113 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》

本題主要在探討園產品採後因低溫處理所造成的兩種主要生理障礙：寒害與凍害。兩者皆為低溫引起，但發生溫度範圍、生理機制、影響的產品種類及外觀損傷表現上有所不同。

寒害 (Chilling Injury)

• 定義： 指對溫度敏感的園產品在攝氏 0°C 至 10°C 之間（通常為 0°C 以上，但低於其最適宜儲藏溫度）所發生的生理障礙。
• 發生溫度： 通常在 0°C 至 10°C 之間，但具體溫度範圍因產品種類而異。例如，熱帶水果（如香蕉、芒果）的寒害溫度可能高達 10-13°C，而溫帶水果（如蘋果、梨）則可能在 0-5°C 發生。
• 生理機制： 關鍵在於細胞膜的流動性降低、膜結合酶活性改變、離子運輸失衡、代謝速率下降、細胞結構受損等。低溫會使細胞膜中的脂質從液態轉為凝膠態，導致膜的通透性改變，離子外滲，細胞失水，代謝紊亂。
• 外觀表現： 依產品種類而異，常見的有：凹陷、斑點（水浸狀斑點、褐色斑點）、組織軟化、風味改變、劣變加速（如香蕉變黑）、無法正常後熟（如番茄）。
• 適合受損的產品： 主要發生於熱帶及亞熱帶水果、部分蔬菜（如番茄、小黃瓜、茄子、青椒）及花卉。

凍害 (Freezing Injury)

• 定義： 指園產品在低於其冰點（通常低於 0°C）的溫度下，細胞內或細胞間隙的水分結冰，對細胞結構和生理功能造成不可逆傷害。
• 發生溫度： 低於產品的冰點，通常在 0°C 以下。不同產品的冰點不同，受損的溫度也不同。
• 生理機制：
  1. 細胞內結冰： 當溫度下降太快，細胞內水分來不及移出細胞外結冰，會破壞細胞膜和細胞器。
  2. 細胞間結冰： 水分從細胞內移出，在細胞間隙結冰，形成冰晶。這些冰晶會刺破細胞膜，同時導致細胞內脫水，細胞液濃度增加，進而影響酶活性和蛋白質結構。
  3. 脫水與高滲透壓： 細胞內水分移出導致細胞脫水，細胞液濃度升高，造成細胞萎縮、蛋白質變性。
  4. 再解凍損傷： 冰晶融化後，細胞膜的通透性已受損，細胞液滲漏，組織結構崩潰，解凍後呈現軟爛、出水狀態。

本題考查水果在採後呼吸作用和乙烯生成方面的行為模式，是園產品處理學中區分水果貯運特性與處理方法的基礎。

更年性水果 (Climacteric Fruits)

• 定義： 指在採後會經歷一個呼吸商（CO₂ 釋放量 / O₂ 吸收量）急劇升高（稱為「更年期」或「climacteric rise」）的階段，同時伴隨乙烯生成量的顯著增加。此階段通常與果實的軟化、轉色、風味物質生成等成熟過程有關。
• 特點：
  • 採後呼吸作用在短時間內急劇升高。
  • 乙烯生成量在採後顯著增加，並引發或加速成熟過程。
  • 通常在採後仍可繼續成熟，即使未在樹上完全成熟。
  • 對乙烯非常敏感，乙烯會加速其成熟與衰老。
• 例子：
  • 蘋果 (Apple)：採後儲藏時，呼吸作用和乙烯生成會升高，導致果實軟化、風味變化。
  • 香蕉 (Banana)：採後需在適當溫度下儲藏，避免過早成熟（因乙烯作用）。
  • 番茄 (Tomato)：採後會經歷呼吸高峰，果實從綠色轉為紅色，質地變軟。
  • 桃子 (Peach)、李子 (Plum)、酪梨 (Avocado)、芒果 (Mango)、哈密瓜 (Cantaloupe) 等。

本題旨在探討影響園產品採後貯運品質的關鍵環境因子。這些因子直接或間接影響產品的生理代謝、水分散失、微生物生長及物理損傷，進而決定產品的保鮮期和商品價值。

以下列舉五種重要的環境因子及其影響說明：

1. 溫度 (Temperature)

