國立臺灣大學食品科技研究所學位論文/Institute of Food Science and Technology
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本研究探討桑椹汁 (Mulberry juice) 花青素對於神經細胞的保護功效。研究結果顯示，冷凍乾燥後的桑椹汁粉末 (Mulberry juice powder, MJP) 含有約19 mg/g之花青素；經過固相萃取裝置純化後凍乾之桑椹汁花青素萃取物粉末 (Anthocyanin extract from ulberry juice, AEMJ) ，其總花青素含量高達243 mg/g。HPLC 分析結果則顯示桑椹汁中花青素組成主要為cyanindin-3-glucoside 以及 cyanidin-3-rutinoside。在體外 (in vitro) 抗氧化能力方面，MJP 濃度提高至 4 mg/ml 時，1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) 自由基清除能力可達約81%；花青素萃取物自由基清除能力與兒茶素相當，當濃度達到 1 mg/ml時，清除能力高於兒茶素，約為90%。MJP 的還原力隨著濃度升高，吸光值也提高，當濃度達2 mg/ml時，吸收強度約為1.58；AEMJ的還原力則與兒茶素相似，當濃度到達0.25 mg/ml時，吸收強度已達2左右。細胞實驗方面，以大鼠神經瘤 C6 細胞缺氧模式作為神經元細胞保護之評估模式。以5 mM Na2S2O4 處理誘導缺氧之控制組細胞存活率為60.98%；缺氧誘導前，共培養之 MJP濃度提高至25 μg anthocyanin/ml，缺氧模式 C6 細胞存活率為89.74%；共培養之AEMJ濃度達50 μg anthocyanin/ml時，缺氧模式 C6細胞存活率為92.21%。在細胞內源性抗氧化能力測試方面，隨著 AEMJ 處理濃度增加，細胞 glutathione 有上升的趨勢，但 superoxide dismutase則有減少的趨勢。實驗結果顯示 MJP 及 AEMJ 確實有保護缺氧模式 C6 細胞之功效。
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色澤是評估富含花青素之飲品最重要的品質項目之ㄧ。本研究目的在探討咖啡酸之添加及酒精濃度對重組桑椹再製酒中花青素穩定性及呈色表現之影響。實驗以桑椹果汁粉末與糖蜜酒精調製桑椹酒精溶液，首先以兩因子三層階之反應曲面法探討桑椹酒精溶液中花青素與咖啡酸之莫耳濃度比例及酒精濃度之最適條件範圍，再進行不同溫度的儲藏試驗，觀察花青素及呈色穩定性以確認最佳條件。 經過HPLC 分析後發現桑椹中所含的花青素主要為cyanidin 3-O-glucoside，其次為cyanidin 3-O-rutinoside。實驗結果顯示，隨著花青素/咖啡酸之莫耳濃度比例及酒精濃度提高，桑椹酒精溶液中總花青素含量及a*值會增加，但裂解指數（DI）上升會減緩，綜合上述結果，最適條件為：添加莫耳濃度比例為1:30~ 40，酒精濃度為30~ 50%之間。經過儲存試驗發現，桑椹酒精溶液添加咖啡酸形成之共呈色複合物在酒精溶液中具有穩定花青素及呈色表現的效果，但酒精濃度的提高會影響共呈色複合物的穩定性，因此以添加比例為1:30 及酒精濃度30%效果最佳。由25 及37℃儲存試驗結果發現，添加咖啡酸組重組桑椹再製酒均可保留較高之總花青素含量及表現較高之a*值，顯示咖啡酸之共呈色作用能有效延緩花青素降解及酒液褐變的情況，提高酒液在儲存期間色澤品質的安定性。
