111 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《園產品處理學》

本題主要探討水蒸氣壓差（Vapor Pressure Deficit, VPD）對園產品貯藏品質的影響，以及如何透過調控技術來管理VPD，以維持產品品質。

核心觀念：
水蒸氣壓差（VPD）是指在特定溫度下，空氣中實際所能容納的最大水蒸氣壓力（飽和水蒸氣壓力）與當時實際存在的蒸氣壓力之間的差值。VPD與植物的蒸散作用（transpiration）密切相關，進而影響園產品的失水與品質。

影響與調控：

1. 對園產品品質的影響：

   • 失水與萎凋： 當VPD較高時（表示空氣乾燥），園產品與周圍環境的水分梯度差較大，水分會較快速地從產品內部蒸散出去，導致產品失水、重量減輕、質地變軟、萎凋，影響外觀與食用口感。例如，葉菜類（如萵苣、菠菜）在VPD高的環境下，葉片容易軟化、失去脆度。
   • 生理障礙： 嚴重的失水可能導致某些園產品產生生理障礙。例如，蘋果在高VPD下貯藏，可能增加罹患「苦痘病」（bitter pit）的機率，儘管苦痘病與鈣含量有關，但失水會影響鈣在果實中的傳輸與分布。
   • 成熟與後熟： VPD也可能影響後熟作用的速度。某些產品在較高的VPD下，其呼吸作用和代謝速率可能加快，加速成熟或後熟過程，但也可能導致品質快速下降。

2. 相應的調控技術：

   • 提高相對濕度（RH）： 這是最直接且常用的方法。透過加濕設備（如噴霧系統、加濕器）增加貯藏或運輸環境的相對濕度，進而降低VPD。
     • 舉例： 葉菜類、菇類等對水分流失非常敏感的產品，通常需要貯藏在90-95%的相對濕度下。透過噴霧系統在冷藏庫中定時噴水，可以維持所需的濕度，降低VPD，減少產品萎凋。
   • 控制溫度： 雖然VPD與溫度和相對濕度都有關，但單純降低溫度通常也會降低飽和水蒸氣壓力，進而影響VPD。

本題主要探討乙烯（Ethylene）在園產品採後生理上的作用，以及如何透過策略與技術來降低乙烯對產品品質造成的負面影響。

核心觀念：
乙烯是一種植物賀爾蒙，在採後園產品中扮演著關鍵的催熟及老化因子。它能促進呼吸作用、酯類合成（導致香氣產生）、澱粉轉化為糖、葉綠素分解（導致黃化）、細胞壁分解（導致軟化），並可能誘發離層（abscission）及病害發生。因此，控制乙烯的產生與作用，對於延長園產品的貯藏壽命至關重要。

三大策略與相應處理技術：

策略一：降低乙烯的產生（Reducing Ethylene Production）

• 說明： 乙烯的產生與產品的代謝速率、溫度、損傷等因素有關。透過控制這些因素，可以有效降低乙烯的生成量。
• 處理技術：
  1. 低溫貯藏 (Low Temperature Storage)： 這是最有效且廣泛使用的技術。低溫能顯著降低園產品的呼吸速率，進而抑制乙烯的生物合成酶活性，減少乙烯的產生。
     • 舉例： 蘋果、香蕉、番茄等產品，在採收後應盡快降溫至其最適宜的貯藏溫度（如蘋果約0-4°C，香蕉約13°C，番茄約10-12°C），以減緩乙烯的產生和作用。
  2. 控制大氣貯藏 (Controlled Atmosphere Storage, CAS) / 改變大氣貯藏 (Modified Atmosphere Storage, MAS)： 降低氧氣（O$_2$）濃度並提高二氧化碳（CO$_2$）濃度，可以抑制乙烯的生物合成途徑，減少乙烯的產生。
     • 舉例： 針對高呼吸速率且對乙烯敏感的產品，如花卉、某些水果，可將貯藏氣體中的O$_2$濃度降低至2-5%，CO$_2$濃度提高至5-10%，這不僅能降低乙烯產生，還能減緩呼吸作用。
  3. 避免損傷 (Avoiding Physical Damage)： 物理損傷（如碰撞、擠壓）會刺激產品產生乙烯，加速其成熟與劣變。
     • 舉例： 在採收、搬運、包裝過程中，應輕柔操作，使用緩衝材料，避免對果實、蔬菜造成機械傷害，從而減少乙烯的產生。

