RESEARCH & DEVELOPMENT (Villareal et al., 1991) 根 據 古 典 記 載, 早 在 梁 朝, 陶 弘 景 在 名 醫 別 錄 中 即 稱 糙 米 具 有 益 氣 止 渴 止 洩 作 用 ; 而 明 代 李 時 珍 在 本 草 綱 目 中 則 稱 糙 米

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1 米 乳 酸 發 酵 飲 品 之 開 發 與 功 能 強 化 研 究 撰 文 / 楊 志 佳 涂 曉 君 陳 錦 樹 前 言 近 年 來, 隨 著 現 代 文 明 病 的 出 現, 國 民 健 康 意 識 抬 頭, 對 具 養 生 之 天 然 保 健 食 品, 如 具 改 善 腸 道 功 能 之 優 酪 乳 或 優 格 等 乳 製 發 酵 品 日 益 重 視 現 今 市 面 上 之 乳 酸 發 酵 類 產 品 多 以 牛 乳 為 基 質 接 種 乳 酸 菌 發 酵 而 成, 常 以 含 生 菌 數 量 多 寡 做 為 產 品 訴 求 指 標, 較 少 對 發 酵 液 中 之 成 分 含 量 進 行 分 析, 如 : 乳 酸 多 醣 及 其 它 人 體 有 益 之 物 質 米 穀 類 為 多 種 傳 統 發 酵 食 品 之 主 原 料, 其 中 糙 米 是 富 含 營 養 價 值 的 食 物 來 源, 含 有 許 多 有 益 人 體 之 成 分 本 研 究 室 曾 以 白 米 糙 米 及 米 糠 為 原 料, 利 用 麴 菌 之 多 種 水 解 酵 素 及 乳 酸 發 酵 方 式 強 化 米 製 發 酵 飲 品 機 能 性, 包 括 免 疫 調 節 與 抗 氧 化 活 性, 期 能 開 發 出 一 種 營 養 豐 富 具 保 健 功 能 且 與 一 般 乳 酸 發 酵 類 商 品 有 區 別 性 之 健 康 飲 品, 並 達 到 全 米 利 用 之 可 行 性, 進 而 提 高 稻 米 加 工 產 品 之 附 加 價 值 稻 米 之 介 紹 ( 一 ) 稻 米 穀 類 是 人 類 的 主 食, 稻 米 為 世 界 上 重 要 的 糧 食 作 物 之 一 稻 米 屬 禾 本 科 (Gramineae) 稻 屬 (Oryza) 的 植 物, 學 名 為 Oryza sative L. 世 界 各 地 均 有 栽 種, 其 中 又 以 亞 洲 國 家 之 稻 米 產 量 為 世 界 之 最 大 宗 台 灣 因 位 於 亞 熱 帶 地 區, 氣 候 適 宜 種 植 稻 米, 一 年 可 收 穫 二 次, 為 台 灣 重 要 糧 食 作 物 之 一 稻 米 分 類 可 分 為 稉 稻 (Japonica;Sinica) 秈 稻 (Indica) 及 爪 哇 稻 (Javanica) 三 種 品 種 依 胚 乳 特 性 分 類 又 分 為 稉 稻 ( 蓬 萊 米 ) 秈 稻 ( 在 來 米 ) 及 糯 米 三 大 類, 其 中 稉 稻 為 主 要 供 米 飯 用 市 售 食 用 米 則 分 為 糙 米 (brown rice) 胚 芽 米 (germ rice) 及 白 米 (polished rice) 稻 穀 採 收 後 經 脫 去 稻 殼 即 為 糙 米, 糙 米 再 經 過 碾 白 ( 精 白 ), 去 除 米 糠 層, 而 保 留 胚 部 分 即 為 胚 芽 米, 若 碾 白 時 去 除 米 糠 層 及 胚 部 分, 剩 下 即 為 白 米 一 般 稻 米 米 粒 結 構 主 要 由 稻 殼 米 糠 胚 及 胚 乳 四 部 分 所 組 成 稻 殼 為 一 高 度 木 質 化 的 保 護 層, 位 於 穀 粒 的 最 外 層 ; 米 糠 由 果 皮 種 皮 纖 維 素 及 糊 粉 層 所 構 成, 內 含 有 豐 富 之 油 脂 ; 胚 為 生 長 組 織, 富 含 營 養 素, 位 於 米 粒 的 一 端 ; 胚 乳 則 由 次 糊 粉 層 及 澱 粉 胚 乳 所 構 成, 含 豐 富 的 澱 粉, 為 米 之 主 體 ( 二 ) 糙 米 依 中 國 國 家 標 準 (CNS13446,N1126) 對 糙 米 的 定 義 為 : 稻 穀 去 除 稻 殼 (hull;husk) 後 謂 之 糙 米, 亦 即 稻 之 穎 果 (caryopsis), 糙 米 包 括 米 糠 層 ( 果 皮 種 皮 外 胚 乳 及 糊 粉 層 ) 胚 乳 及 胚 芽, 其 中 胚 乳 約 占 92%, 胚 芽 3%, 米 糠 層 5%( 吳,2007) ( 三 ) 糙 米 之 組 成 及 營 養 價 值 糙 米 富 含 營 養 價 值, 每 100 克 糙 米 中 含 蛋 白 質 7.9 克 脂 質 2.6 克 醣 類 75.6 克 纖 維 素 1.2 克 及 維 生 素 B 克 ( 吳,2007) 等 糙 米 中 的 礦 物 質 如 鎂 硒 錳 鐵 及 鋅 的 含 量 都 遠 高 於 精 白 米 41

2 RESEARCH & DEVELOPMENT (Villareal et al., 1991) 根 據 古 典 記 載, 早 在 梁 朝, 陶 弘 景 在 名 醫 別 錄 中 即 稱 糙 米 具 有 益 氣 止 渴 止 洩 作 用 ; 而 明 代 李 時 珍 在 本 草 綱 目 中 則 稱 糙 米 有 和 五 臟 好 顏 色 的 益 處, 即 若 常 食 糙 米 不 僅 可 以 安 和 五 臟, 祛 病 延 年, 還 能 養 顏 美 容, 青 春 常 駐, 可 見 糙 米 不 僅 具 有 食 用 價 值, 而 且 還 有 醫 療 保 健 養 生 延 年 之 效 用 現 代 醫 學 研 究 亦 支 持 常 食 用 糙 米 能 夠 預 防 動 脈 硬 化 糖 尿 病 防 止 便 秘 與 大 腸 癌 ; 以 及 有 增 強 免 疫 力, 消 除 疲 勞, 提 高 記 憶 力, 集 中 精 神, 消 除 焦 慮 不 安 等 效 果 此 外, 糙 米 還 有 潤 膚 消 除 青 春 痘 等 美 容 作 用 ( 張,2003) 事 實 上, 糙 米 之 營 養 精 華 都 存 在 於 糠 層 部 份 糠 層 中 含 有 豐 富 的 蛋 白 質 脂 質 纖 維 素 礦 物 質 及 維 生 素 其 中 蛋 白 質 及 脂 質 大 都 以 蛋 白 質 體 (protein body) 和 脂 質 體 (lipid body) 的 形 式 存 在 於 糊 粉 層 中 ( 陳,2004) ( 四 ) 稻 米 相 關 加 工 產 品 1. 