2. 35%環泰IMO與30%米屑IMO組成份比較表‥‥‥‥‥‥‥‥‥62
表3.2.1. 環泰IMO除糖菌種選擇‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥71
表3.3.1. 環泰IMO麴汁培養法除糖酵母菌加入控制條件‥‥‥‥‥‥‥‥73
表3.3.2. 環泰IMO麴汁培養法除糖每日百分率變化‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥73
表3.3.3. 環泰IMO麥汁培養法除糖酵母菌加入控制條件‥‥‥‥‥‥‥‥75
表3.3.4. 環泰IMO麥汁培養法除糖每日百分率變化‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥76
表3.4.1. 米屑IMO麥汁培養法除糖酵母菌加入控制條件‥‥‥‥‥‥‥‥79
表3.4.2. 米屑IMO麥汁培養法除糖每日百分率變化‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥80
表3.5.1. 環泰IMO與米屑IMO利用穩定期酵母除糖酵母菌加入控制條件‥84
表3.5.2. 環泰IMO與米屑IMO利用穩定期酵母除糖每日百分率變化‥‥‥84
表3.5.3. 米屑IMO利用對數期酵母除糖酵母菌加入控制條件‥‥‥‥‥‥91
表3.5.4. 30%與15%米屑IMO利用對數期酵母除糖每日百分率變化‥‥‥91
表3.6.1. 各種不同控制條件下IMO之panose含量‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥98
表3.6.2. 澱粉原料生產高含量panose 最適條件‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥98
表3.7.1. 30%澱粉IMO連續取樣HPLC圖譜各成份高峰mv值
(第一批) ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥102
表3.7.2. 30%澱粉IMO連續取樣HPLC圖譜各成份高峰mv值
(第二批) ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥103
表3.7.3. 35%澱粉IMO暨12%HIMO連續取樣HPLC圖譜各成份高峰mv值
(第三批)‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥104
表3.7.4. 35%澱粉IMO暨12%HIMO現場試驗記錄表
(第三批)‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥

參考文獻
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