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為瞭解抗壞血酸於乙醇溶液中的穩定性，本研究利用 0-40 % 酒精濃度的抗壞血酸模式溶液進行探討。反應動力學結果顯示，在45 ℃ 下儲藏，抗壞血酸於酒精溶液中之降解速率隨著乙醇濃度的提高而上升，且抗壞血酸之降解為一級反應 (first-order reaction)。酒精模式溶液中抗壞血酸之降解活化能介於9.71-3.33 (kcal/mole) 之間，且與酒精濃度成劑量關係增加。2-furoic acid 、呋喃醛 (furfural) 和 3-hydroxy-2-pyrone (3OH2P) 為抗壞血酸主要之降解產物，隨著模式溶液酒精濃度的提高其生成量逐漸減少；而抗壞血酸模式溶液於儲藏過程中的褐變情形並不明顯。由生成的產物分析結果推測，抗壞血酸在酒精溶液中主要是走好氧裂解途徑。 水活性與酸鹼值為影響抗壞血酸降解的主要因子。抗壞血酸於 pH 2.6 酒精模式溶液中的降解趨勢、降解產物與褐變情形均與未調整酸鹼值之結果相類似，表示酸鹼值並非是造成高酒精濃度中抗壞血酸降解速率增加、劣解產物降低的主要因素。在 pH 4.6 的酒精模式溶液中，抗壞血酸之降解亦隨著酒精濃度的增加而增加，且降解產物和褐變程度亦隨酒精濃度的增加而增加。 以甘油配製成與酒精模式溶液相同水活性之甘油模式溶液，並經酸鹼值調整至 2.6 後，儲藏於 45 ℃ 下，結果顯示隨著甘油濃度增加 (相當於高酒精濃度)，模式溶液水活性降低，抗壞血酸之降解卻越快，此結果與前述實驗結果不同，表示水活性亦非是高酒精濃度下抗壞血酸降解加速的主要因素。
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反式脂肪酸(Trans fatty acids, TFAs)為包含一或多個不共軛反式雙鍵結構之不飽和脂肪酸，其主要來源為加工食品中部分氫化的油脂，1990年代許多研究均指出攝取過多反式脂肪會升高罹患心血管疾病的風險。 近年的研究指出體內反式脂肪除食物來源之外，尚有部分經自由基誘導脂肪酸順反異構化之反式脂肪酸在體內生成，即內生性 (endogenous)反式脂肪，其生成量與體內自由基含量呈正相關。研究中指出吸煙者、誘導發炎大鼠及正常老化的大鼠體內具有較多內生性反式脂肪。阿茲海默症 (Alzheimer's disease, AD)為目前失智症最主要的一類，患者腦部出現含有類澱粉蛋白(beta-amyloid peptide, Aβ)的老化斑塊沈積 (senile plaques)及神經糾結 (tangles)，且在腦部可觀察到升高的氧化壓力及發炎反應，推測較高之氧化壓力及發炎亦可能引起脂肪酸順反式異構化。本研究乃探討側腦室注射Aβ25-35誘導阿茲海默症之Sprague-Dawley 大鼠 (SD rats)的腦部、肝臟、心臟及脂肪組織中是否有較高量內生性反式脂肪酸之存在，期可應用為AD之預測性指標。 本研究共分為兩部分，其一為分析大鼠組織內氧化壓力指標，另一部份為分析大鼠組織內脂肪酸組成。在氧化壓力指標方面，肝臟脂質過氧化物thiobarbituric acid reactive substances (TBARS)含量與肝臟麩胱甘肽還原酶 (glutathione reductase, GRd)活性分析中發現Aβ注射組之大鼠體內可能有偏高之氧化壓力。而在肝臟麩胱甘肽過氧化酶 (glutathione peroxidase, GPx)活性分析與血漿TBARS含量分析結果方面則無顯著差異。 