108 年 國立臺灣海洋大學食品科學系碩士班食品科學組《食品化學與食品加工》

本題主要在於理解 Foodomics 的定義、核心技術及未來發展。

(a) Foodomics 的重點在於結合食品科學與營養科學，運用先進的「組學」（omics）技術，全面性地分析食物及其對人體健康的影響，以達到優化人類營養、健康與福祉的目標。它強調將食品與營養視為一個整體，並應用高通量分析技術來整合結果，提供一個宏觀的視角。

(b) 根據內文描述，Foodomics 需要的技術平台是「先進的組學技術」（advanced omics technologies）。雖然內文未具體列出，但一般而言，組學技術包含基因體學 (genomics)、轉錄體學 (transcriptomics)、蛋白質體學 (proteomics) 和代謝體學 (metabolomics) 等。此外，內文也提到「高通量分析」（high-throughput analysis），這意味著需要能夠快速、大量處理樣品並進行分析的儀器與平台。

(c) Foodomics 的未來潛能龐大，主要體現在以下幾點：

1. 優化人類健康與福祉： 透過深入了解食物與人體健康的關聯，可以制定更精準的飲食建議，預防疾病，提升整體健康水平。

本題旨在評估學生處理食品安全謠言的邏輯思辨能力，以及搜尋、評估科學證據的能力。

回覆網傳「水產品和泡麵含有重金屬」這類問題，應採取以下邏輯和步驟：

1. 釐清問題性質與資訊來源：

   • 首先，要認識到網路傳言的性質，其真實性參差不齊，可能源於誤解、誇大甚至惡意傳播。
   • 詢問傳言的具體來源（例如：哪個網站、哪個社群媒體、是否有特定圖片或影片輔佐），這有助於判斷其可信度。

2. 科學驗證的邏輯框架：

   • 「是或否」的兩極化判斷通常不適用於複雜的食品安全議題。 應以「在何種條件下」、「何種程度下」來思考。
   • 重金屬是普遍存在的環境污染物： 絕大多數食物中都可能微量檢出重金屬，問題的關鍵在於「含量」是否超過「安全標準」。
   • 需要有科學依據的數據： 不能僅憑傳言就斷定真偽，必須尋找客觀的科學數據來支持或反駁。

3. 搜尋科學證據的途徑與方法：

   • 官方機構的檢驗報告：
     • 台灣： 衛生福利部食品藥物管理署 (TFDA)、農業部漁業署、行政院農業委員會動植物防疫檢疫局 (現農業部動植物防疫檢疫署) 等，這些機構常會發布食品中重金屬含量的監測報告或檢驗結果。
     • 國際： 例如美國食品藥物管理局 (FDA)、歐洲食品安全局 (EFSA) 等。
   • 學術研究論文： 在學術資料庫（如 PubMed, Scopus, Web of Science）搜尋相關研究。關鍵字可以包括：「水產品 重金屬 含量」、「泡麵 重金屬 檢測」、「魚類 镉 鉛 汞」、「麵體 重金屬」等，並限定研究地區（如台灣）。
   • 專業學術期刊或食品科學相關網站： 尋找信譽良好的科學期刊或由專業機構發布的資訊。

4. 評估科學證據與參考出處：

   • 檢視檢測方法： 確認報告或論文使用的檢測方法是否標準、可靠（例如：原子吸收光譜法 AAS、感應耦合電漿質譜法 ICP-MS）。
   • 比對安全標準： 將檢測出的重金屬含量與我國或國際上認可的食品安全標準進行比較。例如，TFDA 有訂定各類食品中鉛、鎘、汞、砷等重金屬的限量標準。
   • 考慮樣品代表性： 報告中的樣品數量、來源是否具有代表性？是隨機抽樣還是特定批次？
   • 評估研究的嚴謹性： 學術論文是否經過同行評審 (peer-review)？作者的學術背景與研究機構為何？
   • 辨別資訊來源的可靠性： 避免引用來路不明、缺乏佐證的網站或個人言論。

