114 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》

本題考查食品科學中水活性（Water Activity, $a_w$）的基本概念。水活性是衡量食品中自由水含量的重要指標，而非總含水量。

水活性 ($a_w$) 的定義是食品中水蒸氣的分壓與同溫度下純水的飽和水蒸氣壓之比。它直接反映了水在食品中的「可用性」，特別是對於微生物生長和化學反應的影響。

本題考查美拉德反應（Maillard reaction）的核心作用。美拉德反應是食品科學中一個非常重要的化學反應，尤其是在烹調過程中。

美拉德反應是指還原糖（如葡萄糖、果糖）與胺基酸（或蛋白質）在加熱條件下，經過一系列複雜的反應，最終產生棕色物質（美拉德產物）和風味物質的過程。這個反應是許多食品（如烘焙食品、烤肉、咖啡、可可等）獨特色澤和風味的來源。

本題考查脂肪的氧化，特別是多不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸在氧化穩定性上的差異。

脂肪的氧化是指脂肪分子（主要是脂肪酸鏈）與氧氣反應，產生過氧化物、醛、酮等降解產物的過程。這個過程會導致脂肪酸敗、產生不良風味和氣味，並可能生成有害物質。

脂肪酸的結構是影響其氧化穩定性的關鍵因素。飽和脂肪酸的碳鏈上所有碳原子都與氫原子結合，不含雙鍵。不飽和脂肪酸則含有一個或多個碳-碳雙鍵。雙鍵的位置和數量對其反應活性有顯著影響。

本題考查水果中酶促褐變（enzymatic browning）的機制。

酶促褐變是許多水果和蔬菜（如蘋果、香蕉、馬鈴薯）在受損（如切割、擠壓）後，暴露於空氣中時會發生的褐變現象。其主要原因是水果中存在的酚類化合物、酚氧化酶（polyphenol oxidase, PPO）以及氧氣的共同作用。

機制步驟：

1. 水果細胞受損，細胞膜破裂，使原本在細胞質或液泡中的酚類化合物與位於質體中的酚氧化酶接觸。
2. 酚氧化酶催化酚類化合物的氧化反應，生成鄰醌（o-quinones）。

本題考查重金屬（如鉛、汞）進入食物鏈的途徑。重金屬污染是食品安全的重要議題。

重金屬污染的來源多樣，主要透過環境污染進入食物鏈。

選項分析：
A. 空氣中的重金屬顆粒（如工業排放）確實可以沉降並污染農作物，但這不是唯一的途徑。
B. 這是重金屬進入食物鏈最主要和最普遍的途徑之一。

本題考查食品中抗氧化劑（antioxidants）的主要功能。

抗氧化劑是添加到食品中，用來延緩或防止食品因氧化作用而發生的品質劣變（如酸敗、褐變、維生素損失）的物質。

選項分析：
A. 某些食品添加劑可能用於改善風味，但抗氧化劑的主要目的不是添加風味。

本題考查丙烯醯胺（acrylamide）的性質及其形成途徑。丙烯醯胺是近年來備受關注的食品安全議題。

丙烯醯胺是一種有機化合物，化學式為 $\text{C}_3\text{H}_5\text{NO}$。它在食品科學領域的關注點在於其可能對人體健康的潛在風險。

形成途徑：丙烯醯胺主要是在高溫烹調（超過 120°C）過程中，由富含還原糖（如葡萄糖、果糖）和胺基酸（尤其是天冬醯胺，asparagine）的食品（特別是澱粉類食品，如薯片、炸薯條、餅乾、麵包等）發生美拉德反應（Mai