傳 統 米 食 加 工 製 品 (1) 米 粒 類 以 米 粒 為 主 原 料 製 作 之 產 品, 其 保 有 米 粒 之 外 觀 可 分 為 飯 粒 型 ( 如 : 油 飯 飯 糰 及 肉 粽 等 ) 及 粥 品 型 ( 如 : 廣 東 粥 及 八 寶 粥 等 ) (2) 漿 ( 粿 ) 粉 類 以 米 粒 磨 製 的 米 漿 漿 糰 或 經 乾 燥 後 之 米 穀 粉 為 主 原 料 製 作 之 產 品 可 分 為 米 漿 型 ( 如 : 蘿 蔔 糕 碗 粿 及 米 乳 等 ) 及 漿 糰 型 ( 如 : 湯 圓 及 麻 糬 等 ) (3) 熟 ( 糕 ) 粉 類 以 炒 熟 糕 粉 或 熟 米 粒 為 主 原 料 製 作 之 產 品 可 分 為 糕 粉 型 ( 如 : 雪 片 糕 及 糕 仔 崙 等 ) 及 膨 發 型 ( 如 : 爆 米 花 等 ) (4) 釀 造 類 以 稻 米 為 主 原 料, 經 微 生 物 發 酵 後 製 作 之 產 品, 如 : 米 酒 米 醋 及 味 噌 2. 具 營 養 保 健 之 米 食 加 工 製 品 近 年 來, 國 民 健 康 意 識 漸 漸 受 注 重, 加 上 生 活 品 質 提 升, 故 對 保 健 及 養 生 的 觀 念 日 益 重 視, 人 們 愈 來 愈 重 視 天 然 保 健 食 品, 尤 其 是 具 抗 癌 及 抗 氧 化 等 機 能 性 成 分 之 產 品 對 日 常 食 糧 稻 米 的 品 質 要 求, 不 但 講 求 美 味 可 口, 也 開 始 著 重 其 營 養 與 保 健 價 值, 許 多 研 究 除 針 對 稻 米 中 各 種 營 養 素 進 行 分 析 外, 也 探 討 其 對 人 體 的 生 理 機 能 稻 米 產 品 種 類 逐 漸 多 元 化, 為 稻 米 產 業 提 供 更 高 的 商 業 附 加 價 值 目 前 市 面 上 具 營 養 保 健 功 能 之 米 加 工 製 品 如 下 : (1) 新 型 米 加 工 產 品 如 發 芽 糙 米 營 養 強 化 米 藥 膳 米 等 (2) 米 製 飲 品 糙 米 茶 糙 米 酒 糙 米 醋 糙 米 酵 素 及 其 他 糙 米 飲 品 等 3. 米 加 工 副 產 物 - 米 糠 米 糠 為 糙 米 碾 白 過 程 中 主 要 副 產 物, 約 占 稻 穀 的 5-10% 單 以 台 灣 地 區 生 產 之 糙 米 年 產 量 達 118 萬 公 噸 (2009 年 ), 故 米 糠 產 量 十 分 豐 富 米 糠 過 去 常 被 作 為 提 煉 油 品, 但 因 多 氯 聯 苯 事 件 及 成 本 因 素, 目 前 已 甚 少 製 造 米 糠 油, 現 今 具 營 養 價 值 的 米 糠 多 作 為 飼 料 肥 料 養 菇 用 太 空 包 培 養 基 組 成 分 或 農 業 廢 棄 物 處 理 由 於 米 糠 富 含 脂 質 蛋 白 質 植 物 纖 維 及 礦 物 質 等 營 養 成 分, 且 近 年 來 研 究 指 出 米 糠 中 尚 含 有 豐 富 之 維 生 素 E 與 B 群 γ- 米 糠 醇 米 糠 多 醣 植 物 固 醇 和 植 酸 等 具 抗 氧 化 抗 癌 降 血 脂 降 血 壓 與 護 肝 等 保 健 功 能 的 生 理 活 性 物 質 因 此 米 糠 漸 漸 被 開 發 成 一 種 低 成 本 且 富 含 機 能 性 保 健 食 品 成 分 之 素 材 市 面 上 也 漸 漸 出 現, 如 米 糠 穀 粉 米 糠 纖 維 米 糠 植 酸 錠 等 米 糠 相 關 產 品 (1) 脂 質 米 糠 的 油 脂 組 成 以 亞 麻 油 酸 (36%) 油 酸 (42%) 及 棕 櫚 酸 (16%) 等 三 種 脂 肪 酸 最 多, 占 總 脂 肪 酸 之 94 % (Parrado et al., 2006) 也 有 研 究 指 出 米 糠 油 具 有 降 低 膽 固 醇 三 酸 甘 油 脂 及 低 密 度 脂 蛋 白 的 能 力, 能 有 效 預 防 動 脈 粥 樣 硬 化 (Ausman et al., 2005; Utarwuthipong et al., 2009) 42 農 業 生 技 產 業 季 刊

3 (2) 蛋 白 質 稻 米 之 蛋 白 質 主 要 存 在 於 胚 芽 及 米 糠 當 中, 含 量 為 % (Juliano and Bechtel, 1985), 為 一 豐 富 的 蛋 白 質 來 源, 而 米 糠 之 蛋 白 質 為 一 種 高 營 養 水 解 蛋 白, 具 低 過 敏 性, 可 以 用 於 製 作 嬰 兒 奶 粉 (Helm and Burks, 1996) 米 糠 中 胺 基 酸 含 量 亦 很 豐 富, 其 中 以 麩 胺 酸 及 精 胺 酸 比 例 為 最 高 (Parrado et al., 2006) (3) 醣 類 米 糠 中 之 醣 類 組 成 包 括 半 纖 維 素 ( %) 澱 粉 (13.8 %) 纖 維 素 ( %) 戊 聚 糖 (7-8.3%) 及 木 質 素 ( %) 等 (Juliano and Bechtel, 1985) 米 糠 中 富 含 纖 維 素, 能 通 便 整 腸, 調 節 腸 道 菌 叢 生 態, 為 膳 食 纖 維 的 良 好 來 源 膳 食 纖 維 有 提 供 飽 足 感 促 進 腸 道 蠕 動 及 有 助 腸 內 菌 合 成 多 種 維 生 素 等 功 能 (4) 礦 物 質 米 糠 中 的 硒 鐵 鋅 鈣 銅 錳 等 礦 物 質 的 含 量 遠 高 於 精 製 米 個 別 含 量 分 別 為 精 白 米 的 2.7 倍 12.8 倍 3.6 倍 5.1 倍 7.5 倍 及 13.1 倍 ( 鄭, 2004a) (5) 米 糠 中 之 生 理 活 性 物 質 除 了 上 述 之 營 養 素 外, 米 糠 中 之 米 糠 醇 (γoryzanol; 又 稱 穀 維 素 ), 為 數 種 植 物 固 醇 與 阿 魏 酸 (ferulic acid) 結 合 而 成 的 混 合 物, 含 量 約 為 0.35%(Parrado et al., 2006) 其 為 一 植 物 性 神 經 調 節 劑, 對 神 經 功 能 失 調 有 良 好 療 效 ; 亦 具 有 抗 發 炎 抗 脂 質 氧 化 抗 高 血 脂 及 抑 制 自 體 合 成 膽 固 醇 之 作 用, 另 對 腸 胃 神 經 官 能 症 有 調 節 改 善 作 用 ( 鄭, 2004a) 植 物 固 醇, 