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

本題主要在探討食品冷凍過程中可能發生的品質劣變因子及其預防措施。冷凍是常見的食品保存方法，但若操作不當，仍可能導致食品質地、風味、營養價值的下降。

食品冷凍時可能發生的品質變化因子及其原因與防止方式如下：

1. 冰晶損傷 (Ice Crystal Damage)

   • 原因： 食品中水分結冰形成冰晶。若冷凍速度過慢，會形成較大且不規則的冰晶，這些冰晶會在細胞間隙或細胞內生長，刺破細胞膜、組織結構，導致質地變軟、水分流失（滴水損失）。
   • 防止方式：
     • 快速冷凍 (Quick Freezing)： 盡可能縮短冷凍時間，使冰晶在短時間內形成，形成較小、較均勻的冰晶，減少對組織結構的破壞。例如使用強迫對流冷凍設備（如氣流冷凍、接觸式冷凍）。
     • 預處理： 對某些食品進行預處理，如燙煮（blanching），可以鈍化酵素活性，穩定組織結構，減少冷凍損傷。
     • 添加穩定劑/保護劑： 在食品中添加糖、鹽、蛋白質、多醣類等，可以降低水的冰點，減少自由水的含量，抑制冰晶生長。

2. 脫水與乾縮 (Dehydration and Freezer Burn)

   • 原因： 在冷凍儲藏過程中，食品表面的水分或內部水分會昇華（從固態直接變成氣態），導致食品表面乾燥、失去光澤、出現硬塊或斑點，此現象稱為「乾燒」(freezer burn)。這會造成重量損失、質地變硬、風味改變。
   • 防止方式：
     • 良好包裝： 使用防濕、氣密的包裝材料，緊密包裹食品，防止水分散失。

本題要求繪製食品乾燥的速率曲線圖，並根據曲線描述乾燥的不同階段及其特徵與原因。乾燥速率曲線是了解和優化乾燥過程的重要工具。

食品乾燥速率曲線圖

繪製時，橫軸為食品的含水率（通常表示為重量百分比，由高至低），縱軸為乾燥速率（單位通常為 kg 水 / kg 乾物 / 時間，例如 kg/kg·h 或 g/m²·min）。

圖例說明：

• 橫軸 (X-axis)： 食品含水率 (Moisture Content, M)
• 縱軸 (Y-axis)： 乾燥速率 (Drying Rate, DR)

（請在此處想像一個圖形，橫軸為含水率由右至左遞減，縱軸為乾燥速率由上至下遞減。曲線通常呈現先一段較平緩或略下降的線段，然後急劇下降，最後趨於零。）

乾燥階段的劃分與說明

根據典型的食品乾燥速率曲線，乾燥過程通常可分為以下幾個階段：

1. 第一階段：恆定速率階段 (Constant Rate Period)

   • 特徵： 在此階段，乾燥速率隨含水率的降低而保持相對穩定，即乾燥速率幾乎不隨含水率的變化而改變。曲線圖上表現為一條近似水平的直線或略微下降的線段。
   • 原因： 在此階段，食品表面的水分含量很高，並且有連續的水膜覆蓋。水分的蒸發主要發生在食品表面，且蒸發速率主要受外界傳熱、傳質條件（如空氣溫度、濕度、流速）的控制，而不是食品內部水分的傳輸速率。此時，乾燥速率等於表面水分蒸發速率。

2. 第二階段：減速速率階段 (Falling Rate Period)

本題考查學生對食品非熱加工技術的理解，包括其基本原理和實際應用。非熱加工技術旨在殺滅微生物、鈍化酵素或改變食品品質，同時盡量保留食品的營養成分、風味和質地，減少熱處理可能帶來的損害。

以下是兩種常見的非熱加工技術：

1. 高壓處理 (High Pressure Processing, HPP)
   • 原理： HPP 是一種利用高靜水壓（通常範圍在 100-600 MPa，約相當於 1000-6000 atm）來處理食品的方法。高壓處理主要通過影響蛋白質、核酸、細胞膜等生物大分子的結構和功能來達到殺菌和鈍化酵素的目的。
     • 殺菌機制： 高壓會導致微生物的細胞膜通透性改變，細胞內物質外漏，以及細胞內重要蛋白質（如酵素、核糖體）變性失活，從而抑制微生物的生長或殺滅微生物。對於大多數細菌，600 MPa 的壓力處理幾分鐘通常可以達到商業殺菌水準。
     • 鈍化酵素： 高壓處理對酵素的影響取決於酵素的種類、壓力大小、處理時間和溫度。許多酵素（如多酚氧化酶 PPO、脂肪酶）在壓力下會變性失活，從而延長食品的貨架期。
     • 對食品的影響： HPP 對食品的影響通常是選擇性的。它對共價鍵的影響很小，因此食品的顏色、風味、維生素和大部分營養成分受到的影響較小，但可能導致某些蛋白質（如肌原纖維蛋白）變性，進而影響質地。
   • 應用：
     • 殺菌與保鮮： 應用於果汁、牛奶、預製食品（如即食雞肉、火腿）、海鮮（如生蠔，可殺滅弧菌）、醬料、果醬等，延長其貨架期，同時保留新鮮風味和營養。
     • 鈍化酵素： 應用於預處理蔬菜、水果，鈍化氧化酵素，防止褐變。

