國立臺東大學 生命科學系 碩士論文
指導教授:魏百祿 博士
台農五十七號甘藷釀酒之條件探討 Study the condition of liquor brewed in
Tainung NO. 57 sweet potato
研究生:李昆奇 撰
中華民國 一百零二 年 一 月
國立臺東大學生命科學系 碩士論文
台農五十七號甘藷釀酒之條件探討 Study the condition of liquor brewed in
Tainung NO. 57 sweet potato
研 究 生： 李昆奇 撰
指導教授： 魏百祿 博士
中 華 民 國 一 百 零 二 年 一 月
I
誌謝
兩年半的時間就這樣過去了，當初從甚麼都不懂的新鮮人，進入實驗室當起 專題生，開啟了我的研究生涯。最要感謝的人是我的指導教授魏百祿老師，非常 老師在實驗上，我所遇到的問題以及實驗設備耗材不夠，老師都能夠一一解決，
並且幫我找了個工讀機會，讓我在研究生的生活上，有些許的補助，減輕家裡的 負擔，非常感謝老師。也要非常感謝擔任我的口試委員王志傑老師及李俊霖老 師，非常感謝兩位老師在我的論文上細心的修改，在口考時針對我所犯的錯誤提 出糾正，讓我學習到更多的知識，並讓我的研究更加豐富，非常感謝兩位老師。
接下來感謝對我最好的系辦助理，莊惠菁女士及惠嵐姊，在我的研究生生 活，一部分重要的是當上系上的工讀生，惠嵐姊在我剛進來東大時，就很照顧我 不時也會叮嚀一些該注意事項，非常懷念那段講八卦聊天的日子，另外一位大美 女小銘姊，算起來我比妳還資深，看著妳進入我們系上，從一開始的摸索到現在 的系辦大姐頭，實在是很感動阿，也謝謝妳幫我看論文的格式，還有我們一起聊 天及拼評鑑的日子，非常的感謝妳，我不會忘記妳的!!!接著最該感謝的人，也 是我的戰友黑哥吳軒丞，我在生活上大大小小的事情，都需要你的幫忙，謝謝你 的大白接送，還有金錢資助我，讓我不再挨餓受凍。還有龍姊、蔡阿嬤及黑輪，
可以認識你們我真的很高興，大家在實驗室的瘋狂和熬夜做實驗，到外面旅遊及 平常的八卦，都讓我印象深刻，平常最愛跟我聊五四三的龍姊，也是最好笑的人，
蔡阿嬤的察言觀色，關心的舉動讓我很感動，而黑輪哥也是同時間和我們在水深 火熱下，一起熬過來的戰友，我最懷念那段吃宵夜還有你的黑白講理論。還有我 研究所的夥伴及可愛的學弟妹們，語之、宜涵、戴比姊、賴肉鬆、嘉麒、郡主、
小王，非常感謝你們在我的研究生涯，替我增添許多色彩。
最後感謝我身邊最重要的一群人，和我一起在台東努力打拼的表妹婷婷，彼 此之間的互相打氣是讓我支撐下去的動力，還有我親愛的人妻阿姐阿璧及遠在台 中工作的表姊阿肥，當我覺得累的時候，妳們總是會幫我加油打氣，讓我們一起 為未來打拼，還有我可愛的表弟宏益及弟弟旻政，雖然一直在吐槽我，但我相信 你們還是在關心我的，最後的最後要感謝我親愛父母，在我無理取鬧時，總還是 關心著我，一直為我擔心，我今天能夠撐到現在，一切都要歸功於你們，我身邊 這群最可愛的人們。
I
台農五十七號甘藷釀酒之條件探討
作者：李昆奇
國立臺東大學 生命科學系
摘要
根據統計資料顯示，甘藷產量為全台雜糧作物中最高，其中台農 57 號為主要品種。甘藷塊根澱粉含量高，且塊根水分含量高，而台 灣天氣高溫多濕，鮮藷儲藏期間易腐敗。因此，需要開發新的加工產 品。甘藷澱粉含量高，可提供給釀酒酵母進行醱酵生產乙醇，但酵母 菌不具有分解澱粉能力，必須藉由糖化黴菌將澱粉分解為單糖，釀酒 酵母菌才利用單糖產生乙醇。本實驗目的利用釀造清酒主要菌種米麴 菌及釀酒酵母菌進行共醱酵，及酒廠使用之神麴進行醱酵釀酒，去探 討最佳醱酵條件。菌株最佳醱酵條件是，分開接種 Aspergillus oryzae BCRC 30428 及 Saccharomyces cerevisiae BCRC 21679 接種量皆為 10%，產生總糖度 15.62 °Brix 及乙醇產量 4.82%，而 Aspergillus
oryzae
BCRC 30428接種時間為培養 32 小時，產生總糖度 15.80 °Brix，Saccharomyces cerevisiae BCRC 21679 接種時間為培養 4 小時，產生
乙醇 5.23%，醱酵溫度為 28℃產生乙醇 7.16%，起始 pH 值為 4 產 生乙醇 4.98 %，振盪轉速 100 rpm 產生乙醇 6.01 %，上述為
Aspergillus oryzae BCRC 30428 及 Saccharomyces cerevisiae BCRC
II
21679 的最佳醱酵條件。 而神麴部分則為 接種量 1% 產生 乙醇 8.89%，醱酵溫度為 24℃產生乙醇 8.81%，起始 pH 值為 5 產生乙醇 5.72 %，振盪轉速為 100 rpm 產生乙醇 8.50 %。將神麴最佳醱酵條 件去醱酵，在第 7 天得到產生乙醇濃度約 8.82%。進行甘藷酒成品成 分分析，有害物質甲醇含量非常低，甘藷酒成品安全性高，而香氣成 分乙酸乙酯含量也很低。最後讓消費者官能品評，去判斷所釀造之甘 藷酒，是否會被接受，而在外觀得到不錯的評價，但是在口感及香氣，
多數人認為普通，需再進一步去更改條件，達到可以讓大眾喜愛。現 今市面上之甘藷酒皆為蒸餾酒，本研究所釀造之甘藷酒為釀造酒，較 可保存原始風味。因此，本研究釀造甘藷酒上，是可以採行的方式。
關鍵字:甘藷酒、米麴菌、釀酒酵母菌、神麴、醱酵、最佳醱酵條件
III
Study the condition of liquor brewed in Tainung NO. 57 sweet potato
Kun-Chi Lee
Abstract
According the statistics, sweet potato yield is highest of grains crops in Taiwan, which Tainung NO. 57 is main varieties. Sweet potato tubers with high starch content, and the high water content of tubers, in Taiwan, weather is hot and humid, the fresh sweet potato during storage of perishable. Therefore, need to develop some new processed products. Sweet potato tubers with high starch content, can be provided to the yeast fermentation to produce ethanol, but the yeast don’t have the ability to break down starch, the starch must by saccharifying mold to hydrolysis into a monosaccharide, then Saccharomyces
cerevisiae can use monosaccharide to production ethanol. The purpose of this
study was the use of brewed sake strain of Aspergillus oryzae andSaccharomyces cerevisiae in co-fermentation, and the fermentation use the
massa medicata fermentata by wineries, to explore the optimum fermentation conditions. The strains optimum fermentation conditions are, inoculation amount are 10% by separately inoculated with Aspergillus oryzae BCRC 30428 and Saccharomyces cerevisiae BCRC 21679, produce total sugar content of 15.62 ° Brix and ethanol 4.82%, and Aspergillus oryzae BCRC 30428 inoculation time to cultivate 32 hours, produce total sugar content of 15.62 ° Brix, the Saccharomyces cerevisiae BCRC 21679 inoculation time to cultivate 4 hours, produce ethanol 5.23%, fermentation temperature of 28 °C to produce ethanol 7.16%, the initial pH value of 4 to produce ethanol 4.98%, shaking speed of 100 rpm to produce ethanol 6.01%, the above is optimum fermentation conditions for Aspergillus oryzae BCRC 30428 and Saccharomyces cerevisiae BCRC 21679. And the massa medicata fermentata of production ethanol 8.89%by inoculation amount 1%, fermentation temperature of 24 °C to produce ethanol 8.81%, the initial pH value of 5 to produce ethanol 5.72%, shaking speed of 100 rpm to produce ethanol 8.50%. Fermentation with the optimum fermentation conditions of massa medicata fermentata, on the 7 day of production ethanol concentration of 8.82%. Ingredient analysis of sweet potato liquor, the harmful substances of methanol content extremely low, the high security of sweet potato liquor, and the aroma components of ethyl acetate
IV
content also extremely low. And let the the consumer sensory evaluation, to judge the brewed of sweet potato liquor, whether it will be accepted, in appearance and color to get a great evaluation, but in taste and aroma, most people think that ordinary, need to go further to change the conditions to achieve popularity. On the today market, the sweet potato liquor are all distilled liquor, this study brewed sweet potato liquor are
brewage, than can be hold to the original flavor. Therefore, this study to brewing sweet potato liquor, can adopt the way.
Keywords: Sweet potato liquor, Aspergillus oryzae, Saccharomyces cerevisiae, Massa Medicata Fermentata, Fermentation, Optimum fermentation conditions.