於 米 糠 中 含 量 約 為 1190mg/100g, 植 物 固 醇 可 抑 制 膽 固 醇 的 吸 收, 亦 可 用 於 合 成 固 醇 激 素 以 調 節 水 份 蛋 白 質 糖 和 鹽 之 代 謝 ( 黃,2010) 植 酸 又 名 六 磷 酸 肌 醇 (myo-inositol hexakisphosphate, IP6), 為 環 類 肌 醇 與 六 個 磷 酸 根 離 子 所 組 成 之 環 類 化 合 物, 含 量 約 為 0.17% (Mameesh and Tomar, 1993) 植 酸 常 與 蛋 白 質 及 礦 物 質 如 鈣 鎂 銅 鋅 及 鐵 等 形 成 不 溶 於 水 之 植 酸 鹽 (phytin) 而 降 低 利 用 性, 一 般 被 認 為 是 抗 營 養 物 質, 但 從 另 一 方 面 來 說, 因 具 有 強 力 螯 合 金 屬 離 子 的 能 力, 卻 是 良 好 的 抗 氧 化 劑 植 酸 被 分 解 後, 會 釋 出 磷 及 肌 醇, 為 磷 的 良 好 來 源, 而 肌 醇 則 具 有 舒 緩 神 經 緊 張 緩 壓 及 增 加 心 臟 血 管 內 皮 生 長 因 子 等 作 用 (Pandey et al., 1991) 米 麴 之 介 紹 ( 一 ) 麴 麴 (koji) 是 以 穀 類 ( 如 : 米 豆 麥 或 其 他 穀 類 ) 為 基 質, 經 浸 泡 及 蒸 煮 殺 菌 後, 接 種 特 殊 微 生 物, 如 米 麴 菌, 在 水 分 較 少 的 環 境 下 以 固 態 發 酵 方 式 培 養 微 生 物 後 所 得 之 產 物, 微 生 物 為 了 利 用 固 態 營 養 基 質 進 而 分 泌 較 高 的 酵 素 活 性 (Pandey, 2003) 依 型 態 分 類 麴 可 分 為 固 體 麴 與 液 態 麴 兩 大 類 其 中, 固 體 麴 依 外 型 可 為 塊 麴 及 散 麴, 塊 麴 大 小 又 可 為 大 麴 及 小 麴 ( 劉,2002) 依 原 料 及 用 途 之 不 同 可 分 為 米 麴 豆 麴 及 麥 麴 等 ( 歐 陽,1998; 蔣, 1998) 麴 於 食 品 發 酵 上 常 作 為 酵 素 源, 於 製 麴 過 程 中, 麴 菌 能 分 泌 多 種 不 同 酵 素 ( 如 : 澱 粉 酶 及 蛋 白 酶 ) 分 解 基 質 成 小 分 子, 以 供 菌 體 之 生 長 及 產 生 風 味 物 質 麴 於 發 酵 食 品 的 製 造 上 扮 演 了 澱 粉 的 液 化 及 糖 化 蛋 白 質 的 水 解 等 作 用, 產 生 新 物 質 並 賦 予 產 品 色 澤 味 道 及 香 氣, 對 發 酵 食 品 有 很 大 的 貢 獻 對 麴 品 質 的 影 響 因 素 主 要 與 麴 菌 菌 株 的 不 同 接 種 量 基 質 水 分 含 量 ph 值 水 活 性 溫 度 通 氣 量 有 關 ( 二 ) 米 麴 菌 (Aspergillus oryzae) Aspergillus oryzae 屬 於 散 囊 菌 科 (Eurotiaceae) 麴 黴 屬 (Aspergillus) 的 真 菌, 稱 為 米 麴 菌, 別 名 : 日 本 麴 黴 此 屬 黴 菌 菌 絲 容 易 生 長, 一 般 為 分 枝 多 有 節 多 核 且 透 明, 菌 絲 在 年 輕 時 即 產 生 大 量 的 分 43

4 RESEARCH & DEVELOPMENT 生 孢 子 柄 (conidiophores), 於 頂 端 產 生 一 球 形 的 圓 頭 稱 為 頂 囊 (vesicle), 而 基 部 的 菌 絲 稱 為 足 細 胞 (foot cell) Aspergillus 屬 黴 菌 長 久 以 來 被 廣 泛 使 用 於 釀 造 食 品 製 麴 所 需 之 菌 種, 食 品 發 酵 工 業 上 經 常 使 用 的 麴 菌 有 A. oryzae A. sojae A. awamori 等, 其 中 以 Aspergillus oryzae 所 分 泌 之 澱 粉 酶 及 蛋 白 酶 有 較 高 的 酵 素 活 性, 故 常 作 為 以 米 或 豆 類 為 基 質 製 麴 之 菌 種, 被 廣 泛 應 用 在 許 多 釀 造 食 品 發 酵 上, 如 : 酒 類 及 醬 油 等 米 麴 菌 亦 被 美 國 FDA 認 為 是 屬 於 GRAS(generally regarded as safe) 之 菌 種 本 研 究 室 曾 由 醬 油 釀 造 用 麴 粉 中 篩 選 出 一 株 具 高 澱 粉 及 蛋 白 質 水 解 能 力 之 菌 株, 經 DNA 序 列 鑑 定, 確 認 菌 株 並 命 名 為 Aspergillus oryzae NCH K-2 乳 酸 菌 之 介 紹 ( 一 ) 乳 酸 菌 乳 酸 菌 (lactic acid bacteria) 泛 指 能 利 用 碳 水 化 合 物 進 行 發 酵 並 產 生 多 量 乳 酸 之 細 菌 乳 酸 菌 為 革 蘭 氏 陽 性 菌, 多 為 桿 狀 或 球 狀, 屬 絕 對 厭 氧 或 兼 性 厭 氧, 具 有 無 運 動 性 觸 酶 試 驗 為 陰 性 不 形 成 內 孢 子 及 耐 酸 等 特 性, 主 要 菌 屬 共 包 括 17 個 屬, 其 中, Lactobacillus 屬 為 乳 酸 菌 中 菌 種 數 目 較 多, 普 遍 存 在 於 自 然 界 中, 如 植 物 體 表 面 果 實 食 品 及 動 物 腸 胃 道 中, 也 因 此 Lactobacillus 為 目 前 乳 酸 菌 中 研 究 資 料 最 為 豐 富 之 一 屬 Jay(1992) 依 其 發 酵 方 式 及 最 終 發 酵 產 物 的 不 同, 將 Lactobacillus 分 成 二 大 類 1. 同 型 發 酵 (homofermentation) 指 乳 酸 菌 能 代 謝 葡 萄 糖, 以 乳 酸 為 主 要 或 唯 一 之 最 終 產 物, 以 及 能 代 謝 五 碳 醣, 其 產 物 可 能 含 有 乳 酸 及 醋 酸 所 產 生 的 能 量 為 異 型 發 酵 的 兩 倍, 此 型 乳 酸 菌 種 包 括 Pediococcus, Streptococcus, Lactococcus 及 Vagococcus 等 屬 所 有 菌 種 與 Lactobacillus 屬 的 部 分 菌 種 2. 