109 年 國立臺灣大學園藝暨景觀學系碩士班園產品處理及利用組《園產品加工學》

本題主要在探討水果的品種與產季兩個重要因素，如何影響園產品的加工適性，並進一步說明為何鮮食品種不一定適合加工，以及產期調節的必要性。

一、品種對園產品加工的影響

水果品種的差異，主要體現在其物理、化學及生化特性上，這些特性直接影響加工過程的效率、產品的品質與風味。

• 果肉質地與結構：
  • 適合加工的品種： 通常具有較結實的果肉，不易在加熱或機械處理時過度軟化、崩解。例如，加工罐頭的桃子、梨子，選擇的品種果肉較為緊實，能維持較好的形狀。
  • 不適合加工的品種： 果肉過於鬆軟，如某些品種的香蕉，容易在加工過程中變成糊狀，影響產品外觀與口感。
• 可溶性固形物（糖度）與酸度：
  • 適合加工的品種： 糖酸比是影響風味的關鍵。加工果汁、果醬等產品，需要有適當的糖度與酸度來創造平衡的風味，並有助於防腐（高酸度）和提供甜味。例如，加工鳳梨汁常選用酸度較高、風味濃郁的品種。
  • 不適合加工的品種： 糖度過低或酸度不夠的品種，可能需要額外添加糖和酸，增加成本，且風味可能不如原生品種。
• 色素與風味物質：
  • 適合加工的品種： 擁有穩定且鮮豔的色素，以及具代表性的風味，這些物質在加工過程中（如加熱、乾燥）不易流失或產生不良變化。例如，加工番茄醬會選擇果肉厚、色素含量高的品種。
  • 不適合加工的品種： 色素易褐變，或風味物質不耐熱、易揮發，加工後產品顏色暗淡、風味平淡。
• 加工損耗率：
  • 適合加工的品種： 果皮薄、種子小且易去除、果肉率高。
  • 不適合加工的品種： 果皮厚、種子大、果肉率低，會增加加工前處理的時間與成本，降低原料利用率。

二、產季對園產品加工的影響

產季是指水果的盛產期，它直接關聯到原料的供應量、品質與價格。

• 供應量與穩定性：
  • 盛產季： 原料供應量大，價格相對低廉，有利於大規模加工。加工廠可以穩定地取得原料，進行連續性生產。
  • 非產季： 原料供應量少，價格昂貴，且品質可能不穩定（如風味、糖度較差），不利於加工。
• 品質一致性：
  • 盛產季： 水果在最適宜的氣候條件下生長，通常品質最佳，糖度、風味、色澤等都較為優良。
  • 非產季： 可能受氣候影響，品質參差不齊，加工後的產品穩定性較差。
• 加工時機：
  • 盛產季： 大量收穫的水果，若不及時加工，容易腐敗損壞，造成經濟損失。因此，盛產期是加工的黃金時期，可以將過剩的產量轉化為加工品，延長產品的保存期限，並調節市場供應。

三、為何適合鮮食的品種不一定適合加工，以及產期調節的必要性

本題主要在比較兩種不同包裝材質（金屬罐與塑膠容器）在生產低酸性果汁時，所採用的無菌加工技術，並探討其原理與製程步驟的差異。低酸性果汁（pH 值 > 4.5）由於不易抑制微生物生長，特別是產氣莢膜梭菌（Clostridium perfringens）這類厭氧菌，因此需要更嚴格的殺菌條件。

核心觀念：
低酸性食品的殺菌，需要透過「高溫短時間殺菌 (HTST)」或「超高溫瞬間殺菌 (UHT)」來有效殺滅產氣莢膜梭菌等耐熱性孢子菌，並同時保持產品的品質。包裝材質的選擇，會影響殺菌方式與產品的穩定性。

一、金屬罐製罐加工（傳統熱殺菌法）

• 原理：

  • 罐頭的密封性： 金屬罐（如馬口鐵罐）具有優良的氣密性與水密性，能有效隔絕外界微生物污染，並維持產品內部真空或一定壓力。
  • 罐內熱殺菌 (In-can sterilization)： 將裝填好的果汁產品，連同密封好的金屬罐，一起送入高溫殺菌釜（如水浴式殺菌釜、蒸汽殺菌釜）進行加熱殺菌。
  • 殺菌條件： 針對低酸性產品，需要達到較高的殺菌溫度與時間（例如 121°C 數十分鐘），以確保能殺滅所有耐熱性孢子菌。

