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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食品中的還原醣 (Reducing sugar)和天門冬醯胺 (Asparagine)於高溫下作用，會生成丙烯醯胺 (Acrylamide; 簡稱 AA)。高劑量的AA已被證實與致癌和神經毒有關。前人研究指出膨脹劑可能為影響油條AA生成的重要因子。本研究目的是尋找降低油條中丙烯醯胺生成之方法，以減少國人暴露量。試驗設計採用複因子分析，探討碳酸氫銨、碳酸氫鈉與硫酸鋁鉀 (無水)對於油條AA生成的影響。實驗結果可知，鹼性膨脹劑會增加AA含量，其中碳酸氫銨之影響較碳酸氫鈉顯著，硫酸鋁鉀 (無水)則能降低AA的生成。以比體積和AA含量依序篩選，碳酸氫銨、碳酸氫鈉與硫酸鋁鉀 (無水)添加比例分別為1%、0%、1%，AA含量為101 ± 8 ppb，比體積為5.40 ± 0.12 cm3/g，可以作為低AA油條製備之參考配方。雖然碳酸氫銨促進AA含量增加，但適量地添加硫酸鋁鉀 (無水)能有效的降低AA，並兼顧比體積。此外，甘胺酸、氯化鈣和氯化鎂亦有減量的效果，其中1%氯化鎂能降低穀研所配方60.88% AA生成量，亦增加油條的比體積14.71%。
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米穀粉於食品加工領域的應用與日俱增，故須發展針對米穀粉品質檢測之參數指標。本研究之目的為建立分辦米穀粉特性之方法，藉此了解米穀粉之性質並作為米穀粉加工應用之參考。於本研究中，精白米預先被磨成粉後，測定基本組成、粒徑分佈、糊化性質、膨潤力、溶解度、滯留溶劑能力(solvent retention capacity)、破損澱粉、直鏈澱粉含量、α及β澱粉酶之活性及攪拌性質。最終以米穀粉做烘焙產品米麵包。研究結果顯示，蛋白質品質與破損澱粉為影響米穀粉攪拌性質之主要因子。添加1.5%之羥丙基甲基纖維素(hydroxypropylmethylcellulose, HPMC)至米穀粉中使能其在 farinograph檢測中達到500 FU之標準。Farinograph之指標受到滯留乳酸及碳酸鈉之能力影響，而兩者又分別與蛋白質品質與破損澱粉有關。吸水率(water absorption)和攪拌耐受指標(mixing tolerance index)與滯留乳酸和碳酸鈉(r>0.9, p<0.001)之能力呈正相關，然而擴展時間(development time)和攪拌彈性時間(stability time)與滯留乳酸(r< -0.9, p< 0.001)之能力呈負相關。 米穀粉之烘焙產品結果顯示滯留溶劑能力(solvent retention capacity), 破損澱粉, 直鏈澱粉含量皆影響米麵包之性質. 其中影像米麵包體積的重要因素藉為破損澱粉及滯留溶劑能力(solvent retention capacity)的五碳聚醣(pentosan)。米麵包之高度、比體積及體積指標皆與滯留蔗糖之能力成正相關(r> 0.8, p<0.05)，然而體積指標與滯留碳酸鈉之能力成負相關(r< -0.8, p<0.05).。本研究所使用之方法能分析米穀粉之特性並作為品工業中米穀粉品質管制之指標。
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紫米為一富含花青素的穀類食品，具有多種生理活性，例如: 抗氧化、護肝以及降低膽固醇等等。許多研究指出穀類食品經過乳酸菌發酵後會顯著提升穀類食品的機能性，由於穀類的組成份是以澱粉為主，乳酸菌較難以利用，而前人的研究中有添加大麥芽在玉米泥中可降低其黏度，並有助於乳酸菌的生長，故本研究期望添加大麥芽對於乳酸菌的生長及紫米發酵液的抗氧化能力有提升的效果。根據研究結果顯示，未添加大麥芽及添加大麥芽組別相較之下，菌數、pH值、可滴定酸以及黏度上都有顯著性的差異，推測是大麥芽含有許多酵素，例如: 澱粉分解酵素、蛋白分解酵素及葡聚糖分解酵素等，將大分子的澱粉、蛋白質及葡聚醣做分解，發酵液中的營養物質增加，可供乳酸菌利用，而總酚、花青素、DPPH自由基清除能力及總抗氧化能力經過發酵之後皆呈現下降的情形，推測的原因是乳酸菌在發酵過程中將多酚類物質降解所致。