策略二：移除乙烯（Removing Ethylene）

• 說明： 即使盡量降低乙烯產生，產品仍會釋放少量乙烯。移除環境中的乙烯，可以進一步降低其濃度，延緩產品的成熟與老化。
• 處理技術：
  1. 通風 (Ventilation)： 透過持續或間歇性的通風，將貯藏空間內積累的乙烯排出。
     • 舉例： 在一般貯藏庫中，定時進行通風，可以將空氣中的乙烯濃度保持在較低的水平。此方法簡單易行，但效果取決於通風頻率與強度。
  2. 使用乙烯吸附劑 (Ethylene Adsorbents/Scavengers)： 利用化學物質吸附或分解乙烯。
     • 舉例：
       • 高錳酸鉀 (Potassium Permanganate, KMnO$_4$)： 常用於濾網或小包裝中，能氧化分解乙烯。例如，將KMnO$_4$顆粒置於通風的濾網中，放置於貯藏箱或貨櫃內，能有效降低乙烯濃度。
       • 活性炭 (Activated Carbon)： 具有較大的比表面積，能物理吸附乙烯。
       • 沸石 (Zeolite)： 某些改性沸石也能吸附或催化分解乙烯。

本題主要探討預冷（Pre-cooling）處理在園產品採後處理中的重要性，包含其目的、對產品生理與水分的影響，以及三種常見預冷技術的原理、實施方法與適用性。

核心觀念：
預冷處理是採後處理的第一步關鍵環節，旨在快速移除園產品在採收過程中與採收後所產生的田間熱（field heat），使產品溫度迅速下降至最適宜的貯藏或運輸溫度。這是因為採收後的園產品仍保有呼吸作用，會持續產生熱量，若不及時移除，會加速其代謝速率，導致品質劣變、水分散失及貯藏壽命縮短。

預冷處理的目的與影響：

1. 目的 (Purpose)：

   • 快速降低產品溫度： 將產品核心溫度盡快降至最適宜的貯藏或運輸溫度（通常為0-15°C，視產品種類而定）。
   • 減緩呼吸作用： 溫度是影響呼吸速率的主要因子，降低溫度能顯著減緩呼吸速率，減少有機物的消耗。
   • 抑制乙烯產生與作用： 低溫能減少乙烯的合成與傳導，延緩成熟與老化。
   • 延緩微生物生長： 大多數腐敗微生物在低溫下生長緩慢，有助於抑制病害發生。
   • 減少水分散失： 降低產品溫度，同時也降低了蒸散速率。

2. 對生理及失水之影響 (Effect on Physiology and Water Loss)：

   • 生理影響：
     • 減緩代謝速率： 呼吸作用、蒸散作用、成熟作用等生理活動速率顯著降低。
     • 維持生理機能： 延緩組織的衰老與死亡，維持細胞膜的完整性與功能。
     • 降低病害發生： 抑制病原菌的繁殖與侵染。
   • 失水影響：
     • 降低蒸散速率： 產品表面與周圍空氣的水分蒸氣壓差減小，水分散失減緩。
     • 維持產品鮮度： 有效減少因失水導致的萎凋、軟化、重量減輕等現象。

三種預冷處理技術：

1. 冷空氣預冷 (Forced-Air Pre-cooling)

   • 原理： 利用風扇強力將低溫空氣吹過產品，帶走產品的熱量。這是最常見的預冷方式，利用對流傳熱。
   • 實施方法：
     • 將產品（通常已裝箱或裝盒）堆疊在特定結構的預冷室或隧道中，確保空氣可以有效通過產品包裝的縫隙。
     • 冷卻系統產生低溫空氣，風扇將其高速吹入堆疊產品的上方或一側，空氣經過產品後，將熱量帶走，然後被冷卻系統再次冷卻循環。
     • 需要精確控制空氣流速、溫度及產品堆疊方式，以確保所有產品都能均勻受冷。
   • 適用作物： 適用於絕大多數包裝好的園產品，特別是根莖類蔬菜（如馬鈴薯、胡蘿蔔）、水果（如蘋果、梨、柑橘類）、葉菜類（如捲心菜）。因其適用性廣、成本相對較低而廣受歡迎。

