112 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》

蛋白質在等電點（Isoelectric Point, PI）時，其淨電荷為零，此時蛋白質分子間的靜電吸引力最大，而與水的靜電吸引力最

蒸蛋的口感主要來自蛋白質的變性與凝膠作用。當雞蛋中的蛋白質（主要是卵白蛋白和卵黃蛋白）受熱時，會發生變性（denaturation），其三級結構被破壞，肽鏈伸展。

更年性水果（climacteric fruit）在採收後會持續進行呼吸作用，並在乙烯（ethylene）的催化下，發生一系列成熟過程，使其變軟、變甜。

纖維素（Cellulose）和幾丁聚醣（Chitosan）都是天然的高分子聚合物，它們在結構和性質上有相似之處，也有顯著的差異。

相似之處：

1. **基本結構單元：**兩者都是由重複的單醣單元構成的多醣。纖維素由葡萄糖單元構成，幾丁聚醣則是由葡萄糖胺（glucosamine）單元構成。
2. **聚合物鏈：**兩者都是線性聚合物，單元之間透過糖苷鍵（glycosidic bond）連接。
3. **來源：**都是天然存在的生物聚合物。纖維素是植物細胞壁的主要成分，幾丁聚醣則來自節肢動物（如蝦、蟹）的外骨骼或真菌的細胞壁。
4. **不溶性：**在水中基本不溶。

差異之處：

1. 單元結構：
   • **纖維素：**由 $\beta$-(1→4) 鍵連接的葡萄糖單元構成。
   • **幾丁聚醣：**由 $\beta$-(1→4) 鍵連接的葡萄糖胺單元構成。幾丁聚醣是幾丁質（chitin）脫乙醯化（deacetylation）的產物，幾丁質是由 N-乙醯基葡萄糖胺單元構成。
2. 化學官能基：
   • **纖維素：**每個葡萄糖單元上有三個羥基（-OH）。

紅絲絨蛋糕（Red Velvet Cake）的紅色主要來自於兩種因素的協同作用：

1. **可可粉的反應：**傳統的紅絲絨蛋糕配方中會加入無糖可可粉。可可粉本身帶有天然的棕紅色。在烘焙過程中，可可粉中的某些酚類化合物（如兒茶素）會與小蘇打（碳酸氫鈉，一種鹼性物質）發生反應。這種反應會使可可粉的顏色變得更鮮豔、更紅。

HLB (Hydrophilic-Lipophilic Balance) 值是衡量乳化劑（emulsifier）親水親油平衡程度的一個指標。它是一個數值，範圍通常在 0 到 20 之間，用來預測乳化劑在水/油系統中的行為，以及它所形成的乳液類型（水包油 O/W 或油包水 W/O）。

• 低 HLB 值 (約 3-6)： 表示乳化劑偏向親油性（lipophilic），傾向於穩定油包水（W/O）乳液。

食源性病原體（food-borne pathogens）是指能透過受污染的食物傳播給人類，引起疾病的微生物。以下是五種常見的食源性病原體：

1. 沙門氏菌 (Salmonella spp.)： 引起沙門氏菌病，常見於禽蛋、肉類、乳製品。
2. 大腸桿菌 O157:H7 (Escherichia coli O157:H7)： 一種致病性大腸桿菌，可引起出血性腹瀉和溶血性尿毒症候群，常見於未煮熟的牛肉、生菜等。

脂肪酸（fatty acid）是一種長鏈的碳氫化合物，其結構兩端具有不同的官能基：

1. 羧基 (-COOH)： 這是脂肪酸的酸性端，賦予脂肪酸酸的性質。
2. 甲基 (-CH$_3$)： 這是脂肪酸的非極性端，通常是長碳鏈的末端。

Omega (ω) 端的定義：

快速冷凍（fast freezing）比慢速冷凍（slow freezing）能提供更好的冷凍食品品質，主要原因在於冰晶的形成。

在冷凍過程中，食品中的水分會結成冰晶。

• 快速冷凍： 由於冷凍速度快，食品在短時間內通過冰點（0°C）到-18°C（或更低）的溫度範圍。這導致形成大量細小、均勻的冰晶。這些小冰晶對細胞結構的機械損傷較小。
• 慢速冷凍： 由於冷凍速度慢，食品在較長的時間內處於冰點附近，使得水分有足夠的時間聚集，形成較少但體積較大的冰晶。這些大冰晶會刺穿細胞膜，造成細胞結構的嚴重破壞。

