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天貝與納豆

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天貝與納豆 . 天貝. Tempeh 是起源於印尼的一種大豆醱酵食品,年產量達 50 萬噸以上,依其土著發音有 tempe kedelee 及 tempeh 之稱謂,本文暫音譯為「天貝」。 天貝菌種採自舊的天貝或一種叫 Usar 的種菌。 . 圖 1 、黃豆構造 . 天貝黴之菌學探討.

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Presentation Transcript
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Tempeh是起源於印尼的一種大豆醱酵食品,年產量達50萬噸以上,依其土著發音有tempe kedelee及tempeh之稱謂,本文暫音譯為「天貝」。

天貝菌種採自舊的天貝或一種叫Usar的種菌。

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Hesseltine、Steinkraus等西方學者,一致認為製造天貝之惟一菌種屬根黴Rhizopus sp.。在根黴屬中,他們又特別屬意Rhizopus oligosporus,該菌係當時Hesseltine之助手印尼華僑Ko所分離。其特性為孢子囊柄粗短,不分枝,孢子無溝痕,偽根少,厚膜孢子甚多,酸性蛋白分解酵素活性及脂肪分解酵素活性甚強,澱粉分解酵

素較弱等。

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表1、天貝與大豆各種成分之比較

Tempeh A.:不使用乳酸浸漬,100℃,90分水煮。

Tempeh B.:脫皮大豆無浸漬,水煮120分。

TCA,Trichloroacetic acid.

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(一)纖維分解酵素能使大豆細胞壁之第一層(first wall)纖維由結晶形變成不定形(amorphous),最後使其崩潰,而使細胞質外漏。有部分纖維素甚至被分解為纖維雙醣(cellobiose)或葡萄糖,這些單醣及雙醣皆可被天貝黴同化而轉變成菌體。天貝黴之細胞因無橫隔(septa),細胞質甚易從斷裂處漏出,而與動物消化酵素接觸,因此其消化性甚佳,其他單細胞蛋白質如細菌,酵母或綠藻等,因有一堅韌之細胞壁,不易被動物消化。
  • (二)細胞分解酵素,此酵素可包括pectin lyase,polygalactouronase,pectin esterase等,能使結合細胞與細胞間之黏結物(cement material)迅速溶解而使細胞從組織游離出來
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蛋白質分解酵素,根黴能產生酸性蛋白質分解酵素,其最適用pH值為3.0,根黴所產生的蛋白質分解酵素,能分解蛋白質使成為胜肽及游離胺基酸。蛋白質分解酵素,根黴能產生酸性蛋白質分解酵素,其最適用pH值為3.0,根黴所產生的蛋白質分解酵素,能分解蛋白質使成為胜肽及游離胺基酸。
  • 天貝黴Rhizopus oligosporus之蛋白質分解酵素依Wang等之報告有5種,可分為二型。
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(四)脂肪分解酵素,天貝黴可產生大量之脂肪分解酵素,使大豆中之油脂水解成甘油及脂肪酸,Wageuknecht et al.(1961)指出有三分之一中性脂肪被其產生之脂肪分解酵素分解後,以亞麻油酸(linoleic acid)為主,此脂肪酸為一種必需脂肪酸。
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凝乳酵素,凝乳酵素亦為蛋白質分解酵素之一種,能使牛乳凝固成塊狀,製造乳酪時必須使用此種凝乳酵素以分離出酪蛋白。
  • 天貝黴Rhizopus oligosporus亦能產生大量之凝乳酵素,據Wang等之報告,Rhizopus oligosporus之凝乳酵素亦可應用於乳酪之製造。
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植酸如攝食過多時,尚可影響銅、鋅、鈷、鎂、鐵及鈣等之利用性。因此在食品中不希望有過多之植酸存在。植酸如攝食過多時,尚可影響銅、鋅、鈷、鎂、鐵及鈣等之利用性。因此在食品中不希望有過多之植酸存在。
  • 天貝黴能產生多量之植酸分解酵素,在天貝醱酵過程中,大豆中之植酸都被水解成磷酸肌醇,可提供利用性高之磷及肌醇(inositol)。
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據Hesseltine及Wang之研究天貝發酵中,對於格蘭氏陽性細菌有抑制能力,認為天貝黴可能產生一種或多種胜肽抗生素(polypeptide antibiotic),尤其對於腸內菌Clostria之抑制,此發現可應證印尼土著因攝食天貝而減少胃腸病,如下痢等症。
6 factor 2
表6、天貝抗氧化物質Factor 2 之活性

