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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 生物資源暨農學院
  3. 食品科技研究所
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/85859
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dc.contributor.advisor葉安義(An-I Yeh)
dc.contributor.authorHua-Tsung Linen
dc.contributor.author林華宗zh_TW
dc.date.accessioned2023-03-19T23:26:42Z-
dc.date.copyright2022-09-29
dc.date.issued2022
dc.date.submitted2022-09-25
dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/85859-
dc.description.abstract麥芽糖轉葡萄糖基酶 (EC 2.4.1.25; amylomaltase; AMase) 是一轉移酶,可改變澱粉分子結構,並影響澱粉理化性質及食品應用性。本研究以AMase為工具,生產不同分子結構的酵素修飾澱粉,探討澱粉分子結構對理化性質的影響。自嗜熱菌 Thermus thermophilus (T. thermophilus) 分離AMase基因,以pET-20b(+) 載體接合後轉形至E. coli BL21 (DE3),經過70oC熱處理30分鐘,即可取得高純度酵素,適合澱粉及酵素工業使用,進一步再以鎳親和性層析管柱純化,可得到更高純度的AMase,適合學術上對酵素作用模式的探討。1% (w/w) 的樹薯澱粉以不同酵素活性 (E/S, enzyme/substrate ratio) 及修飾時間,改變澱粉分子結構及回凝特性,生產出不同分子量、鏈長分布的澱粉,並解析分子量及鏈長對回凝特性、冷凍安定性的影響。AMase修飾澱粉在短時間作用下,分子量會改變,並受酵素活性分成兩個途徑。高酵素活性 (≥ 2 U/g) 下,分子量先增加再下降,低酵素活性 (≤ 1 U/g) 下,分子量會隨修飾時間增加而增加,直鏈澱粉含量及鏈長皆會下降,表示直鏈澱粉被AMase水解後轉移到支鏈澱粉,使支鏈澱粉鏈長變長。支鏈澱粉鏈長DP 9–25會被增長為DP > 25,高活性修飾以增加DP 26–75的鏈為主,低活性修飾以增加DP 35–55的鏈為主,表示短鏈A鏈及B1鏈會增長成B2鏈、B3鏈,甚至B4鏈。AMase修飾後,澱粉-碘錯合物的最大吸收波長會往短波長移動,與直鏈澱粉的減少與支鏈澱粉鏈長提高有關,更多的碘與支鏈澱粉錯合。高活性及長時間的AMase修飾,會使長期回凝程度提高。AMase修飾後,會使冷凍解凍的離水率降低、抗凍性提高,低直鏈澱粉含量有較佳抗凍性,但分子量的下降會使抗凍性變差。支鏈澱粉長短鏈比例 (L/S) 可作為分子結構指標,與長期回凝呈高度正相關。透過多種結構的AMase修飾澱粉,(E/S)2t可作為一預測AMase作用模式的指標,以49.2為分界,區分成以歧化活性 (disproportionation) 主導的分子量提高,或者是水解活性主導的分子量降低,可於操作前事先預測終產品的分子量,依需求調控,酵素活性及修飾時間。其中,10 U/g修飾10分鐘具有最佳的產業應用性,僅10分鐘修飾即可達到高分子量及良好的冷凍解凍安定性。綜合上述,本研究以L/S建立澱粉分子結構及理化特性的關聯性,並以 (E/S)2t建立酵素活性及修飾時間對分子結構的影響,並了解AMase的作用模式。zh_TW
dc.description.abstractAmylomaltase (EC 2.4.1.25, AMase) is a transferase, which can transfer α-1,4-linked glucosyl units from one glucan to another. Properties and applications of starch influenced by its structure, which changed by AMase. This study was to explore the relationship between molecular structure and physicochemical properties of starches using AMase. AMase from Thermus thermophilus (T. thermophilus) was overexpressed by E. coli BL21 (DE3) constructed in pET-20b(+). High purity of AMase was prepared after heating at 70oC for 30 min for starch and enzyme industry. For the academic research on the action mode of enzyme, AMase could be further purified by nickel affinity column chromatography with higher purity. 