V
目次
中文摘要……….I 英文摘要………II 表次 ……… VII 圖目次 ………..VIII
前言………1
第一章 文獻回顧………2
第一節 甘藷 (Ipomoea spp.)之介紹………2
第二節 澱粉………. 9
第三節 釀酒相關酵素……….10
第四節 釀酒相關之糖化黴菌………14
第五節 釀酒相關之酵母菌………16
第六節 醱酵生化作用……….18
第七節 酒中風味物質……….18
第八節 甘藷酒之研究……….20
第九節 神麴之介紹………24
第二章 實驗動機目的與實驗架構………28
第一節 實驗動機……… 28
第二節 實驗目的……… ..28
第三節 實驗架構……… ..28
第三章 材料與方法 ……… 30
第 一節 實驗材料 … … … …… … … ……… … … …… … … ……… … … …… … … 3 0 第二節 菌種之培養條件……… .31
第三節 原料前處理及醱酵基質與水比率………33
第四節 菌株生長曲線測定……… .3 3 第 五 節 醱 酵 之 條 件 探 討 … … … . 3 3 第 六節 最佳 醱 酵之 條 件 …… … … ……… … … ……… … … …… … … 3 6 第 七 節 測 定 分 析 方 法 ……… . ……… ……… …. 3 6 第 八節 消費者官能品評 ……… ………37 第 九 節 統 計 分 析方 法 … …… … … … …… … … …… … … ……… … … …… … … 3 7 第 四 章 結 果 … . . … … … . … . 3 9 第 一 節 原 料 前 處 理 及 醱 酵 基 質 與 水 比 率 … … … . . … … … 3 9 第 二 節 菌 株 生 長 曲 線 測 定 … … . . … … … . … … … . 3 9 第 三 節 醱 酵 之 條 件 探 討 … … … . . 4 8 第 四 節 最 佳 醱 酵 之 條 件 … … … … … … … . . … … … … . . 7 4 第 五 節 甘 藷 酒 成 品 成 分 分 析 … … … … … … … . . … … … … . . 7 4
VI
第 六 節 甘 藷 酒 成 品 官 能 品 評 … … … … … … … . . … … … … . . 7 4 第 五 章 討 論 … … … . … 8 0 第 一 節 原 料 前 處 理 及 醱 酵 基 質 與 水 比 率 … … … . . … … … 8 0 第 二 節 菌 株 生 長 曲 線 測 定 … … . . … … … . … … … . 8 0 第 三 節 醱 酵 之 條 件 探 討 … … … . . 8 1 第 四 節 最 佳 醱 酵 之 條 件 … … … … … … . . … … … … . . 8 4 第 五 節 甘 藷 酒 成 品 成 分 分 析 … … … … … … . . … … … … . . 8 4 第 六 節 甘 藷 酒 成 品 官 能 品 評 … … … … … … . . … … … … . . 8 5 第 六 章 結 論 … … … … … … . 8 8 第 七章 未來研究方向 ……….……… ……… 89 第 八 章 參 考 文 獻 … … … 9 0 一 、 中 文 部 分 … … … 9 0 一 、 英 文 部 分 … … … 9 3
VII
表次
表 1 台灣地區 100 年度甘藷產量………5
表 2 甘 藷 基 本 成 分 … … … . 6
表 3 與 醱 酵 相 關 之 澱 粉 酶 及 其 作 用 … … … . … … … … 1 2 表 4 醇 類 在 酒 中 之 風 味 特 徵 … … … . … . . … … . 2 1 表 5 有 機 酸 在 酒 中 之 風 味 特 徵 … … … . … … … … 2 2 表 6 酯 類 在 酒 中 之 風 味 特 徵 … … … . … … … … 2 3 表 7 蒸餾溫度對不同甘藷品種之蒸餾酒重要成分含量之影響 ……….…………26
表 8 甘藷酒製造添加不同黴菌及酵母菌之方式 ……….…………27
表 9 甘藷酒之消費者官能品評……….………….38
表 10 以 GC 分析乙醇條件………..……….………….43
表 11 以 GC 分析甲醇條件………...……….44
表 12 以 GC 分析乙酸乙酯條件………...……….45
表 13 不同醱酵溫度 (20℃、24℃、28℃) 之總糖度……….63
表 14 不同起始 pH 值 (3、4、5) 之總糖度……….………..68
表 15 不同轉速 (0 rpm、100 rpm、200 rpm )之總糖度………..73
表 16 神麴最佳醱酵條件之 pH 值及總糖度………..76
表 17 神麴最佳醱酵條件之甲醇含量……….………..77
表 18 神麴最佳醱酵條件之乙酸乙酯產量………..……….78
表 19 Aspergillus oryzae BCRC 30428 及 Saccharomyces cerevisiae BCRC 21679 最佳醱酵 之條件………..86
表 20 神麴最佳醱酵條件………..……….87
VIII
圖目次
圖 1 甘藷澱粉之掃描式電子顯微鏡圖………8
圖 2 澱粉酶水解之作用機制……….13
圖 3 醱酵過程酵母承受的外在因素………17
圖 4 釀酒酵母醱酵經由乙醇代謝路徑產生乙醇………19
圖 5 不同甘藷品種產酒率之比較………25
圖 6 實驗架構………..29
圖 7 乙醇之 GC 檢量線………40
圖 8 甲醇之 GC 檢量線………41
圖 9 乙酸乙酯之 GC 檢量線………42
圖 10 甘藷基質前處理後對總糖度之影響………46
圖 11 甘藷基質與加水量的比率對乙醇生成量之影響………47
圖 12 Aspergillus oryzae BCRC 30428 生長曲線……….………49
圖 13 Saccharomyces cerevisiae BCRC 21679 生長曲線………50
圖 14 Aspergillus oryzae BCRC 30428 之不同接種量 (5%、10%、15%) 對總糖度生成之 影響………..………..…….………52
圖 15 Saccharomyces cerevisiae BCRC 21679 之不同接種量 (5%、10%、15%) 對乙醇生 成量之影響………...………..53
圖 16 Aspergillus oryzae BCRC 30428 之總菌液培養時間 (16、32、48) 小時對總糖度生 成之影響……….…..…...54
圖 17 Saccharomyces cerevisiae BCRC 21679 之總菌液培養時間 (4、8、12) 小時對乙醇 生成量之影響……….………55
圖 18 Aspergillus oryzae BCRC 30428 及 Saccharomyces cerevisiae BCRC 21679 兩種菌 株不同接種方式(分開接種或同時接種)對乙醇生成量之影響……….………57
圖 19 神麴不同接種量 (0.1%、1%、10%) 對乙醇生成量之影響………..…58
圖 20 Aspergillus oryzae BCRC 30428 和 Saccharomyces cerevisiae BCRC 21679 在不同 醱酵溫度 (20℃、24℃、28℃)下對乙醇產量之影響……….……...…60
圖 21 神麴在不同醱酵溫度 (20℃、24℃、28℃)下對乙醇產量之影響…………61
圖 22 不同醱酵溫度 (20℃、24℃、28℃) 下之總糖度變化………62
圖 23 Aspergillus oryzae BCRC 30428 和 Saccharomyces cerevisiae BCRC 21679 在不同 起始 pH 值 (3、4、5) 下對乙醇產量之影響………..………..…………65
圖 24 神麴在不同起始 pH 值 (3、4、5) 下對乙醇產量之影響………….………66
圖 25 不同起始 pH 值 (3、4、5) 下之總糖度變化……….………67
圖 26 Aspergillus oryzae BCRC 30428 和 Saccharomyces cerevisiae BCRC 21679 在不同 轉速 (0 rpm、100 rpm、200 rpm) 下對乙醇產量之影響………70
圖 27 神麴在不同轉速 (0 rpm、100 rpm、200 rpm) 下對乙醇產量之影響………….71
IX
圖 28 不同轉速 (0 rpm、100 rpm、200 rpm) 之糖度變化……….72 圖 29 神麴最佳醱酵條件對乙醇產量之影響……….…...75 圖 30 甘藷酒成品之官能品評………....79
1
前言
根據行政院農業委員會農糧署 2011 年統計資料顯示，甘藷產量為 205,868 公噸，
種植面積 9,088 公頃，產量為全台雜糧作物中最高，是重要的一種糧食作物，具有許多 可利用的特性，可作為高營養蔬菜、原料加工澱粉、麵條、酒類飲料等。而甘藷塊根含 有約 70％澱粉 (Lu and Sheng., 1990)。甘藷營養價值高，含有蛋白質、脂肪、高澱粉及 纖維素外，還有鐵、鈣及維生素 A、B2 及 C。有報告指出，甘藷具有抗氧化、抗糖尿 病、抗衰老及提高免疫等功能 (湯，2000；Cao et al., 1996；Oki et al., 2002；Yoshimoto et al., 1999)，因此甘藷是一種健康的食糧 (陳，1987)。
台灣位於熱帶和亞熱帶之間，環境非常適合甘藷生長。但甘藷塊根水分含量高，台 灣天氣高溫多濕，新鮮甘藷儲藏期間易腐敗。因此，除了鮮食外，開發新的加工產品，
提高甘藷的多元利用性非常重要 (利等，2006)。目前台灣甘藷之利用，以供食用及加工 最多，少部分作為飼料用，而在市場上加工產品眾多，炸藷條、藷片甘藷餅、甘藷蜜餞 等非常多樣化，另有報告指出將甘藷釀酒也是一種可行且極具潛力的方法 (楊等，1993)。