在脂肪酸組成分析方面，使用氣相層析串聯質譜儀分析生理食鹽水注射組 (控制組)、Aβ注射組與Aβ及resveratrol 同時注射組之大鼠腦部、肝臟、腹部脂肪組織、副睪脂肪組織與皮下脂肪組織之脂肪酸組成時，發現各組皆未檢出反式脂肪酸，或其含量低於偵測下限，僅大鼠心臟組織中有檢出低於定量極限之反式脂肪，而各組之主要脂肪酸組成則無顯著差異。但Aβ組大鼠腹部脂肪總脂肪酸含量則顯著低於控制組；而Aβ及resveratrol 同時注射組大鼠腹部脂肪總脂肪酸含量亦低於控制組。未偵測到反式脂肪的原因推測如後，注射Aβ之劑量及時間所引致之自由基不足以導致內生性反式脂肪酸生成，或因注射Aβ而生成的自由基侷限在腦內小部分區域 (如海馬迴)，或是採集組織的時間已超過發炎的急性期而自由基生成量減少。未來可進一步探討AD導致自由基生成量之測定與其造成內生性反式脂肪生成的能力。 綜合上述結果，由側腦室連續7天注射Aβ25-35誘發AD之大鼠的腦部、肝臟與脂肪組織中並未偵測到內生性反式脂肪，僅在各組的心臟組織內則偵測到微量TFAs，且各組織中之脂肪酸組成與控制組比較並無顯著差異。
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高粱酒為東方社會特有的蒸餾酒。本研究目的為建立高粱酒感官品評方法，藉由感官、基本分分析及gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)分析市售高粱酒，基本成分分析包含總酸、揮發性酸、總酯及雜醇油，並以GC-MS分析香氣組成。六位經過篩選及訓練的品評員藉由感官品評建立高粱酒之感官描述語，進而建立高粱酒的品評流程。感官描述語有外觀（清澈度、懸浮物）、香氣（豐富性、協調性、強度、刺鼻程度、不好的氣味）、嚐味（豐富性、協調性、強度、口腔與鼻、不好的味道），品評員依感官描述語所建立之高粱酒評分表對18種市售高粱酒評分。結果顯示：香氣-協調性（r＝0.815）及嚐味-協調性（r＝0.899）的影響程度最高，得知協調性在高粱酒中是品評中影響較大的因子；由GC-MS分析高粱酒，共計有6種acids、11種alcohols、40種esters、8種carbonyl compounds及18種miscellaneous compounds被定性出，這些香氣成分大都有其特殊風味，可解釋評分表中感官描述語。由主成分分析顯示acid和香氣組成呈現較高之負相關（r＝-0.768）、ester與carbonyl compound和香氣組成呈現正相關（r≧0.568），定量分析結果顯示ester為高粱酒主要香氣成分。高粱酒中的四主要酯類本實驗僅檢測出己酸乙酯。Solid Phase Microextraction（SPME）用於檢測高粱酒的最適條件為Fiber：DVR/CAR/PDMS（50/30 μm），鹽濃度2％，加熱溫度40 ℃，吸附時間：HS-SPME為60分鐘；DI-SPME為30分鐘，酒精度以去離子水稀釋：HS-SPME稀釋後為15 ％（v/v）；DI-SPME稀釋後為5 ％（v/v）。本實驗所建立的高粱酒評分表，清楚的指出高粱酒中的風味描述，可提供以後相關產業或用於高粱酒比賽之評分參考之用。