• 製程步驟：

  1. 原料處理： 水果清洗、榨汁、過濾、濃縮（若需要）、調配（添加糖、酸、香料等），製備成待殺菌的果汁。
  2. 罐充填與密封： 將果汁充填入金屬罐中，進行排氣（去除罐內空氣，防止氧化並幫助傳熱），然後立即進行密封（捲封）。
  3. 罐內熱殺菌： 將密封好的金屬罐，置入殺菌釜中，在設定的溫度（如 121°C）與時間（如 20-30 分鐘，視罐體大小與產品酸度而定）進行加熱殺菌。
  4. 冷卻： 殺菌完成後，迅速將罐頭冷卻至室溫，以防止過度烹煮造成品質下降，並避免罐體因高溫膨脹而變形。
  5. 包裝與品管： 檢查罐體密封狀況、外觀，並進行微生物檢測。

• 優缺點：

  • 優點： 殺菌效果最徹底，產品貨架期極長，包裝材質堅固耐用，對光線與氧氣隔絕性極佳。
  • 缺點： 殺菌溫度高、時間長，容易造成營養素（如維生素C）及風味物質的損失，產品風味可能帶有「罐頭味」。金屬罐可能生鏽或變形。

二、塑膠容器無菌加工（無菌充填法，Aseptic processing and filling）

• 原理：

  • 產品與包材分開殺菌： 此法最大的特點是將果汁產品本身與包材（塑膠容器）分開進行殺菌。
  • 產品超高溫瞬間殺菌 (UHT)： 將果汁產品在極短的時間內（例如 1-2 秒）加熱至極高溫度（例如 135-140°C），然後快速冷卻。這種處理能有效殺滅所有微生物（包括孢子菌），同時最大限度地保留產品的營養、風味和色澤。
  • 包材無菌處理： 塑膠容器（如 PET、PP 材質的瓶子或袋子）在充填前，必須在潔淨室環境中，透過化學殺菌劑（如過氧化氫 H₂O₂）或高溫蒸氣等方式進行嚴格的無菌處理。
  • 無菌充填： 在無菌環境下，將經過 UHT 處理的果汁，充填入經過無菌處理的塑膠容器中，並立即進行無菌密封。

• 製程步驟：

  1. 原料處理： 同金屬罐製罐加工，製備成待殺菌的果汁。
  2. 產品 UHT 殺菌： 果汁通過熱交換器，快速加熱至 135-140°C 並維持數秒，然後快速冷卻至適當的充填溫度（通常低於 20°C）。
  3. 包材無菌處理： 塑膠容器在無菌充填機內，經過噴淋（如過氧化氫溶液）、加熱（如熱風或紅外線）或蒸氣滅菌等步驟，達到無菌狀態。
  4. 無菌充填與密封： 在無菌室內，將 UHT 殺菌後的果汁，充填入無菌處理過的塑膠容器中，並立即進行無菌密封（如旋蓋、封膜）。
  5. 品管： 檢查密封狀況，並進行嚴格的微生物檢測。

• 優缺點：

  • 優點： 產品品質（營養、風味、色澤）保留度高，因為殺菌溫度高但時間短。能源效率較高。塑膠容器輕便、不易碎裂，且可設計性高（如易開罐、可重複密封）。

本題要求以濃縮柳橙汁為例，闡述從柳橙果實到濃縮果汁的完整加工製程，並列出每個環節所需的主要機械設備。

核心觀念：
濃縮柳橙汁的生產，涉及將新鮮柳橙中的水分移除，以提高固形物含量，從而降低運輸成本、延長保存期限，並方便後續調製（如還原成飲用果汁）。其製程包含多個單元操作，每個操作都需要特定的設備來完成。

加工製程與機械設備：

1. 原料接收與預處理 (Raw Material Receiving and Pre-treatment)