甘藷的澱粉含量非常高，可提供做為原料供給釀酒酵母進行醱酵，將含澱粉質的碳 水化合物以生物轉化作用生產酒精。釀酒酵母一般廣泛應用在酒精性飲料和工業酒精的 醱酵生產上，雖具有高酒精醱酵能力及高酒精耐性，但由於此種酵母菌不具有分解澱粉 之能力，所以必須藉由具有能產生澱粉酶的糖化黴菌，先將澱粉先分解為可醱酵小分子 糖類 (如葡萄糖、果糖等)，此小分子糖類才能進入酵母細胞中，經由酒精醱酵路徑產生 乙醇 (詹，1979；Beuchat, 1987)。人類自古以來就利用微生物在食品加工上，例如利用 酵母的酒精醱酵或利用醋酸菌的醋酸醱酵等，使微生物累積大量代謝物，微生物由原料 中攝取養份，經過體內特定的酵素系統，進行生化代謝反應，將原料轉變為多種有價值 的產品，如酒精、胺基酸、抗生素、維生素等 (田，1996)。
酒類依製造法的分類可區分為釀造酒、蒸餾酒及再製酒。其中釀造酒根據糖化及醱 酵步驟又分為單式醱酵及複式醱酵。其中複式醱酵是指穀類或雜糧類含大量澱粉的原 料，將其澱粉先糖化成麥芽糖或葡萄糖，再利用酵母菌進行醱酵 (野白喜久雄，2004)。
釀酒原料方面，在西方通常以大麥當作澱粉來源和糖化劑進行釀酒，而在東方部分則是 以含澱粉作物當作釀酒的原料，並使用酒麴進行釀酒 （Teramoto et al., 1998）。一般市 面上酒麴，是將糖化黴菌和釀酒酵母菌混合再一起，進行醱酵。一般理想的酒精醱酵菌 株通常要具備快速醱酵的能力、所產生的副產物 (酸或甘油) 較少、能夠有高耐酒精性、
耐高或低溫、耐高濃度糖基質等特性 (王，2004)。本研究目的是以甘藷澱粉為基質，再 由米麴菌 (Aspergillus oryzae) 及釀酒酵母菌 (Saccharomyces cerevisiae) 進行共醱酵，米 麴菌對澱粉分解成小分子糖類，讓釀酒酵母菌進一步利用醱酵產生乙醇，和市售酒麴 (神麴) 進行比較，求得最佳的釀酒醱酵條件。
2
第一章 文獻回顧
第一節 甘藷 (Ipomoea spp.)之介紹
甘藷，學名: Ipomoea batatas (L.) Lam，英名為: Sweet potato，別名:番薯、地瓜、甜 藷、紅山芋、黃藷、白藷等，因地區不同而有不同的名稱，其塊根及葉可作為糧食、飼 料和工業，原料等。在植物分類學上為旋花科 (convolvucaceae)，甘藷屬 (Ipomoea)，為 常見的多年生蔓性草本植物，草本，其蔓細長，莖匍匐地面生長，甘藷的根可分為專吸 收養分和水分的纖維根，與實用的塊根兩種，塊根形狀有橢圓形、球形、紡錘形、圓筒 及不規則形等 (孫，1994) 。
甘藷產地起源為美洲的熱帶地區，根據台灣文獻記載在17世紀初，明末荷蘭佔領台 灣時期，由福建傳入台灣栽培，距今已有400多年歷史。由於甘藷抗病蟲害強，栽培容 易，而台灣又位於熱帶和亞熱帶之間，環境條件非常適合甘藷生長，甘藷可供食用、飼 料、製糖、釀酒、工業及食品加工等用途，目前為台灣主要糧食作物之一。
一、 甘藷種類
甘藷栽培歷史悠久，許多不同種原是從原產地之品種進行雜交演變而來，故種類眾 多，各品系之間其形態及特性都有所不同，全球目前記錄有 1400 餘種。由於栽培品種 眾多，塊根之果皮顏色有黃棕、淡黃、紫紅、橘紅等色，而果肉有橙黃、橙紅、淡黃、
深紫、淺紫或白色等 (廖，1993) 。
台灣行政院農委會農業試驗所迄今已育成台農1號至73號共73個品種，而現今市面 上常見品種，根據行政院農委會農試所所出刊的農業試驗所育成品種名錄，目前主要甘 藷品種有台農 57 號、台農 64 號、台農 65 號、台農 66 號、台農 67 號、台農 68 號、
台農 69 號、台農 70 號、台農 71 號、台農 72 號、台農 73 號 (安和楊，2007)。其 中台農 57 號為目前台灣主要栽培品種，種植面積約占總栽培面積 50%以上。而甘藷 種類又可區分為黃肉種、紅肉種、紫肉種、白肉種及專門食用甘藷葉之葉菜甘藷等五大 類，茲將品種特性分述如下:
(一) 黃肉種:
1.台農 57 號:為全台產量最高的品種，主要產地為雲林、嘉義、台南、高雄等中南部地 區。其特色為黃皮黃肉，具有食味佳且塊根產量穩定之特性，主要可作為 鮮食用，亦可作為食品加工用。
2.台農 67 號:為秋作品種，其澱粉含量高，以往作為澱粉加工，目前種植面積不多。
3.台農 72 號:塊根產量平均較對照種台農 57 號增產 11.2%，本品種在適當之栽培條件 下，塊根產量佔總產量之40%，較台農57號提高一倍左右，故本品種具有 產量穩定，且食味及營養成分佳之特性，用途不僅可作為鮮食用，亦可作 為加工業者製作烤藷之原料。
3 (二) 紅肉種:
1.台農 64 號:為秋作品種，塊根肉色為橙紅色，目前種植地區僅限南投縣竹山鎮，適合 作為鮮食用，及食品加工用。
2.台農 65 號:為秋作品種，中南部為較適合種植地區，具有塊根產量穩定之特性，以往 被作為飼料用，部分作為食用，目前種植面積並不多。
3.台農 66 號:為台灣周年皆適合種植品種，目前主要為台灣中北部春夏作主要栽培品 種，種植面積約占總栽培面積 40%以上，本品種可作為鮮食用，亦可作 為食品加工用。
4.台農 69 號:為秋作品種，塊根皮色和肉色皆為紅色，可作鮮食用，亦可作為食品加工 用，但因本品種塊根不整齊，故目前種植面積不多。
5.台農 70 號:為秋作品種，具有食味佳且塊根整齊之特性，但因塊根產量不穩定且莖蔓 量生長茂盛之缺點，目前種植面積僅限於大肚山地區。
(三) 紫肉種:
1.台農 73 號:因塊根含豐富花青素，本品種不僅可作為保健食品食用，亦可作為烤 藷或其他加工產品之原料，藷皮花青素含量比藷肉高。
(四) 白肉種:
1.台農 68 號:為秋作品種，具有塊根產量穩定之特性，適合作為食品加工製餡及油炸物 等用途，嫩葉可供為夏季蔬菜用，大部分種植於花蓮地區。
(五) 葉菜甘藷:
1.台農 71 號:為台灣地區主要葉菜甘藷品種，具有莖葉食味佳且生長快速之優點，夏季 約7~14天即可採收一次，維生素A、C 及葉酸含量豐富。
二、 甘藷之生長特性
甘藷耐寒力較差，當溫度降到 9℃以下時會完全腐敗，所以溫暖氣候較適合種植，
而台灣因氣候溫暖，甘藷栽培季節限制不嚴，種植時以土壤通氣、排水良好、疏鬆的砂 質土壤較適宜，植株為半直立，蔓葉再生能力強，喜高溫，日照 12~13 小時有利塊根發 育，生長適溫約 15~30℃，生命力相當強韌，對環境的適應力很強，耐旱性強，生產成 本也較其他糧食作物低廉，而葉用甘藷的栽培土壤以含有機質高之黏質土壤為佳，在夏 季高溫多濕的條件下，非常適合生長和發育，因為病蟲害發生率少，農藥使用較少，對 颱風及豪雨也比其他葉菜類的抗性來的高，再生能力強，是良好的夏季蔬菜來源。
台灣的氣候環境條件非常適合甘藷生長，除了新竹以北地區在 12 至 2 月氣溫較低 不適合生長外，其他地區全年均可栽培 (賴，1992)。但在各地區也有適當的種植期，台 灣南部地區的插植適期為 8~9 月，提早或延遲種植，塊根產量都會受到影響，而中部、
北部、東部地區的插植適期在 3~4 月或 6~8 月，種植一次可連續採收兩年，整年均能收 獲 (廖，1993)。
4
三、 甘藷之生理功能
本草綱目中記載甘藷具有補虛乏、益氣力、健脾胃、強腎陰等功效，中醫亦稱甘藷 具有清毒解熱、利腸胃、通便之效果，可治便祕、便血、血崩、吐瀉、創傷發炎 (李，
1990)。
研究報告指出甘藷具有抗氧化功效、抗糖尿病、抗衰老及提高免疫等功能(湯，
2000；Cao et al., 1996；Oki et al., 2002；Yoshimoto et al., 1999)，甘藷之莖葉亦含有維生 素 A 、B2 、鐵及蛋白質等，尤其以維生素 B2 最為豐富，而草酸等不良物質含量較低 (蔡，1994)，另甘藷葉具有抗致突變性、抗微生物活性及抑制 ACE (angiotension I converting enzyme) 活性功能 (Shimozono et al., 1996；Suda et al., 1997)。另有研究指出 白皮白肉的甘藷經由降低胰島素的抗性，去改善血脂和血糖的代謝作用 (Kusano and Abe, 2000)。而紫色甘藷的甘藷汁可具有抗氧化活性，在 in vivo 實驗中可避免四氯化碳 對肝臟產生的毒性 (Suda et al., 1997)。
四、 甘藷分布
甘藷產地起源為美洲的熱帶地區，根據紀載最初由哥倫布傳入西班牙，再由西班牙 人帶至菲律賓和印尼，葡萄牙人再傳佈到馬來亞群島，明代萬曆皇帝時期傳入中國，並 於十七世紀時荷蘭人佔領台灣期間，由福建傳入台灣栽種，民國 40~60 年間，其生產面 積一直維持在 20~40 萬公頃，年產量 200~340 餘萬公噸，為鼎盛時期，主要是當時農 村副業重要的飼料供給及輔助食糧；但是跟著用途的改變，玉米逐漸將其取代，需求量 進而減少，栽培面積也逐年降低。但是近年來隨著國人的飲食及膳食結構改變，食用或 食品加工用甘藷及葉菜逐漸受到消費者的喜愛，以及地方推動特色的甘藷農產品，提升 了甘藷的競爭力 (廖，1993) 。
根據農委會統計報告指出 (表 1)，甘藷在 100 年的種植面積有 9,088 公頃，產量 高達 205,868 公噸，主要種植區域以中南部為主，雲林縣為大宗，主要生產的甘藷品種 為全台最多的台農 57 號。
五、 甘藷成分
甘藷營養價值高，100 g 新鮮甘藷含水量約 69 g、熱量 124 Kcal、碳水化合物含量 28.6 g、粗蛋白 1 g、粗脂肪 0.3 g、粗纖維 0.6 g、膳食纖維 2.4 g、灰分 0.9 g，還有鐵、
鈣及維生素 A、B1、B2 及 C、菸鹼素及微量元素 (表 2)。
近年來甘藷育種方向，針對甘藷的營養價值，以往著重在增加澱粉含量，轉變為增 加 β-胡蘿蔔素與花青素含量。但是 β-胡蘿蔔素極易在氧氣、光線及高溫下進行自氧化 反應 (autoxidation)，使得甘藷加工色澤改變，益使得甘藷營養及品質降低，而花青素也 非常容易受到 pH值的影響，色澤上也會改變，因此，選擇適合的品種提高其加工的價 值是很重要的。甘藷塊根纖維素含量高，可吸附大量的水分，增加排泄物的體積，預防 便祕，甘藷也是生理鹼性的食糧，可以調整人體的生理酸性，減輕代謝負擔。
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表 1、 台灣地區 100 年度甘藷產量 (行政院農糧署，2011) Table 1. 100 annual yield of sweet potato in Taiwan.