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感染性疾病(Infectious diseases)主要是由致病微生物所引起的，在人類和動物體中，此疾病主要發生在黏膜表面，特別是在腸道中。黏膜組織是體內免疫系統與外界各種抗原接觸作用的主要部位，可防止病原微生物入侵生物體。在人體中，小腸是最大的淋巴器官，含有許多淋巴球。近年來已有文獻顯示，小腸上皮細胞(Intestinal epithelial cells；IEC)在調節腸道平衡和免疫反應上扮演著關鍵角色。大豆粕(soybean meal；SBM)俗稱豆粉，為大豆經過溶劑萃取油脂後所留下之副產物。大豆粕因含有高量蛋白質，所以在飼料工業中已被廣泛的作為蛋白的來源。有研究指出，來自大豆蛋白的生物活性肽具有免疫調節活性。因此，本研究的目的為評估發酵豆粕衍生肽對於腸黏膜免疫的調節作用。將豆粕與小麥依比例混合做為基質，之後利用三種不同的菌酛在不同時間點下進行發酵，分別為Aspergillus oryzae BCRC 30428、Rhizopus oryzae BCRC 31150、Bacillus subtilis BCRC 14715。這些菌株常用在發酵東方傳統製品上，而在本實驗中則用以分解豆粕中的蛋白質，產生生物活性肽。IEC-6細胞株為來自大鼠的正常小腸上皮細胞，本研究用它作為體外細胞模式，以評估發酵豆粕衍生肽在LPS的誘導下是否可以降低細胞間的滲透性和細胞激素IL-6的分泌，以及增加IL-10的分泌。同時也評估在單獨給予發酵豆粕水萃物時是否可以增加IL-6和IL-10的分泌量，以間接證實對於IgA生成量的關係。首先測定IEC-6細胞株電阻，知其電阻值約為80.82 ± 2.75 Ω•cm2，與文獻中所顯示之大鼠完整小腸組織(50-100 Ω • cm2)電阻相似，因此，可確定IEC-6細胞株可做為細胞單層膜模式，用以評估上皮細胞的障壁功能。實驗結果顯示，不同菌酛在不同發酵時間下所得之發酵產物，皆顯示隨著發酵時間增加，48、60、72 h之豆粕水萃物對於大鼠小腸上皮細胞均有促進增生的效果。接著將不同菌酛發酵48、60、72 h之豆粕水萃物，進一步做細胞通透性的測定，結果顯示，利用B. subtilis natto發酵之豆粕水萃物，可維持上皮細胞之屏障完整性，對於黏膜並無損傷作用。因此，進一步的以Lipopolysaccharides（LPS）作為誘導劑，觀察B. subtilis natto發酵之豆粕水萃物對於上皮細胞是否有保護效果。結果可知，B. subtilis natto在不同發酵時間下之豆粕水萃物對於LPS所誘導降低的細胞跨膜電阻值(Transepithelial resistance; TER)皆有顯著增加的情形，可有效改善細胞通透性減緩黏膜損傷。而在IL-6細胞激素分泌量的實驗中，A. oryzae和B. subtilis natto的發酵水萃物，隨著發酵時間的增加，其對於LPS所誘導增加的IL-6分泌量有顯著性降低之作用，顯示這些發酵水萃物可有效降低發炎激素的產生。同時B. subtilis natto的發酵水萃物，在與LPS共培養下，也可有效提升IL-10的分泌量。綜合以上結果，可知B. subtilis natto的發酵水萃物，確實具有較好的生理活性，因此，接著利用分子篩層析法分離B. subtilis natto發酵水萃物中之不同大小片段之胜肽，結果顯示B. subtilis natto發酵水萃物確實有隨著發酵時間增加，分子量較小之胜肽有增加的趨勢。因此，之後會進一步的將分離出之區分物，進行生物活性評估，以找出具有黏膜免疫作用的生物活性肽。
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本研究利用Monascus pilosus BCRC 3152在30℃下進行黑豆之固態發酵十天，進而探討所製備黑豆麴之機能性成分 (酚酸、γ-胺基丁酸) 並測試黑豆麴中麩胺酸脫羧酶 (glutamate decarboxylase, GAD )活性，胺基態氮 (amino nitrogen) 之含量及其對脂多醣誘發NO、TNF-α發炎因子之影響。結果顯示，在30℃下所製備之黑豆麴中，其酚酸 (phenolic acid) 、胺基態氮含量隨著發酵天數之延長而提高。酚酸含量於發酵期間第十天時達最高，與未發酵黑豆相比其含量顯著提升2.04倍 (p < 0.05)。在發酵過程中麩胺酸脫羧酶活性在發酵時間第六天達到最高，其所生成之γ-胺基丁酸含量亦為最高。胺基態氮含量則隨著發酵天數增加而顯著增加。不論黑豆或黑豆麴甲醇萃取物在濃度為15 μg/mL時，均能顯著降低由脂多醣誘導RAW264.7所產生之NO及TNF-α之生成，當濃度為15 μg/mL時，抑制能力隨發酵天數增加而提升，其中又以發酵十天之黑豆麴甲醇萃取物效果最佳。