   • 製程： 柳橙從產地運送至加工廠，進行初步檢查、分級（依大小、品質）、清洗（去除泥土、農藥殘留）及分選（去除腐爛、損傷的果實）。
   • 主要機械設備：
     • 卸料台/輸送帶 (Unloading platform/Conveyor belts)： 接收與搬運果實。
     • 振動篩/滾筒篩 (Vibrating screens/Roller sorters)： 依大小進行分級。
     • 清洗機 (Washing machines)： 如滾筒式清洗機 (Rotary washers)、噴淋式清洗機 (Spray washers)，使用清水或次氯酸鈉溶液清洗。
     • 風選機/人工分選台 (Air classifiers/Manual sorting tables)： 去除不良果實。

2. 破碎與榨汁 (Crushing and Juicing)

   • 製程： 將清洗分選後的柳橙，經過破碎（將果實打碎，有利於後續榨汁）後，再進行榨汁，分離果汁與果渣（果皮、果肉、種子）。
   • 主要機械設備：
     • 破碎機 (Crushers)： 如錘磨機 (Hammer mills)、刀片式破碎機 (Blade crushers)。
     • 榨汁機 (Juicers)： 這是關鍵設備。對於柳橙，常用：
       • 離心式榨汁機 (Centrifugal juicers)： 透過高速旋轉產生離心力來分離果汁。
       • 螺旋壓榨機 (Screw presses)： 螺旋桿將果實擠壓，榨出果汁。
       • 專用柑橘類榨汁機 (Citrus extractors/juicers)： 設計用於柑橘類水果，常能將果皮、果肉、種子有效分離。
       • 帶式壓榨機 (Belt presses)： 適用於較大產量。

3. 果汁預處理 (Juice Pre-treatment)

   • 製程： 粗榨出的果汁可能含有較多細小果肉、懸浮物及酶類，需要進行預處理以提高穩定性與後續濃縮效率。
   • 主要機械設備：
     • 篩選機/離心分離機 (Screeners/Centrifugal separators)： 去除較大的果肉顆粒或懸浮物。
     • 酶解處理槽 (Enzyme treatment tanks)： 添加果膠酶 (Pectinase) 等，分解果肉中的果膠，使果汁更澄清，提高榨汁率與濃縮效率（如果需要澄清果汁）。
     • 熱處理設備 (Heat treatment equipment)： 如熱交換器 (Heat exchangers)，進行短時間加熱（如 85-95°C 數十秒至數分鐘），鈍化酶活性（特別是果膠酶），防止果汁褐變與風味劣變，並有助於後續的澄清。

4. 澄清 (Clarification) - （可選，視產品需求）

   • 製程： 如果要生產澄清柳橙汁，則需要進一步去除果汁中的懸浮物質。
   • 主要機械設備：
     • 離心分離機 (Clarifying centrifuges)： 如三相離心機 (3-phase centrifuges)，可同時分離果汁、細果肉和沉澱物。

本題要求說明兩種不同的蔬果加工產品——泡菜與葡萄酒——的製程、原理，以及其中參與的關鍵微生物及其功能。這兩種產品都屬於發酵食品，但其發酵類型、作用微生物和最終產品特性有顯著差異。

核心觀念：
發酵是微生物在無氧或低氧條件下，分解有機物（如糖類）產生能量並生成特定代謝產物的過程。不同的微生物組合和發酵條件，會產生風味、質地和保存性各異的產品。

一、泡菜 (Kimchi)

• 製程：

  1. 原料準備： 主要原料為蔬菜（如大白菜、蘿蔔），經過清洗、鹽漬（殺菌、軟化、初步脫水）和調味（添加辣椒粉、蒜、薑、蔥、魚露等）。
  2. 發酵： 將調味好的蔬菜裝入容器中，在適當溫度（通常 15-20°C）下進行厭氧發酵。
  3. 儲存： 發酵完成後，移至低溫（如 0-4°C）儲存，減緩後續發酵速度，延長保存期。