本題考查蛋白質變性（protein denaturation）的過程及其對食品質地的影響。

蛋白質變性是指蛋白質的三級結構（和部分二級結構）被破壞，但其一級結構（胜肽鍵）保持不變的過程。變性通常由熱、酸、鹼、機械力、紫外線、有機溶劑等因素引起。

變性後的蛋白質會失去原有的生理活性和結構，其物理化學性質發生改變。

本題考查花青素（anthocyanins）的性質，特別是它們對 pH 變化的響應。

花青素是一類廣泛存在於植物中的水溶性色素，屬於類黃酮化合物。它們是許多水果和蔬菜（如藍莓、葡萄、櫻桃、紅甘藍）呈現紅色、紫色、藍色的主要原因。

花青素的顏色對 pH 非常敏感，這使得它們可以用作天然的 pH 指示劑。

pH 響應：

• 在酸性條件（低 pH）下，花青素主要以紅色的陽離子形式（anthocyanidin cation）存在。
• 在中性條件（pH 7 左右）下，顏色可能呈現紫色。

本題考查乳化劑（emulsifiers）在食品體系中的主要功能。

乳化劑是能夠降低兩種不互溶液體（如油和水）之間界面張力，並在體系中形成穩定乳濁液（emulsion）的物質。它們通常具有親水基團和親油基團，能夠在油水界面形成一層膜，阻止油滴或水滴的聚結。

本題考查麵筋（gluten）在麵包製作中的重要性。

麵筋是由小麥麵粉中的兩種蛋白質——麥醇溶蛋白（gliadin）和麥穀蛋白（glutenin）——在加水並揉捏後，通過物理作用形成的網絡結構。

在麵包製作中的重要性：

1. 結構形成：麵筋網絡能夠捕捉發酵過程中酵母產生的二氧化碳氣體，使麵團膨脹，形成疏鬆、具有彈性的內部結構。
2. 持氣性（Gas retention）：麵筋的彈性和延展性決定了麵團的持氣能力，這是麵包體積和質地的關鍵。

本題考查果膠（pectin）在果凍（jelly）形成中的作用。

果膠是一種複雜的多醣，主要由半乳糖醛酸（galacturonic acid）單元組成，廣泛存在於水果的細胞壁中。它是製作果醬、果凍和果凍類產品的關鍵膠凝劑（gelling agent）。

果膠形成凝膠的條件：

1. 足夠的果膠濃度：通常需要約 0.5% 至 1.0% 的果膠。
2. 足夠的酸度：pH 值通常在 2.8 至 3.5 之間。酸有助於釋放果膠分子上的正電荷，促進分子間的相互作用，並降低果膠的分子鏈之間的排斥力。

本題考查蔬菜在冷凍前進行燙漂（blanching）的原因。

燙漂是指將蔬菜在沸水或蒸汽中短時間加熱（通常為 1-5 分鐘，視蔬菜種類和大小而定），然後迅速冷卻的過程。

主要原因：

1. 鈍化酶活性：蔬菜中含有多種酶（如過氧化物酶、脂肪氧化酶、氯ophyllase 等），這些酶即使在冷凍狀態下仍然可能具有活性。它們會導致蔬菜在儲存過程中發生褐變、維生素損失、風味改變、質地軟化等品質劣變。燙漂的高溫可以有效地鈍化（inactivate）這些酶的活性，從而延長蔬菜的冷凍保質期。

本題考查過度加熱對食物中維生素 C 的影響。

維生素 C（抗壞血酸，ascorbic acid）是一種水溶性維生素，對熱、光、氧氣和鹼性條件非常敏感，容易被破壞。

影響：

1. 熱不穩定性：維生素 C 在高溫下極易分解。加熱時間越長，溫度越高，維生素 C 的損失越嚴重。

本題考查亞硝酸鹽（nitrites）在加工肉製品中的功能及其潛在的食品安全問題。

亞硝酸鹽（通常以亞硝酸鈉，$\text{NaNO}_2$ 的形式添加）在加工肉製品（如香腸、火腿、培根）中有以下主要功能：

1. 發色作用：亞硝酸鹽在肉製品中會與肌紅蛋白反應，形成穩定的亞硝基肌紅蛋白（nitrosylmyoglobin），呈現出加工肉製品特有的粉紅色或紅色，增強其外觀吸引力。
2. 抑菌作用：亞硝酸鹽對肉毒桿菌（Clostridium botulinum）具有強烈的抑制作用。肉毒桿菌是一種產生致命毒素的厭氧菌，在無氧環境下容易在加工肉製品中滋生並產生毒素，導致肉毒桿菌中毒。亞硝酸鹽能有效預防這種中毒。