   • 說明： 溫度是影響園產品採後生理代謝速率最主要的因子。生理代謝（呼吸作用、蒸散作用、酵素活性等）隨溫度升高而加快，隨溫度降低而減慢。
   • 影響：
     • 高溫： 加速呼吸作用，消耗養分，產生熱量，導致產品水分散失加快，軟化、老化、病害發生率增加，貯藏壽命縮短。
     • 低溫： 適當的低溫（高於冰點）可顯著減緩生理代謝，延長貯藏壽命。但過低的溫度可能導致寒害（chilling injury）或凍害（freezing injury），造成不可逆的品質損傷。
   • 舉例： 蘋果儲藏在 0°C 左右的低溫環境，可顯著延長其貨架期；而番茄若儲藏在 10°C 以下，則易發生寒害。

2. 濕度 (Humidity)

   • 說明： 指貯藏環境中的水蒸氣含量，通常以相對濕度 (Relative Humidity, RH) 表示。它影響產品表面的蒸散速率。
   • 影響：
     • 低濕度： 蒸散作用增加，導致產品失水，重量減輕，組織萎蔫、軟化、皺縮，風味品質下降。
     • 高濕度： 可抑制蒸散作用，維持產品水分。但過高的濕度（接近飽和）易促進微生物（黴菌、細菌）的生長，導致腐敗。
   • 舉例： 葉菜類（如生菜、菠菜）需要高濕度（90-95% RH）儲藏以防止萎蔫；而部分根莖類（如馬鈴薯）則需較低濕度（85-90% RH）以避免發芽和腐敗。

3. 氣體組成 (Atmospheric Composition)

   • 說明： 指貯藏環境中的氣體成分，主要是氧氣 (O₂) 和二氧化碳 (CO₂)，以及痕量氣體如乙烯 (Ethylene)。
   • 影響：
     • 氧氣： 是呼吸作用的必需氣體。

本題主要探討影響園產品本身抵抗低溫（尤其是低於冰點的凍結）能力的內部因素。這些因子決定了產品在低溫下的生理反應和損傷程度。

以下列舉五種影響園產品耐寒性的內在因子：

1. 細胞內可溶性固形物含量 (Soluble Solids Content, SSC)

   • 說明： 主要指細胞液中溶解的糖類、有機酸、礦物質等物質的濃度。
   • 影響： 這些可溶性物質可以降低細胞液的冰點，延緩冰晶的形成。同時，高濃度的可溶性物質有助於保護蛋白質和細胞膜免受冰晶損傷。
   • 舉例： 許多耐寒的草本植物或溫帶水果（如蘋果、梨）在秋季成熟時，其果實或組織中的糖分含量會升高，有助於提高其耐寒性。

2. 細胞膜的組成與結構 (Cell Membrane Composition and Structure)

   • 說明： 細胞膜的脂質組成（如不飽和脂肪酸的比例）和蛋白質的結構穩定性，決定了其在低溫下的流動性和完整性。
   • 影響： 在低溫下，細胞膜中的不飽和脂肪酸比例越高，膜的流動性越好，越不易從液態轉變為凝膠態，從而保持膜的結構和功能完整，減少離子外滲和損傷。膜蛋白的抗凍性也至關重要。
   • 舉例： 許多越冬植物會在低溫下合成更多的脂質，增加膜中的不飽和脂肪酸含量，以增強其耐寒性。

3. 細胞質與細胞液的保護性物質 (Protective Substances in Cytoplasm and Cell Sap)

   • 說明： 細胞質和細胞液中存在一些小分子物質，如脯氨酸 (Proline)、甜菜鹼 (Betaine)、某些醣類（如蔗糖、果糖）和蛋白質，它們具有滲透調節和抗凍保護作用。
   • 影響：
     • 滲透調節： 這些物質能增加細胞液的滲透壓，降低冰點，延緩結冰。

本題考查兩種常見的氣體貯藏技術：氣調儲藏 (Controlled Atmosphere, CA) 和改良氣體條件 (Modified Atmosphere Packaging, MAP)。兩者都透過改變貯藏環境的氣體組成來延緩園產品的生理代謝，延長保鮮期，但其控制程度和應用方式有所不同。

