108 年 國立成功大學食品安全衛生暨風險管理研究所《食品科學》

本題主要在探討食品水活性 (water activity, Aw) 的定義、其對食品腐敗變質的影響，以及食品加工中降低水活性的方法。

一、食品水活性 (water activity, Aw) 的定義

食品水活性是指在特定溫度下，食品中自由水的量，也就是食品與純水蒸氣達到平衡時的相對濕度。數學上表示為：
$A_w = \frac{p}{p_0}$
其中，$p$ 為食品在特定溫度下的水蒸氣分壓，$p_0$ 為相同溫度下純水的飽和蒸氣壓。水活性值介於 0 與 1 之間，純水的水活性為 1。

二、水活性與食品腐敗、變質間的關係

食品中的微生物生長、酵素活性以及化學反應速率都與水活性密切相關。

1. 微生物生長：大多數的細菌、酵母菌和黴菌都需要一定的水活性才能生長繁殖。
   • 高水活性 (Aw > 0.90)：適合絕大多數細菌、酵母菌和黴菌生長。
   • 中等水活性 (0.75 < Aw < 0.90)：適合大多數黴菌和酵母菌生長，但多數細菌生長受抑制。
   • 低水活性 (Aw < 0.75)：僅能支持少數嗜滲壓性黴菌、酵母菌生長，多數微生物無法生長。
   • 極低水活性 (Aw < 0.60)：幾乎無微生物生長。
2. 酵素活性：許多食品中的酵素活性也需要水的參與，水活性降低會減緩酵素的反應速率，進而延緩食品的褐變、風味改變等。
3. 化學反應：如梅納反應 (Maillard reaction) 和油脂氧化等化學反應，在水活性適中的情況下速率較快，水活性過高或過低都可能減緩反應。

三、食品加工過程降低水活性的方法

降低食品水活性是延長食品保存期限、防止微生物生長和延緩品質劣變的重要方法。常見的方法包括：

本題主要探討食用油脂精煉的目的、步驟，以及油脂氫化的目的。

一、食用油脂精煉之目的與步驟

目的：
粗製油脂（毛油）含有許多雜質，如游離脂肪酸、磷脂質、色素、蛋白質、水分、金屬離子、異味物質等，這些雜質會影響油脂的風味、色澤、穩定性及食用品質。油脂精煉的目的是去除這些雜質，以獲得純淨、穩定、無異味、色澤佳且符合食安標準的食用油脂。

步驟：
油脂精煉通常包含以下幾個主要步驟：

1. 脫膠 (Degumming)：
   • 目的：去除磷脂質（卵磷脂）等膠質。磷脂質在高溫下會產生焦化物，影響油脂的色澤和穩定性，也可能引起油煙。
   • 方法：
     • 水化脫膠：加入少量水或稀酸（如磷酸、檸檬酸），使膠質吸水膨脹，沉澱後分離。
     • 酸煉脫膠：對大豆油等植物油，使用酸（如磷酸）處理，使非水化性磷脂質轉化為水化性磷脂質，再進行水化分離。
2. 脫酸 (Neutralization / Alkali Refining)：
   • 目的：去除游離脂肪酸 (Free Fatty Acids, FFA)。游離脂肪酸會降低油脂的煙點，產生酸敗味，並影響油脂的穩定性。
   • 方法：加入鹼液（通常是氫氧化鈉溶液），與游離脂肪酸反應生成皂化物（soapstock），皂化物不溶於油脂，可通過離心分離去除。反應式：$RCOOH + NaOH \rightarrow RCOONa + H_2O$。
3. 脫色 (Bleaching)：
   • 目的：去除油脂中的色素，如葉綠素、類胡蘿蔔素等，改善油脂的色澤。
   • 方法：將油脂與吸附劑（如活性白土、活性炭）混合，在一定溫度和真空條件下加熱，吸附劑能吸附色素和其他微量雜質，然後通過過濾去除吸附劑。
4. 脫臭 (Deodorization)：

本題主要探討罐頭食品與低酸性罐頭食品的定義，以及消費者選購安全罐頭食品的原則。

一、罐頭食品及低酸性罐頭食品之定義

1. 罐頭食品 (Canned Foods) 的定義：
   罐頭食品是指將食品裝入密封的容器（通常是金屬罐或玻璃瓶），經過加熱殺菌處理，以達到商業無菌狀態，從而能在常溫下長期保存的食品。密封的容器能防止微生物污染和氧化，而加熱殺菌則能殺滅食品中的微生物和鈍化酵素，確保食品的安全性和穩定性。

2. 低酸性罐頭食品 (Low-acid Canned Foods, LACF) 的定義：
   低酸性罐頭食品是指 pH 值大於 4.6 且水活性大於 0.85 的罐頭食品。