※pH7.4氧吸收量達50μl之時間(分)

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天貝醱酵中如何產生factor 2,據池火田之推測,認為此物在大豆中以前驅物之型態存在,如未經醱酵,無法轉變為有效的抗氧化物factor 2;又,此factor 2之產生,亦只有Rhizopus sp始能行之。
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據Hesseltine及Wang之研究天貝發酵中,對於格蘭氏陽性細菌有抑制能力,認為天貝黴可能產生一種或多種胜肽抗生素(polypeptide antibiotic),尤其對於腸內菌Clostria之抑制,此發現可應證印尼土著因攝食天貝而減少胃腸病,如下痢等症。
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表7、在不同培養基之天貝黴抑菌活性

紙圈直徑12.7mm;測定用微生物:Bacillus subtilis

NRRL B-765;培養基Peptone-beefextract-dextrose-salt.

8 b12
表8、添加土產天貝之細菌對於維生素B12之生產影響表8、添加土產天貝之細菌對於維生素B12之生產影響

*BHI:brain heart infusion;使用BHI液抽取印尼土產天貝,然後將此含細菌之BHI液作為菌種。

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(一)作為中國料理之材料。

(二)調製幼兒及老人食品。

(三)魚粉替代品。

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納豆是日本人以大豆為原料經納豆菌發酵而成的傳統食品。
  • 距今約2300年前,日本就有利用大豆製成各種食品,例如味噌,醬油,豆腐,油豆腐及納豆等 。
  • 納豆因含有豐富的蛋白質,油脂,膳食纖維及低聚糖等成分,因此最近也受到日本、台灣,甚至美國人的注目,將之視為機能性食品及簡便食品。
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納豆的起源應追溯到彌生時代日本人的食生活中米與豆。在當時主食開始以水稻栽培,捕野豬鹿和豬,之後續有漁撈作業,具有現代人想像以上豐富的食生活。彌生人將豆蒸煮,炒,並做成豆粉供食用。並過著以堅穴式之不完全取暖的居住生活。當時將煮過的大豆用稻草包裹起來以保存,偶然發現煮豆產生黏稠絲狀物,如此,納豆便誕生。納豆的起源應追溯到彌生時代日本人的食生活中米與豆。在當時主食開始以水稻栽培,捕野豬鹿和豬,之後續有漁撈作業,具有現代人想像以上豐富的食生活。彌生人將豆蒸煮,炒,並做成豆粉供食用。並過著以堅穴式之不完全取暖的居住生活。當時將煮過的大豆用稻草包裹起來以保存,偶然發現煮豆產生黏稠絲狀物,如此,納豆便誕生。
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納豆有浜納豆及大德寺納豆之「寺納豆」及所謂的引絲納豆二種系統。納豆有浜納豆及大德寺納豆之「寺納豆」及所謂的引絲納豆二種系統。
  • 「寺納豆」為很接近豆味味噌的食品,大豆趜經鹽水浸漬,然後經發酵、熟成。這即所謂的「鹽辛納豆」,也稱為「唐納豆」。此種稱呼顯示其源自中國大陸「豉」很類似的食品。中國的文獻記載,不加食鹽發酵者稱為「淡豉」。而與最近稱的「絲引納豆」很相近。
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矢部氏將納豆菌與新菌分離,因此,有關納豆的研究之重要性才廣受注目。矢部氏將納豆菌與新菌分離,因此,有關納豆的研究之重要性才廣受注目。
  • 實際菌的分離成功應該是東京農科大學將沢村真氏。沢村氏在明治之十八年發現納豆菌,於是將之稱為「Bacillus natto sawamura」。
  • 以沢村氏的研究成果為基礎,從事衛生與安全的納豆製造為目標,並提倡以純粹培養之納豆菌為菌種進行發酵製造的納豆。