異 型 發 酵 (heterofermentation) 指 乳 酸 菌 能 代 謝 葡 萄 糖 產 生 乳 酸 外, 還 能 生 成 醋 酸 酒 精 及 二 氧 化 碳, 以 及 能 代 謝 五 碳 醣 成 乳 酸 與 醋 酸, 此 型 乳 酸 菌 種 包 括 Leuconostoc, Weissella, Oenococcus, Carnobacterium 及 Lactosphaera 等 屬 所 有 菌 種 與 Lactobacillus 屬 的 部 份 菌 種 而 本 研 究 使 用 之 乳 酸 菌 係 由 傳 統 發 酵 牛 乳 克 弗 爾 (kefir) 中 分 離 出 的 馬 乳 酒 乳 桿 菌 (Lactobacillus kefiranofaciens), 屬 同 型 發 酵 乳 酸 菌, 為 常 見 之 益 生 菌 菌 株, 此 菌 能 分 泌 水 溶 性 胞 外 多 醣, 稱 為 克 弗 蘭 (kefiran), 是 由 三 個 葡 萄 糖 及 三 個 半 乳 糖 組 成 之 重 複 單 元 所 構 成, 為 分 子 量 約 在 一 百 至 四 百 萬 間 之 異 質 多 醣 (Micheli et al., 1999) 克 弗 蘭 除 了 可 做 為 增 稠 劑 穩 定 劑 及 膠 凝 劑 等 食 品 添 加 物 用 途 外, 動 物 實 驗 亦 證 明 具 有 降 血 膽 固 醇 活 化 免 疫 機 能 及 抗 腫 瘤 等 機 能 活 性 (Maeda et al., 2004) ( 二 ) 乳 酸 菌 之 益 處 乳 酸 菌 具 備 益 生 菌 條 件, 為 益 生 菌 (probiotic) 中 之 重 要 代 表, 益 生 菌 是 指 具 有 改 善 宿 主 體 內 微 生 物 相 之 平 衡, 並 有 益 於 宿 主 健 康 的 單 一 或 數 種 微 生 物 ( 陳 等,2007), 乳 酸 菌 是 腸 道 內 菌 群 之 一, 可 產 生 有 機 酸 ( 乳 酸 或 醋 酸 ) 以 降 低 腸 道 內 ph 值, 及 藉 由 與 有 害 菌 競 爭 營 養 源 及 吸 附 位 置, 減 少 有 害 菌 增 殖, 以 及 調 節 免 疫 反 應, 抵 抗 外 來 病 原 菌, 以 保 持 腸 道 內 菌 相 之 平 衡 ( 吳,2007) 乳 酸 菌 除 了 可 降 低 腸 道 內 有 害 菌 增 強 免 疫 力 外, 可 藉 由 乳 酸 菌 對 牛 乳 中 乳 糖 之 代 謝 作 用, 分 解 成 葡 萄 糖 和 半 乳 糖, 達 到 改 善 乳 糖 不 耐 症 ; 亦 可 活 化 腸 道 部 位 的 巨 噬 細 胞 及 淋 巴 細 胞 的 產 生, 並 且 生 成 γ- 干 擾 素 及 抗 腫 瘤 因 子, 進 而 抑 制 腫 瘤 細 胞 形 成 (O' sullivan et al., 1992); 亦 具 有 降 低 膽 固 醇 預 防 癌 症 降 血 壓 及 減 緩 過 敏 反 應 等 腸 道 或 非 腸 道 相 關 疾 病 ( 吳,2007), 對 於 許 多 文 明 病 的 預 防 與 醫 療 輔 助 均 有 顯 著 的 效 果 ( 三 ) 乳 酸 菌 於 食 品 上 之 應 用 乳 酸 菌 長 久 以 來 被 廣 泛 應 用 於 食 品 加 工 ( 乳 製 品 肉 品 及 蔬 果 加 工 ) 上, 不 僅 賦 予 發 酵 食 品 特 殊 風 味 提 高 營 養 價 值, 還 可 抑 制 腐 敗 菌 的 繁 殖, 增 44 農 業 生 技 產 業 季 刊

5 加 食 品 之 保 存 性 ( 林,2004) 飲 品 方 面 多 以 乳 製 品 為 主, 而 米 製 飲 品 較 少 ( 表 一 ) 此 外, 也 有 研 究 製 造 黑 豆 奶 或 蔬 菜 汁 之 乳 酸 發 酵 飲 品 ( 鄭,2004b; 唐, 2003) ( 四 ) 乳 酸 發 酵 飲 品 之 種 類 及 生 理 功 能 接 種 乳 酸 菌 於 全 乳 或 脫 脂 乳 中 培 養 發 酵 所 得 之 乳 製 發 酵 飲 品, 種 類 包 括 酸 凝 酪 (yogurt) 及 酸 乳 糖 漿 等 酸 凝 酪 的 製 程 是 以 原 料 乳 經 濃 縮, 加 入 脫 脂 乳 粉, 經 80 C 殺 菌 後 冷 卻, 接 種 具 凝 乳 作 用 之 乳 酸 菌 進 行 發 酵, 成 品 經 均 質 化 與 否 可 分 為 固 態 酸 凝 酪 及 液 狀 發 酵 乳, 製 品 酸 度 為 %( 以 乳 酸 計 算 ) 而 利 用 發 酵 方 法 製 作 酸 乳 糖 漿, 其 製 程 為 原 料 乳 經 80 C 殺 菌 冷 卻 接 種 乳 酸 菌 進 行 發 酵, 隨 表 一 發 酵 乳 製 品 常 用 之 乳 酸 菌 Bacteria Examples of fermented milk Lactococci L. lactis subsp. lactis Cultured buttermilk, kefir L. lactis subsp. cremoris Cultured buttermilk, kefir, dahi L. lactis biovar diacetylactis Cultured buttermilk, kefir, dahi Streptococci S. thermophilus Yoghurt, dahi, mozzarella Leuconostoc L. mesenteroides subsp. mesenteroides Kefir, cultured cream L. mesenteroides subsp. cremoris Kefir, cultured cream L. mesenteroides subsp. dextranicum Kefir, cultured cream Lactobacilli L. delbrueckii subsp. delbrueckii Fermented milk drinks, yoghurt L. delbrueckii subsp. lactis Fermented milk drinks L. delbrueckii subsp. bulgaricus Yoghurt, Bulgarian, buttermilk mozzarella L. helveticus Kefir, koumiss, mozzarella L. acidophilus Acidophilus milk, kefir L. paracasei subsp. paracasei