本題考查益生元（prebiotics）和益生菌（probiotics）的區別。兩者都是與腸道健康相關的概念，但本質不同。

益生菌（Probiotics）：

• 定義：指對宿主（人類）有益的活性微生物，通常是特定的細菌或酵母。
• 作用：通過改善腸道菌群平衡，對宿主產生健康益處。常見的有乳酸桿菌（Lactobacillus species）和雙歧桿菌（Bifidobacterium species）。
• 形式：通常是通過食物（如優格、克菲爾）或補充劑攝入活的微生物。

益生元（Prebiotics）：

• 定義：指不能被人體消化酶分解，但能選擇性地促進腸道中有益微生物（如益生菌）生長的物質。它們是益生菌的「食物」。
• 作用：通過提供給腸道內的益生菌營養，促進其生長和活性，從而間接改善腸道健康。

本題考查澱粉酶（amylase）在食品加工中的作用。

澱粉酶是一類能夠催化澱粉（一種複雜的多醣）水解成較小單位的糖類的酶。主要的澱粉酶有 $\alpha$-澱粉酶和 $\beta$-澱粉酶。

在食品加工中的作用：

1. 麵包製作：在麵團發酵過程中，澱粉酶（來自麵粉本身或額外添加的酶製劑）會將部分澱粉分解成麥芽糖等可發酵性糖，為酵母提供能量，促進發酵。這也有助於改善麵包的質地、色澤和風味。

本題考查檸檬酸（citric acid）添加到罐裝蔬菜中的目的。

檸檬酸是一種有機酸，天然存在於柑橘類水果中。在食品工業中，它常用作酸度調節劑、風味劑和抗氧化劑。

添加到罐裝蔬菜中的主要目的：

1. 調節 pH 值：罐裝食品需要進行熱處理殺菌。許多蔬菜的 pH 值較高（接近中性），不利於殺菌。添加檸檬酸可以降低蔬菜的 pH 值，使其達到酸性食品（pH < 4.6）的標準。

本題考查反式脂肪（trans fats）的定義及其危害。

反式脂肪的定義：
反式脂肪是一種不飽和脂肪，其化學結構的特點是碳鏈中存在一個或多個反式雙鍵（trans double bond）。與順式雙鍵（cis double bond，天然不飽和脂肪的主要形式）相比，反式雙鍵使脂肪酸鏈變得更直、更緊密。

反式脂肪的來源：

1. 天然來源：少量存在於反芻動物（如牛、羊）的肉類和乳製品中。
2. 工業來源：主要是在植物油的「部分氫化」（partial hydrogenation）過程中產生的。這個過程是為了使液態植物油轉化為半固態或固態脂肪，以改善其質地、穩定性和烹調特性（如用於製作人造奶油、酥油、烘焙食品、油炸食品等）。在這個過程中，一部分順式雙鍵會轉化為反式雙鍵。

本題考查蛋白質變性（protein denaturation）對食品質地（food texture）的影響。

蛋白質是構成食品的重要成分，其結構和性質直接影響食品的質地。蛋白質變性是指蛋白質的三級結構（和部分二級結構）被破壞，但一級結構（胜肽鍵）不變的過程。

蛋白質變性對食品質地的影響是多方面的，具體取決於蛋白質的種類、變性的程度和條件，以及食品的整體組成：

1. 凝膠形成（Gelation）：許多蛋白質在變性後會展開（unfold），暴露出原先隱藏在內部的疏水性基團。這些暴露的基團會相互作用，形成蛋白質分子之間的交聯，將水分子包裹其中，形成蛋白質凝膠。
   • 例子：
     • 雞蛋加熱後，蛋清中的蛋白質（如白蛋白）變性並形成凝膠，使雞蛋從液態變為固態。
     • 牛奶加熱時，酪蛋白和乳清蛋白變性，有助於形成優格或奶酪的質地。
     • 肉類烹調時，肌纖維蛋白等變性並交聯，使肉類收縮、變硬、變得更有嚼勁。