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後來,又有盛岡高等農林分校教師村松舜氏篩選納豆菌,而嘗試實際納豆的製造。後來,又有盛岡高等農林分校教師村松舜氏篩選納豆菌,而嘗試實際納豆的製造。
  • 又有北海道大學的半沢洵氏將過去沢村、林松兩氏的方法改進,將用比稻草包裹更衛生的容器發酵納豆,稱為「半沢式納豆製造法」,從此也使納豆產業進入大量生產的時代。
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以納豆為原料發酵製成的納豆有兩種。一種叫「絲引納豆」,這類的產品黏度很高,豆的表面具有豐富的黏性物質,如絲因此而得名。以納豆為原料發酵製成的納豆有兩種。一種叫「絲引納豆」,這類的產品黏度很高,豆的表面具有豐富的黏性物質,如絲因此而得名。
  • 另一種納豆產品不具黏絲物,但具有鹽味,故稱「鹽辛納豆」。
  • 這兩種都是日本傳統發酵大豆食品,也是主要蛋白質來源。而這兩種產品都是來自古中國,但在製造方法已經日本人改良而有些不同,營養價值也有差異。
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〈一.〉鹽辛納豆
  • 鹽辛納豆是大豆發酵食品的一種,但嚴格說起來並非納豆(與味噌較為類似,雖是大豆發酵食品,但不大像那豆類)。換句話說,鹽辛納豆並沒有經過納豆菌的發酵作用。
  • 鹽辛納豆歷史比絲引納豆更為久遠,在奈良時代便已在宮內省的大膳職製造生產,當時即叫做「豉」。
  • 至於由中國傳到日本的「豉」,曾經過日本人改良,由於主要生產地點在京都的大德寺、天龍寺等寺廟中,所以又有「寺納豆」之稱。後來又有濱名湖旁的大福寺所生產的納豆很著名,又將它依產地命名,稱為「濱納豆」。
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〈一.〉鹽辛納豆(續)
  • 1.製法:鹽辛納豆是將大豆蒸煮後放在室內平鋪的稻草上,經過三天麯菌長滿大豆,麯菌長後成為大豆麯,此時大豆中的蛋白質被麯菌中的蛋白質酶分解,生成具有鮮味的胺基酸。接著將大豆麯放進鹽水中浸泡,再經過3~4個月發酵與熟成。此期間的發酵菌種主要為耐鹽性乳酸菌,乳酸菌將酸味附予大豆,為其特色,由於含有乳酸故容易保存。之後再將大豆取出,平鋪風乾後即得鹽辛納豆產品。
  • 2.營養與用法:鹽辛納豆含有豐富的蛋白質、胺基酸、維生素等,營養價值極高。除了有鹽味及濃厚酸味外,鹽辛納豆也具有特殊香氣,形成一種複雜的味道,當然也有一些大豆青臭味及發酵臭。一般鹽辛納豆可直接作為下酒菜食用,也可夾再羊羹或饅頭中,或者飲茶時一併食用。目前鹽辛納豆食用法很多,可加在稀飯中,配白飯,加在豆腐上、甚至可配合有機蔬菜、水果,做成各種納豆料理。
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〈二.〉絲引納豆
  • 絲引納豆最早是在日本室町中期出現的,當時在《精進魚類物語》一書中便曾提及納豆太郎,這個布滿黏絲的武士。到了江戶時代,絲引納豆與味噌湯已成為日本人早餐中的兩大主菜。
  • 製法:

絲引納豆的製法事先將大豆蒸煮,包以稻草,由於稻草中含有天然的納豆菌,菌種在大豆中生長繁植,產生特有味道及黏稠物,此種發酵大豆產品即稱為絲引納豆

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〈二.〉絲引納豆(續)
  • 現代化的納豆生產不包以稻草,而是由外面添加人工培養的納豆菌行大規模發酵。絲引納豆的黏絲物質是一種胺基酸―麩胺酸(gtutamic acid)的多肽(polypeptide)結合體,再與果糖(fructose)進一步結合。複雜的結合體,使得納豆的絲狀黏稠物大約占納豆的2%左右。
  • 經由納豆菌發酵後,大豆中會產生具特殊風味的有機酸,如丙酸(propioric acid)、丁酸(butyric acid)、戊酸(valerianic acid)、己酸(caproic acid)以及正辛酸(caprylic acid)等。此外,還會產生納豆特有風味之特別成分,即所謂納豆味道的四甲基吡拉辛(tetramethylpyracin)。
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五、納豆的機能性成分(續)