1. 氣調儲藏 (Controlled Atmosphere, CA)

• 原理： 在密閉的儲藏庫（或船艙、貨櫃）內，精確控制並維持一個特定的、遠低於空氣組成的氧氣 (O₂) 濃度和/或高於空氣組成的二氧化碳 (CO₂) 濃度，以顯著減緩園產品的呼吸作用、乙烯生成與生理代謝，從而延長其貯藏壽命。
• 實施方法：
  • 密閉儲藏庫： 建造或改造高度密閉的儲藏空間。
  • 氣體調節系統：
    • 氮氣發生器 (Nitrogen Generator) 或儲存罐： 提供低氧、高氮的氣體。
    • 二氧化碳吸收器 (CO₂ Scrubber)： 如石灰、胺類溶液或分子篩，移除產品呼吸產生的 CO₂。
    • 二氧化碳發生器 (CO₂ Generator)： 若需要提高 CO₂ 濃度，則使用。
    • 氣體監測與控制系統： 持續監測 O₂ 和 CO₂ 濃度，並自動調節以維持設定值。
  • 設定參數： 根據不同產品種類，設定特定的 O₂ 和 CO₂ 濃度組合。例如，蘋果通常儲藏在 1-3% O₂ 和 1-3% CO₂。
• 優點：
  • 效果最佳： 對於需要長期儲藏的產品，CA 提供了最穩定、最精確的氣體環境，延緩生理代謝的效果最顯著。
  • 可大規模操作： 適用於大型儲藏庫，一次儲藏大量產品。
  • 長期儲藏： 適合需要數月甚至一年以上儲藏的產品（如某些品種的蘋果）。
• 缺點：
  • 初期投資高： 建造密閉儲藏庫和購買氣體調節設備成本昂貴。
  • 操作複雜： 需要專業技術人員進行氣體監測和控制。
  • 不利於短時儲藏： 對於保鮮期較短的產品，設備投資和操作成本效益不高。
  • 有損傷風險： 若氣體濃度設定不當或監測失誤，可能導致產品產生 CO₂ 損傷或缺氧損傷。
• 適合使用的時機： 適合需要長期（數月至一年以上）儲藏的園產品，特別是更年性水果（如蘋果、梨）和某些蔬菜，以維持其採後品質和市場供應。

2. 改良氣體條件 (Modified Atmosphere Packaging, MAP)

• 原理： 將園產品放入預先製備好的、透氣性經過控制的包裝材料（如塑膠膜）中。在密封後，產品自身的呼吸作用會消耗包裝內的 O₂ 並產生 CO₂，從而逐漸改變包裝內的氣體組成，形成一個與外界隔絕但氣體交換速度受控的微環境。這個微環境的氣體組成會「改良」到有利於保鮮的狀態。
• 實施方法：
  • 選擇包裝材料： 根據產品的呼吸速率和期望的目標氣體組成，選擇具有特定透氣率（Permeability）的包裝膜。
  • 密封包裝： 將產品放入包裝袋或盒中，然後密封。
  • 氣體置換（可選）： 在密封前，可選擇性地向包裝內充入特定比例的 O₂ 和 CO₂（例如，高 O₂ 包裝用於保持紅肉色澤，高 CO₂ 包裝用於抑制呼吸），然後密封。
  • 形成平衡氣體： 產品在包裝內自然呼吸，逐漸形成一個相對穩定的微環境氣體組成。
• 優點：

本題聚焦於探討生鮮園產品本身的哪些固有特性，使其在採收後容易發生品質劣變（敗壞）且不易長時間保鮮。這些特性往往與產品的生理代謝速率、結構脆弱性、營養組成以及對環境因子的敏感度有關。

以下列舉並說明造成生鮮園產品採收後容易敗壞、不易保鮮的幾種產品特性：

1. 高呼吸速率 (High Respiration Rate)

   • 說明： 產品採收後，仍然是一個活的組織，會持續進行呼吸作用，消耗儲存的養分（如醣類）並釋放能量、二氧化碳和水分。呼吸速率越高，養分消耗越快，產生的熱量越多，導致產品的生理活力下降，壽命縮短。
   • 影響： 快速消耗儲存的碳水化合物，導致軟化、風味變差。釋放的熱量會提高產品溫度，進一步加速其他生理代謝和微生物生長。
   • 例子： 綠葉蔬菜（如菠菜、生菜）、未成熟的豆類、玉米等，其呼吸速率通常很高，因此保鮮期較短。