2. 水冷預冷 (Hydro-cooling)

   • 原理： 利用低溫水（約0-5°C）與產品接觸，透過水的對流和導熱，快速移除產品的熱量。水比空氣具有更高的熱容量和熱導率，因此傳熱效率通常比冷空氣預冷更高。
   • 實施方法：
     • 浸漬式 (Immersion)： 將產品直接浸入低溫水中。

本題探討採後熱處理（Postharvest Heat Treatment, PHT）在園產品處理中的應用，包括其目的、作用原理，以及具體技術。

核心觀念：
採後熱處理是指在採收後，將園產品置於特定溫度（通常高於貯藏溫度但低於傷害溫度）下進行短時間的處理。這是一種非化學性的保鮮與病蟲害防治方法，透過熱能的應用來影響產品的生理與生化反應。

兩大目的與作用原理：

1. 目的一：延緩衰老與成熟 (Delaying Senescence and Ripening)

   • 作用原理：
     • 抑制呼吸作用與乙烯產生： 短時間高溫處理（例如40-50°C）可以暫時性地抑制呼吸速率，並干擾乙烯的合成與傳導途徑，從而延緩產品的成熟與老化過程。
     • 影響酵素活性： 高溫可能使某些與衰老相關的酵素（如多聚半乳糖醛酸酶 Pectinmethylesterase, PME；多聚半乳糖醛酸酶 Polygalacturonase, PG）活性暫時降低或失活，減緩果實軟化。
     • 誘導抗性反應： 輕度熱處理可能誘導產品產生熱休克蛋白（Heat Shock Proteins, HSPs），這些蛋白質有助於保護細胞結構，維持生理功能，延緩衰老。

2. 目的二：病蟲害防治 (Pest and Disease Control)

   • 作用原理：
     • 直接殺滅病原菌與害蟲： 將產品置於能殺滅目標病原菌或害蟲的溫度（例如45-55°C，視目標生物的熱耐受性而定）下處理一段時間。熱能會破壞病原菌和害蟲體內的蛋白質、核酸及細胞膜結構，導致其死亡。
     • 增強產品自身防禦機制： 如前所述，熱處理可能誘導產品產生HSPs，這些蛋白質有助於維持細胞完整性，增強產品對病原菌侵染的抵抗力。同時，熱處理也可能誘導產品產生酚類化合物等抗病物質。
   • 應用範例： 這是許多國家進口水果（如芒果、番石榴、木瓜）時，用於防治果實蠅等檢疫害蟲的主要方法之一。

三種採後熱處理技術：

1. 熱水浸漬處理 (Hot Water Immersion, HWI)
   • 原理： 將產品浸泡在精確控制溫度的熱水中進行處理。
   • 實施方法： 產品（通常是單果或小包裝）通過輸送帶進入一個裝有熱水的槽中，在預設的溫度（如48-55°C）下停留一段時間（如幾分鐘到幾十分鐘），然後快速冷卻。
   • 適用作物： 芒果、番石榴、木瓜、柑橘類、番茄等。常用於防治果實蠅和某些真菌病害。

本題要求列舉並說明影響生鮮園產品採收後品質劣變的各種原因。品質劣變是一個複雜的過程，涉及多種內在與外在因素。

核心觀念：
園產品在採收後，其生命活動並未停止，但與母體的連結被切斷，失去了水分和養分的持續供應，同時也失去了母體提供的保護。因此，採後園產品會經歷一系列的生理、生化、物理變化，以及微生物的侵染，這些都可能導致其品質下降。