雜 糧 生 產 概 況 中華民國 100 年
種植、收穫面積-公頃 單位：每公斤平均產量-公斤
產量-公噸 地區別
甘 藷
種植面積 收穫面積 每公頃
平均產量 產 量 總計 9,088 9,088 22,652 205,868
新北市 413 413 18,451 7,619
台北市 81 81 8,984 725
台中市 865 865 20,032 17,323
台南市 619 619 29,370 18,177
高雄市 153 153 19,256 2,941
台灣省 6,941 6,941 22,873 158,753
宜蘭縣 58 58 20,687 1,200
桃園縣 66 66 19,955 1,317
新竹縣 86 86 17,217 1,471
苗栗縣 346 346 18,751 6,482 彰化縣 1,102 1,102 31,605 34,824
南投縣 59 59 18,371 1,077
雲林縣 3,864 3,864 23,839 92,117 嘉義縣 505 505 19,904 10,049 屏東縣 235 235 11,621 2,727
台東縣 313 313 9,587 3,005
花蓮縣 194 194 16,081 3,125
澎湖縣 95 95 11,310 1,078
基隆市 2 2 9,722 22
新竹市 13 13 16,025 212
嘉義市 3 3 16,694 46
金門縣 18 18 18,875 330
連江縣 - - - -
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表 2、 甘藷基本成分 (台灣地區食品營養成分資料庫) Table 2. Basic ingredients of sweet potato tuber.
每 100g 新鮮甘藷營養成分 熱量(kcal)
水分(g) 粗蛋白(g) 粗脂肪(g) 碳水化合物(g)
124 69
1 0.3 28.6 粗纖維(g) 0.6 膳食纖維(g) 2.4 灰分(g)
膽固醇(mg)
0.9 - 維生素 A (mg) 100 維生素 E (mg)
維生素 B1 (mg)
- 0.07 維生素 B2 (mg)
菸鹼素(mg) 維生素 B6 (mg) 維生素 B12 (μg) 維生素 C (mg) 鈉 (mg) 鉀 (mg) 鈣 (mg) 鎂 (mg) 磷 (mg) 鐵 (mg) 鋅 (mg)
0.03 0.6 0.04
- 13 44 290
34 28 53 0.5 0.3
7 (一) 碳水化合物
新鮮甘藷塊根的主要成分碳水化合物占 28.6% (黃，2001)，醣類是構成植物的基本 物質之一，光合作用初步產生單糖，單糖鍵結成雙醣及多醣，亦轉化成植物所需的各種 有機物，例如有機酸、脂肪酸、蛋白質及核酸均可由單醣所轉變而來。
1. 澱粉
甘藷中 70% 為澱粉 (Liu et al., 1985)。藉由電子顯微鏡的觀察，發現在新鮮甘藷細 胞中，澱粉顆粒呈球型、多角型及不規則等形狀，其粒徑大小約為 5~20 μm 之間，而 細胞壁的厚度在不同的品種間，有明顯的不同，大小約在 30~75 μm 之間 (圖 1)。而藉 由 X-ray 照射，甘藷澱粉為 B 型澱粉 (Lii and Chang, 1978)。甘藷澱粉的質地、糊化 特性、溶解度及膨潤力之間沒有顯著相關性，甘藷澱粉之直鏈澱粉含量分別與尖峰黏 度、熱糊黏度及澱粉膠黏著性呈負相關 (Walter et al., 2000)。
土壤溫度會影響甘藷的澱粉生成率。當土壤溫度從 15℃ 上升到 33℃ 時，澱粉 中直鏈澱粉增加 5%，當土壤溫度從 15℃ 上升到 27℃ 時，甘藷澱粉平均粒徑增加 4 μm (Noda et al., 2001)。
2.游離糖 (free sugars)
甘藷的碳水化合物組成容易受到儲藏溫度及成熟度 (maturity) 的影響，導致各種碳 水化合物含量及種類並不固定。目前甘藷所含游離糖已知含有葡萄糖 (glucose)、果糖 (fructose) 及蔗糖 (sucrose)。而根據分析結果，甘藷中主要成分以葡萄糖為主。甘藷經 由高溫蒸煮後 β-amylase 會被活化而產生大量的游離糖 (陳，1987)。
3.還原糖 (reducing sugars)
新鮮甘藷所含還原糖約 0.44~2.14%，烤甘藷的還原糖含量約為 6.69~14%，甘藷經 由水解後還原糖含量高於水解前的含量，因此，還原糖含量會隨溫度上升而增加，而泥 質甘藷的還原糖含量高於粉質甘藷 (Losh et al., 1981)。
4.黏質 (mucilage)
新鮮甘藷塊根水萃取黏質主要成分為碳水化合物、蛋白質與灰分。黏質中碳水化合 物是由葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖 (rhamnose)、木糖 (xylose) 組成 (陳，2002)。 (二) 蛋白質
新鮮甘藷中蛋白質約占 1~4% (吳等，1995；陳，1987；黃，2001)，含量較馬鈴薯 低，胺基酸以離胺酸 (lysine)、色胺酸 (tryptophan) 與羥丁胺酸 (threonine) 為主，含硫 胺基酸較少 (黃，2001)。
(三) 脂質
甘藷中脂質僅占乾重 0.4% 左右，100 g 新鮮甘藷中約含有 0.3 g 的粗脂肪 (江與 陳，1987；黃，2001)。
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圖 1、甘藷澱粉之掃描式電子顯微鏡圖 (Miller et al., 2003)。
Fig. 1. Scanning electron micrographs of sweet potato starch granules.