資料來源:1.江晃榮(2005):納豆激酶,世茂出版公司,台北

2.須見(1997):納豆はン水ほど効くダけミ7せぅーズ出版,東京。

bacillus subtilis natto
六、納豆菌(Bacillus subtilis , natto)的特性
  • 納豆菌(Bacillus subtilis natto)係枯草桿菌之一亞種,是可以發酵分解大豆以製成納豆之細菌。
  • 納豆菌本身非常穩定,能有效進入腸道作用,其除了本身能對腸道功能進行正面作用外,也有效地抑制大腸桿菌群(尤其是0111、0144、0157等菌株),且還有促進腸道乳酸菌生長的作用。
  • 納豆菌最早是在1905年由日本東京大學的澤村教授從納豆中純粹分離出來,並將該菌株命名為Bacillus natto Sawamura。
  • 其後在1946年美國Smith等人的研究,認為納豆菌應屬於枯草桿菌(Bacillus subtilis )的類緣菌(亞種),因此在分類上便將納豆菌歸屬於枯草桿菌中。
  • 納豆菌不會產生毒素,對人體也無害,所以是一種安全性極高的食用工業菌株。
bacillus subtilis natto1
六、納豆菌(Bacillus subtilis , natto)的特性(續)
  • 1930年代北海道大學首度將純種培養的納豆菌(Bacillus natto No.1)應用在納豆工業生產,此後各家公司使用納豆菌均有各自特色,有些公司並進行納豆菌種改良,以提高產量、降低成本、增強產品有效性。
  • 例如,使用Bacillus natto與Bacillus megaterium進行細胞融合(protoplastfusion),成為新型納豆菌種,能大量生產含有維生素B12,以刺激骨髓紅血球增生的納豆。
  • 也有利用亞硝基胍(N-methyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidine, NTG)處裡宮城野納豆菌(B. natto Miyagino),篩選出經過長時間發酵後,氨氣產生量較低的人工變異株,以生產「無臭納豆」供應日本關西地區。
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納豆菌的特性

1能分泌多種分解酵素,可以分解脂肪、蛋白質、澱粉、纖維素及果膠。

2它的孢子可以再室溫下保存至少三年。

3納豆菌經過增量濃縮乾燥後,菌量可維持一定之高濃度且不易變質。

4納豆菌本身及耐高溫(100℃至少可保存20分鐘),不易被高溫破壞活性或殺死。

5納豆菌可耐98%濃度之酒精約6小時。

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納豆菌的特性(續)

6納豆菌可耐紫外燈(滅菌登)照射半個小時左右。

7對一些病原菌有抑制及致死效果:如沙門氏桿菌(Salmonella typhi)、痢疾氏賀氏菌(Shigella dysenteriae)、弗氏志賀氏菌(Shigella flexneri)、索氏志賀氏菌(Shigella sonnei)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)及某些大腸桿菌等。

8可以耐唾液、膽汁及胃酸的攻擊,固能夠有效地在腸道進行作用,此項優勢比其他益生菌(乳酸菌、酵母菌等)高。

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圖6、乳酸菌經胃酸消化後的存活率

(資料來源:生物產業,第九期第四卷 1998)

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圖7、通過腸胃道後包子性納豆菌存活率(共三種老鼠)圖7、通過腸胃道後包子性納豆菌存活率(共三種老鼠)

資料來源:Apple. and envi.Microbiol. sep. 2001

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(一)、理化性質

1.體外試驗

1980年須見洋行在進行血栓溶解酶pro-UK與UK的結構分析研究時,無意間將納豆直接置於血纖維蛋白(fibrin)平板上,結果發現具有強力的血纖維蛋白溶解活性,因此1987年首度發表納豆具有溶解血栓之能力,並將此血纖維蛋白溶解酵素稱為納豆激酶(nattokinase;NK)。