本題要求闡述魚漿製品（煉製品）和乾酪（cheese）的製造流程與原理。這兩類產品的加工原理和方法差異很大，分別代表了蛋白質變性凝膠及乳酸菌發酵的典型應用。

一、 魚漿製品（煉製品）的製造

魚漿製品，又稱煉製品，是以魚肉為主要原料，經過絞碎、鹽醃、摔打（或攪拌）等過程，使魚肉中的肌原纖維蛋白變性並形成具有彈性的凝膠狀結構，再經過蒸、煮、炸、烤等熱加工製成的產品。例如：魚板、魚餃、魚丸、蟹肉棒等。

製造流程：

1. 原料魚的選擇與處理：

   • 選擇新鮮、無異味、蛋白質含量高的魚種（如：鯛魚、鱈魚、馬加魚、鬼頭刀等）。
   • 去鱗、去內臟、去頭尾、去骨、去刺，並將魚肉切塊。

2. 絞碎 (Grinding/Mincing)：

   • 將魚肉塊放入絞肉機或切片機中，絞碎成較小的肉塊或泥狀。此步驟是為了初步破壞組織結構，為後續摔打做準備。

3. 鹽醃 (Salting)：

   • 加入食鹽（通常為魚肉重量的 1.5-3%）。鹽的主要作用是：
     • 提高蛋白質的溶解度和持水性： 鹽能幫助溶解魚肉中的肌動球蛋白和蛋白質，使其更容易在摔打過程中形成凝膠。
     • 抑制微生物生長： 鹽具有一定的抑菌作用。
     • 增強風味。

4. 摔打/攪拌 (Pounding/Kneading)：

   • 這是製作魚漿製品的關鍵步驟。將鹽醃過的魚肉泥置於摔打機或強力的攪拌機中進行長時間的摔打（或攪拌）。
   • 原理： 摔打過程中，機械能的作用使魚肉中的肌纖維斷裂，並從肌纖維中釋放出肌原纖維蛋白（如肌動球蛋白）。在鹽的作用下，這些蛋白質會溶解並開始變性，形成黏稠、具有彈性的魚漿。持續摔打使蛋白質分子重新排列、交聯，形成三維網狀結構，即蛋白質凝膠。理想的魚漿應具有良好的黏度和彈性，俗稱「起筋」。

5. 添加其他配料 (Addition of Ingredients)：

   • 根據產品種類，加入澱粉（如玉米澱粉、馬鈴薯澱粉）、糖、味精、調味料、油脂、蔬菜、香料等。
   • 澱粉的作用： 澱粉能吸收水分，增加產品的黏結性、彈性，並降低成本。
   • 糖的作用： 增加風味、改善色澤（美拉德反應）、作為保濕劑。

6. 成型 (Shaping)：

   • 將製成的魚漿，根據產品種類，塑造成各種形狀，如片狀（魚板）、丸狀（魚丸）、塊狀、棒狀（蟹肉棒）等。

7. 熱加工 (Heat Processing)：

   • 將成型的產品進行加熱處理，使魚漿中的蛋白質完全變性並形成穩定的凝膠結構，同時殺滅殘存的微生物。
   • 方法： 蒸、煮、炸、烤、煙燻等。加熱溫度和時間需根據產品種類和大小而定，通常使產品中心溫度達到 70-80°C 以上。

8. 冷卻與包裝 (Cooling and Packaging)：

   • 熱加工後迅速冷卻，然後進行包裝，以便運輸和銷售。

二、 乾酪 (Cheese) 的製造

乾酪，又稱起司，是通過乳酸菌發酵和（或）酶的作用，使牛乳（或其他動物乳）中的蛋白質、脂肪等成分發生變化，並形成獨特風味和質地的發酵乳製品。

製造流程：

1. 原料乳的準備 (Milk Preparation)：
   • 選擇高品質的新鮮牛乳（或羊奶、水牛乳等）。
   • 殺菌 (Pasteurization)： 通常對原料乳進行殺菌（如 72°C 15 秒或 63°C 30 分鐘），以殺滅致病菌和大部分雜菌，同時保留部分有益菌或對發酵過程無害的菌種。
   • 調整成分： 可根據需要調整乳脂肪含量（如製作低脂乾酪）。