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憂鬱症是一種盛行且造成高社會經濟負擔的疾病。世界衛生組織預估在2030年憂鬱症將成為全球高負擔性疾病的第一名。然而，現行治療憂鬱症的藥物經常帶來許多副作用，因此，發展預防憂鬱症或其替代療法則為一重要課題。本研究以皮質固酮誘導分化及未分化的PC12細胞產生損傷，藉由以三種不同方式給予各焙度咖啡後對受損PC12存活率的影響，評估各焙度咖啡的神經保護作用。同時測定各焙度咖啡的抗氧化性及活性成分的含量，以探討咖啡的神經保護作用與咖啡的抗氧化性間的關聯性。此外，以各焙度咖啡對受皮質固酮損傷的已分化PC12之神經突起長度的影響，判定各焙度咖啡對神經可塑性的影響。結果顯示，以ABTS方法測定的結果中，隨著咖啡焙度的增加，其抗氧化力會些微上升而後下降；HPLC定量結果則指出，隨著焙烤程度的增加，咖啡中的綠原酸、阿魏酸、槲皮素及芸香素含量會逐漸下降，而咖啡因及咖啡酸含量則先上升而後下降。對於分化及未分化的PC12而言，二爆初咖啡均能提升受損細胞的存活率，達到神經保護作用，此作用可能僅部分與二爆初咖啡中的親脂性抗氧化物，例如：綠原酸內酯所提供的抗氧化作用有關，但其保護作用的主要機制仍需進一步探討。此外，各焙度的咖啡也均能抑制已分化PC12細胞因受皮質固酮損傷而引起的神經突起縮短現象，表示各焙度咖啡皆具有改善神經可塑性的潛力。綜合以上結果，咖啡可能藉由神經保護作及改善神經可塑性而具有預防或延緩憂鬱症發生的可能性。
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真菌的細胞壁組成中具(1,6)-β-D-葡萄糖基分支之(1,3)-β-D-葡萄聚醣為一可做為生物反應修飾劑（biological response modifiers）的活性多醣，本研究利用可專一性檢測的酵素水解 [endo-與exo-(1,3)-β-D-glucanase] 結合陰離子交換層析方法量化台灣常見食用菇及靈芝菌絲發酵產物內該種葡萄聚醣的含量及分支度特性。利用0.5 M NaOH鹼液可提高(1,3;1,6)-β-D-葡萄聚醣的萃出量，為熱水萃取的4.4 – 16.4倍，除木質化程度較高的靈芝以外，不同萃取方式所得的食用菇可溶性(1,3;1,6)-β-D-葡萄聚醣其分支度並無明顯差異。靈芝子實體含有不同分支比例的β-D-葡萄聚醣，熱水萃取可得到較高分支比例的部份 (分支度0.24)，鹼液萃取因使低分支比例的葡萄聚醣溶出，使平均分支比例降低至0.13。而食用菇蕈子實體內非水溶(1,3;1,6)-β-D-葡萄聚醣含量為每克菇體乾重5.11 – 202.50 mg，水溶性(1,3;1,6)-β-D-葡萄聚醣含量則為每克菇體乾重0.18 – 15.36 mg，以白木耳最低，杏鮑菇最高。由食用菇蕈水溶非消化多醣刺激含有報導基因轉殖質體的老鼠巨噬細胞株RAW 264.7，檢測報導基因 (luciferase) 的活性表現及腫瘤壞死因子 (tumor necrosis factor-alpha, TNF-alpha)、一氧化氮 (nitric oxide, NO) 的釋放量，發現黑木耳、巴西洋菇、白木耳及珊瑚菇有高度的免疫刺激效果，顯示食用菇蕈多醣中具免疫刺激活性者並非只有(1,3;1,6)-β-D-葡萄聚醣。另外，也證實報導基因luciferase活性增加所代表誘導型一氧化氮合成酶 (inducible nitric oxide synthase, iNOS) 和誘導型環氧化酶 (cyclooxygenase-2, COX-2) 基因promoter的活化，與TNF-alpha釋放量有高度正向相關，顯示以此平台取代TNF-alpha檢測的可行性，以及做為一高通量篩檢食材成分免疫刺激效果之快速平台的可應用性。 