112 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》

本題主要在測試考生對於園產品加工領域中常見的專有名詞的理解與應用能力。這些名詞涵蓋了發酵、品質檢測、熱處理、乾燥、基本加工步驟及特定產品的術語。

1. sauerkraut (德國酸菜)：是一種利用甘藍（高麗菜）經過乳酸菌發酵製成的食品。在園產品加工中，它代表了一種透過微生物作用（主要是乳酸菌）來保存蔬菜、增加風味並產生益生菌的加工方法。其發酵過程主要透過乳酸菌將甘藍中的醣類轉化為乳酸，降低 pH 值，抑制腐敗菌生長，從而達到保存的目的。

2. refractive index (折射率)：是光線在介質中傳播速度改變的度量，具體是指光在真空中的速度與其在該介質中速度之比。在食品加工中，折射率常用來測定糖液、果汁等液體中溶解性固形物的濃度。因為溶解的糖類會增加液體的折射率，所以測量折射率可以間接推估樣品中的糖含量（例如使用折光儀）。

3. degree Brix (布里克斯度)：是表示水溶液中總溶解固形物（主要是糖）濃度的單位。1°Brix 表示在 100 克溶液中含有 1 克可溶性固形物。在園產品加工中，Brix 值是評估水果、蔬菜、果汁、果醬等產品甜度及成熟度的重要指標，也是進行產品品質管制和配方設計的關鍵參數。

4. pasteurization (巴斯德殺菌)：是一種溫和的熱處理方法，其目的是殺滅大部分致病菌和引起腐敗的微生物，同時盡量保留食品的營養成分和風味。通常在相對較低的溫度下進行較長時間的處理（如 63°C 持續 30 分鐘）或較高的溫度下進行短時間處理（如 72°C 持續 15 秒），以殺滅如沙門氏菌、李斯特菌等病原菌。這是一種「商業無菌」的處理，產品仍可能含有耐熱的孢子。

5. hot break (高溫斷裂)：主要用於番茄加工。在番茄醬、番茄糊等產品的製備過程中，當番茄果肉被加熱到約 85-95°C 時，會導致果膠酶（pectinase）被快速失活，同時破壞細胞結構，使果膠分解。這能有效降低番茄漿的黏度，使其更容易通過篩網，提高出汁率，並改善最終產品的質地和穩定性。

6. blanching (預煮／燙漂)：是一種在冷凍、罐藏或脫水等加工前對水果、蔬菜進行的短時間加熱處理。其主要目的是鈍化或殺滅組織內部的酶（如過氧化物酶、多酚氧化酶），防止酶在後續加工和儲存過程中引起產品褐變、風味改變或營養素流失。同時，預煮也能使組織軟化，有利於後續的填充和減少體積。

本題旨在比較兩種不同的殺菌方式——殺菌釜製程（Batch Sterilization, 如罐頭食品）與無菌加工製程（Aseptic Processing, 如紙盒裝飲料）——在影響殺菌安全性的因子上的差異。這兩種方法的核心目標都是確保產品的微生物安全，但其操作原理和關鍵考量點不同。

殺菌釜製程 (Batch Sterilization)：
此製程通常用於罐頭食品。產品在密封容器（如金屬罐、玻璃瓶）中，與容器一同進入殺菌釜進行加熱殺菌，然後冷卻。殺菌釜製程的特點是「產品在容器內殺菌」。

• 食品內容物：

  • pH 值：低 pH（酸性）食品（如水果罐頭）所需的殺菌條件較溫和，因酸性本身就有抑菌作用。高 pH（中性或鹼性）食品（如肉類、蔬菜罐頭）則需要較嚴格的熱處理（如 121°C 達到特定的 Fo 值）來殺滅耐熱的產氣莢膜梭菌（Clostridium perfringens）等。
  • 水活性 ($a_w$)：水活性越低，微生物的生長越慢，所需的殺菌條件可以相對寬鬆。
  • 成分組成：食品中的脂肪、蛋白質、碳水化合物等成分可能對熱傳導產生影響，例如脂肪層可能阻礙熱量進入，蛋白質可能在加熱時變性形成保護層，影響熱穿透。
  • 微生物負荷：原料本身的微生物數量和種類，特別是耐熱的孢子菌，是殺菌挑戰的關鍵。

• 包裝容器：

  • 密封性：容器必須能承受殺菌過程中的壓力變化，並在殺菌後保持完全密封，防止二次污染。
  • 熱傳導性：容器材質（金屬、玻璃）和壁厚會影響熱量傳遞的速度。金屬罐的熱傳導性優於玻璃瓶，但其內部空間大小和內容物對熱穿透速度影響更大。
  • 內容物與容器的相互作用：某些成分可能與容器壁發生反應，影響產品品質或容器完整性。