5. 如何回覆：

   • 承認問題的普遍性： 說明重金屬是環境污染物，在許多食物中都可能微量存在。

本題主要考驗學生對於魚類（特別是黑鮪魚）在宰殺後，其體內發生的生物化學變化、影響鮮度的因素以及腐敗機制。

一、宰殺後產生的生物化學變化

黑鮪魚（或其他魚類）宰殺後，其體內原本受控的生理活動停止，但許多生化反應並未立即停止，反而進入一個新的階段，主要可分為以下幾類：

1. 無氧代謝的持續與終止：

   • 宰殺後，組織的氧氣供應中斷，原本的 aeorbic respiration 停止。
   • 體內儲存的肝醣 (glycogen) 會在無氧條件下進行無氧糖解作用 (anaerobic glycolysis)，產生乳酸 (lactic acid)。
   • 這會導致肌肉 pH 值下降。pH 下降會影響蛋白質的變性、水分的保持能力 (water holding capacity, WHC) 以及酵素的活性。
   • 最終，ATP 耗盡，進入死後僵直 (rigor mortis) 狀態，肌肉變得僵硬。

2. 酵素作用：

   • 自體分解酵素 (Autolytic enzymes)： 魚體組織本身含有許多水解酵素，如蛋白酶 (proteases)、脂酶 (lipases)、核酸酶 (nucleases) 等。在宰殺後，這些酵素的活性在 pH 變化和溫度適宜的條件下會增強。
     • 蛋白酶： 分解肌原纖維蛋白 (myofibrillar proteins) 和肌漿蛋白 (sarcoplasmic proteins)，導致蛋白質結構改變，肉質變軟，釋放胜肽 (peptides) 和胺基酸 (amino acids)，這些是後續腐敗菌代謝的基質。
     • 脂酶： 分解脂肪，產生游離脂肪酸 (free fatty acids, FFAs) 和甘油。游離脂肪酸可能導致氧化產生不良風味，也可能影響蛋白質結構。
     • 核酸酶： 分解核酸，產生核苷酸 (nucleotides) 等。
   • ATP 的分解： ATP 在宰殺後會被 ATP 酶分解，最終生成肌苷 (inosine) 和次黃嘌呤核苷 (hypoxanthine, HX)。肌苷和次黃嘌呤核苷的比例 (IMP/HX ratio) 或其含量常被用來評估魚的新鮮度（見下文）。

3. 氧化作用：

   • 即使在無氧條件下，殘存的氧氣或過氧化物的存在，仍可能引發脂肪氧化。
   • 不飽和脂肪酸 (polyunsaturated fatty acids, PUFAs) 容易被氧化，產生過氧化物 (peroxides)、醛類 (aldehydes)、酮類 (ketones) 等，這些物質會產生不良的油耗味 (rancid flavor)。

二、鮮度 (Freshness)

魚的鮮度是指魚在宰殺後，其肉質、風味、顏色、氣味等方面保持其原有新鮮狀態的程度。影響鮮度的因素很多，主要與上述的生化變化速率有關。

1. pH 值： 宰殺初期 pH 下降是正常的死後僵直過程。pH 過低（例如小於 5.5）可能導致「低 pH 魚肉」(dark, firm, and dry, DFD-like fish)，影響水分保持性。pH 變化也影響微生物生長。
2. ATP 及其分解產物：
   • ATP 在魚死亡後會迅速被分解。
   • 肌苷酸 (inosine monophosphate, IMP) 是鮮味 (umami) 的主要來源，在宰殺初期會增加，但隨後會被核苷酸酶分解為肌苷 (inosine) 和次黃嘌呤 (hypoxanthine, HX)。
   • K 值 (K-value) 是評估魚新鮮度的一個常用指標，定義為：
     $K\text{-value} = \frac{{\text{HX} + \text{Inosine}}}{{\text{ATP} + \text{ADP} + \text{AMP} + \text{IMP} + \text{Inosine} + \text{HX}}} \times 100\%$
     在極新鮮的魚中，ATP 和 IMP 含量高，HX 和 Inosine 含量低，K 值很低（例如 < 10%）。隨著時間推移，HX 和 Inosine 含量增加，K 值升高。一般認為 K 值大於 60-70% 時，魚肉的鮮味已顯著下降，進入腐敗階段。

本題考驗學生對油脂化學的理解，特別是魚油與植物油的脂肪酸組成差異，以及如何運用化學分析方法鑑別攙偽產品。

一、深海魚油與植物油的化學組成差異 (以脂肪酸組成為主)

深海魚油和植物油的主要差異在於其脂肪酸的種類和比例。

• 深海魚油 (Marine Oil)：

  • 主要特點： 富含長鏈多元不飽和脂肪酸 (Long-chain polyunsaturated fatty acids, LC-PUFAs)，特別是 Omega-3 系列。
  • 關鍵成分：
    • EPA (Eicosapentaenoic acid)： C20:5 (n-3)
    • DHA (Docosahexaenoic acid)： C22:6 (n-3)
  • 飽和脂肪酸 (SFA)： 含量相對較低。
  • 單元不飽和脂肪酸 (MUFA)： 含量相對較低。
  • 其他： 可能含有少量飽和脂肪酸、MUFA，以及其他 Omega-3 脂肪酸（如 ALA, 18:3 n-3，但含量遠低於 EPA/DHA）。

