臺灣博碩士論文加值系統

本研究使用間歇供氧發酵槽，比較在不同的壓力、糖濃度以及供氧時間之操作模式下，啤酒酵母菌 (Saccharomyces cerevisiae) 的菌體生長與酒精之生產。本研究在開始發酵之前，均先使發酵液之氧濃度維持在飽和狀態。利用間歇供氧要達到飽和狀態需要一段時間。確定維持飽和一段時間後再注入前培養之啤酒酵母菌，使其生長。本研究，以體積為1 L之壓克力製之批次式發酵槽 (發酵液體積700 mL)，改變操作之供氧壓力，觀察菌體生長，以及酒精之生產情況。起始糖濃度為16% (w/v)，接菌量為1%，供氧方式為底部噴流至設定壓力 (2.5 psi)，停止供氧，壓力維持在設定值，到達設定時間 (4分鐘) 後，及打開排氣閥，釋放二氧化碳 (30 秒)，依此順序循環操作。實驗數據顯示，菌體濃度，在12小時內，即可自6×106增至 5×108 CFU/mL。起始糖濃度為16% (w/v)，酒精濃度在12小時，可達7.5% (w/v)，接近酒精/葡萄糖轉化率之理論值 (0.51)，操作溫度為30C。

This research used a batch fermenter equipped with intermittently aeration system, to study the cell growth (Saccharomyces cerevisiae) and ethanol production, under various operation conditions, especially pressure. Before the fermentation began, the broths were first saturated with oxygen. The 1% volume of inoculum was then injected. During fermentation, oxygen was supplied in an intermittent mode. Batch fermentation was carried out in a 1 L acrylic made fermenter (working volume was 700 mL). The operational aeration pressure was varied to observe its effect on cell growth and ethanol production. Initial glucose concentration was 16% (w/v). The aeration (jet bubbling at the bottom) pressure was fixed (e.g. 2.5 psi), then stopped the aeration when the set-pressure was reached, the pressure was held at the set-pressure, when the preset time was reached (e.g. 4 min), the vent valve was opened to release the generated CO2, and the cycle was repeated. Experimental data showed that, within 12 h, the cell concentration could increase from 6106 to 5108 CFU/mL, and ethanol concentration could reach 7.5% (w/v), which was close to the ethanol theoretical yield of 0.51 (g ethanol / g glucose). The operation temperature was 30C.

目錄
中文摘要 I
ABSTRACT II
誌 謝 III
目錄 IV
圖目錄 VIII
表目錄 X
第一章 緒論 1
第二章 文獻回顧 2
2.1 糖尿病與前期糖尿病 2
2.1.1 糖尿病（Diabetes mellitus） 2
2.1.2 前期糖尿病 3
2.2 糖尿病的類型 4
2.2.1第一型糖尿病 4
2.2.2第二型糖尿病 5
2.2.3 其他型糖尿病 6
2.2.4 糖尿病的併發症 6
2.3 台灣糖尿病的現況 7
2.3.1 糖尿病的盛行率 7
2.3.2 糖尿病的死亡率 8
2.3.3 糖尿病的醫療資源耗用 8
2.4鉻金屬離子 9
2.4.1鉻的特性 9
2.4.2鉻的用途 10
2.4.3鉻在人體的代謝 12
2.4.4鉻對人體的生理效應 12
2.4.5鉻暴露的處理 15
2.5葡萄糖耐糖因子 16
2.6菌種介紹 19
2.6.1真菌 19
2.6.2酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)介紹 20
2.6.3 啤酒酵母 22
2.6.4 酵母的代謝作用 22
2.6.5 酵母恢復階段 23
2.6.6有氧呼吸階段 23
2.6.7無氧醱酵階段 23
2.6.8 醣類的代謝 23
2.7雙膜理論(TWO FILM THEORY) 25
2.7.1微生物的臨界氧濃度 26
2.7.2氧的傳遞途徑與傳質阻力 26
2.7.3溶氧量 27
2.7.4 DO電極測定原理 28
2.8 亨利定律 28
第三章材料與方法 29
3.1 實驗材料 29
3.1.1培養基 29
3.1.2固態培養基 29
3.1.3液態培養基 29
3.1.4菌種保存與活化 30
3.2 實驗藥品 31
3.2.1儀器設備 32
3.3實驗儀器設備介紹 33
3.3.1 火焰原子吸收光譜儀(Atomic absorption spectrometry AAS) 33
3.3.2 高效能液相層析儀(HPLC) 34
3.3.3 血球計數器(Hemocytometer) 35
3.3.4存活率 36
3.3.5實驗設備 37
3.3.6 AA(原子吸收光譜)藥品製備 40
3.3.7 HPLC 條件 40
3.4實驗流程 41
3.4.1壓力實驗流程圖(找尋最佳壓力發酵之條件) 41
3.4.2糖濃度實驗流程圖(找尋最佳糖濃度生長之條件) 42
3.4.3 通氣實驗流程圖(了解進氣與通氣的時間不同對酵母菌生長影響) 43
第四章 結果與討論 44
4.1 壓力實驗 44
4.1.1不同壓力實驗 44
4.2 糖濃度實驗 49
4.2.1不同糖濃度實驗 49
4.3 通氣實驗 53
4.3.1 間歇供氧實驗 53
第五章 結論 58
第六章 參考文獻 59
圖目錄

圖1.酵母菌形狀 4
圖2.酵母菌Saccharomyces cerevisiae 厭氧發酵代謝途徑 9
圖3.鉻複合體的tetra-aquro-dinicotinato chromium complex結構 28
圖4.雙膜理論示意圖 30
圖5.固態培養之菌種 34
圖6.酵母菌從左而右分別在0、8、16、24小時生長之圖片 35
圖7.血球計數器 40
圖8.間歇供養發酵設備 42
圖9.發酵槽 43
圖10.壓力實驗流程圖 45
圖11.糖濃度實驗流程圖 46
圖12.通氣實驗流程圖 47
圖13.壓力條件為0psi ，酵母菌菌數、糖濃度與酒精關係圖 49
圖14.壓力條件為2.5psi ，酵母菌菌數、糖濃度與酒精關係圖 49
圖15.壓力條件為5psi ，酵母菌菌數、糖濃度與酒精關係圖 50
圖16.壓力條件為7.5psi ，酵母菌菌數、糖濃度與酒精關係圖 50
圖17.壓力條件為10psi ，酵母菌菌數、糖濃度與酒精關係圖 51
圖18.不同壓力下酵母菌生產酒精含量圖 51
圖19.條件為10%糖濃度，酵母菌菌數、糖濃度與酒精關係圖 53
圖20.條件為15%糖濃度，酵母菌菌數、糖濃度與酒精關係圖 53
圖21.條件為20%糖濃度，酵母菌菌數、糖濃度與酒精關係圖 54
圖22.不同糖濃度下酵母菌生產酒精含量圖 55
圖23.在無供氧氣的條件下，酵母菌菌數、糖濃度與酒精關係圖 56
圖24.在持續供氧氣的條件下，酵母菌菌數、糖濃度與酒精關係圖 57
圖25.在2-30的條件下，酵母菌菌數、糖濃度與酒精關係圖 57
圖26.在4-30的條件下，酵母菌菌數、糖濃度與酒精關係圖 58
圖27.在20-3的條件下，酵母菌菌數、糖濃度與酒精關係圖 59
圖28.不同通氣時間下，酵母菌生產酒精含量圖 59


表目錄
表1.魯氏酵母菌 (Zygosaccharomyces rouxii)分類 22
表2.代表性微生物臨界溶氧值 28

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