Fermented milk drinks L. johnsonii Probiotic yoghurt, fermented milk drinks L. casei Probiotic yoghurt L. paracasei Probiotic yoghurt L.reuteri Probiotic yoghurt L. rhamnosus Kefir L. plantarum Kefir L. kefir Kefir L. kefiranofasciens Kefir L. brevis Kefir L. fermentum Kefir Bifidobacteria B. adolescentis Fermented milk B. bifidum Yoghurt-like products B. breve B. infantis B. longum 資 料 來 源 :Philippe and Beat,

6 RESEARCH & DEVELOPMENT 後 加 熱 均 質 化 及 添 加 蔗 糖 加 糖 殺 菌, 冷 卻 後 進 行 調 味, 製 品 酸 度 %( 以 乳 酸 計 算 )( 賴 和 金, 1991) 前 者 含 活 性 乳 酸 菌, 但 乳 酸 含 量 較 低, 成 品 具 凝 乳 型 ; 反 之, 後 者 不 含 活 性 乳 酸 菌, 乳 酸 含 量 較 高, 成 品 呈 液 態, 於 風 味 調 整 及 食 用 上 較 為 方 便, 而 本 研 究 之 米 製 乳 酸 飲 品 其 發 酵 方 式 採 用 類 似 酸 乳 糖 漿 之 製 程 乳 酸 飲 品 除 了 保 有 牛 乳 之 營 養 素, 還 含 有 乳 酸 菌 及 其 代 謝 產 物, 如 乳 酸 胞 外 多 醣 維 生 素 K 與 核 黃 素 (B 2 ) 菸 鹼 酸 (B 3 ) 吡 哆 醇 (B 6 ) 及 葉 酸 (B 9 ) 等 維 生 素 B 群 ( 鄭,2004b), 其 中 乳 酸 提 供 酸 性 環 境, 可 促 進 鈣 及 其 他 營 養 素 易 被 宿 主 消 化 吸 收 ( 唐, 2003) 此 外, 亦 提 供 發 酵 乳 之 風 味 及 提 高 保 存 性 乳 酸 菌 胞 外 多 醣 則 具 有 促 進 免 疫 反 應 抗 腫 瘤 及 降 低 膽 固 醇 活 性 的 功 能 ( 楊,2004) 此 外, 能 賦 予 發 酵 乳 之 質 地, 提 供 濃 厚 口 感, 亦 可 作 為 增 稠 劑 穩 定 劑 乳 化 劑 脂 肪 替 代 物 或 膠 凝 劑, 可 改 善 產 品 品 質 (Laws and Marshall, 2001) 米 製 乳 酸 發 酵 飲 品 米 製 發 酵 飲 品 乃 使 用 米 為 發 酵 基 質, 接 種 微 生 物 發 酵 而 得, 因 米 成 分 主 要 為 澱 粉 及 蛋 白 質 等 大 分 子, 不 適 合 直 接 進 行 酒 精 發 酵 醋 酸 發 酵 或 乳 酸 發 酵, 故 常 以 製 麴 之 方 式 取 得 豐 富 之 水 解 澱 粉 及 蛋 白 質 之 酵 素 來 源, 再 對 米 澱 粉 進 行 液 化 及 糖 化 蛋 白 質 降 解 作 用, 產 生 葡 萄 糖 及 胺 基 酸 等 小 分 子 後, 供 後 續 酵 母 或 醋 酸 菌 之 發 酵 利 用, 如 釀 酒 及 釀 醋 工 業 常 以 此 法 進 行 米 製 乳 酸 發 酵 飲 品 之 製 造 概 念 亦 同, 因 乳 酸 菌 無 法 直 接 利 用 米 澱 粉, 故 以 麴 菌 之 酵 素 先 對 澱 粉 分 解 成 單 醣 或 雙 醣, 以 供 乳 酸 菌 利 用 進 行 發 酵 米 製 乳 酸 發 酵 飲 品 之 製 作 流 程 如 圖 一 所 示 本 研 究 室 曾 對 不 同 米 發 酵 飲 品 之 製 程 開 發 與 抗 氧 化 活 性 進 行 相 關 研 究, 如 先 於 蒸 熟 之 白 米 飯 上 接 種 米 麴 菌 製 得 米 麴 後, 再 用 於 水 解 糙 米, 所 得 水 解 液 可 供 後 續 酵 母 菌 之 輕 微 酒 精 發 酵 或 乳 酸 菌 發 酵 用 圖 一 米 製 乳 酸 飲 品 之 製 造 流 程 之 培 養 基, 結 果 發 現 米 水 解 液 經 發 酵 液 具 有 良 好 之 抗 氧 化 活 性 不 過, 為 進 一 步 改 良 發 酵 液 之 風 味 及 提 升 機 能 性, 乃 嘗 試 將 酵 母 菌 與 乳 酸 菌 進 行 共 同 培 養 以 及 選 用 可 產 生 特 殊 胞 外 多 醣 (kefiran) 之 乳 酸 菌 L. kefiranofaciens 另 外, 由 於 一 般 米 水 解 液 以 醣 類 碳 源 為 主, 氮 源 含 量 相 對 較 少, 因 此 需 再 補 充 營 養 源, 尤 其 是 如 酵 母 或 肉 萃 取 物 等 複 合 氮 源, 方 能 促 進 乳 酸 菌 L. kefiranofaciens 之 生 長 與 產 生 多 醣 體, 46 農 業 生 技 產 業 季 刊

7 惟 此 將 嚴 重 影 響 最 終 發 酵 產 品 之 風 味 因 此, 後 續 以 添 加 不 同 營 養 源 來 強 化 米 水 解 液 之 營 養, 並 提 高 乳 酸 菌 生 長 及 胞 外 多 醣 產 量 為 改 善 方 向 首 先 是 選 用 糙 米 為 原 料, 並 確 立 最 適 米 麴 與 糙 米 粉 用 量 之 比 例, 結 果 以 米 麴 糙 米 粉 及 水 之 用 量 比 在 1:1:6 時 為 較 適 添 加 比 例 經 55 C 糖 化 10 小 時 後, 所 得 之 水 解 液 中, 葡 萄 糖 含 量 可 達 78.2mg/mL, 而 胺 基 態 氮 含 量 達 31.5mg/100mL 不 過, 由 於 水 解 液 中 葡 萄 糖 含 量 較 高, 抑 制 乳 酸 菌 之 生 長, 故 以 稀 釋 成 4 倍 之 水 解 液 ( 糖 度 約 2.6 Brix) 經 乳 酸 菌 於 37 C 下 厭 氧 培 養 48 小 時 後, 發 現 稀 釋 處 理 並 不 影 響 多 醣 產 量 且 有 較 好 之 產 酸 能 力 氮 源 部 分 則 曾 測 試 市 售 脫 脂 奶 粉 酵 母 粉 黃 豆 粉 米 糠 大 豆 胜 肽 大 豆 蛋 白 酵 母 萃 取 物 牛 肉 萃 取 物 與 蛋 白 腖 共 9 種 不 同 氮 源, 添 加 量 為 2.5% 經 發 酵 