靈芝為一重要食藥兩用之菇蕈，在現代生技工業中常用液態發酵方式培養菌絲體以獲得高量的多醣，因此選用Ganoderma lucidum BCRC36123菌株12個批次培養的菌絲發酵產品，研究此類產品中多醣產量與(1,3;1,6)-β-D-葡萄聚醣含量的變異。結果顯示發酵液中可溶性(1,3;1,6)-β-D-葡萄聚醣之濃度有大輻的變動，變異範圍在1.3 – 79.9 mg/dL，但在有顯著產量的條件下，該多醣的分支度及分子量輪廓相似，分別介於0.21 – 0.36及10^5 – 10^6 g/mol，並利用(1,3;1,6)-β-D-葡萄聚醣易互相絮集的特性，成功地以35%乙醇劃分沈降的方式將其自原多醣樣品中分離純化出，也藉由刺激老鼠巨噬細胞株RAW 264.7釋放TNF-alpha的活性證實，該多醣為一適切的活性指標。
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自由基 (Free radicals) 在細胞中可擔任訊息傳遞介質以維持細胞的正常運作，但是過高的自由基會導致氧化壓力產生，而許多疾病的進程已被證實與氧化壓力有相關聯性，因此找尋潛在抗氧化能力的食材是目前重要的研究課題。抗氧化活性評估方法，不外乎利用體外試管實驗，例如清除DPPH (1,1-diphenyl-2-pricrylhydrazyl)自由基能力、還原力測定等，但是這些分析方法僅是針對消除某幾種特定自由基所設計，且為單純化學反應的評估，無法正確反應生物體的狀況；若以動物體為模式，則消耗時間、金錢、人力且違反3R (Replace, Reduce, Refine) 原則，因此發展一個可快速大量篩檢且即時偵測抗氧化能力的細胞平台是必要的。首先，利用生物技術方法建立一個含有抗氧化反應 (Antioxidant responsive element, ARE) 與分泌型報導基因 (Secretory luciferase reporter gene) 的質體，運用PCR與DNA定序等方式確認其質體的建立後，將其轉殖入人類舌癌細胞Ca9-22中，以抗生素400 μg/mL Neomycin篩選成功轉殖的細胞株。當待測物誘發轉錄因子--NF-E2相關因子二 (Nuclear factor-erythroid 2-related factor-2) 轉運至核內並結合到ARE片段上，將會啟動下游報導基因的轉錄及轉譯，藉由收集培養液即時偵測Nano-Glo Luciferase冷光蛋白的表現量，以代表待測物能誘發抗氧化的能力。本研究已成功建立此細胞平台，並已確認其穩定度與靈敏度，將來可以利用此細胞平台作為抗氧化潛力食材因子的篩選工具。
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玉米烯酮（zearalenone ; ZEN）為Fusarium產生的一種類雌激素黴菌毒素，利用酵素水解玉米烯酮毒素可有效減少毒素含量，由Clonostachys rosea中選殖到的zhd101即為一可表現具有分解玉米烯酮的内酯水解酶（lactonohydrolase）的基因。應用益生菌做為表現宿主除了其安全性高、耐酸、耐膽鹽和腸道吸附性以外，也具很高的便利性，本實驗中所使用的乳酸桿菌為由肉雞腸道中分離出的Lactobacillus reuteri Pg4，已證實具有益生菌之特性。將zhd101基因構築於乳酸菌-大腸桿菌穿梭載體pNZ3004，並利用電穿孔轉形獲得L. reuteri pNZ-zhd101轉形株，在DNA、RNA及蛋白質層次可證實重組菌株具表達Zhd101之能力；以高效能液相層析儀進行酵素活性檢測，由於乳酸菌生長代謝產生酸會使Zhd101酵素失活，因此藉由發酵槽控制pH值，結果顯示重組乳酸菌之生長相較於L. reuteri Pg4慢，但在pH 7的環境下具有降解ZEN的活性，質體及基因的存在率在發酵14小時後分別為91%及100%。本實驗成功利用重組乳酸桿菌L. reuteri pNZ-zhd101表達玉米烯酮內酯水解酶Zhd101，利用發酵槽放大培養的轉形株具有降解玉米烯酮的能力而且表現高度穩定度。
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