1% (w/w) of cassava starch was modified with AMase at different enzyme/substrate ratios (E/S) and reaction times to explore the structural changes and the retrogradation properties. The amylomaltase-treated starches (ATS) were produced with different molecular weight and chain length distribution, and their effects on the retrogradation property and frezze-thaw stability were studied. ATS showed an increase in weight-average molecular weight (Mw) at a short reaction time, and the action mode of AMase revealed two trends dependent on E/S. At high E/S (≥ 2 U/g), Mw increased initially and then decreased with time. At low E/S (≤ 1 U/g), Mw increased slightly with time. Amylose was hydrolyzed, its content and degree of polymerization (DP) were reduced, and the hydrolyzed segments were transferred to amylopectin, thereby extending the chain length by AMase reaction. Some DP 9–25 amylopectin chains were elongated to DP > 25, resulting in the increase in DP 26–75 at high E/S and in DP 35–55 at low E/S; the short chains (A or B1 chains) of amylopectin were extended to long chains (B2, B3, and B4 chains). The maximum absorption wavelength (λmax) of starch-iodine complex was shifted to shorter wavelength indicating that more iodine reacted with longer amylopectin chains due to the reduction of amylose and extending of amylopectin chains. More iodine molecules were complxed with amylopectin chains. AMase treatment resulted in a severe long-term retrogradation at high E/S along with long reaction time. After AMase treatment, the syneresis after freeze-thaw stability were reduced indicating the higher frozen stability. Low amylose content showed better stability; however, the reduction of molecular weight made the stability worse. The long-to-short chain ratio in amylopectin (L/S), a parameter of molecular structure, was positively correlated with long-term retrogradation. (E/S)2t was also proposed as a parameter to determine whether the domination of AMase action mode was disproportionation or hydrolysis, with a critical value of 49.2. The desired molecular weight of end products could be predicted and manipulated by E/S and reaction time. For industrial utility, the starch with higher molecular weight and better freeze-thaw stability were treated at 10 U/g for 10 min. Overall, A new insight into the structural characteristics and physicochemical properties of ATS was revealed through L/S, E/S, and reaction time, as well as an understanding of the action mode of AMase.en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2023-03-19T23:26:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2022