9 (四) 維生素與礦物質
新鮮甘藷中類胡蘿蔔素含量為 1.66~13.1 mg/100 g (廖，1993；Yoshimoto et al., 1999)。維生素 B1 與 B2 分別為 0.07 mg/100 g 與 0.03mg/100 g，維生素 C 為13 mg/100 g，含有豐富的磷與鐵 (辛和林，1991)。
(五) 色素
甘藷塊根之表皮顏色有黃棕、淡黃、紫紅、橘紅等色，而果肉有橙黃、橙紅、淡黃、
深紫、淺紫或白色等 (廖，1993)，亦有在皮下部分或是中心部位為紫、紅、黃而有斑暈 者。因此，酚類化合物、類胡蘿蔔素、類黃酮及花青素為甘藷塊根及葉主要色素來源 (葉 和蔡，1994；Oki et al., 2002)。
甘藷所含的酚類化合物主要是漂木酸與咖啡酸 (吳和陳，1995)。類胡蘿蔔素顏色包 含淺黃色至暗紅色，橙色甘藷β-胡蘿蔔素含量 (23.2~57.7 mg/100 g)，遠高於黃色或白色 (~1.9 mg/100 g)的甘藷，或是紫色品種甘藷 (~1.4 mg/100 g) (Huang et al., 1999)。
(六) 其他
澱粉水解酵素因品種、儲存、加工條件而有所變化。澱粉液化酵素 (α-amylase) 存 在甘藷的形成層中，澱粉糖化酵素 (β-amylase) 則在於塊根肉質部分 (黃，2000)。甘藷 總膳食纖維 (total dietary fiber) 約占 7~15%，以不可溶性膳食纖維 (insoluble dietary fiber) 為主要部分，大部份甘藷可溶性膳食纖維僅佔 20~33% (Huang et al., 1999)。而多 酚氧化酵素與過氧化酵素主要在皮層的活性最強，內層較少 (吳和陳，1995)。
第二節 澱粉
澱粉是一種多醣，是由直鏈澱粉 (amylose) 和支鏈澱粉 (amylopectin) 組成，是所 有的綠色植物貯存能量的一種方式，亦是人類飲食中常見的碳水化合物，甘藷、馬鈴薯、
小麥、玉米、大米及木薯等皆含有大量澱粉。澱粉用 X-ray 分析時可得到三種結果，
屬於 A 型有小麥、米及玉米； B 型者有馬鈴薯和甘藷；C 型則有樹薯及香蕉等。
一、澱粉結構
澱粉是由許多葡萄糖以 α-1-4 和 α-1-6 糖苷鍵結 (glucosidic bond) 所形成，碳水 化合物以此形態貯藏於植物中，存在植物中的澱粉可區分為二個種類 (Sugimoto et al., 1987)，一種是以 α-1-4 鍵結所組成的直鏈澱粉 (amylose)，另一個是以 α-1-4 和 α-1-6 鍵結所組成的支鏈澱粉 (amylopectin)。
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二、澱粉特性
(一) 澱粉糊化
澱粉在水中呈膨潤狀態，受加熱時澱粉粒破裂，水分子進入澱粉分子結構中，因此 澱粉結構變為鬆弛而呈黏稠膠質液，此現象稱為糊化。澱粉的糊化作用是伴隨著吸熱反 應，所以利用示差掃描分析法 (differential scanning calorimetry, DSC) 分析澱粉糊化所需 的熱焓值及糊化作用的溫度範圍 (Wada and others 1979)。依照澱粉種類不同，糊化溫度 也不相同，在糊化狀態時，容易受到澱粉水解酵素分解，成為單糖。
糊化時會從非結晶區 (amophous) 開始水合膨潤 (swelling)，同時會對鄰近的結晶 部分造成壓力使其變形，繼續加熱則會使雙螺旋區域分開，同時支鏈澱粉的結晶結構會 被破壞，支鏈澱粉釋放出來的側鏈成為水合狀態並產生膨潤現象。結晶結構被破壞，澱 粉分子傾向收縮成一不規則線圈 (random coil) 形狀，因此使分子鏈有抑制膨潤作用。
進一步的水合作用可以使分子重新分佈，同時小分子量的直鏈澱粉分子會游離出來，若 持續加熱及水合，顆粒結構力會變弱，最後無法再抵抗機械性或熱剪力的作用而成為可 溶狀態 (張等，1995)。
(二) 膨潤力與溶解度
澱粉不溶於冷水，但在溶液中會有吸水而增加體積的現象稱為膨潤。膨潤力是指澱 粉顆粒吸水膨潤的程度。有研究分析不同品種的甘藷 (台農57、66、68 號) 澱粉發現，
澱粉的膨潤力和溶解度有相同的趨勢，都會隨溫度 (65~95℃) 上升而升高，澱粉顆粒的 組織結構及支鏈澱粉 (或直鏈澱粉) 的含量是影響膨潤力的重要因素 (陳，1987)。
溶解度則是指澱粉顆粒膨潤過程中溶出物溶解於水中的程度。澱粉溶液在受熱的過 程中，水分子會進入澱粉顆粒中，使顆粒吸水膨脹，同時因加熱溫度不同而有不同的溶 出物。在低溫時約 60~70℃，一些鍵結較弱的氫鍵會被破壞，因而導致低分子量的直鏈 澱粉溶出。而高溫時約 80~90℃，才會有高分子量的直鏈澱粉和支鏈澱粉溶出 (張，
1995)。甘藷澱粉溶解度會隨溫度 60~95℃ 而上升，直鏈澱粉含量及直鏈澱粉分子量是 影響溶解度的重要因素。綜合上述的結果發現，澱粉的膨潤力與溶解度會受到品種、澱 粉顆粒大小、直鏈澱粉含量、溫度等因素的影響。
第三節 釀酒相關酵素
根據文獻指出以大量澱粉的原料當作基質醱酵酒類時，需要藉由黴菌和酵母菌的交 互作用，由於酵母菌並不能直接利用澱粉來代謝產生酒精和其他風味物質，澱粉必須藉 由黴菌的酵素作用使其液化和糖化來產生小分子糖類，酵母菌才能利用這些小分子糖類 經由酒精醱酵路徑產生酒精，而在 醱酵上，黴菌所產生的胞外酵素主要有澱粉酶 (amylase)、蛋白酶 (protease) 等 (林，1996；詹，1979)。
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黴菌分泌產生的澱粉酶 (amylases) 將澱粉大分子分解成糊精 (dextrin)、單醣；分 泌產生的蛋白酶 (proteases) 將蛋白質大分子分解成短鏈胜肽 (peptides) ，以提供酵母 菌利用。日本醱酵食品常用米麴菌 (Aspergillus oryzae)，其所分泌的糖化酵素，大多只 能糖化已煮熟和糊化之澱粉。而中國醱酵食品則採用根黴菌 (Rhizopus delemar)，該菌 分泌之糖化酵素，只能夠分解未經糊化之澱粉 (王，2007)。
一、 澱粉酶 (amylase)
係指作用於澱粉或肝醣的 α-1,4 linkage 或 α-1,6 linkage 之分解酵素。依其作用模 式不同可分為 α-amylase、β-amylase、glucoamylase 及 isoamylase 四種 (表 3) (歐陽，
1991)。麴菌所產生的澱粉分解酵素有α-amylase 與 glucoamylase，兩者相互作用才能完 全的分解澱粉，而 β-amylase 主要的來源為植物，僅少數微生物如枯草桿菌 (Bacillus subtilis) 、 綠 膿 桿 菌 (Pseudomonas) 、 梭 狀 芽 孢 桿 菌 (Clostridium.Sp) 、 鏈 球 菌 (Streptomyces)及根黴菌(Rhizopus)會合成，此酵素在西方穀類酒製造相當重要，因為西 方利用發芽的穀物，來獲得釀酒所需的澱粉分解酵素 ( Pandy et al., 2000)。四種不同的 澱粉酶，所水解的鍵結及水解產物也都不同 (圖 2 )，四種不同澱粉酶功能如下:
(一) 液化酶 (α-amylase)
α-amylase又稱 endo- amylase 或液化酶，係指能以隨機方式將澱粉或肝醣等之 α-1,4 linkage 予以水解生成 3 個葡萄糖殘基以上長度之酵素，常被用作為除糊劑、使 澱粉液化及釀造食品等用途。
(二) 糖化酶 (β-amylase)
β-amylase又稱為 exo-amylase 或糖化酶，係指能將澱粉或肝醣等之 α-1,4 linkage，
以麥芽糖 (maltose)為單位，從非還原末端開始逐次的切離之澱粉酶，主要用來製造麥芽 糖。
(三) 糖化澱粉分解酶 (Glucoamylase)
glucoamylase 又稱為 exo-glucosidase 或糖化澱粉分解酶，係指能將澱粉或肝醣等 之 α-1,4 linkage 以葡萄糖為單位，逐次的從非還原末端開始切離之澱粉酶；由於亦能 分解 α-1,6 linkage 故能單獨將澱粉分子分解成葡萄糖。主要用來製造葡萄糖以及澱粉 的糖化。
(四) 分解酶 (Isoamylase)
isoamylase又稱異澱粉酶，對 α-1,6 linkage 具特異水解作用，可將所有支鏈澱粉水 解成直鏈澱粉的酵素。
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表 3、 與醱酵相關之澱粉酶及其作用 (歐陽，1991) Table 3. Enzyme function and action mechanism.
酵素 主要來源 功能
α-amylase 麴黴屬 (Aspergillus) 根黴屬 (Rhizopus) 酵母菌 (Saccharomyces)
將澱粉的α-1,4鍵結部位任意水解，使 黏 稠 的 澱 粉 急 速 液 化 成 糊 精 (dextrin)，亦稱為液化澱粉酵素。
β-amylase 鏈球菌 (Streptomyces) 芽孢桿菌 (Bacillus) 根黴屬 (Rhizopus)
假單胞桿菌 (Pseudomonas)
從澱粉的非還原端以麥芽糖為單位依 序水解，無法切斷α-1,6鍵結，反應初 期因生成麥芽糖，還原糖量急速增 加，亦稱糖化澱粉酵素。
Glucoamylase 麴黴屬 (Aspergillus) 根黴屬 (Rhizopus) 酵母菌 (Saccharomyces)
從澱粉的還原端以葡萄糖為單位依序 水解，α-1,4鍵結和α-1,6鍵結均會被水 解切斷，澱粉幾乎被水解為葡萄糖。
Isoamylase 細菌 (bacteria) 對α-1,6鍵結具特異水解作用，可將所 有支鏈澱粉水解成直鏈澱粉的酵素。
13 圖 2、澱粉酶水解之作用機制 (劉，1993)。
Fig. 2. Illustrated hydrolysis pattern of starch by amylases.