影響品質劣變的原因：

1. 生理活動 (Physiological Activities)：

   • 呼吸作用 (Respiration)： 採收後園產品持續進行呼吸作用，消耗儲存的有機養分（碳水化合物），產生二氧化碳、水和熱量。這會導致：
     • 養分損耗： 減少可溶性糖、澱粉等，影響風味和能量。
     • 重量減輕： 消耗有機物轉化為CO$_2$和水散失。
     • 產生熱量： 升高產品溫度，加速其他劣變反應。
   • 蒸散作用 (Transpiration)： 產品表面的水分透過蒸散進入周圍環境。這會導致：
     • 失水與萎凋： 重量減輕、質地變軟、脆度下降、外觀不佳。
     • 影響生理反應： 嚴重的失水會干擾酶活性和細胞結構。
   • 成熟與衰老 (Maturation and Senescence)： 這是內在的、程序性的變化，受乙烯等植物賀爾蒙調控。表現為：
     • 質地軟化： 細胞壁分解（如酯酶、纖維素酶、果膠酶活性增加）。
     • 顏色變化： 葉綠素分解（黃化）、類胡蘿蔔素或花青素合成/顯現。
     • 風味變化： 澱粉轉為糖、酸度下降、芳香物質合成。
     • 食用品質下降： 最終導致過熟、失去風味、質地不佳。

2. 生化變化 (Biochemical Changes)：

   • 酵素活性變化： 採後產品內部的多種酵素（如水解酶、氧化酶、酯酶、果膠酶等）的活性會發生變化，這些變化直接導致質地、顏色、風味、營養成分的改變。例如，過高的果膠酶活性導致果實過度軟化。
   • 色素變化： 葉綠素降解、類胡蘿蔔素和花青素的合成或降解，影響顏色。
   • 風味物質合成/降解： 影響香氣和味道。

3. 物理損傷 (Physical Damage)：

   • 機械損傷： 採收、搬運、包裝、運輸過程中的碰撞、擠壓、摩擦等，會造成組織破損、細胞破裂。
     • 影響： 增加水分散失、加速呼吸作用、為微生物入侵提供途徑、誘發乙烯產生、引起褐變（如酚類化合物氧化）。
   • 溫度傷害：

本題主要探討生鮮園產品在採後處理過程中遭受的機械傷害，包括其類型、意義及對保鮮的負面影響。

核心觀念：
機械傷害是指園產品在採收、搬運、分級、包裝、運輸等環節中，因受到外力作用而導致的組織結構損傷。即使是看似輕微的機械傷害，也可能對產品的品質、貯藏壽命和安全性產生顯著的不利影響。

生鮮園產品採後機械傷害的4種類型及其意義：

1. 擦傷/磨損 (Abrasion/Scuffing)

   • 類型： 產品表面與堅硬表面（如輸送帶、容器壁、其他產品）摩擦，導致表皮細胞或角質層受損。
   • 意義： 擦傷移除或破壞了產品的天然保護層（角質層、蠟質層），這層保護對於減少水分散失和防止微生物入侵至關重要。
   • 不利影響：
     • 增加水分散失： 產品更容易失水，導致萎凋、軟化、重量減輕。
     • 促進微生物侵染： 破損的表皮為細菌和黴菌提供了入侵的門戶，容易引發腐爛。
     • 影響外觀： 擦傷區域可能變色、褐變，降低產品的商品價值。

2. 壓傷/擠壓 (Compression/Crushing)

   • 類型： 產品受到壓力，導致細胞破裂、組織變形。通常發生在堆疊過重、包裝不當或受外力擠壓時。
   • 意義： 壓傷直接破壞了細胞結構，導致細胞內容物（如汁液、酶）外泄，並可能引起內部組織的變質。
   • 不利影響：
     • 加速生理劣變： 破裂的細胞加速了呼吸作用和酶促褐變反應。
     • 誘發乙烯產生： 損傷刺激產品產生更多乙烯，加速成熟和老化。
     • 影響質地： 壓傷部位的組織會變得軟爛、水浸狀，影響口感。
     • 內部褐變： 酚類化合物與酚氧化酶接觸，導致內部褐變，尤其在蘋果、梨等水果中明顯。

3. 撞擊/衝擊 (Impact/Bruising)