• 原理：
  泡菜的發酵屬於「乳酸發酵」(Lactic acid fermentation)。

  • 初始階段： 鹽漬過程會抑制大部分腐敗菌和病原菌的生長，但對耐鹽的乳酸菌（如乳桿菌屬 Lactobacillus、鏈球菌屬 Streptococcus）影響較小。
  • 發酵階段： 乳酸菌首先利用蔬菜中分解產生的葡萄糖、果糖等糖類，進行乳酸發酵，產生乳酸。
  • pH 值下降： 乳酸的累積會使泡菜的 pH 值從初始的 6.0-6.5 下降至 4.0-4.5 甚至更低。
  • 風味形成： 隨著 pH 值下降，進一步抑制雜菌生長。除了乳酸，發酵過程中還會產生少量的醋酸、乙醇、酯類、揮發性有機酸等，這些物質與原料本身的風味物質共同作用，形成泡菜獨特的酸、辣、鹹、鮮的複合風味。
  • 保存性： 低 pH 值和乳酸的抑菌作用，賦予泡菜良好的保存性。

• 參與微生物及其功能：

  • 主要發酵菌：
    • 乳酸菌 (Lactic acid bacteria, LAB)：
      • 屬： 主要為乳桿菌屬 (Lactobacillus)，如 Lactobacillus plantarum (植物乳桿菌)、Lactobacillus brevis (短乳桿菌)、Lactobacillus sakei (山梨乳桿菌)；也可能包含闡舌菌屬 (Enterococcus)、鏈球菌屬 (Streptococcus)、明串珠菌屬 (Leuconostoc) 等。
      • 功能：
        • 產酸： 將糖分解為乳酸，降低 pH 值，產生酸味，並抑制雜菌。
        • 產氣： 部分菌種（如明串珠菌）會產生二氧化碳，使泡菜產生細微的氣泡，有助於風味物質的擴散，並形成輕微的膨脹感。
        • 產風味物質： 生成少量醋酸、乙醇、酯類，增加風味的複雜性。
        • 產生抑菌物質： 部分乳酸菌能產生細菌素 (Bacteriocins)，進一步抑制其他微生物。
  • 輔助微生物 (可能存在)：
    • 酵母菌 (Yeasts)： 如假絲酵母菌屬 (Candida)，在發酵初期或有氧條件下，可能參與糖類的分解，產生少量乙醇和酯類，豐富風味。
    • 醋酸菌 (Acetic acid bacteria)： 在有氧條件下，可能將乙醇氧化為醋酸，增加酸味。但一般泡菜製作強調厭氧，其作用有限。

二、葡萄酒 (Wine)

• 製程：

  1. 原料採收與處理： 葡萄採收、去梗、壓榨（破碎果實，釋放果汁，但盡量避免壓碎種子和果皮，以免產生苦澀味）。
  2. 酒精發酵 (Alcoholic fermentation)： 將葡萄汁（帶皮，稱為「醪」或 must）置於發酵槽中，在適當溫度（紅酒約 20-30°C，白酒約 15-20°C）下，進行厭氧發酵。
  3. 壓榨 (Pressing)： 發酵完成後，將固體物（果皮、果肉、種子）與液體（酒）分離。
  4. 二次發酵/蘋果酸-乳酸發酵 (Malolactic fermentation, MLF)： （通常用於紅酒，也可選用於部分白酒）將酒中的蘋果酸轉化為較柔和的乳酸。
  5. 陳釀 (Aging/Maturation)： 在橡木桶或不鏽鋼槽中進行熟成，使風味更加醇厚。
  6. 澄清與過濾 (Clarification and Filtration)： 去除酒中的懸浮物，提高澄清度。
  7. 裝瓶 (Bottling)： 最後將葡萄酒裝瓶。

• 原理：
  葡萄酒的發酵主要包含兩個階段：

  1. 酒精發酵：
     • 主導微生物： 酵母菌，特別是釀酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae)。
     • 反應： 酵母菌在無氧條件下，將葡萄汁中的葡萄糖和果糖分解為乙醇（酒精）和二氧化碳。
       $\text{Glucose} \rightarrow \text{Ethanol} + \text{CO}_2$
       $C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2 C_2H_5OH + 2 CO_2$
     • 副產物： 發酵過程中還會產生甘油、酯類、揮發性酸、多元醇等，這些物質對葡萄酒的風味、口感和酒體有重要影響。
  2. 蘋果酸-乳酸發酵 (MLF)：
     • 主導微生物： 乳酸菌，特別是乳桿菌屬 (Lactobacillus) 和鏈球菌屬 (Oenococcus，如 Oenococcus oeni)。
     • 反應： 將尖銳、帶有青草味的蘋果酸 (Malic acid) 轉化為較柔和、圓潤的乳酸 (Lactic acid)。
       $\text{Malic acid} \rightarrow \text{Lactic acid} + \text{CO}_2$
     • 目的： 降低葡萄酒的酸度，增加口感的複雜性和醇厚感，有助於穩定葡萄酒的品質。