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二、 蛋白酶 (protease)
麴 菌 所 產 生 主 要 的 蛋 白 酶 為 酸 性 蛋 白 酶 (acid protease) 及 酸 性 羧 肽 酶 (acid carboxypeptidase)，前者藉由將原料蛋白質分解成小分子的胜肽，也可加速糖化酵素與 澱粉的接觸，對原料的液化有很大的幫助；後者則是將原料中的蛋白質分解成胺基酸的 重要酵素，蛋白質的分解除幫助原料液化外，並可提供酵母生長所需氮源，此外胺基酸 也是影響酒品香氣成分的重要因素。
(一) 酸性蛋白酶 (acid protease)
將蛋白質的 peptide bond 分解，以生成各種鏈長的胜肽鏈，而無法產生游離胺基 酸，其水解機制類似 α-amylase 由蛋白質分子內部分解，屬於內切酵素，最適 pH 為 3.0。
(二) 酸性羧肽酶 (acid carboxypeptidase)
由蛋白質分子或胜肽 (peptides) 的羧基 (carboxyl) 端遂次分解釋出胺基酸，屬於外 切酵素，作用類似 β-amylase 及 glucoamylase 之作用機制，最適 pH 為 3.0~3.5。
第四節 釀酒相關之糖化黴菌 一、毛黴屬 (Mucor)
毛黴菌普遍存在土壤或植物的表面，特別是腐敗的蔬果上，在高溫、高濕度及通風 不良的條件下生長良好。與根黴屬區別在於根黴屬會產生假根 (Rhizoid)。在工業應用 上用途非常廣泛，常出現在酒麴中，能夠去糖化水解澱粉，且可以產生少量乙醇，也會 產生蛋白酶，具有分解大豆蛋白質的功能，常用作醱酵豆腐乳上。在醱酵酒精上主要有 下列兩種:
(一) Mucor rouxii
來 源 為 1985 年 法 國 人 Boidin 由 中 國 酒 麴 分 離 出 一 種 絲 狀 菌 ， 將 其 命 名 為 Amylomyces (Mucor) rouxii，具有很強的澱粉糖化能力，菌體呈現灰白色，最適生長溫 度為30~40℃，存在於高粱酒麴中，又可稱作為 α-Amylomyces，此菌用於阿米諾法 (amylo process) 釀酒時的糖化菌種。
(二) Mucor racemosus
存在於腐敗的果實及麥芽中，能夠水解蔗糖成果糖和葡萄糖，最適生長溫度為20~25
℃，可產生少量酒精。
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二、根黴屬 (Rhizopus)
最初被編入毛黴屬 (Mucor)，後來發現其可產生假根 (Rhizoid)，和毛黴屬有區別。
可醱酵產生酒精，但是酒精醱酵力較酵母菌弱，只能生成約 3~5%，含有強力的糖化酵 素，可以水解澱粉成為葡萄糖。澱粉和蛋白質的分解能力比麴菌屬 (Aspergillus) 弱，廣 泛被應用以澱粉為基質釀造酒或製造酒精之糖化菌。應用在酒精醱酵常見可分為下列幾 種:
(一) Rhizopus delemar (根黴菌)
此菌在阿米諾法 (amylo process) 的酒精製造上是最重要的菌，澱粉分解力最強，
酒精生產力約為 4-5%，菌體呈白色至黑色皆有，生長最適溫度為 25~30℃，可產生的 澱粉水解酶為 glucoamylase、α-amylase，兩者酵素作用最適溫度為 40℃，最適作用 pH 值為 4.5~5.0 (賴，1994)，在公賣局製造米酒及太白酒採用作為糖化菌種。
(二) Rhizopus oryzae (米根黴菌)
又可稱為 Rhizopus peka，台灣製造米酒上最常使用之菌種，澱粉糖化力強，菌叢 呈現白色或灰白色，最適生長溫度為 37℃。
(三) Rhizopus japonicus (日本根黴菌)
由日本武田等人自印尼雅加達之米麴分離而得，又稱為 β-Amylomyces，對澱粉具 有強大的糖化能力，是阿米諾法製造酒精常用之菌種，產生的酒精約 5%，能夠醱酵砂 糖、蜜三糖、菊糖及蜜二糖，菌叢呈現灰白色或黑褐色，生長最適溫度為 30℃。
三、麴菌屬 (Aspergillus)
麴菌屬約有 200 個種類，各種之間差異很大，廣泛分布於寒帶到熱帶地區的空氣、
水源及土壤之中，共同特徵是在菌絲上會長出許多分生孢子柄，柄的頂端膨大成圓形或 棍棒狀，上面著生有成串的分生孢子。麴菌在生活的環境中幾乎是無所不在，空氣，土 壤，植物的各部份皆可發現它們。麴菌會分泌各種酵素，澱粉水解酵素、蛋白質分解酵 素、酯分解酵素及氧化酵素等。麴菌可以分解澱粉，因此在釀酒上是非常重要的菌種。
在酒精醱酵上常見可分下列兩種:
(一) Aspergillus oryzae (米麴菌)
在日本長久以來應用於傳統食品醱酵工業中，作為製麴之菌種，為清酒、味噌、醬 油等之釀造上之重要黴菌。其菌絲初為雪白色，後漸變為黃褐色，分生包子團使為黃色，
後變為黃綠色或黃褐色，在含澱粉之培養基上能旺盛繁殖，其分生孢子柄光滑，無橫隔，
生長最適溫度為 37℃，其所產生之澱粉分解酵素為 glucoamylase、α-amylase，兩者酵 素作用最適溫度為為 40~50℃，最適作用 pH 值為 4-5 (賴，1994)，亦會分泌蛋白酶，
可分解蛋白質，以供酵母菌醱酵時所需之氮源。
16 (二) Aspergillus niger (黑麴菌)
具強力的糖化能力，存在於琉球燒酒麴中，在食品工業上用來生產檸檬酸與酵素，
全球的檸檬酸約 99% 是藉由黑麴菌生產而來。因為它具有快速生長的特性，不但可以 降低生產的成本，也可維持成品的穩定性，最適生長溫度為 37℃。
第五節 釀酒相關之酵母菌
酒在釀造過程中藉由微生物或其產生的酵素進行代謝分解厭氣性作用而產生酒精 與香氣成份。與釀酒有關的微生物主要為酵母菌、黴菌、部份的乳酸菌以及某些特殊不 完全菌類，此外還有一些會造成酒品質腐敗的細菌、黴菌或野生酵母。雖然黴菌也會產 生少量酒精，但是酒精的生產以酵母菌為主。酵母菌將攝入胞內的葡萄糖經過糖解作用 (glycolysis)，轉換成丙酮酸 (pyruvic acid) 後，再依序經由 pyruvate decarboxylase 與 alcohol dehydrogenase 作用生成酒精 (林，1994)。酵母在醱酵過程中，會因為外在因素，
如酒精耐受性、溫度、糖的滲透壓、pH 值等，可能造成酵母無法醱酵或死亡 (圖 3)。
根據 Lodder 之分類，酵母菌大致分為三科，即內孢酵母 (Endomycetaceae)、擲孢酵母 (Sporobolomycetaceae) 及隱球酵母 (Cryptococcaceae) 等三科。其中與釀酒之微生物有 關的酵母菌主要有以下幾種:
一、Saccharomyces cerevisiae
具有高酒精醱酵能力以及高酒精耐受性 (alcohol tolerance)，被廣泛地應用於酒精性 飲料和工業酒精的醱酵生產上 (周，2003)。此種酵母，廣用於釀造工業 (酒精酵母、清 酒酵母) 及烘焙工業上，其細胞甚大，多為圓形或卵圓形，適宜生長之溫度為 30℃。
通常由其醱酵狀態，可分為頂面酵母 (top yeast) 與底面酵母 (bottom yeast) 兩種，以生 產酒精量言之，以頂面酵母為佳。
二、Saccharomyces sake
此菌耐得住高達 15%以上的酒精濃度，又稱清酒酵母 (sake yeast)，是一種與釀造 清酒有關之 Saccharomyces cerevisiae 型酵母。依現今之分類基準，此菌與啤酒酵母、
葡萄酒酵母及麵包酵母同樣都被歸屬於 Saccharomyces cerevisiae。
三、Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus
係屬葡萄酒酵母 (wine yeast) 的一種，葡萄的表皮通常都有此種酵母附著，廣泛被 利用於葡萄酒以及其他水果酒之釀造。
四、Saccharomyces carlsbergensis
亦為一種啤酒酵母，與 Saccharomyces cerevisiae 不同，此菌為一種底面醱酵式的 啤酒酵母，能醱酵蜜二糖 (melibiose)。
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圖 3、 醱酵過程酵母承受的外在因素 (Ingledew, 1999)。
Fig. 3. Potential environmental stresses on S. cerevisiae during ethanol fermentation.