   • 類型： 產品從高處墜落或受到突然的衝擊力，導致局部細胞破裂和組織損傷。
   • 意義： 撞擊傷害通常是局部且嚴重的，會導致細胞膜的快速破裂和細胞內容物的釋放。
   • 不利影響：
     • 軟化與褐變： 撞擊部位會迅速軟化，並因酚類物質氧化而產生明顯的褐斑（例如蘋果的撞擊傷）。

本題要求解釋六個園產品處理學相關名詞的意義及重要性。

1. Chromoplast

• 意義： Chromoplast（色素體）是植物細胞內的一類質體（plastid）。它們的主要功能是合成和儲存類胡蘿蔔素（carotenoids，如類胡蘿蔔素、葉黃素）和花青素（anthocyanins）等色素。這些色素賦予植物器官（如花瓣、果實、根部）鮮豔的顏色，如黃色、橙色、紅色。
• 重要性：
  • 園產品處理學： Chromoplast 的存在和色素含量直接影響園產品（尤其是果實和花卉）的顏色，而顏色是消費者判斷產品成熟度、品質和吸引力的重要指標。例如，番茄、辣椒、芒果、柑橘類果實的鮮豔顏色，以及許多花卉的色彩，都與 Chromoplast 中的色素有關。
  • 品質指標： 顏色的變化（如成熟過程中的黃化、轉紅）是產品成熟度的標誌。顏色的偏差（如過早褪色、出現非預期的顏色）可能意味著產品品質下降或貯藏不當。
  • 市場吸引力： 鮮豔、均勻的顏色能提高產品的市場吸引力和價值。

2. Sensory Evaluation

• 意義： Sensory Evaluation（感官評估）是指利用人類的五種感官（視覺、嗅覺、味覺、聽覺、觸覺）來評估產品的品質特性。這是一種主觀但卻是消費者最直接的體驗方式。
• 重要性：
  • 園產品處理學： 許多園產品的最終品質價值體現在其感官特性上，如水果的風味（甜度、酸度、香氣）、質地（脆度、軟度、多汁性）、外觀（顏色、形狀、大小）和聲音（如蘋果的脆響聲）。
  • 品質評定： 雖然客觀儀器能測量某些參數（如糖度、酸度），但感官評估是綜合評定這些參數與其他非量化因素（如複雜的香氣、微妙的質地）如何影響消費者接受度的唯一方法。
  • 產品開發與品管： 在新品種選育、加工產品開發、以及生產過程中的品質管制，感官評估是不可或缺的工具，用於確定產品是否符合市場需求和標準。

3. Internal Browning of Pineapple Fruit

• 意義： Internal Browning of Pineapple Fruit（鳳梨果實內部褐變）是一種特定的生理障礙，表現為鳳梨果肉內部出現褐色斑點或區域。
• 重要性：
  • 園產品處理學： 這是鳳梨在採後貯藏和運輸過程中常見的品質問題，尤其在低溫貯藏時容易發生。
  • 原因： 通常與採後過度低溫（低於最適宜的貯藏溫度，如低於10-13°C）有關，導致細胞膜受損、酶活性改變、酚類物質氧化等。也可能與採收時間、成熟度、品種等因素有關。
  • 影響： 內部褐變雖然不一定影響鳳梨的整體風味，但嚴重影響其外觀，降低產品的商品價值，使消費者難以接受。需要透過適當的溫度管理（避免過度低溫）、選擇合適的品種和採收期來預防。

4. Vital Heat

• 意義： Vital Heat（生命熱）是指植物（包括採後園產品）在進行生命活動（如呼吸作用）時，由其新陳代謝過程中釋放出的熱能。
• 重要性：
  • 園產品處理學： 採後園產品在採收後仍然是活的組織，會持續進行呼吸作用，不斷產生熱量。這種「生命熱」如果不被及時移除，會導致產品內部溫度升高，加速其生理代謝速率，進而加速成熟、衰老、水分散失和微生物的生長，縮短貯藏壽命。
  • 保鮮技術關聯： 理解生命熱的存在是預冷（Pre-cooling）處理的根本原因。