   • pH 值大於 4.6：表示食品的酸度較低，接近中性。
   • 水活性大於 0.85：表示食品中含有足夠的水分，有利於微生物的生長。
     這兩項條件的組合使得低酸性罐頭食品成為產氣莢膜梭菌（Clostridium perfringens）和肉毒桿菌（Clostridium botulinum）等厭氧菌的理想生長環境。其中，肉毒桿菌產生的肉毒桿菌毒素（botulinum toxin）是極為危險的食品中毒因子。因此，低酸性罐頭食品的殺菌條件要求比高酸性食品更嚴格，通常需要達到 12D 殺菌標準（例如，在 121.1°C 下加熱 3.3 分鐘，足以殺滅每克食品中存在的 10¹² 個肉毒桿菌孢子）。
     常見的低酸性罐頭食品包括：肉類、禽類、魚類、大多數蔬菜（如玉米、豆類、馬鈴薯）、湯品、寵物食品等。
     相對於低酸性罐頭食品，高酸性罐頭食品 (Acidified Foods) 的 pH 值小於或等於 4.6，或水活性小於 0.85，或兩者皆有。在高酸性環境下，肉毒桿菌等病原菌的孢子難以萌發和生長，因此對殺菌的要求相對較低。例如，水果罐頭、醃漬蔬菜（如酸黃瓜）等。

這題主要在考察醬油的分類、製程差異、原料、菌種，以及潛在的食品安全與品質管制問題。這涉及到醬油的傳統釀造法與現代化學水解法之間的區別，以及法規要求標示的意義。

詳解

四、自 108 年 1 月 1 日起,醬油產品應於包裝標示「速成」、「水解」、「混合(調合)」或「釀造」字樣,請比較上述產品之差異 (5%), 並分別說明釀造醬油與水解醬油之原料、製程與可利用之菌種 (10%), 以及其產品可能遭遇之食品安全問題及食品品質管制點 (10%)。

(a) 醬油產品標示字樣之差異比較

醬油產品依據其製程與原料的差異，可分為以下幾類，並需於包裝上明確標示：

• 釀造醬油 (Brewed Soy Sauce): 這是傳統的製法，利用微生物（主要是麴菌、酵母菌、乳酸菌）發酵黃豆、黑豆、小麥等原料製成。製程時間長，風味層次豐富，是品質較佳的醬油。
• 水解醬油 (Hydrolyzed Soy Sauce): 這是利用化學方法，例如以鹽酸處理脫脂黃豆，將蛋白質分解成胺基酸，再添加調味料製成。製程快速，成本較低，但風味較單一，且可能產生氯丙醇等副產物。
• 速成醬油 (Accelerated Soy Sauce): 此類醬油的製程介於釀造與水解之間，可能採用酵素水解或部分發酵等方法，縮短製程時間。其風味與品質通常介於釀造醬油與水解醬油之間。
• 混合(調合)醬油 (Blended Soy Sauce): 此類醬油是將釀造醬油、水解醬油、速成醬油或食品添加物等混合調製而成，以達到特定的風味、色澤或成本考量。其標示上會註明「混合」或「調合」。

(b) 釀造醬油與水解醬油之原料、製程與可利用之菌種

• 釀造醬油 (Brewed Soy Sauce):
  • 原料: 主要為黃豆（或黑豆）、小麥、食鹽、水。部分產品可能添加米、玉米等。
  • 製程:
    1. 製麴: 將蒸煮過的黃豆與炒過的小麥混合，接種麴菌（如 Aspergillus oryzae），在適當的溫度與濕度下培養，形成醬油麴。
    2. 製醪: 將醬油麴與食鹽水混合，形成醬油醪。
    3. 發酵: 在適當的溫度下，經過數週至數月的發酵。此階段，麴菌的酵素分解蛋白質與澱粉，產生胺基酸、醣類、有機酸等風味物質。同時，酵母菌（如 Zygosaccharomyces rouxii）產生酒精與酯類，乳酸菌（如 Tetragenococcus halophilus）產生乳酸，共同形成醬油獨特的風味與香氣。
    4. 壓榨與殺菌: 發酵完成後，將醬油醪壓榨，分離出醬油液。再經過殺菌處理，以停止微生物活性並延長保存期限。
  • 可利用之菌種:
    • 麴菌 (Molds): Aspergillus oryzae (醬油麴菌) 是最主要的製麴菌種，負責分解蛋白質和澱粉。
    • 酵母菌 (Yeasts): Zygosaccharomyces rouxii (醬油酵母) 參與酒精發酵，產生酯類，貢獻醬油的香氣。
    • 乳酸菌 (Lactic acid bacteria): Tetragenococcus halophilus (醬油乳酸菌) 產生乳酸，影響醬油的酸味和風味。