en
dc.description.tableofcontents誌謝 i 中文摘要 vi Abstract viii 縮寫檢索表 I 目錄 II 附圖目錄 X 附表目錄 XII 圖目錄 XIII 表目錄 XIV 壹、 前言 1 貳、 文獻回顧 2 一、 澱粉簡介 2 (一) 澱粉發展歷史 2 (二) 澱粉來源 5 (三) 澱粉組成 5 1. 澱粉顆粒 6 2. 直鏈澱粉 (amylose) 10 3. 支鏈澱粉 (amylopectin) 11 (四) 澱粉結晶性 16 (五) 澱粉微細結構 18 1. 直鏈澱粉與支鏈澱粉比例 18 2. 澱粉分子量 20 3. 澱粉鏈長分布 21 4. 澱粉分支度 22 (六) 澱粉理化性質 22 1. 澱粉糊化 22 2. 澱粉回凝 24 二、 修飾澱粉 26 (一) 修飾澱粉種類 26 1. 化學修飾 26 2. 物理修飾 27 3. 基因修飾 27 4. 酵素修飾 28 (二) 常用於修飾澱粉之酵素 30 三、 麥芽糖轉葡萄糖基酶修飾澱粉 35 (一) AMase之來源 35 (二) AMase之作用模式 38 (三) AMase之應用 41 (四) AMase修飾澱粉之理化性質 42 (五) AMase修飾澱粉之微細結構 43 (六) AMase之製備 47 四、 澱粉理化性質與微細結構之相關性 52 (一) 澱粉回凝與微細結構之相關性 53 (二) 澱粉抗凍性與微細結構之相關性 54 參、 實驗架構 56 一、 實驗架構 56 (一) 含AMase基因之保存 57 (二) 含AMase重組質體之保存 58 (三) 含AMase重組質體於產蛋白菌之保存 59 (四) AMase之誘導生產、純化及酵素特性 60 (五) AMase修飾澱粉之製備、分子結構、理化性質及相關性 61 肆、 材料與方法 62 一、 實驗材料 62 (一) 酵素生產材料 62 (二) 澱粉材料 62 二、 實驗試藥 62 (一) 酵素生產之相關試藥 62 1. 原生菌培養相關試藥 62 2. 基因轉殖相關試藥 63 (二) 酵素特性分析相關試藥 63 1. 含AMase基因菌培養相關試藥 63 2. AMase純化相關試藥 63 3. AMase蛋白質分布相關試藥 63 4. AMase酵素活性相關試藥 64 (三) 酵素修飾澱粉分析相關試藥 65 1. 分子結構分析相關試藥 65 三、 儀器設備 66 (一) 酵素生產之相關儀器 66 1. 原生菌培養相關試藥 66 2. 基因轉殖相關試藥 66 (二) 酵素特性分析相關儀器 67 1. 含AMase基因菌培養相關儀器 67 2. AMase純化相關儀器 67 3. AMase蛋白質分布相關儀器 67 4. AMase酵素活性相關儀器 67 (三) 酵素修飾澱粉分析相關儀器 67 1. 澱粉製備相關儀器 67 2. 分子結構分析相關儀器 67 3. 理化性質分析相關儀器 68 四、 實驗方法 69 (一) 酵素生產之AMase基因取得 69 1. 原生菌之篩選 69 2. 原生菌之活化及保存 69 3. 原生菌基因體DNA之分離 70 4. 原生菌基因體DNA之確認 70 5. 基因之取得 71 6. 基因之初步確認 72 7. 基因之確認 (T vector in DH5α) 72 (1) 基因之載體建構 (T vector) 72 (2) 載體之宿主細胞建構及藍白篩試驗 72 (3) 載體之宿主細胞確認 73 (4) 載體之宿主細胞定序確認 74 8. 基因之保存 74 (二) 酵素生產之AMase重組質體取得 75 1. 重組質體之建構 (pET-20b(+) vector) 75 (1) 基因及空載體之取得 75 (2) 基因及空載體之初步確認 77 (3) 基因及空載體之接合 77 2. 重組質體之宿主細胞建構 (pET in DH5α) 79 3. 重組質體之宿主細胞確認 (pET in DH5α) 79 (1) 重組質體之初步確認 79 (2) 重組質體之再次確認 80 4. 重組質體之宿主細胞建構 80 5. 重組質體之宿主細胞定序確認 80 6. 重組質體之保存 81 (三) 酵素生產之AMase重組質體宿主細胞取得 (pET in BL21) 81 1. 重組質體之建構 (pET-20b(+) vector in BL21) 81 2. 重組質體之宿主細胞初步確認 81 3. 重組質體之宿主細胞定序確認 82 4. 重組質體之宿主細胞保存 82 (四) AMase特性分析 82 1. 宿主細胞之誘導生產 82 2. 宿主細胞之胞內液取得 83 3. 胞內液純化 83 4. 酵素液蛋白質分布 83 5. 酵素活性 84 (1) 酵素之蛋白質含量 85 (2) 酵素之葡萄糖產出量 85 (3) pH值對酵素活性之影響 85 (4) 溫度對酵素活性之影響 86 (五) AMase修飾澱粉分析 86 1. 修飾澱粉之製備 86 2. 水分含量分析 87 3. 環狀物分析 88 4. 澱粉平均分子量分析 (batch MALS mode) 89 5. 澱粉鏈長分布分析 89 6. 支鏈澱粉鏈長分布分析 91 7. 表觀直鏈澱粉分析 93 8. 澱粉-碘錯合物最大吸收波長分析 93 9. 長期回凝分析 94 10. 冷凍解凍循環離水率分析 94 11. 游離醣分析 95 (六) 數據統計分析 95 伍、 結果與討論 97 一、 酵素生產 97 (一) 原生菌培養 97 1. 原生菌之活化及前培養條件 97 2. 原生菌基因體DNA之萃取 97 (二) 基因轉殖 100 1. 