48 小 時 後, 結 果 如 圖 二 所 示, 其 中 以 添 加 米 糠 為 氮 源 時 所 獲 得 之 多 醣 產 量 較 高, 約 為 0.74mg/mL, 黃 豆 粉 次 之, 而 培 養 液 中 乳 酸 菌 生 菌 數 亦 以 米 糠 組 最 高, 脫 脂 奶 粉 組 其 次 考 量 對 乳 酸 菌 生 長 效 果 及 多 醣 產 率 水 解 液 中 營 養 強 化 及 成 份 等 因 素, 米 糠 為 較 適 之 氮 源 為 使 乳 酸 菌 能 有 效 利 用 米 糠 中 的 氮 源, 所 以 調 整 米 糠 添 加 濃 度 不 同 米 糠 添 加 量 經 乳 酸 菌 於 37 C 下 厭 氧 培 養 48 小 時 後, 結 果 如 圖 三 所 示, 米 糠 量 為 1.5% 時, 多 醣 產 量 最 高 ; 但 當 米 糠 添 加 量 大 於 2.0%, 其 多 醣 產 量 並 不 會 隨 著 添 加 量 的 增 加 而 提 升, 因 此 以 添 加 1.5% 米 糠 為 較 適 氮 源 添 加 量 以 上 述 條 件 較 適 培 養 基 接 種 乳 酸 菌 行 乳 酸 發 酵 所 製 得 之 米 乳 酸 發 酵 飲 品, 不 僅 具 有 較 高 之 多 醣 產 量, 米 水 解 液 經 乳 酸 菌 發 酵 48 小 時 後, 發 酵 液 之 抗 氧 化 能 力 均 有 顯 著 增 加 之 效 果 例 如 DPPH 自 由 基 清 除 能 力 由 32.5% 增 加 到 42.8% 總 抗 氧 化 能 力 由 相 當 於 0.045mM Trolox 增 加 至 0.068mM Trolox 還 原 力 由 0.89 (700 nm) 增 加 至 1.15 (700nm) 及 過 氧 化 氫 清 除 能 力 由 28.3% 增 加 至 46.9% 圖 二 米 麴 水 解 液 中 添 加 不 同 氮 源 對 L. kefiranofaciens BCRC 多 醣 產 量 之 影 響 圖 三 不 同 米 糠 添 加 量 對 L. kefiranofaciens BCRC 於 米 麴 水 解 液 中 多 醣 產 量 之 影 響 結 語 以 米 麴 水 解 液 培 養 L. kefiranofaciens BCRC 之 較 適 條 件, 米 麴 糙 米 粉 及 水 以 1:1:6 添 加 比 例 ( 重 量 比 ) 於 55 C 下 進 行 水 解 10 小 時 所 得 之 47

8 RESEARCH & DEVELOPMENT 米 麴 水 解 液 中, 添 加 1.5 % 米 糠 作 為 氮 源, 可 有 效 提 升 該 乳 酸 菌 之 生 長 及 胞 外 多 醣 產 量 以 此 培 養 基 於 37 C 下 厭 氧 培 養 L. kefiranofaciens BCRC 兩 天, 發 酵 液 經 過 過 濾 去 除 發 酵 殘 渣, 所 得 濾 液 可 再 經 消 費 者 喜 好 性 品 評 予 以 簡 單 風 味 調 整, 基 本 上 已 建 構 出 米 製 乳 酸 發 酵 飲 品 之 雛 型 1. 中 國 國 家 標 準 CNS13446 參 考 文 獻 2. 林 富 美 (2004) 乳 酸 菌 與 免 疫 調 節 作 用 食 品 工 業,36: 楊 志 佳 國 立 中 興 大 學 食 品 暨 應 用 生 物 科 技 學 系 碩 士 班 研 究 生 涂 曉 君 金 穎 生 物 科 技 股 份 有 限 公 司 助 理 研 究 員 陳 錦 樹 國 立 中 興 大 學 食 品 暨 應 用 生 物 科 技 學 系 教 授 3. 吳 國 豪 (2007) 糙 米 發 酵 飲 品 之 製 造 與 抗 氧 化 性 質 研 究 國 立 中 興 大 學 食 品 暨 應 用 生 物 科 技 學 系 碩 士 論 文 4. 唐 靜 宜 (2003) 乳 酸 發 酵 綜 合 蔬 果 汁 之 試 製 及 儲 藏 期 間 成 分 變 化 與 品 質 特 性 之 探 討 國 立 中 興 大 學 食 品 科 學 系 碩 士 論 文 5. 陳 樺 翰 (2004) 探 討 不 同 碾 白 度 米 粒 中 細 胞 壁 多 醣 物 質 特 性 及 其 對 澱 粉 理 化 性 質 之 影 響 國 立 中 興 大 學 食 品 科 學 系 博 士 論 文 6. 陳 慶 源 黃 崇 真 印 雪 惠 廖 啟 成 (2007) 乳 酸 菌 之 保 健 功 效 與 產 品 開 發 農 業 生 技 產 業 季 刊,11: 張 守 文 (2003) 糙 米 的 營 養 保 健 功 能 糧 食 與 飼 料 工 業,12: 楊 政 儒 (2004) 生 長 溫 度 與 ph 值 對 乳 酸 菌 胞 外 多 醣 生 成 影 響 之 研 究 中 國 文 化 大 學 生 活 應 用 科 學 研 究 所 碩 士 論 文 9. 蔣 宗 哲 (1998) 米 麴 米 食 加 工 ( 豐 年 叢 書 HV#981), 頁 歐 陽 港 生 (1998) 大 麴 製 酒 科 技 專 論 彙 編,20: 劉 祖 君 (2002) 製 酒 用 麴 及 其 相 關 酵 素 的 介 紹 食 品 工 業,34: 鄭 宏 (2004a) 從 米 糠 油 中 提 取 米 糠 醇 之 研 究 國 立 臺 灣 科 技 大 學 化 學 工 程 系 碩 士 論 文 13. 鄭 秀 粧 (2004b) 乳 酸 菌 於 黑 豆 奶 還 原 奶 中 成 長 情 形 及 貯 藏 期 間 變 化 國 立 中 興 大 學 食 品 科 學 系 碩 士 論 文 14. 賴 滋 漢 金 安 兒 (1991) 食 品 加 工 學 ( 加 工 篇 ) 富 林 出 版 社 AgBIO 15. Ausman, L. M. and Rong, N. (2005) Hypocholesterolemic effect of physically refined rice bran oil: studies of cholesterol metabolism and early atherosclerosis in hypercholesterolemic hamsters. J. Nutr. Biochem. 16(9): Helm, R. M. and Burks, A. W. (1996) Hypoallergenicity of rice bran protein. Cereal Foods World. 