• 植物油 (Vegetable Oil)：

  • 主要特點： 脂肪酸組成隨植物種類差異很大，但普遍富含鏈長較短、不飽和度較低的脂肪酸。
  • 常見成分：
    • Omega-6 系列多元不飽和脂肪酸： 如亞麻油酸 (Linoleic acid, LA, 18:2 n-6) 是許多植物油（如大豆油、玉米油、葵花籽油）的主要成分。
    • Omega-3 系列多元不飽和脂肪酸： 如 α-次亞麻油酸 (alpha-Linolenic acid, ALA, 18:3 n-3) 在亞麻籽油、奇亞籽油、紫蘇油中含量較高。
    • 單元不飽和脂肪酸 (MUFA)： 如油酸 (Oleic acid, 18:1 n-9) 是橄欖油、芥花油等的主要成分。
    • 飽和脂肪酸 (SFA)： 如棕櫚酸 (Palmitic acid, 16:0) 和硬脂酸 (Stearic acid, 18:0) 在椰子油、棕櫚油中含量較高。
  • 關鍵差異： 植物油普遍缺乏長鏈的 EPA (C20:5 n-3) 和 DHA (C22:6 n-3)。雖然 ALA (18:3 n-3) 是 Omega-3 的前驅物，但人體將 ALA 轉換為 EPA 和 DHA 的效率非常低。

繪圖說明：

可以繪製兩種圖表來展示這種差異：

1. 圓餅圖 (Pie Chart)：

   • 圖一：深海魚油
     • 標示出 EPA 和 DHA 的比例（例如，可以假設 EPA 佔 10-20%，DHA 佔 10-20%，總 Omega-3 脂肪酸可能佔 30-50%）。
     • 標示出飽和脂肪酸、單元不飽和脂肪酸的比例。
   • 圖二：常見植物油（例如：大豆油或橄欖油）
     • 標示出亞麻油酸 (LA) 或油酸 (Oleic acid) 的比例（例如，大豆油 LA 可能佔 50% 以上，橄欖油 Oleic acid 可能佔 70% 以上）。
     • 標示出 ALA 的比例（若以亞麻籽油為例）。
     • 標示出飽和脂肪酸的比例。
     • 重點標示： 在植物油的圖中，EPA 和 DHA 的比例應為極低或零。

2. 長條圖 (Bar Chart)：

   • 以脂肪酸種類為 X 軸，含量百分比為 Y 軸。
   • 並列展示深海魚油和某種植物油在各主要脂肪酸上的含量差異。
   • 例如，X 軸可包含：SFA, MUFA, LA (18:2 n-6), ALA (18:3 n-3), EPA (20:5 n-3), DHA (22:6 n-3)。
   • 在 EPA 和 DHA 的長條上，深海魚油的長條會明顯高於植物油。

化學組成差異的簡要總結：
深海魚油的主要特色是含有豐富的長鏈 Omega-3 脂肪酸 EPA 和 DHA。植物油則主要含有鏈長較短的脂肪酸，如亞麻油酸 (LA, n-6)、α-次亞麻油酸 (ALA, n-3) 或單元不飽和脂肪酸（如油酸）。

二、如何判斷區分被摻假的深海魚油產品

判斷魚油產品是否摻假，主要是通過檢測其脂肪酸組成是否符合深海魚油的標準。以下是幾種常用的方法：

1. 脂肪酸組成分析 (Fatty Acid Profile Analysis)：
   • 原理： 這是最直接、最準確的方法。將樣品中的脂肪水解成脂肪酸甲酯 (Fatty Acid Methyl Esters, FAMEs)，然後通過氣相層析儀 (Gas Chromatography, GC) 進行分析，測定各種脂肪酸的相對含量。
   • 判斷依據：
     • EPA 和 DHA 含量： 摻假的魚油產品，其 EPA 和 DHA 的總含量通常會遠低於聲稱的標準，或遠低於正常深海魚油的範圍。
     • Omega-3 / Omega-6 比例： 深海魚油的 Omega-3 脂肪酸含量顯著高於 Omega-6。若比例失衡，則可能摻假。
     • 其他脂肪酸的比例： 植物油（如大豆油、玉米油）中常見的亞麻油酸 (LA) 和 α-次亞麻油酸 (ALA) 在純魚油中含量很低。若這些脂肪酸的含量異常升高，則表明可能摻有植物油。