原生菌AMase基因之取得 100 2. 含AMase基因T載體之確認 (AMase in T vector) 103 3. 含AMase重組質體之確認 (AMase in pET-20b(+) in E. coli DH5α) 105 4. 含AMase重組質體之定序 (AMase in pET-20b(+) in E. coli BL21) 108 二、 酵素特性 114 (一) 含AMase基因之菌培養 114 1. 宿主細胞之誘導生產 114 (二) AMase 胞內液純化 116 1. 純化處理對蛋白質分布之影響 116 2. 純化處理對酵素活性及純度之影響 118 3. 不同pH值及溫度對酵素活性之影響 120 三、 AMase修飾澱粉 121 (一) AMase修飾澱粉之製備 121 (二) AMase修飾澱粉之分子結構 122 1. 環狀物 122 2. 澱粉之平均分子量 122 3. 切支後之鏈長分布及平均鏈長 129 (1) 澱粉之鏈長分布 129 (2) 澱粉各區塊之質量分率 132 (3) 澱粉各區塊之平均鏈長 135 4. 切支後之支鏈澱粉鏈長分布 140 (1) 支鏈澱粉之鏈長分布 140 (2) 支鏈澱粉之長短鏈比例消長情況 146 5. 表觀直鏈澱粉含量 149 6. 澱粉-碘錯合物之呈色及最大吸收波長 151 (三) AMase修飾澱粉之理化性質 154 1. 長期回凝 154 2. 抗凍性 157 (四) 修飾澱粉分子結構與理化性質相關性 160 1. 澱粉結構與長期回凝之相關性 160 2. 澱粉結構與抗凍性之相關性 162 (五) AMase之作用模式 163 1. 澱粉鏈之轉移 163 2. 酵素活性及修飾時間對分子結構之影響 165 3. AMase之作用模式 169 陸、 結論與未來展望 174 柒、 參考文獻 176 捌、 已發表之國際期刊論文 201
dc.language.isozh-TW
dc.subject鏈長zh_TW
dc.subject麥芽糖轉葡萄糖基酶zh_TW
dc.subject酵素基質比zh_TW
dc.subject澱粉回凝zh_TW
dc.subject支鏈澱粉長短鏈比例zh_TW
dc.subject分子結構zh_TW
dc.subject分子量zh_TW
dc.subjectmolecular weighten
dc.subjectamylomaltaseen
dc.subjectenzyme/substrate ratio (E/S)en
dc.subjectstarch retrogradationen
dc.subjectlong-to-short chain ratio (L/S)en
dc.subjectmolecular structureen
dc.subjectchain lengthen
dc.title麥芽糖轉葡萄糖基酶修飾樹薯澱粉之分子結構與理化性質zh_TW
dc.titleMolecular structure and physicochemical properties of cassava starch modified by amylomaltaseen
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear110-2
dc.description.degree博士
dc.contributor.author-orcid0000-0001-8451-1569
dc.contributor.advisor-orcid葉安義(0000-0003-3252-6325)
dc.contributor.coadvisor賀端華(Tuan-Hua David Ho),潘敏雄(Min-Hsiung Pan)
dc.contributor.coadvisor-orcid賀端華(0000-0002-7722-7356),潘敏雄(0000-0002-5188-7030)
dc.contributor.oralexamcommittee張永和(Yung-Ho Chang),呂廷璋(Ting-Jang Lu),陳時欣(Shih Hsin Chen),黃俊勇(Chun-Yung Huang),薛光奇(Kuang-Chi Hsueh)
dc.contributor.oralexamcommittee-orcid,呂廷璋(0000-0002-3956-8272),陳時欣(0000-0002-0554-4643),黃俊勇(0000-0001-9117-1013)
dc.subject.keyword麥芽糖轉葡萄糖基酶,酵素基質比,澱粉回凝,支鏈澱粉長短鏈比例,分子結構,分子量,鏈長,zh_TW
dc.subject.keywordamylomaltase,enzyme/substrate ratio (E/S),starch retrogradation,long-to-short chain ratio (L/S),molecular structure,molecular weight,chain length,en
dc.relation.page201
dc.identifier.doi10.6342/NTU202203979
dc.rights.note同意授權(全球公開)
dc.date.accepted2022-09-26
dc.contributor.author-college生物資源暨農學院zh_TW
dc.contributor.author-dept食品科技研究所zh_TW
dc.date.embargo-lift2022-09-29-
顯示於系所單位:食品科技研究所

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