• 殺菌裝置 (殺菌釜)：

  • 加熱方式：殺菌釜內通常有蒸汽或熱水循環，確保均勻的熱傳遞。
  • 壓力控制：殺菌釜需要能精確控制溫度和壓力，以達到預設的殺菌參數（如 Fo 值）。
  • 熱穿透的均勻性：殺菌釜內部的熱分布是否均勻，會直接影響殺菌效果。

• 殺菌製程：

  • 溫度-時間參數 (Fo 值)：Fo 值是衡量熱處理殺菌效果的指標，表示在 121°C 下滅菌多少分鐘。Fo 值的計算需要考慮食品內容物的熱傳遞特性和熱敏感性。
  • 熱穿透曲線：從殺菌釜的外部到最冷點（通常是罐頭的幾何中心）的溫度變化曲線，是計算 Fo 值和評估殺菌效果的基礎。
  • 冷卻速度：殺菌後快速冷卻能阻止微生物在殘留的孢子處萌發，並減少過度加熱對產品品質的影響。

無菌加工製程 (Aseptic Processing)：
此製程通常用於液體食品（如牛奶、果汁、調味醬）。產品與包裝材料分別進行滅菌，然後在無菌環境下進行填充和密封。其特點是「產品先行滅菌，包裝先行滅菌，無菌環境下組合」。

• 食品內容物：

  • 熱敏感性：無菌加工通常採用「超高溫短時間滅菌」（UHT, Ultra-High Temperature）技術（如 135-150°C，數秒鐘），因此對熱敏感性較高的食品（如牛奶、果汁）非常適用，能更好地保留營養和風味。
  • 黏度：食品的黏度會影響其在熱交換器中的熱傳遞效率。高黏度產品需要特殊的熱交換器（如板式、管式、刮板式）或更高的處理壓力。
  • 成分：某些成分（如乳製品中的鈣）可能在 UHT 處理中沉澱，影響產品穩定性。

• 包裝容器：

  • 滅菌方法：包裝材料（如紙、塑膠、鋁箔複合材料）需要進行滅菌，常見方法有化學滅菌（如過氧化氫、過乙酸）或物理滅菌（如高溫蒸汽、電子束）。
  • 無菌屏障性：包裝材料必須能有效阻隔微生物和氧氣，確保產品在儲存期間的無菌狀態。
  • 與產品的相容性：滅菌用的化學藥劑殘留、包裝材料的遷移物等，都必須符合食品安全標準。

本題主要探討三種不同的減壓乾燥技術：真空乾燥、微波真空乾燥、以及冷凍乾燥，並要求說明其原理、應用及對產品品質的影響。減壓乾燥的共同點是利用降低壓力來降低水的沸點，從而可以在較低的溫度下進行乾燥，這對於處理熱敏感性強的園產品尤為重要。

1. 真空乾燥 (Vacuum Drying)

• 原理：
  真空乾燥是在真空環境下進行加熱乾燥。降低壓力會使水的沸點顯著下降（例如，在 0.05 atm 下，水的沸點約為 35°C）。因此，可以在較低的溫度（通常在 40-70°C 範圍內）將產品中的水分蒸發去除。熱源通常來自加熱盤管、加熱夾套或紅外線輻射。

• 應用：
  適用於各種對高溫敏感的園產品，如蔬菜（花椰菜、胡蘿蔔片）、水果（蘋果片、香蕉片）、藥草、香料、茶葉等。常用於製造乾燥蔬菜、水果乾、即食食品的原料等。

• 產品品質差異：

  • 優點：由於乾燥溫度較低，能較好地保留產品的顏色、風味、營養成分（如維生素 C）和結構。
  • 缺點：乾燥時間相對較長，且若真空度或溫度控制不當，仍可能導致部分褐變或風味損失。產品質地可能較硬，孔隙度相對較低。

2. 微波真空乾燥 (Microwave Vacuum Drying)

• 原理：
  結合了真空乾燥和微波加熱的優點。在真空環境下，利用微波的穿透性和體積加熱特性，直接作用於產品內的水分子，使其快速蒸發。由於微波能同時從內部和外部加熱產品，並在低壓下進行，水分可以迅速以蒸汽形式被抽出，大大縮短了乾燥時間。