41(11): Jay, J. M. (1992) Modern Food Microbiology, 4th ed. Van Nostrand Reinhold, New York. pp Juliano, B. O. and Bechtel, D. B. (1985) The rice grain and its gross composition. In: Juliano, B. O. (Ed.) Rice: Chemistry and Technology. The American Association of Cereal Chemists. Inc., Minnesota. pp Laws, A. P. and Marshall, V. M. (2001) The relevance of exopolysaccharides to the rheological properties in milk fermented with ropy strains of lactic acid bacteria. International Dairy. 11: Maeda, H., Zhu, X., Suzuki, S., Suzuki, K. and Kitamura, S. (2004) Structural characterization and biological activities of an exopolysaccharide kefiran produced by Lactobacillus kefiranofaciens WT-2BT. J. Agric. Food Chem. 52: Mameesh, M.S., and Tomar, M. (1993) Phytate content of some popular Kuwaiti food. Cereal Chem. 70: Micheli, L., Uccelletti, D., Palleschi, C., and Crescenzi, V. (1999) Isolation and characterization of a ropy Lactobacillus strain producing the exopolysaccharide kefiran. Appl. Microbiol. Biotechnol. 53: O sullivan, M. G., Thornton, G., Osullivan G. C. and Collins, J. K. (1992) Probiotic bacteria: myth or reality. Trends in Food and Technology. 3(12): Pandey, S. C., Davis, J. M., Schwertz, D. W. and Pandy, G. N. (1991) Effect of antidepressants and neuroleptics on phosphoinositide metabolism in human platelets. J. Pharm. Exp. Therap. 256: Pandey, A. (2003) Solid-state fermentation. Biochem. Eng. J. 13: 上 述 製 程 具 有 低 成 本 但 有 效 利 用 米 麴 水 解 液 及 米 糠 強 化 米 水 解 液 中 營 養 成 份 促 進 乳 酸 菌 生 長, 以 及 提 升 發 酵 液 中 多 醣 產 量 及 抗 氧 化 能 力 等 特 性, 基 本 上 已 達 到 全 米 利 用 之 可 行 性, 進 而 提 高 稻 米 加 工 產 品 之 附 加 價 值 48 農 業 生 技 產 業 季 刊

9 參 考 文 獻 1. Chen, C. N. and Pan, S. M. (1996) Assay of superoxide dismutase activity by combining electrophoresis and densitometry. Bot. Bull. Acad. Sin. 37: Chung, K. S., Kim, S. S., Kim, H. S., Kim, K. Y. Han, M. W. and Kim, K. H. (1993) Effect of Kp, an antitumor protein-polysaccharide from mycelial culture of Phellinus linteus on the humoral immune response of tumor-bearing ICR mice to sheep red blood cells. Arch. Pharm. Res. 16: Hanssen, V. H-P. and Schädler, M. (1982) Pilz als volksmittel in der chinesischen medicine. Deutsche Apoth. Zeit. 122: Hong, N. D., Yoo, I. D., Yang, K. H., Lee, C. W. and Han, Y. J. (1999) The inhibitory effect of polysaccharide isolated from Phellinus linteus on tumor growth and metastasis. Immunopharmacology 41: Ikekawa, T., Nakanishi, M., Uehara, N., et al. (1968) Anti-tumor action of some basidiomycetes, especially Phellinus linteus. Gann. 59: Imazeki, R. and Hongo, T. (1989) Colored illustrations of mushrooms of Japan Vol. II. Japan: Hoikusha Publishing Co. Ltd., p Ito, H. et al. (1976) Antitumor olysacharide fraction from the culture filtrate of Fomes fomentarius. Chem. Pharm. Bull. 24: Kim, H. M., Han, S. B., Oh, G. T., Kim, Y. H., Hong, D. H., Hong, N. D. and Yoo, I. D. (1996) Stimulation of humoral and cell mediated immunity by polysaccharide mushroom Phellinus linteus. Int. J. Immunopharmac. 