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入侵外來種(alien invasive species)由IUCN定義為已於自然或半自然生態環境中建立穩定族群，並可能進而威脅原生生物多樣性者。台灣目前有許多因不同目的引進之外來種植物，而2008年農委會公佈台灣十大入侵外來種植物，分別為小花蔓澤蘭、香澤蘭、銀合歡、豬草、大黍、銀膠菊、象草、槭葉牽牛、馬櫻丹以及與布袋蓮，然而目前防治方法仍然使用物理伐除居多，若可開發入侵植物之利用價值，期望可增加伐除之誘因以減少其對本土生態環境之影響。目前尚未有報告針對其美白功能進行研究，因此實驗將針對此方向進行討論。以水及乙醇進行萃取得到十大入侵外來種植物之水及乙醇萃取物，水萃取物之萃取率介於3.0~29.0%，乙醇萃取物之萃取率介於7.8~19.0%之間。體外試驗測試其清除自由基的能力，在清除DPPH自由基的部份，銀合歡水萃取物具有最佳抑制效果IC50為0.16mg/ml；清除ABTS自由基的部份，銀合歡水萃取物具有最佳抑制效果IC50為0.15mg/ml；酪胺酸酶活性抑制試驗僅有銀合歡水萃取物具有抑制效果，且隨著萃取物濃度增加而增加；總酚含量測試結果銀合歡水萃取物具有相較最高的總酚含量為231.8mgGA/gextract。細胞內使用小鼠黑色素瘤細胞 (B16F0)，測試外來種植物之萃取物對B16F0細胞存活率，得到6種植物之水及乙醇萃取物的細胞存活率皆＞80%。其中以槭葉牽牛與銀合歡水萃取物抑制酪胺酸酶的活性與抑制黑色素生成的效果最佳，針對槭葉牽牛與銀合歡水萃取物於B16F0細胞內探討，皆具有time-dependence及does-dependence之相關性。實驗最後收集與樣品反應過後的細胞團塊，發現槭葉牽牛水萃取物與正對照組1mM麴酸具有使細胞塊白化的現象。實驗結果發現，實驗樣本皆為植物粗萃取物，然而實驗結果都近正對照組之美白效果，倘若可以更深入將植物內有效成份分離出來進行更深入研究，期望得到更佳的效果，進而達到原先預期的目標。
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糖尿病為胰島素分泌缺乏或胰島素作用缺失所導致的一種醣類代謝的慢性疾病。約 95％ 的糖尿病患者屬於第二型糖尿病，發生原因主要為胰島素作用缺失及體內細胞對胰島素無法引起正常之反應而導致高血糖症。咖啡酸及肉桂酸為多種水果、蔬菜及咖啡中常存在的兩種酚酸，近來已有許多研究在評估此兩酚酸抗高血糖之活性。 本實驗以 TNF-α 誘導小鼠肝臟 FL83B 細胞產生胰島素阻抗，再評估咖啡酸及肉桂酸之增加阻抗細胞葡萄糖攝入及改善醣類代謝。實驗中以葡萄糖攝入實驗評估兩種酚酸降血糖之效果，並分析胰島素訊息蛋白、肝醣合成相關酵素以及糖質新生酵素的表現，以解釋胰島素阻抗 FL83B 細胞中葡萄糖攝入增加與肝醣合成之改善。 於抗高血糖效果實驗中發現，咖啡酸及肉桂酸會促進胰島素受器 (Insulin receptor, IR) 磷酸化及增加胰島素訊息相關蛋白包括磷酸肌醇激酶(phosphatidylinositol-3 kinase, PI3K)、肝醣合成酶 (glycogen synthase, GS) 及葡萄糖轉運蛋白 (glucose transporter-2, GLUT-2) 的表現。於改善醣類代謝結果顯示，此兩種酚酸會增加胰島素阻抗細胞中葡萄糖激酶 (Glucokinase, GK)，但會減少肝醣合成酶激酶 (glycogen synthase kinase, GSK)、肝醣合成酶 serine 磷酸、肝細胞核因子 (hepatic nuclear factor-4, HNF-4) 及磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(phosphoenolpyruvate carbooxykinase, PEPCK) 的表現。根據以上之結果推測，咖啡酸及肉桂酸可以藉由改善胰島素阻抗 FL83B 細胞對胰島素的敏感度而促進細胞葡萄糖攝入及改善醣類代謝。