更年性水果（climacteric fruits）的成熟過程受到一種稱為乙烯（ethylene）的植物激素的嚴格調控。乙烯在水果成熟過程中扮演著關鍵角色，它能觸發並加速一系列生理和生化反應，從而導致水果的軟化、甜度增加、顏色改變、香氣產生等。

更年性水果的成熟進程受到控制的方式主要包括：

1. 乙烯的產生與作用：
   • 內部產生： 在採收後，更年性水果會內源性地產生乙烯。這種乙烯會引發進一步的乙烯產生，形成一個正回饋循環（positive feedback loop），加速成熟過程。
   • 外源乙烯： 環境中的乙烯也會影響水果的成熟。例如，將水果暴露在乙烯氣體中會加速其成熟。
2. 調控成熟過程的關鍵酵素： 乙烯的作用是透過誘導或活化一系列參與成熟的酵素，例如：
   • 果膠酶 (Pectinase)、纖維素酶 (Cellulase)： 分解細胞壁成分，使水果軟化。
   • 澱粉酶 (Amylase)： 將澱粉分解為糖，增加甜度。

丙烯醯胺（acrylamide）是一種潛在的致癌物質，在某些高溫烹調的澱粉類食物中會產生。其生成的主要反應是「美拉德反應」（Maillard reaction）的副產物，而美拉德反應中最關鍵的反應物是還原糖（如葡萄糖、果糖）和一種特定的氨基酸——天門冬醯胺 (Asparagine)。

黴菌（mold）在食品中生長時，可能產生一類稱為「黴菌毒素」（mycotoxins）的有毒化學物質。這些毒素對人體和動物健康有嚴重的危害，即使在黴菌被清除後，毒素仍可能殘留在食物中。

常見的黴菌毒素包括：

• 黃麴毒素 (Aflatoxins)： 由黃麴黴菌 (Aspergillus flavus) 和寄生麴黴菌 (Aspergillus parasiticus) 等產生，常見於穀物、花生、堅果等。黃麴毒素 B1 是其中毒性最強的一種，被列為一級致癌物。

當密封容器中的食物樣本與容器周圍的水蒸氣達到平衡時，食物樣本中的水活度（water activity, a$_w$）可以近似等於容器內水蒸氣的分壓與飽和水蒸氣壓之比，這個比值又等於容器內空氣的相對濕度（relative humidity, RH）。

水活度 ($a_w$) 的定義是：
$a_w = \frac{P}{P_0}$
其中，$P$ 是水蒸氣的分壓，$P_0$ 是在相同溫度下的飽和水蒸氣壓。

乳糖（lactose）是一種二醣（disaccharide），它是由葡萄糖（glucose）和半乳糖（galactose）兩種單醣（monosaccharide）透過 $\beta$-(1→4) 糖苷鍵連接而成。

α-澱粉酶（Alpha-amylase）和 β-澱粉酶（Beta-amylase）都是水解澱粉的酵素，但它們在作用方式、產物和來源上存在顯著差異。

α-澱粉酶：

• 作用方式： 是一種內切酶（endohydrolase），能夠隨機地切斷澱粉分子（直鏈澱粉和支鏈澱粉）內部 $\alpha$-(1→4) 糖苷鍵。
• 產物： 產生多種寡醣（如糊精 Dextrins），以及少量的麥芽糖（maltose）和葡萄糖（glucose）。它不能完全分解澱粉。
• 來源： 廣泛存在於唾液、胰液、細菌、黴菌和某些植物（如麥芽）中。
• 作用條件： 通常在較寬的 pH 範圍內有活性，對熱相對穩定。

β-澱粉酶：

• 作用方式： 是一種外切酶（exohydrolase），從澱粉鏈的非還原端（通常是分子量較大端的末端）開始，逐個切斷 $\alpha$-(1→4) 糖苷鍵，產生麥芽糖。
• 產物： 主要產物是麥芽糖（maltose），以及少量不能被 β-澱粉酶進一步分解的殘留物（如 α-1,6 鍵處的支鏈部分，以及最後產生的不可水解的寡醣）。它也不能完全分解澱粉。
• 來源： 主要存在於植物種子（如麥芽）中，在動物體內較少見。
• 作用條件： 對熱較為敏感，活性 pH 範圍較窄。