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第六節 醱酵生化作用
在醱酵過程中，澱粉會先由澱粉水解酵素 (α-amylase、β-amylase、Glucoamylase)，
將澱粉由多糖水解成小分子單糖，酵母再進行酒精醱酵路徑生產酒精。原料經糖解作用 後產生的 ATP 供其生長所必須。酵母菌在進行醱酵時，葡萄糖在細胞內經由糖解作 用，將可醱酵性糖磷酸化後分解成為磷酸三碳糖，再分解成為丙酮酸，丙酮酸轉化產生 甘油醛-3-磷酸 (glyceraldehyde-3-phosphate)，再經磷酸化作用生成 1,3-二磷酸甘油酸 (glycerate-1,3-diphosphate)，再反應會產生還原態的 NADH；當乙醛藉由乙醛去氫化作 用還原成酒精時， NADPH 再被氧化成 NAD＋，使生成酒精的反應在無氧狀態下可以 不斷的進行 (圖 4)。
第七節 酒中風味物質
酒精醱酵過程中，大部分的糖皆會轉化為酒精，少部分會轉化成其他的副產物，包 括甘油、有機酸及風味物質 ( Lea and Piggott., 1995)。主要的風味物質如下：
(一)、醇類
為來自原料或經由醱酵產生的某些含一個或數個醇類官能基者，其羥基數目越多，
甜味感越強，具有粘稠性，可增加酒的酒體，使具有濃厚感，並使口味圓潤 (黃，1994)
26。乙醇是酒中含量最豐富的成分，會影響酒的嚐味 (taste) 和酒體 (body)，且對香氣 的表現也有正面的效應 (歐陽，1991)。除了乙醇之外，碳數從三至十的高級醇 (又稱雜 醇油) 也廣泛地存在各種酒類中，它們均有明顯的氣味，不過一般在酒中的含量常低於 人類感官所能辨別 (林，1994)。這些高級醇類經充分稀釋後，一樣能呈現出酒的風味。
醇類在酒中之風味特徵，如 (表4) 所示。
(二)、有機酸
醱酵過程中酵母菌會代謝產生有機酸，給酒中帶來一種清新而微帶果酸味的感覺，
可與酒中其他成分，特別是酒精、糖類及礦物質等調和而達到一種平衡狀態 (劉，2001)。
主要的有機酸中，檸檬酸、蘋果酸及琥珀酸，皆是代謝中間產物 (倪，1982)，亦為酯類 生成的先驅物質，對香氣具有正面的效益。有機酸在酒中風味特徵，如 (表5) 所示。有 機酸來源可分為:
1.醣類分解代謝，經由 TCA cycle所產生的不揮發性含氧酸，如醋酸、檸檬酸等。主要 影響呈味。
2.來源為脂肪酸，主要由酵母菌中的脂肪酸合成酵素產生，影響嗅覺。是酯類化合物的 重要前驅物。
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圖 4、釀酒酵母醱酵經由乙醇代謝路徑產生乙醇 (Madigan et al., 2000)。
Fig. 4. Metabolic pathway of ethanol fermentation in S. cerevisiae.
20 (三)、酯類
酯類為酒中最主要的風味物質，其含量雖然不高，但其閾值很低，對酒類的香氣貢 獻很大。尤其低級脂肪族醇之有機酸酯大都具有水果芳香，而高級脂肪酸酯的香氣微 弱，對酒的香氣無甚貢獻，大概只有保香作用 (胡，1993)。醇類在酒中之風味特徵，如 (表6) 所示。酒中酯類可分為兩大類:
1.醋酸與各種醇結合的醋酸酯。
2.酒精與各種酸結合的乙酯。
(四)、羰基化合物
酒中大部分的羰基化合物由酵母生成，以乙醛之含量最多，其為生成乙醇之中間產 物，可和乙醇結合成縮醛，乙醛亦可以和水中的 SO2 結合產生非揮發性的酸性亞硫酸 鹽，不但可以去除乙醛味，並可以產生芳香味。低級脂肪醛類大多具有強烈刺激氣味，
與醇類縮合形成縮醛後，轉變成為溫和芳香，對酒類的香氣有相當的影響。
(五)、含硫化合物
酒中含硫化合物可能來自於原料，或由酵母代謝產生。由於含硫化合物的氣味通常 不良，所以對香氣有不好的影響，但多數含硫的化合物所引起的不良氣味，可以經由長 時間的陳化過程時期逐漸散去而改善。
第八節 甘藷酒之研究
在甘藷酒之製造上，主要以日本的甘藷燒酎為主。燒酎為日本傳統之蒸餾酒，係指 以麴米、米飯、酵母及水製備酒麴後加入主原料進行醱酵，約 10~15 天后蒸餾而得之 產品 (許，2003)。燒酎之主體香味成份有羰基化合物、酯類、高級醇類、有機酸類、芳 香族化合物構成，而以高級醇類佔其香味成份總量比最大，其次為有機酸類、羰基化合 物、酯類。在日本常用甘藷當作原料來製造燒酎，甘藷澱粉含量高，澱粉酶可以醱揮最 大作用。
依據日本酒稅法酒麴的定義為「把黴菌接種繁殖在澱粉物質或稻穀混合物上使其具 備糖化澱粉功能之物稱之麴，培養原料為液狀者亦包含在內」(黃，1983)。而酵母菌接 種製糖化醪後即開始生長，而其所需之氮源由蛋白質分解而來，蛋白質是由胺基酸所構 成之聚合物，有些胺基酸是酵母菌可自行合成的，有些則是酵母菌無法自行合成，因此，
在酒麴上需含有蛋白質分解酵素，如酸性蛋白酶 (acid protease) 及酸性羧肽酶 (acid carboxypeptidase)，能將原料中之蛋白質水解成酵母菌可利用之氮源 (林，1996)。
21 表 4、 醇類在酒中之風味特徵 (歐陽，1991)
Table 4. The flavor characteristics of the alcohols in wine.
成份 酒中含量
(g/100mL) 風 味 特 徵 甲 醇 0.001~0.04 有溫和酒精味，有燒灼感 正 丁 醇 0.02~0.08 似醚臭，有苦味
正 丙 醇 0.003~0.08 刺激臭，帶苦澀味 異 丁 醇 0.006~0.06 微剌激臭，有苦味
正 戊 醇 微量 微剌激臭，有酒精味
異 戊 醇 0.002~0.15 有雜醇油味，剌舌，稍澀，香蕉味 正 己 醇 0.001~0.003 強烈芳香，味持久，有濃厚感
正 庚 醇 微量 椰子味
正 辛 醇 0.00001~0.001 有剌激氣味，椰子味，胡桃味
癸 醇 0.00002~0.00003 有脂肪味，似玫瑰香，椰子味，胡桃味 肉豆蔻醇 0.00004~0.0002 肉豆蔻香
月 桂 醇 0.00002~0.0003 月桂香味
22 表 5、 有機酸在酒中之風味特徵 (歐陽，1991)
Table 5. The flavor characteristics of the organic acids in wine.
成份 酒中含量
(g/100mL) 風 味 特 徵 甲 酸 0.0015~0.0017 聞有酸味，入口有剌激和澀感 乙 酸 0.024~0.111 醋味，爽口帶甜，聞有剌激感 丙 酸 0.0005~0.008 聞有酸味，入口柔和微澀 丁 酸 0.007~0.033 似大麴酒的糟味和窖泥香味
異 丁 酸 0.005~0.01 南方白酒的香味，沒有丁酸的剌激臭 戊 酸 0.001~0.008 脂肪臭
己 酸 0.002~0.08 似大麴酒氣味，柔和帶甜，過量有強烈脂 肪臭，有剌激感
庚 酸 0.0001~0.001 脂肪臭，微有剌激感
辛 酸 0.0002~0.001 脂肪臭，微有剌激感，放置後混濁 月 桂 酸 0.00002~0.00003 月桂油氣味，爽口帶甜，放置後混濁
乳酸 0.007~0.016 無香氣，有濃厚感，過量發澀 琥 珀 酸 0.01~0.02 調和酒味，且利酒體
檸 檬 酸 0.01~0.02 酸味長，爽口
23 表 6、 酯類在酒中之風味特徵 (歐陽，1991) Table 5. The flavor characteristics of the esters in wine.