• 參與微生物及其功能：

  • 主要發酵菌：
    • 酵母菌 (Yeasts)：
      • 屬： 主要為釀酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae)。葡萄表面天然存在的野生酵母（如克魯維酵母 Saccharomyces kluyveri、畢赤酵母 Pichia）也可能參與初期發酵，但其發酵效率和風味貢獻不如釀酒酵母穩定。
      • 功能：

本題要求闡述針對「截切鮮食蔬果」的食品安全控制的具體操作方法。截切蔬果因經過機械處理，增加了微生物污染的機會，且其 pH 值通常接近中性，容易滋生細菌，因此食品安全控制尤為重要。

核心觀念：
截切蔬果的食品安全控制，需要從源頭管理、生產過程控制、包裝儲運到終端消費，建立一套嚴謹的預防措施，以降低微生物（致病菌、腐敗菌）、化學性污染（農藥殘留）及物理性污染的風險。

具體操作方法：

1. 原料選擇與源頭管理 (Raw Material Selection and Source Management)

   • 採購標準： 優先採購來自信譽良好、符合食品安全規範的供應商的優良級蔬果。
   • 檢驗： 對進貨原料進行感官檢查（外觀、氣味），必要時進行農藥殘留、重金屬、微生物污染等檢測。
   • 溯源管理： 建立原料的追溯系統，以便在發生問題時能快速找出問題來源。
   • 最小化農藥殘留： 選擇農藥殘留量低的品種，或確保供應商已遵循安全採收間隔期。

2. 生產環境控制 (Production Environment Control)

   • 廠房與設施：
     • 動線規劃： 設計合理的生產動線，避免生熟料交叉污染。
     • 清潔與消毒： 工作檯面、牆壁、地板、天花板等應定期清潔消毒，使用食品級消毒劑，並確保其殘留物無害。
     • 通風與防蟲防鼠： 保持良好的通風，安裝紗窗、門簾，設置捕蟲、捕鼠裝置，防止病媒侵入。
   • 水質安全： 使用符合飲用水標準的潔淨水進行清洗、漂洗。
   • 空氣品質： 保持生產環境空氣流通，必要時進行空氣過濾。

3. 人員管理 (Personnel Management)

   • 健康檢查： 工作人員應定期進行體檢，確保無傳染性疾病（特別是腸道傳染病、皮膚病）。
   • 個人衛生：
     • 洗手： 工作前、處理不同批次原料後、如廁後、接觸污染源後，必須按照正確步驟徹底洗手（使用肥皂和流動水，並進行消毒）。
     • 穿戴： 穿戴整潔的工作服、工作帽、口罩，必要時穿戴手套。手套應定期更換，避免重複使用。
     • 禁止行為： 工作區內禁止飲食、吸煙、嚼食口香糖。
   • 衛生培訓： 定期對員工進行食品安全衛生知識的培訓。

4. 生產過程控制 (Production Process Control)

   • 清洗與消毒：
     • 初步清洗： 將蔬果表面的泥土、灰塵等初步洗淨。
     • 精細清洗/浸泡： 在流動潔淨水或食品級消毒劑（如次氯酸鈉、過氧乙酸、臭氧水）溶液中浸泡或沖洗，以殺滅或降低表面微生物。消毒劑的濃度和作用時間需嚴格控制，並確保後續充分漂洗，去除殘留。
   • 截切操作：
     • 設備與工具消毒： 使用的刀具、砧板、容器、輸送帶等所有與蔬果接觸的設備和工具，必須在每次使用前後徹底清洗消毒。
     • 操作環境： 在潔淨、消毒過的環境中進行截切。
     • 減少破損： 盡量減少對蔬果的機械損傷，避免汁液流失，這會加速微生物繁殖。
   • 冷鏈管理 (Cold Chain Management)：
     • 低溫處理： 截切後的蔬果，其微生物生長速度會因低溫而顯著減緩。