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微膠囊化是保護益生菌乾燥菌體的一種方式，為瞭解以孔洞狀澱粉顆粒為載體時是否可提高乾燥微膠囊化益生菌之存活率，本研究主要是利用10%不同水解率（30、45或60%）之孔洞澱粉及10%阿拉伯膠做為載體，藉由噴霧乾燥法、冷凍乾燥法進行Bifidobacterium longum B6之微膠囊化，並探討微膠囊化對B. longum B6在胃酸（pH 2.0）、膽鹽（2%）之耐受性及其貯存穩定性。 除未水解澱粉試驗組外，試驗前將澱粉顆粒以澱粉葡萄糖分解酵素預先水解為水解率約30、45與60%之三種孔洞狀澱粉試驗組，結果顯示，水解玉米澱粉1.5、2.5與4小時，可得到水解率30、45與60%孔洞澱粉。一般而言冷凍乾燥後B. longum B6之存活率高於噴霧乾燥者，以冷凍乾燥法利用水解率30及45%之孔洞澱粉為載體微膠囊化菌體之存活率分別為44.31及35.66%。在出口溫度為50℃下進行噴霧乾燥後，菌體存活率則分別為33.85及14.95%，將出口溫度提高至60℃時，造成菌體存活率之下降。微膠囊化粉末與pH 2.0胃酸溶液接觸3小時後B. longum B6之存活率皆比未微膠囊化之菌體高，呈現保護效果（p<0.05）。與2%膽鹽溶液接觸4小時後，顯示以水解率30與45%孔洞澱粉載體微膠囊化粉末中B. longum B6具有較高的存活率（p<0.05），且45%孔洞澱粉包覆者具有最佳之效果。以水解率30與45%孔洞澱粉為載體進行微膠囊化可提高B. longum B6菌體之儲存安定性，此外冷凍乾燥微膠囊中菌體之儲存安定性較噴霧乾燥者高，且於4℃儲存菌體之存活率較於25℃高，增加孔洞澱粉載體可小幅的延緩菌體儲存過程存活率下降之趨勢，顯示使用S30或S45為載體進行微膠囊化可提高益生菌在加工製程之存活率。
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糖尿病（diabetes mellitus；DM）為目前全球流行之慢性代謝疾病，在台灣，糖尿病多年來皆位於十大死因前五名之列，由於糖尿病患者體內長期處於高血糖之狀態，會進一步造成其病症惡化以及引發多種併發症，而飯後高血糖為造成糖尿病患許多併發症之主因之一。目前在治療糖尿病之主要藥物中，只有α-葡萄糖苷酶 (α-glucosidase) 抑制劑具有有效降低飯後血糖之效果。本實驗以抑制α-葡萄糖苷酶之活性為篩選平台，由十一種中草藥中篩選出具有抑制α-葡萄糖苷酶活性之材料，結果發現五倍子之抑制活性最為顯著，故選用五倍子做進一步的分離純化，希望從中找尋出具有調節血糖功效之活性成分，並期望能由多方面達到調節血糖以及改善糖尿病之效果。 在抑制α-葡萄糖苷酶活性試驗中，五倍子之乙酸乙酯萃取層，具有最高之抑制活性，且在抑制DPP-4酵素、抑制糖化終產物(AGEs)生成以及抑制α-澱粉酶 (α-amylase) 之實驗中，乙酸乙酯萃取層亦具有最佳之活性。進一步以 Sephadex LH-20 膠體將乙酸乙酯萃取物進行管柱層析分離為EA-A ~ EA-I九個區分層，將此九個區分層進行抑制α-葡萄糖苷酶活性試驗，實驗結果發現EA-G 區分層對酵母來源及大鼠來源之α-葡萄糖苷酶抑制性率分別為93.59 % 及42.91 %，與其他區分層相較有最佳之抑制活性。