18(5): Kim, S.H., Lee, H. S., Lee, S., Cho, J., Ze, K., Sung, J. and Kim, Y.C. (2004) Mycelial culture of Phellinus linteus protectsprimary cultured rat hepatocytes against hepatotoxins. J. Ethnopharmacol. 95: Kitamura, S., Hori, T., Kurita, K., Takeo, K., Hara, C., Itoh, W., Tabata, K., Elgsaeter, A. and Stokke, B. T. (1994) An antitumor, branched (1 3)-ß-D-glucan from a water extract of fruiting bodies of Cryptoporus volvatus. Carbohydrate Res. 263: Kuek, C. (1996) Shake-flask culture of Laccaria laccata, an ectomycorrhizal basidiomycetes. Appl. Microbiol. Biotechnol. 45: Lee, J. H., Cho, S. M., Kim, H. M., Hong, N. D. and Yoo, I. D. (1996) Immunostimulating activity of polysaccharide from mycelia of Phellinus linteus grown under different culture conditions. J. Microbiol. Biotechnol. 6(6): Lee, J. H., Cho, S. M., Song, K. S., Hong, N. D. and Yoo, I. D. (1996) Characterization of carbohydrate-peptide linkage of acidic heteroglycopeptide with immuno-stimulating activity from mycelium of Phellinus linteus. Chem. Pharm. Bull. 44: Lee, J. H., Cho, S. M., Song, K. S., Han, S. B., Kim, H. M., Hong, N. D. and Yoo, I. D. (1996) Immunostimulating activity and characterization of polysaccharides from mycelium of Phellinus linteus. J. of Microbiology and Biotechnology 6(3): Naruse, S., Takeda, S., Ito, H., Fujii, K., Terada, Y., Shimura, K., Sugiura, M. and Miyazaki, T. (1974) Studies on antitumor activity of basidiomycete polysaccharides Ⅱ. Antitumor effects of polysaccharides prepared from cultured basidiomycetes. Mie Medical J. 23: Oh, G. T., Han, S. B., Kim, H. M., Han, M. W. and Yoo, I. D. (1992) Immunostimulating activity of Phellinus linteus extracts to B-lympocyte. Arch. Pharm. Res. 15(4): Ohtsuka, S. et al. (1977) Polysaccharides. U. S. Patent 4,051,314. From CA 87:199194r. 18. Park, Y. D., Hong, Y. K., Whang, W. K., Hur, J. D. and Park, S. (1989) Comparison of protein-bound polysaccharide contents obtained from mycelial cultured broth and fruit body of Coriolus versicolor. Kor. I. Appl. Mycol. 17: Shibata, S. et al. (1968) Antitumor studies on some extracts of Basidiomycetes. Gann. 59: Song, K. S., Cho, S. M., Lee, J. H., Kim, H. M., Han, S. B., Ko, K. S. and Yoo, I. D. (1995) B-lymphocyte stimulating polysaccharide from mushroom Phellinus linteus. Chem. Pharm. Bull. 43: Suzuki, I., Hashimoto, K., Oigawa, S., Sato, K., Osawa, M. and Yadomae, T. (1980) Antitumor and immunomodulating activities of a ß-glucan obtained from liquid-cultured Grifola frondosa. Charm. Pharm. Bull. 37: Ying, J. et al. (1987) Icones of medicinal fungi from China. Beijing: Science Press. 49

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