2.動物試驗中

於狗的腳靜脈利用人工方式造成血栓,再藉利用血管造影法進行觀察,結果發現經投與納豆激酶2.5 小時後血栓有溶解的現象。

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(一)、理化性質(續)
  • 以不同的合成基質檢測醯胺基水解活性結果發現,以胞漿素基質最具水解活性,對於尿激酶基質與彈性蛋白酶基質則不具有水解活性,因此,推論納豆激酶是一種類似胞漿素(plasmin)的蛋白酶。
  • 純化的納豆激酶為白色結晶粉末、無臭味、水溶液呈透明無色。將此標準品製成錠劑讓健康人服用後其真球蛋白血纖維分解活性(the euglobulin fibrinolytic activity )會上升、真球蛋白解離時間(the euglobulin lysis time)下降而血纖維蛋白/血纖維蛋白原降解產物(the degradation product from fibrin/fibrinogen)組織胞漿素原活化劑(tissue plasminogen activator)上升,均表示溶血作用增加。
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(二)、血栓症與納豆激酶(NK)分解機制
  • 血栓症(thrombosis)為血管內血液凝固,形成不溶性血纖維蛋白的一種病症。
  • 血栓原本為體內凝血防禦系統,其機制為(a)血小板凝結;(b)聚集之血小板產生似纖維般之血纖維蛋白網狀組織,使出血(bleeding)停止;(c)止血後,人體會產生胞漿素使血栓溶解。
  • 然而,由於生活緊張、壓力大等因素容易使血管受到活性氧的攻擊而受傷,加上胞漿素分泌不足,未溶解之血栓於血液中浮游,遇到因纖維化、膽固醇、鈣沉積而造成硬化或管徑狹小之動脈血管(動脈硬化)時,便會阻塞血管,當血管栓塞後,由血液輸送的養分與氧氣無法運輸通過而造成血栓症。
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(二)、血栓症與納豆激酶(NK)分解機制(續)
  • 血栓症往往會引起細胞壞死、細胞纖維化等重大問題與產生疾病。而血栓形成與細豆激酶分解血栓之機制如(圖10-12),血纖維蛋白原(fibrinogen)會受到凝血酶(thrombin)作用形成不溶性之血纖維蛋白(fibrin)造成血栓,而NK則會分解Fibrin成為血纖維蛋白降解產物(the degradation products from fibrin/fibrinogen;FDP),而NK亦可增加t-PA(tissue plasminogen activator)與活化尿激酶(uroklnase;UK)兩種方式促成胞漿素原(plasminogen)形成胞漿素(plasmin)分解Fibrin形成FDP,達到同樣分解血栓之效果。
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(三)納豆激酶活性
  • 發色基質S-2251測定法---納豆激酶會將發色性合成基質S-2251(H-D-Val-Leu-Lys-pNA)加水分解而游離p-nitroaniline(pNA),故於405nm比色定量測定納豆激酶活性。
  • 紫外線比色法—利用thrombin將fibrinogen活化形成fibrin,再添加待測試料進行fibrin分解,利用紫外線275nm測定分解時所增加的酸可溶性低分子分解產物量,以算出納豆激酶活性。
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(四)納豆中其他血栓溶解物質
  • 納豆中除了納豆激酶以外,尚有其他血栓溶解物質陸續被發現,例如:枯草菌血纖維蛋白酶(fibrinolytic enzyme;FE)、納豆尿激酶(urokinase;UK)、前尿激酶活化劑(pro-urokinase activator;PUA)與促血纖維蛋白溶解物質(線溶賦活物質;fibrinolysis accelerating substance;FAS)。
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(3)納豆激酶的功能
  • 預防高血壓
  • 降低血膽固醇及預防粥狀動脈硬化
  • 抗菌消毒
  • 調整腸道功能
  • 降低體內酒精濃度
  • 減少骨質疏鬆的發生濃度
  • 抗癌效果
  • 提高蛋白質的消化率
  • 其他―對癌症、糖尿病、高血壓、動脈硬化、肥胖、婦女病、經痛等均有預防及解緩及治療效果。
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(一)、γ-PGA的理化性質:

Muramatsu等(1997)及Ogawa等(1997)發現分別添加phyton或glutamic acid 可增加黏質物之產生,且前者不僅可增加黏性,並可促進納豆菌的生長,而後者則只增加黏性,對細胞之生長無影響。

黃等(1997)發現添加0.1~1%NaCl及0.1~3%蔗糖均可提高納豆之黏性。而Kuda等(1997)利用黑豆接種枯草菌探討其黏質物質與麩胺酸產生之情況,結果發現再黑豆中,黏質物質與麩胺酸含量會隨發酵時間增加而上升。