好的，這題考題要求比較畜肉、魚肉與植物肉在多個面向的差異，核心觀念在於理解不同來源蛋白質（動物性 vs. 植物性）及其加工過程對食品組成、營養及性質的影響。這需要整合食品化學、食品加工及營養學的知識。

詳解

本題旨在比較畜肉、魚肉與植物肉在物理、化學、生化、代謝、一般組成、營養特性及相關性質上的差異。我們將從各個面向逐一分析：

1. 一般組成 (General Composition)

• 畜肉 (Meat from land animals, e.g., pork, beef, lamb):

  • 蛋白質： 主要為肌動蛋白 (actin) 和肌球蛋白 (myosin) 等結構蛋白，胺基酸組成完整，必需胺基酸含量高。
  • 脂肪： 含量變異大，依動物種類、部位、飼養方式而異。飽和脂肪酸比例較高，膽固醇含量也較高。
  • 碳水化合物： 含量極低，主要以肝醣 (glycogen) 形式存在，在動物死亡後會迅速分解。
  • 水分： 含量高，約佔 65-75%。
  • 礦物質： 富含鐵 (heme iron)、鋅、硒、磷等。
  • 維生素： 富含 B 群維生素 (如 B12)、維生素 A、D、E 等。

• 魚肉 (Fish meat):

  • 蛋白質： 胺基酸組成完整，必需胺基酸含量高，但與畜肉相比，部分胺基酸（如鯡魚、鱈魚）的含量可能略低。
  • 脂肪： 含量變異大。海水魚（如鮭魚、鯖魚）脂肪含量較高，且富含 Omega-3 不飽和脂肪酸 (EPA, DHA)，飽和脂肪酸比例相對較低。淡水魚脂肪含量通常較低。膽固醇含量一般低於畜肉。
  • 碳水化合物： 含量極低，與畜肉類似。
  • 水分： 含量高，約佔 70-80%。
  • 礦物質： 富含碘、硒、磷、鈣 (魚骨) 等。
  • 維生素： 富含 B 群維生素、維生素 D、A 等。

• 植物肉 (Plant-based meat alternatives, e.g., soy-based, pea-based):

  • 蛋白質： 主要來源為大豆、豌豆、小麥等植物蛋白。植物蛋白通常缺乏一種或多種必需胺基酸（例如，豆類缺乏甲硫胺酸，穀類缺乏離胺酸），因此常需要混合不同植物蛋白來源以達到胺基酸互補。
  • 脂肪： 含量可調控，常使用植物油（如葵花油、菜籽油）來模擬動物脂肪的口感和質地。飽和脂肪酸比例通常較低，不飽和脂肪酸比例較高，膽固醇含量為零。
  • 碳水化合物： 含量較高，包含膳食纖維、澱粉等。
  • 水分： 含量可調控，通常與動物肉的範圍相似或略高。
  • 礦物質： 來源於植物，如鐵 (非heme iron，吸收率較低)、鋅、鈣等。
  • 維生素： 來源於植物，如 B 群維生素（但通常缺乏 B12，需額外添加）、維生素 E 等。

2. 營養特性 (Nutritional Characteristics)

• 畜肉：

  • 優質蛋白質來源，提供完整的必需胺基酸。
  • 良好的鐵 (heme iron) 來源，吸收率高。
  • 富含維生素 B12，對素食者是重要考量。
  • 飽和脂肪酸和膽固醇含量較高，過量攝取可能增加心血管疾病風險。

• 魚肉：

  • 優質蛋白質來源，胺基酸組成完整。
  • 富含 Omega-3 不飽和脂肪酸 (EPA, DHA)，對心血管健康、大腦發育有益。
  • 良好的維生素 D 和硒來源。
  • 相較於畜肉，飽和脂肪酸和膽固醇含量通常較低。

• 植物肉：

  • 蛋白質來源，但胺基酸組成可能不完整，需注意互補。
  • 零膽固醇。
  • 脂肪組成通常較健康（高不飽和脂肪酸）。
  • 富含膳食纖維。
  • 可能缺乏維生素 B12，需額外添加。
  • 鐵的來源為非heme iron，吸收率較低，可能需要添加維生素 C 促進吸收。

3. 物理性質 (Physical Properties)

• 畜肉與魚肉：
  • 質地 (Texture)： 由肌纖維、結締組織 (膠原蛋白) 和脂肪決定。肌纖維的排列、長度、肌間脂肪的分布都會影響咀嚼感和嫩度。
  • 顏色 (Color)： 主要由肌紅蛋白 (myoglobin) 決定，其氧化狀態（如氧合肌紅蛋白、去氧肌紅蛋白、變性肌紅蛋白）影響肉的鮮紅色、暗紅色或褐色。
  • 保水性 (Water-holding capacity, WHC)： 與蛋白質的結構、pH 值、離子強度等有關，影響烹調時的汁液流失。