成份 酒中含量
(g/100mL) 風 味 特 徵
甲酸甲酯 微量 似桃香、味辣有澀感
乙酸乙酯 0.06~0.14 香蕉、蘋果香，味辣帶澀
乙酸異戊酯 0~0.02 似梨香、蘋果香，強烈的香蕉味 丙酸乙酯 0.005~0.09 水果香、鳳梨香，似芝麻香，味微苦
丁酸乙酯 微量~0.002 甜鳳梨香，有窖泥麴酒香味，適量爽快可口，過量 有脂肪臭味
丁酸異戊酯 0~0.002 類似鳳梨香味
戊酸乙酯 微量~0.03 似鳳梨香、蘋果香，量大剌舌
己酸乙酯 0.02~0.3 似鳳梨香，味甜爽口，有愉快氣味，有濃香型麴酒 的特殊香味，具有大麴酒香
庚酸乙酯 微量~0.001 似蘋果香
辛酸乙酯 0.0008~0.004 似梨或鳳梨香，蘋果味帶甜 壬酸乙酯 0.0005~0.0005 水果味，芳香帶甜
癸酸乙酯 0.0002~0.0005 似玫瑰香，脂肪酸，味帶甜，放置後渾濁 月桂酸乙酯 0.0007~0.0013 強烈果實味，似西鳳酒
肉豆蔻乙酯 0.0005~0.001 似菜香，帶黃油味
棕櫚酸乙酯 0.003~0.004 無香或油臭，脂肪酸味，帶甜味 油酸乙酯 0.001~0.003 脂肪酸味，植物油味，腐敗味
乳酸乙酯 0.0014~0.13 香弱，味微甜，適量有濃厚感，多量則帶苦澀味
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在甘藷酒之研究報告上，目前甘藷酒皆為蒸餾酒，係指醱酵完成之甘藷經由蒸餾而 得甘藷酒。根據報告指出，甘藷經由蒸煮之後甘藷泥之葡萄糖含量會顯著受到甘藷品種 影響 (McArdle and Bouwkamp, 1986)，由於葡萄糖是酵母菌進行酒精醱酵路徑之主要基 質，而在醱酵初期之糖濃度較高，醱酵速度會比較快 (Wei et al., 1983)，因此，以甘藷 為釀酒原料時，雖然與品種質地無明顯關聯，但可推斷應以蒸煮或烤，澱粉糊化後還原 糖含量較高之品種來醱酵。根據 (利等，2006) 在甘藷酒研究報告上，以不同品種甘藷 去進行醱酵生產酒精上，進行蒸餾後發現以台農 57 號產率為最高，約為 19.7% (圖 5)。而不同之蒸餾溫度對甘藷酒成分含量也會有影響，根據報告指出在高蒸餾溫度 約 92~94℃ 中有毒物質甲醇含量較低蒸餾溫度約 84~86℃ 來的低，但是相對乙醇產量也 較低 (表 7)。現今甘藷酒之研究報告上，根據添加的黴菌及酵母菌的不同，將其進行分 類 (表 8)。而菌種使用方面大致可分為三類:
(一)酒麴和酵母菌：使用酒麴進行糖化後，再另行添加酵母，使用的酒麴是將熟的原料 加上黴菌混合。
(二)酒麴(含黴菌及酵母菌)：酒麴是乾燥粉末或是餅狀，裡面含有黴菌及酵母菌，不用 另外添加酵母。
(三)澱粉分解酵素和酵母菌：直接使用澱粉分解酵素，分解澱粉後加入酵母菌進行醱酵。
第九節 神麴之介紹
本實驗使用酒廠製造米酒之酒麴 (神麴, Massa Medicata Fermentata)，亦是一種中草 藥混合物，是一種常用的消化類中藥，其傳統炮製用大量麥粉、麩皮、杏仁粉、赤小豆 粉以及鮮青蒿、鮮蒼耳和鮮辣蓼自然汁混合拌勻，使不乾不濕，做成小塊狀放入筐內，
覆蓋麻業保溫醱酵一週，長出菌絲後，取出曬乾而成。其成分含有酵母菌、澱粉酶、維 生素 B 複合體、麥角固醇、蛋白質及脂肪等 (顏，1998)。
其中酵母菌被認為具有腸道微生態調整效果，廣泛被用於臨床。但是由微生物培養 中得知除酵母菌外，還有多種黴菌及雜菌存在，直接口服藥材品質及療效堪慮。根據研 究指出分離 6 個神麴樣本，均含有大量的酵母菌，其中 2 個樣品含有少量的乳酸桿 菌，但是 6 個樣品中均含有雜菌 (胡等，2004)。但在製麴過程中會有雜菌汙染的問題 產生，因此如何去控制條件及技術來減少污染是重要的問題。
另外有報告將神麴進行分離菌株，經由菌種分離與純化後所獲得優良菌株，細菌菌 株經過生理生化分析及 16S rDNA 序列分析，確定為革蘭氏陽性桿菌芽孢桿菌科 (Bacillaceae) 沙芬西菌 (Bacillus safensis)，而絲狀真菌為毛黴科 (Mucoraceae) 傘之黎頭 黴真菌 (Lichtheimia ramosa)，而分離出菌株以酵母菌的數量為最多，其中也包括了釀酒 酵母的存在 (鄧，2012)。
25 圖 5、不同甘藷品種產酒率之比較 (利等，2006)。
Fig. 5. Comparisons of alcohol yield in different sweet potato varieties.
A:台農 57 號；Tainung No.57 B:台農 64 號；Tainung No.64 C:台農 65 號；Tainung No.65 D:台農 66 號；Tainung No.66 E:台農 67 號；Tainung No.67 F:台農 68 號；Tainung No.68 G:台農 69 號；Tainung No.69 H:台農 70 號；Tainung No.70 I:紫心品系；Purple line J:日本薩摩光 Satsumahikari
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表 7、蒸餾溫度對不同甘藷品種之蒸餾酒重要成分含量之影響 (利等，2006)
Table 7. Effect of various distil temperature on important ingredient contents in sweet potato spirits of different varieties.
Variety Distil temperature (℃)
Methanol (%)
Ethanol (%)
Acetic acid (%) Tainung No.57 84~86 - 69.50 -
92~94 - 49.33 0.022 Tainung No.64 84~86 0.130 70.16 0.012 92~94 0.086 45.40 0.029 Tainung No.66 84~86 0.153 67.83 0.019 92~94 0.107 46.41 0.021 Tainung No.67 84~86 0.167 69.61 0.020 92~94 0.069 45.94 0.043 Tainung No.68 84~86 0.109 63.32 0.009 92~94 0.065 46.31 0.022 Tainung No.70 84~86 0.106 70.17 0.018 92~94 - 44.02 0.031 Satsumahikari 84~86 0.182 73.76 0.015 92~94 - 44.59 0.043
27 表 8、甘藷酒製造添加不同黴菌及酵母菌之方式
Table 8. Add different strains in sweet potato wine brewing.
年份 添加方式 所使用黴菌菌種或澱粉分解酶 作者
1990 酒麴 (不含酵母) 白麴黴菌 (Aspergillus kawachii) Takeo et al.
1993 酒麴 (含酵母) 根黴菌 (Rhizopus delemar) 楊盛行等人
1994 酒麴 (不含酵母) 黑麴菌 (Aspergillus niger) Iefuji et al.
1996 酵素及酵母 液化酶 (α-amylase)、糖化澱粉水解酶 (Glucoamylase) Yu et al.
1998 酒麴 (不含酵母) 米麴菌(Aspergillus oryzae) Teramoto et al.
2005 酒麴 (不含酵母) 毛黴菌屬 (muras)、米麴菌(Aspergillus oryzae)、黑麴菌 (Aspergillus niger) 邱家玉
2006 酒麴 (含酵母) 毛黴菌屬 (muras) 利幸貞等人
2006 酵素及酵母 糖化澱粉水解酶 (Glucoamylase) 陳一心
2006 酒麴 (不含酵母) 米麴菌(Aspergillus oryzae) 簡茂生
2008 酒麴 (含酵母) 根黴菌 (Rhizopus delemar) 藍志平等人
2008 酒麴 (含酵母) 米麴菌(Aspergillus oryzae)、紅麴菌 (Monascus purpureus) 李文翔 2011 酵素及酵母 液化酶 (α-amylase)、糖化澱粉水解酶 (Glucoamylase) Zhang et al.
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第二章 實驗動機目的與實驗架構
第一節 實驗動機
根據行政院農業委員會農糧署 2011 年統計資料顯示，甘藷產量為 205,868 公噸，
為全台雜糧作物中最高，由於台灣天氣高溫多濕，新鮮甘藷儲藏易腐敗。因此，除了鮮 食外，開發新加工產品，提高甘藷的多元利用性非常重要 (利等，2006)。有報告指出將 甘藷釀酒也是一種可行且具潛力的方法 (楊等，1993)。
甘藷的澱粉含量非常高，其塊根含有約 70％ 澱粉 (Lu and Sheng., 1990)，可提供 做為原料供給釀酒酵母進行醱酵，將含澱粉質的碳水化合物以生物轉化作用生產酒精。
釀酒酵母一般廣泛應用在酒精性飲料和工業酒精的醱酵生產上，雖具有有高酒精醱酵能 力，但由於此酵母菌不具有分解澱粉能力，必須藉由具有能產生澱粉酶的糖化黴菌，將 澱粉先分解為可醱酵單糖，如葡萄糖，此單糖才能進入酵母細胞中，經酒精醱酵路徑，
產生乙醇 (詹，1979；Beuchat, 1987)。
第二節 實驗目的
一般市面上酒麴，是將糖化黴菌和釀酒酵母菌混合再一起，進行醱酵。一般理想的 酒精醱酵菌株通常要具備快速醱酵的能力、所產生的副產物 (酸或甘油) 較少、能夠有 高耐酒精性、耐高或低溫、耐高濃度糖基質等特性 (王，2004)。而目前市面之甘藷酒，
以日本甘藷燒酎為主，台灣市面上種類稀少，且甘藷燒酎係蒸餾酒，指釀造酒經過蒸餾 而得。但是市面上酒麴，種類眾多，各種糖化黴菌所主要生產的酵素能力也有不同。因 此本研究目的希望以甘藷澱粉為基質，再由米麴菌 (Aspergillus oryzae) 及釀酒酵母菌 (Saccharomyces cerevisiae) 進行共醱酵，對澱粉分解成單糖進一步醱酵產生乙醇，不進 行蒸餾，雖酒精濃度低，但能保存較佳的風味為目的，並與酒廠所使用之神麴醱酵甘藷 酒進行條件比較，求得最佳的釀酒醱酵條件。
第三節 實驗架構
本研究實驗架構如圖 6 所示。在甘藷品種上面，根據 (利等，2006) 研究上，選擇 實種不同甘藷品種進行醱酵釀酒，發現以澱粉含量高，蒸烤後還原糖含量高的台農 57 號甘藷產酒率為最高，因此本篇研究所選擇的甘藷品種為台農 57 號。甘藷再經由前處 理 (燜烤) 後，其澱粉達到充分糊化，接種不同菌種：市售神麴及本研究所使用之米麴 菌 (Aspergillus oryzae) 及釀酒酵母菌 (Saccharomyces cerevisiae)。探討兩種不同的醱酵 方式及菌種，在各種不同的醱酵條件下，溫度、pH值、接種時間、接種量、靜置或振盪 轉速下，去進行比較，得到最佳之醱酵條件。
29 圖 6、實驗架構。
Fig. 6. Outline of the experiment.