• 應用：
  特別適合於需要快速乾燥且對品質要求高的園產品，如高價值的藥草、水果切片、蔬菜顆粒、海產品等。也能用於某些需要較高孔隙度的產品。

• 產品品質差異：

  • 優點：乾燥時間極短（通常是真空乾燥的幾分之一），能最大限度地保留產品的顏色、風味、營養成分和活性成分（如抗氧化物）。由於加熱均勻且時間短，褐變反應和熱降解反應被顯著抑制。產品的質地通常較蓬鬆，孔隙度高。
  • 缺點：設備成本較高，且需要精確控制微波功率、真空度和乾燥時間，以避免局部過熱導致產品損壞。

3. 冷凍乾燥 (Freeze Drying / Lyophilization)

• 原理：
  冷凍乾燥是將含水產品預先凍結至冰點以下，然後在真空環境下，使產品中的冰直接昇華（從固態變為氣態）為水蒸氣，再將水蒸氣冷凝去除。此過程完全避開了液態水階段，水分的去除是通過昇華完成的。

• 應用：
  適用於對溫度極度敏感，要求最高品質的園產品，如高價值的水果（草莓、覆盆子）、蔬菜、咖啡、茶葉、花卉、以及需要長期保存且能恢復原狀的產品，如速溶咖啡、即食湯料、藥品（如疫苗、蛋白質）。

• 產品品質差異：

  • 優點：這是對產品品質影響最小的乾燥方法。由於在極低溫（低於 0°C）和真空下進行，幾乎不發生化學變化（如褐變、氧化），能最大程度地保留產品的原有顏色、風味、營養成分（包括熱敏性維生素和生物活性物質）和結構。乾燥後的產品具有極高的孔隙度，復水性極佳，能幾乎完全恢復到原始狀態。
  • 缺點：設備成本最高，能源消耗最大，乾燥時間最長（通常數十小時至數天），操作複雜。

總結產品品質差異比較：

| 特性 | 真空乾燥 | 微波真空乾燥 | 冷凍乾燥 |

本題要求說明四種不同的食品保存方法（商業滅菌、超高壓非熱殺菌、發酵、巴士德殺菌）的原理，並各舉一例。這些方法涵蓋了熱處理、高壓處理和微生物控制等不同機制。

1. 商業滅菌 (Commercial Sterilization)

• 原理：
  商業滅菌是一種熱處理方法，其目標是在不追求完全無菌（絕對滅菌）的情況下，殺滅足以影響產品品質和安全的微生物，特別是能引起脹罐的產氣莢膜梭菌（Clostridium perfringens）和肉毒桿菌（Clostridium botulinum）的孢子。處理後的產品在正常儲存條件下（室溫）具有較長的貨架期，且不需要冷藏。這通常是通過較高的溫度和足夠的處理時間（例如，罐頭食品的熱處理，在 121°C 下達到一定的 Fo 值）來實現。處理後的產品被認為是「商業無菌」的。

• 舉例：
  罐頭食品，如罐裝玉米、罐裝番茄、罐裝鮪魚、罐裝雞肉等。這些產品在密封的容器中經過高溫加熱殺菌，以確保其在室溫下能長期保存。

2. 超高壓非熱殺菌 (High Pressure Processing, HPP)

• 原理：
  超高壓處理（HPP）是一種利用極高的靜水壓力（通常在 100-600 MPa，約 1000-6000 個大氣壓）來殺滅食品中的微生物。與熱殺菌不同，HPP 是一種「非熱」處理，它主要是透過壓力對微生物細胞的影響來達到殺菌效果，例如：

  • 破壞細胞膜的結構和功能，導致細胞內容物滲漏。
  • 抑制或變性細胞內的酶（如核酸酶、蛋白質酶），影響其代謝和繁殖。
  • 干擾細胞骨架和細胞壁的合成。
    HPP 對於殺滅細菌（包括革蘭氏陽性菌和陰性菌）、酵母菌、黴菌的營養體有效，但對某些細菌孢子或病毒的效果較弱。同時，HPP 對產品的風味、顏色、質地和營養成分（特別是熱敏性維生素）的影響較小，因為溫度變化不大（通常只升高幾度到十幾度，或在低溫下進行）。

• 舉例：
  高壓處理的果汁、果醬、生蠔、牛奶、即食肉製品（如火腿片）、調味醬等。例如，市售的高壓滅菌果汁，其口感和風味比傳統熱處理果汁更接近新鮮果汁。

3. 發酵 (Fermentation)