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(一)、γ-PGA的理化性質(續):
  • 黏質一般佔納豆0.1%~0.8%,是由麩胺酸之多胜肽與寡果糖所組成,前者形成網狀結構,後者則提供氫鍵結合(李,1997),Akimoto等(1990)調查市售納豆品質與官能品評的相關性,顯示γ-聚麩胺酸(γ-polyglutamic acid;γ-PGA)與黏質均增加時,可獲得較佳的官能品評結果。Saito等(1974)分析納豆的黏質,發現是由58%的γ-PGA與40%的多醣類所組成。

γ-PGA由麩胺酸(glutamic acid,GA)單體內之γ位羧基(-COOH)與另一GA單體之胺基(-NH3)連結,依序聚合成為高分子聚合物。Fujii發現γ-PGA由D型與L型的麩胺酸所組成。

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Saito等利用L-麩胺酸脫羧基酶(L-glutamic acid decarboxylase )檢測溶液中納豆黏質物,發現D型與L型γ-PGA比各為42 : 58,其黏液分子在pH5.0~8.8時呈現隨意的線圈狀,當處於更低的pH範圍時則呈現桿狀。
  • Yamaguchi等(1996)利用SDS-PAGE電泳檢測出γ-PGA分子量約為275000,並對照納豆菌生長曲線發現γ-PGA產生於定常期前期,而在穩定期期間,麩胺酸的添加能有效地轉變為γ-PGA。利用納豆菌大規模製造γ-PGA的實驗中發現,其產量會隨著搖晃的速度與麩胺酸的增加而增加。
  • Ogawa等(1997)利用幅射標誌L-麩胺酸探討其對納豆面生合成黏度的途徑,發現其可轉移入胞中並聚合成γ-PGA。
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Oligi γ-PGA可以增強維生素及多種礦物質的吸收,為下列保健食品的優良素材。

A.膳食用天然纖維食品,亦可使用於製造其他保健食品、保健飲料等產品,以改進營養及保健價值。

B.甘味料、增黏劑、乳化劑,以增加口感,並適用於製造各種高品質冷凍食品。

C.保濕劑、抗氧化劑,以改進產品品質。

D.天然抗病菌劑、酵素阻礙劑、食品添加劑,以保持高品質和安定性。

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切割成下面3張

圖10-17、納豆菌與γ-PGA衍生產品之應用領域

資料來源:蘇遠志(2003):生物產業14(2):117-130

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圖10-17、納豆菌與γ-PGA衍生產品之應用領域

資料來源:蘇遠志(2003):生物產業14(2):117-130

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圖10-17、納豆菌與γ-PGA衍生產品之應用領域

資料來源:蘇遠志(2003):生物產業14(2):117-130

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圖10-17、納豆菌與γ-PGA衍生產品之應用領域

資料來源:蘇遠志(2003):生物產業14(2):117-130

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張等以大豆接種本土枯草菌株(Bacillu subtilis IMR-NK-1)進行固態發酵,經熱風乾燥後發現其含有頗高活性超氧歧化酶(SOD),將此大豆SOD粗酵素製品純化,發現其催化超氧陰離子歧化反應之最適溫度50℃,以膠體過濾法測得原態分子量為45kDa,以SDS-PAGE測得次單元分子量為251kDa,為一同質性二元體酵素。且此酵素分子之等電點(pI)為4.8,屬錳型-超氧歧化酶。
  • 以化學修飾劑diethyl pyrocarbonate (5 mM)及Woodward/s reagent K(0.5 mM)幾乎完全抑制酵素活性,推測組胺酸(histidine)之咪唑基(imidazole group)及天門冬胺酸(aspartic acid)或麩胺酸(glutamic acid)之酸基 (carboxyl group)可能為構成酵素活性中心所必須或位於其附近。以體外抗氧化試驗結果顯示,發酵大豆具還原力、抗油脂過氧化之特性及清除DPPH自由基之能力。
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A1

A2

B1

B2

C1

C2

D1

D2

圖10、不同發酵時間下, 黃豆中接種納豆之電泳圖

A1、2:未經發酵黃豆

B1、2:接種24小時

C1、2:接種36小時

D1、2:接種48小時