本題考驗學生對新穎食品加工技術的知識，特別是非熱加工技術的種類、作用原理及其在食品加工中的應用。非熱加工技術旨在利用物理、化學或生物方法，在不顯著加熱的條件下，達到殺菌、鈍化酵素、改善質地或延長保質期的目的，同時最大程度地保留食品的營養成分、風味和感官特性。

以下詳述至少五種新穎非熱加工技術：

1. 高壓處理 (High Pressure Processing, HPP)

• 種類： 靜水壓處理 (Hydrostatic Pressure Processing)。
• 原理：
  • 利用水或水溶液作為傳壓介質，將包裝好的食品置於高壓室內，施加極高的靜水壓力 (通常在 100-1000 MPa，約 1000-10000 atm)。
  • 高壓的殺菌機制是破壞微生物的細胞結構（如細胞膜的流動性改變、細胞壁完整性破壞、細胞內物質外滲）和鈍化酵素（如蛋白酶、脂酶、水解酵素），但對共價鍵的影響較小，因此蛋白質、碳水化合物、維生素等大部分營養成分和風味物質受到的影響較小。
  • 壓力引起的體積收縮是主要的殺菌驅動力。
• 應用：
  • 殺菌： 殺滅細菌、酵母菌、黴菌、部分病毒和孢子。
  • 鈍化酵素： 延長食品保質期，如鈍化果蔬中的氧化酵素，防止褐變。
  • 改善質地： 改變蛋白質的結構，如使肉類變軟，或影響澱粉糊化。
  • 應用產品： 果汁、牛奶、優格、調味醬、即食肉製品、海鮮（如生蠔、蟹肉）、果醬、嬰兒食品等。

2. 脈衝電場處理 (Pulsed Electric Field, PEF)

• 種類： 應用短脈衝、高強度的電場。
• 原理：
  • 將食品置於兩個電極之間，施加極短（微秒級）但強度非常高的電脈衝。
  • 電場作用在微生物細胞膜上，引起電穿孔 (electroporation) 現象，即細胞膜上形成暫時性的孔洞，導致細胞內容物外滲，進而使微生物失活。
  • PEF 對細胞膜的影響是可逆或不可逆的，取決於電場強度和脈衝數。
  • 對細胞質內的酵素和營養成分影響相對較小，但若電場過強或處理時間過長，也可能影響。
• 應用：
  • 殺菌： 主要用於液體食品，如果汁、牛奶、啤酒、湯品等。
  • 細胞破壞： 提高細胞的通透性，有利於從植物細胞中提取生物活性物質（如抗氧化劑、色素）或果汁的壓榨率。
  • 應用產品： 果汁、牛奶、優格、冰淇淋、調味醬、植物提取物等。

3. 光殺菌 (Photocatalytic Sterilization, UV-C Light, Pulsed Light)

• 種類：
  • 紫外線 (UV-C) 照射： 使用特定波長 (200-280 nm) 的紫外線。
  • 脈衝光 (Pulsed Light, PL)： 使用寬光譜、高強度的短脈衝光源（如氙燈）。
• 原理：
  • UV-C： 紫外線能量被微生物的核酸 (DNA/RNA) 和蛋白質吸收，導致 DNA 發生嘧啶二聚體形成（如胸腺嘧啶二聚體），破壞遺傳物質，或引起蛋白質變性，從而抑制微生物的生長和繁殖。
  • 脈衝光： 寬光譜的光能（包含紫外線、可見光和紅外光）能對微生物的細胞壁、細胞膜、細胞核等造成複合性損傷，殺菌譜廣，效率高。
• 應用：
  • 表面殺菌： 主要用於食品表面、包裝材料表面、水和空氣的消毒。
  • 鈍化酵素： 抑制果蔬表面的酚氧化酵素等。
  • 應用產品： 飲料（表面殺菌）、包裝材料、水處理、果蔬表面處理（如防止褐變、延長貨架期）、麵包、肉製品表面處理等。

本題為綜合題，旨在評估學生運用食品加工知識解決實際產業問題的能力，以及商業企劃的思維。題目要求結合「農產或漁產過剩」的實際案例，運用食品加工技術開發產品，並撰寫一份包含產品開發、製造、行銷的營運計畫 (Business Plan)。