2. 高蒸散速率 (High Transpiration Rate)

   • 說明： 產品表皮（特別是氣孔）會持續散失水分到環境中，此過程稱為蒸散作用。蒸散速率高意味著產品容易失水。
   • 影響： 失水導致產品重量減輕、萎蔫、軟化、皺縮，影響外觀和口感。嚴重失水會加速生理衰老。
   • 例子： 許多葉菜類（如萵苣、芹菜）、果菜類（如小黃瓜、青椒）的表皮結構相對較薄，氣孔較多，蒸散速率較高，容易失水。

3. 較高的冰點 (High Freezing Point) 或對低溫敏感 (Sensitivity to Low Temperature)

   • 說明： 許多熱帶、亞熱帶水果和部分蔬菜的冰點較高，且對接近冰點的溫度（如 0-10°C）敏感，容易發生寒害。
   • 影響：
     • 寒害： 導致組織損傷、變色（如黑斑、水浸狀斑點）、風味改變、劣變加速。
     • 凍害： 若溫度低於其冰點，水分結冰會造成嚴重且不可逆的結構破壞。
   • 例子： 香蕉、芒果、番茄、小黃瓜等，一旦儲藏溫度低於其最適宜溫度，就容易出現寒害症狀，大大縮短保鮮期。

本題考查植物激素中極為重要的乙烯 (Ethylene) 的生物合成途徑。乙烯在植物生長、發育、成熟、衰老以及對逆境反應中扮演著關鍵角色。

高等植物乙烯的生合成主要發生在植物體內的特定組織中，其核心路徑涉及兩個關鍵酶：ACC合成酶 (ACC synthase) 和 ACC氧化酶 (ACC oxidase)。整個路徑以胺基酸 甲硫胺酸 (Methionine) 為起始原料。

乙烯生合成路徑可概括如下：

1. 甲硫胺酸 (Methionine) → S-腺苷甲硫胺酸 (S-adenosylmethionine, SAM)

   • 在細胞質中，甲硫胺酸在 ATP 的參與下，被腺苷化 (adenosylation) 形成 S-腺苷甲硫胺酸 (SAM)。這個反應通常由 SAM 合成酶催化。SAM 是許多甲基化反應和胺基丙烷基轉移反應的輔因子，也是乙烯生合成的中間產物。

2. S-腺苷甲硫胺酸 (SAM) → 1-胺基環丙烷-1-甲酸 (1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid, ACC)

   • 這是乙烯生合成的限速步驟，由 ACC合成酶 (ACC synthase, ACS) 催化。SAM 被轉化為 ACC。這個反應的具體機制較為複雜，涉及SAM的胺基丙烷基轉移，最終形成一個環狀結構的胺基酸 ACC。ACS 是一個家族酶，其不同亞型在植物發育的各個階段和對不同環境信號的響應中可能具有不同的調控功能。

本題考查一種常見且有效的預冷技術：隧道式壓差預冷 (Tunnel-type forced air cooling)。預冷是採後處理的重要環節，旨在快速降低園產品的田間熱，抑制其生理代謝和微生物活動，從而延長保鮮期。

隧道式壓差預冷設施 (Tunnel-type Forced Air Cooling Facility)

此設施通常由以下幾個主要部分組成：

1. 預冷隧道 (Cooling Tunnel)： 這是一個長條形的、高度密閉的通道或房間，產品（通常裝在專用的堆疊式網狀或穿孔的貨架箱 Cartons）在其中通過。隧道兩端有門，中間可能有多個分隔區域。
2. 風冷系統 (Air Cooling System)：
   • 冷卻器 (Cooler/Evaporator)： 產生低溫空氣的設備，通常包含散熱器 (coils) 和風扇 (fans)。
   • 送風機 (Fans)： 強力風扇負責將冷卻器產生的低溫空氣抽出，並強制送入預冷隧道。
3. 氣流導引與壓力控制系統 (Airflow Guiding and Pressure Control System)：
   • 擋板/隔板 (Baffles/Dampers)： 在隧道內部設置可調節的擋板或隔板，用於引導氣流，確保冷空氣均勻地通過產品堆。
   • 壓力調節裝置 (Pressure Regulators)： 確保隧道內形成特定的壓力差（壓差）。
4. 產品載具 (Product Carriers)： 專用的、可堆疊的、具有良好通風性的貨架箱或托盤，用於承載產品，並允許空氣在產品層之間自由流通。