另外EA-G 區分層在清除 DPPH 自由基、抑制糖化終產物(AGEs)生成、抑制α-澱粉酶 (α-amylase) 以及促進小鼠肝細胞FL83B葡萄糖攝入之實驗中亦具有良好之活性。 由上述實驗結果選出 EA-G 區分層做進一步之純化，在經過高效液相層析儀分離純化後，得到之七個區分物G1 ~ G7，當中G4及G5兩個區分物對 α-葡萄糖苷酶之抑制活性分別為97.7 %以及99.93 %，其抑制能力顯著高於 EA-G 之其他區分物。進一步收集此兩區分物做 LC-MS 質譜分析並與文獻比對後，推知此兩個區分物為1,2,3,6-tetra-O-galloyl-β-d-glucose 及 1,2,3,4,6-penta-O-galloyl-β-d-glucose。 綜合以上實驗結果可知，五倍子具有良好之 α-葡萄糖苷酶抑制活性，並推測其主要活性成分為 1,2,3,6-tetra-O-galloyl-β-d-glucose 及 1,2,3,4,6-penta-O-galloyl -β-d-glucose。五倍子除了具有良好之 α-葡萄糖苷酶抑制活性外，尚有 α-澱粉酶抑制活性、DPP-4 抑制活性、清除 DPPH 自由基、抑制 AGEs 形成、刺激細胞吸收葡萄糖等各種生理活性，故五倍子具有由多方面性達到調節血糖之效果，以及發展為抗糖尿病活性產品之潛力。
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酸處理與乙醯酯化為兩種常用的澱粉修飾方法，酸修飾可降低糊化澱粉黏度，而乙醯酯化修飾，可以降低糊化溫度、增加澄清度、黏度及冷凍解凍穩定性。傳統乙醯酯化修飾方法於鹼溶液中進行反應，不但反應時間長，且會產生多量廢液。因此本論文嘗試於醋酸溶液中以微波加熱方式修飾澱粉，希望利用微波之電磁波促使極性分子震盪，利用極性分子間的摩擦，在短時間提高溫度，達到修飾澱粉的目的。本實驗探討利用不同濃度醋酸溶液(0 (水、對照組), 0.05, 0.1, 0.5, 1.0, 2.0, 5.0, 10.0, 15.0, 17.44 N)浸潤玉米澱粉，於粉體狀態下進行微波處理30秒，發現各試驗組產生的水解程度低，澱粉流失率皆為2 %以下，即使是於17.44 N (99.7 %)的冰醋酸中澱粉顆粒仍無顯著的水解液化。以光學及電子顯微鏡觀察修飾後的澱粉顆粒，發現醋酸濃度範圍為0 N (控制組) ~ 10 N的各試驗組，澱粉顆粒均產生明顯的膨潤與十字偏光性消失現象，且隨醋酸濃度增加程度愈加明顯，在5 N及10 N是驗組多數澱粉顆粒已看不到十字偏光性；此澱粉顆粒結晶度降低現象也可由X射線繞射及示差熱掃描分析結果得到證實。當醋酸濃度範圍為0 N (控制組) ~ 10 N的各試驗組，在示差熱掃描分析中熱焓值顯著下降，並有顯著的回凝吸收峰產生，顯示澱粉顆粒產生部分糊化。以連續糊化測定儀觀察於醋酸中進行微波處理之澱粉的成糊性質，發現各處理組別有不同程度成糊黏度下降現象，1.0與2.0 N 試驗組的澱粉有類似稀沸澱粉的成糊性質。進一步利用低剪力的動態流變分析，觀察加熱過程澱粉顆粒膨潤性質，結果顯示5 N及10 N兩處理組在較低溫度(< 55℃)時澱粉顆粒已產生膨潤現象，且由高效能分子篩層析分析觀察到澱粉分子產生較顯著的降解，但仍保持澱粉高分子量的特性。在高濃度的10.0 N及17.44 N兩試驗組，微波處理對澱粉顆粒影響不顯著，顯示經微波處理後仍保持較完整的結晶型態。因此使用濃度10.0 N及17.44 N兩試驗組添加醋酸酐進行酯化反應，以30秒時間的微波處理其乙醯酯化取代度分別可為0.004與0.008。