案例選擇： 台灣常見的農產過剩問題包括：香蕉、鳳梨、番茄、高麗菜、文旦柚等。漁產過剩則可能涉及特定魚種（如鯖魚、秋刀魚）或蝦類。
本次選擇以 「鳳梨過剩」 為例進行說明。台灣鳳梨品質優良，但受季節性產量大、市場價格波動影響，常有產季過剩的問題。

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營運計畫 (Business Plan)：鳳梨加工品開發

1. 專案名稱： 鮮享鳳梨 - 鳳梨加工品系列開發與市場拓展計畫

2. 執行單位： [虛擬公司名稱，例如：台灣鮮果創新有限公司]

3. 緣起與問題陳述：
近年來，台灣鳳梨產季常面臨產量過剩、價格崩跌的困境，影響農民生計。本計畫旨在運用食品加工技術，開發高附加價值的鳳梨加工產品，延長產品生命週期，拓展多元銷售通路，以穩定鳳梨產銷，協助農民解決產銷失衡問題。

4. 產品開發與製造 (Product Development & Manufacturing)

• 原物料來源：

  • 主要原料： 台灣在地優良品種鳳梨（如台農 17 號金鑽鳳梨、台農 16 號台農鳳梨）。
  • 供應鏈管理： 與在地鳳梨產銷班或合作農場合作，建立穩定、可追溯的收購機制。優先採購符合無毒驗證或產銷履歷的鳳梨，確保原料品質與安全。
  • 品質標準： 嚴選糖度 (Brix) 達標、成熟度適中、無病蟲害、無機械損傷的鳳梨。

• 產品項目與加工技術：

  • 目標產品：

    1. 即食鳳梨丁/塊 (Ready-to-eat Pineapple Chunks/Cubes)： 採用非熱加工技術，保留新鮮鳳梨風味與營養。
    2. 鳳梨果乾 (Dried Pineapple)： 採用低溫烘乾技術，保持色澤與風味。
    3. 鳳梨酵素飲品 (Pineapple Enzyme Drink)： 利用鳳梨的天然酵素（鳳梨蛋白酶 Bromelain）進行發酵或萃取，製成機能性飲品。
    4. 鳳梨果醬/果泥 (Pineapple Jam/Puree)： 傳統加工技術，但強調低糖、無添加。

  • 加工技術與原理：

    1. 即食鳳梨丁/塊：
       • 技術： 高壓處理 (HPP) 或 脈衝電場處理 (PEF)。
       • 原理： 利用非熱加工技術殺滅微生物，鈍化酵素，延長保鮮期，同時最大程度保留新鮮鳳梨的風味、色澤、維生素 C 及膳食纖維。
       • 目的： 提供方便食用的新鮮鳳梨替代品，可直接食用或用於製作沙拉、甜點。
    2. 鳳梨果乾：
       • 技術： 低溫真空烘乾 (Low-temperature Vacuum Drying)。
       • 原理： 在低溫及真空條件下進行乾燥，降低水的沸點，減少高溫對營養成分（如維生素 C）和風味物質的破壞，同時避免氧化。
       • 目的： 製作方便攜帶、易於儲存的零食，保留鳳梨的天然甜味和嚼勁。
    3. 鳳梨酵素飲品：
       • 技術： 鳳梨蛋白酶 (Bromelain) 的萃取與發酵技術。
       • 原理： 鳳梨蛋白酶具有分解蛋白質的作用，有助消化。可透過溫和的萃取或與益生菌協同發酵，製成具有機能性的飲品。
       • 目的： 開發具備健康訴求（幫助消化）的飲品，提升產品的附加價值。
    4. 鳳梨果醬/果泥：
       • 技術： 濃縮、殺菌（熱加工或高壓處理）。
       • 原理： 傳統果醬製作，但強調使用較少糖量，並可輔以非熱殺菌技術以保留更多風味。
       • 目的： 滿足對果醬、果泥有需求的消費者，作為烘焙、抹醬或調味用途。

• 品質管制 (QC / QA)：

  • 原物料檢驗： 糖度、酸度、農藥殘留、重金屬。
  • 製程管制： 溫度、時間、壓力、pH 值、水分活度 (aw)。
  • 成品檢驗： 微生物限量（生菌數、大腸桿菌群、沙門氏菌等）、重金屬、營養成分標示（如維生素 C、膳食纖維）、感官評價（色、香、味、質地）、包裝完整性。
  • 建立 QC 工程圖 (Quality Control Flowchart)：