• 原理：
  發酵是一種利用微生物（如細菌、酵母菌、黴菌）的代謝活動來轉化食品的過程。在園產品加工中，發酵通常是為了：

  • 保存：微生物產生有機酸（如乳酸、醋酸）、酒精、或其他抑菌物質，降低 pH 值或增加滲透壓，抑制腐敗菌和病原菌的生長。
  • 風味：微生物的代謝產物（如酯類、醇類、醛類）賦予食品獨特的風味和香氣。
  • 質地：微生物作用可能改變食品的結構，使其質地軟化、鬆散或產生新的口感。
  • 營養：發酵過程可能提高某些營養素的生物利用度，或產生新的維生素（如 B 群維生素）。

• 舉例：

  • 乳酸發酵：製作泡菜、德國酸菜（sauerkraut）、優格、起司。
  • 酒精發酵：製作葡萄酒、啤酒（儘管啤酒主要為穀物，但也有水果發酵的應用）。
  • 醋酸發酵：製作醋（如蘋果醋、米醋）。
  • 其他：納豆（枯草桿菌發酵）、味噌（麴菌和酵母菌發酵）。

4. 巴士德殺菌 (Pasteurization)

• 原理：
  巴士德殺菌（或稱巴斯德殺菌）是一種相對溫和的熱處理方法，旨在殺滅食品中的大部分致病菌和引起腐敗的微生物，但並不追求商業無菌。其目的是延長產品的貨架期，並確保食用安全。處理溫度通常低於 100°C，常見的模式有：

本題旨在測試考生對四種常見食品添加物的分類及其在食品加工中的功能與目的的理解。這些添加物涵蓋了乳化劑、酸度調節劑、增稠劑和抗氧化劑等不同類別。

1. 卵磷脂 (Lecithin)

• 分類：乳化劑 (Emulsifier) / 穩定劑 (Stabilizer)
• 使用目的：
  卵磷脂是一種天然的磷脂，具有親水基和親油基，因此能降低水相和油相之間的界面張力，使原本不相溶的兩相（如油和水）能夠均勻混合並保持穩定分散狀態，形成乳液。在食品加工中，它常用於：
  • 製作乳化產品：如蛋黃醬、沙拉醬、人造奶油、巧克力、烘焙食品等，防止油水分離，改善質地和口感。
  • 改善烘焙食品的質地：如麵包、餅乾，增加體積，改善柔軟度，延長貨架期。
  • 作為脫模劑：防止產品黏附於模具。

2. 檸檬酸 (Citric Acid)

• 分類：酸度調節劑 (Acidity Regulator) / 抗氧化劑協同劑 (Antioxidant Synergist) / 矯味劑 (Flavor Enhancer)
• 使用目的：
  檸檬酸是一種天然存在於柑橘類水果中的有機酸，具有酸味。在食品加工中，其主要用途包括：
  • 調節 pH 值：降低食品的 pH 值，達到防腐（抑制微生物生長）和改善風味的目的。常用於飲料、糖果、果醬、果凍等。
  • 提供酸味：賦予食品清爽的酸味，增強風味。
  • 作為抗氧化劑的協同劑：檸檬酸能與金屬離子（如鐵、銅）螯合，阻止這些金屬離子催化油脂氧化，從而增強抗氧化劑（如維生素 E）的效果。
  • 作為膠凝劑：在製作果醬、果凍時，與果膠和糖共同作用，幫助形成凝膠結構。

3. 關華豆膠 (Guar Gum)

• 分類：增稠劑 (Thickener) / 穩定劑 (Stabilizer) / 膠凝劑 (Gelling Agent)
• 使用目的：
  關華豆膠是從豆科植物關華豆（Cyamopsis tetragonoloba）的種子胚乳中提取的多醣。它是一種天然的親水膠體，具有極強的增稠能力。在水中能形成黏稠的溶液，且其黏度受 pH 值和溫度的影響較小（相較於其他膠體）。
  • 增加黏度：廣泛用於各種液態或半固態食品，如醬料、湯、冰淇淋、優格、飲料，以增加其濃稠度，改善口感和質地。
  • 穩定乳液和懸浮液：防止油水分離，阻止固體顆粒沉降。
  • 改善質地：在烘焙食品中，可以改善麵糰的延展性，增加保水性。
  • 作為膠凝劑的輔助：有時與其他膠體協同使用，改善膠凝結構。

4. 維生素E (Vitamin E)

• 分類：抗氧化劑 (Antioxidant)
• 使用目的：
  維生素 E 是一組脂溶性化合物（主要是生育酚和生育三烯酚），其中 α-生育酚是最具生物活性的形式。在食品加工中，它主要作為一種天然的抗氧化劑，用於保護食品中的脂肪和油類免受氧化。