總結差異：
| 特徵 | α-澱粉酶 (Alpha-amylase) | β-澱粉酶 (Beta-amylase) |

非酵素性褐變反應（Non-enzymatic browning reactions）是指在食品加工和儲存過程中，不涉及酵素催化而發生的褐變現象。主要有三種機制：

1. 美拉德反應 (Maillard Reaction)：

   • 反應物： 還原糖（如葡萄糖、果糖）與胺基酸或蛋白質中的胺基（-NH$_2$）。
   • 條件： 需要一定的溫度（通常高於 60°C）和較低的含水量（pH 值也會有影響）。
   • 過程： 是一個複雜的多步驟反應，包括還原糖與胺基的初始縮合、形成糖胺（glycosylamine）、重排形成還原酮（Amadori product），然後經過脫水、降解、環化、聚合等過程，產生大量的褐色素（melanoidins）和揮發性風味物質（如吡嗪、呋喃等）。
   • 特點： 產生豐富的風味和顏色，是許多烘焙食品、烤肉、咖啡、醬油等風味形成的重要原因。

2. 焦糖化反應 (Caramelization)：

   • 反應物： 主要為糖類（特別是還原糖，但非還原糖在高溫下也會分解產生還原性物質）。
   • 條件： 需要較高的溫度（通常高於 160°C，具體溫度取決於糖的種類）和無胺基化合物的參與。

鮪魚肉（tuna meat）呈現紅色，主要是因為其中含有豐富的肌紅蛋白（myoglobin）。肌紅蛋白是一種蛋白質，它含有的血紅素（heme）基團中的鐵離子（Fe$^{2+}$）能夠與氧結合，將氧氣儲存在肌肉中。

澱粉糊化（starch gelatinization）是指澱粉顆粒在水和熱的作用下，吸收水分，澱粉顆粒結構破壞，澱粉分子（直鏈澱粉和支鏈澱粉）從顆粒中擴散出來，並與水形成分散體系的過程。這個過程是食品烹調和加工中常見的現象，例如煮粥、製作麵包、醬料等。

澱粉糊化需要兩個關鍵的烹調條件：

1. 水分（Water）： 水是澱粉糊化的必要介質。水分子可以滲入澱粉顆粒內部，與澱粉分子中的羥基（-OH）形成氫鍵，削弱澱粉分子之間的氫鍵作用。

抗氧化劑（antioxidants）在食品中主要用於抑制或延緩油脂的氧化。油脂氧化是一個自由基連鎖反應（free radical chain reaction），會導致食品產生不良的異味（哈喇味）、顏色改變、營養價值下降等。

抗氧化劑抑制油脂氧化的主要機制是自由基清除（free radical scavenging）。油脂氧化過程大致如下：

1. 起始 (Initiation)： 產生自由基（如 R·）。

酶動力學（enzyme kinetics）研究酶催化反應的速率。初速度（initial velocity, $v_0$）是指在反應開始時，底物濃度遠大於酶濃度，且產物濃度極低，此時反應速率最接近理論最大值，且受逆反應影響最小。

在酶動力學中，通常繪製反應速率 ($v$) 與底物濃度 ([S]) 的關係圖。對於大多數酶，這個關係圖呈現出一個飽和曲線（saturation curve）。

圖形說明：

• 橫軸 (X-axis)： 底物濃度 ([S])
• 縱軸 (Y-axis)： 反應速率 ($v$)

曲線特徵：

1. 當底物濃度 [S] 很低時，反應速率 $v$ 與 [S] 近似成正比（線性關係）。這是因為酶分子還有很多未結合底物的活性位點。
2. 隨著底物濃度 [S] 的增加，反應速率 $v$ 也增加，但增加的幅度逐漸減小。
3. 當底物濃度 [S] 達到足夠高時，幾乎所有的酶活性位點都被底物佔據，酶系統達到飽和狀態。此時，進一步增加底物濃度對反應速率的影響很小，反應速率趨於一個最大值，稱為最大反應速率 ($V_{max}$)。