結構示意圖：

本題要求解釋五個園產品處理學中的重要名詞，並說明其意義與重要性。這些名詞涵蓋了產品成熟度指標、病害、酵素、處理技術及物理量，均是理解園產品品質與貯運的關鍵概念。

1. Maturity Index (成熟度指標)

• 意義： 成熟度指標是指一系列用於評估園產品（尤其是果實）在採收時成熟程度的客觀或主觀的量測標準。這些指標反映了產品的生理發育狀態，與其採後品質、貯藏壽命、風味、質地及加工適應性密切相關。
• 重要性：
  • 決定採收時機： 選擇正確的採收成熟度是確保產品最佳品質的關鍵。太早採收可能導致風味不足、無法正常後熟；太晚採收則可能增加採後損傷、病害發生率，並縮短貯藏壽命。
  • 預測採後行為： 不同的成熟度會影響產品對貯藏條件（如溫度、氣體組成）的反應，以及其後熟、衰老的速度。
  • 品質一致性： 透過標準化的成熟度指標，可以確保同一批產品在採收時的成熟度接近，有利於後續的品質分級、處理和市場銷售。
• 常見指標：
  • 可溶性固形物 (SSC)： 通常隨成熟度升高。
  • 酸度 (Acidity)： 總酸量或酸度與糖度比 (TSS/TA)，通常隨成熟度降低。
  • 硬度 (Firmness)： 透過質地儀量測，通常隨成熟度升高而降低（軟化）。
  • 顏色 (Color)： 如果皮或果肉的顏色變化。
  • 大小與重量 (Size and Weight)。
  • 種子發育狀況。
  • 澱粉含量（特定水果，如蘋果、香蕉）。

2. Anthracnose (炭疽病)

• 意義： 炭疽病是一類由多種真菌（如 Colletotrichum 屬、Glomerella 屬、Elsinoë 屬等）引起的植物病害，在園產品的採收期和採後儲藏期間都非常普遍。其特徵是在果實、葉片或莖部形成凹陷的、圓形的、有時帶有同心輪紋的病斑，表面常會產生鮭魚色或黑色的分生孢子堆。
• 重要性：
  • 造成嚴重品質損失： 炭疽病會導致果實腐爛、變色、組織軟化，嚴重影響產品的外觀、口感和食用價值，造成巨大的經濟損失。
  • 易於傳播： 病原菌孢子可通過風、雨、昆蟲、工具或接觸傳播，在潮濕、溫暖的條件下發展迅速。
  • 難以根治： 一旦感染，尤其是在採後，由於產品的抗病性下降，病害發展迅速，且難以通過簡單的處理來控制。
  • 影響貯運： 帶有炭疽病菌的產品在儲藏過程中，病斑會擴大，甚至感染周圍健康的產品。
• 防治策略： 預防性農藥施用、採收時選擇無病果實、避免採後機械損傷、控制採後儲藏環境（如低溫、低濕度）、使用殺菌劑處理（如浸泡、噴灑）。

3. Polygalacturonase (多聚半乳糖醛酸酶)

• 意義： 多聚半乳糖醛酸酶 (PG) 是一種果膠酶 (pectinase)，屬於水解酶類。它的主要功能是催化細胞壁中果膠（主要成分是多聚半乳糖醛酸）的 β-1,4 糖苷鍵水解，將大分子果膠分解成較小的寡糖或單糖。
• 重要性：
  • 參與果實軟化： 在許多更年性水果的成熟過程中，PG 的活性顯著升高，其降解果膠的作用是導致果實質地變軟、細胞之間脫離（解聚）的主要原因之一。這是果實風味和質地形成的重要生理過程。