109 年 國立臺灣師範大學營養科學碩士學位學程《食物學相關科目》

本題主要在於了解食品工業中常見的乾燥方法及其應用。乾燥是食品加工中常見的單元操作，目的是透過移除水分來延長食品的保存期限、減輕重量、降低體積，並抑制微生物生長及酵素活性。

以下列舉五種食品工業常用的脫水(或乾燥)方法及其適用產品種類：

1. 熱風乾燥 (Hot Air Drying)：

   • 原理：利用熱空氣作為介質，將食品中的水分帶走。
   • 適用產品：這是最普遍的乾燥方法之一，適用於各種固態或半固態食品，如蔬菜乾（高麗菜乾、蘿蔔乾）、水果乾（葡萄乾、蘋果乾）、肉鬆、麵條、穀物、香辛料等。

2. 噴霧乾燥 (Spray Drying)：

   • 原理：將液體或懸浮液霧化成微小的液滴，然後與熱空氣接觸，水分快速蒸發，形成粉末狀產品。
   • 適用產品：適用於易受高溫影響的液體或漿狀食品，如奶粉、雞蛋粉、即溶咖啡、調味粉、酵母粉、部分水果濃縮汁粉等。

本題主要考查單醣（葡萄糖）的環形結構表示法，以及兩個單醣透過糖苷鍵結合形成雙醣（麥芽糖）的過程。

(a) $\alpha$-D-葡萄糖分子的環形結構 (Haworth projection; $\alpha$-D-glucopyranose) (5分)

D-葡萄糖的分子式為 $C_6H_{12}O_6$。在水溶液中，D-葡萄糖會形成環狀結構，主要是六員環的吡喃醣 (pyranose) 形式。D-葡萄糖有兩種異構體：D-葡萄糖和D-果糖。D-葡萄糖有兩種主要的環狀形式：吡喃環 (六員環) 和呋喃環 (五員環)，其中吡喃環形式較穩定且常見。

吡喃環結構的表示法稱為 Haworth projection。D-葡萄糖的吡喃環形式有兩種異頭物 (anomers)：$\alpha$-D-葡萄糖和$\beta$-D-葡萄糖，它們的區別在於 C1 碳原子上羥基 ($-\text{OH}$) 的方向。

• D-葡萄糖：表示其在 C5 上的 $-\text{CH}_2\text{OH}$ 基團朝上。
• 吡喃環 (Pyranose)：表示六員環結構，其中一個氧原子和五個碳原子。
• $\alpha$ 型：在 C1 碳原子（異頭碳）上，羥基 ($-\text{OH}$) 指向下方 (與 C6 上的 $-\text{CH}_2\text{OH}$ 基團在同一側，或相對於平面是「下」)。
• $\beta$ 型：在 C1 碳原子上，羥基 ($-\text{OH}$) 指向上方 (與 C6 上的 $-\text{CH}_2\text{OH}$ 基團在對側，或相對於平面是「上」)。

繪製 $\alpha$-D-葡萄糖的 Haworth projection：

1. 畫一個六員環，其中一個頂點代表氧原子 (通常在右上角)。
2. 順時針標記碳原子 C1 到 C5。C1 在右上角，C2 在左上角，C3 在左下角，C4 在右下角，C5 在 C4 和氧原子之間。C6 則連接在 C5 上，通常畫成在平面上方。
3. 根據 D-型葡萄糖的規則 (C5 上的 $-\text{CH}_2\text{OH}$ 在平面上方)，以及 $\alpha$ 型的規則 (C1 上的 $-\text{OH}$ 在平面下方)，將其他基團畫在正確的位置。
   • C1: $-\text{OH}$ 在下方，$-\text{H}$ 在上方。
   • C2: $-\text{OH}$ 在上方，$-\text{H}$ 在下方。
   • C3: $-\text{OH}$ 在下方，$-\text{H}$ 在上方。
   • C4: $-\text{OH}$ 在上方，$-\text{H}$ 在下方。
   • C5: $-\text{CH}_2\text{OH}$ 在上方，$-\text{H}$ 在下方。

(b) 兩分子環形 $\alpha$-D-葡萄糖如何藉由 $\alpha$-1,4糖苷鍵結形成一分子環形 $\alpha$-麥芽糖($\alpha$-Maltose) (10分)

麥芽糖 (Maltose) 是一種還原性雙醣，由兩分子葡萄糖透過糖苷鍵連接而成。其化學式為 $C_{12}H_{22}O_{11}$。麥芽糖的結構可以看作是兩分子葡萄糖：一分子是透過其 C1 碳原子參與鍵結，另一分子則是透過其 C4 碳原子參與鍵結。

本題主要考查關於油脂燃燒相關的物理性質，包括煙點、閃點和著火點。這些性質對於食品烹調、儲存及安全至關重要。

1. 煙點 (Smoking Point)：

   • 定義：指油脂加熱時，開始產生明顯煙霧的最低溫度。
   • 意義：當油脂加熱到煙點時，其中的甘油三酯開始分解，產生游離脂肪酸、丙酮醛 (acrolein) 等物質，這些分解產物會散發出煙霧。丙酮醛具有刺激性，不僅會影響食品的風味，長期吸入對健康也不利。
   • 影響因素：油脂的種類、純度、精煉程度（精煉程度越高，雜質越少，煙點越高）、儲存條件（不飽和脂肪酸含量高的油脂較易氧化分解，煙點較低）等都會影響煙點。
   • 食品應用：選擇合適的煙點是選擇烹調用油的關鍵。高溫烹調（如油炸）需要使用煙點較高的油脂。

2. 閃點 (Flash Point)：

   • 定義：指在標準大氣壓下，可燃液體（在此為油脂）的蒸氣與空氣的混合物，當遇到火源時，能夠瞬間產生閃燃（短暫的火焰）的最低溫度。
   • 意義：閃點是衡量油脂揮發性和燃燒危險性的一個指標。閃點越低，表示油脂越容易揮發出可燃性蒸氣，其火災風險也越高。

本題考查對食品中「糖度」與「甜度」兩個概念的理解，以及不同醣類在相同濃度下的相對甜度比較。

(a) 「糖度」和「甜度」的意義 (4分)

• 糖度 (Brix)：

  • 意義：糖度是一個物理量，通常用來表示水溶液中總溶解固形物 (Total Soluble Solids, TSS) 的含量，主要成分是蔗糖。它是一個以百分比 (%) 表示的數值，定義為在 20°C 下，每 100 克溶液中含有多少克蔗糖。
  • 測量方法：通常使用折光儀 (refractometer) 測量，因為溶液中溶解物的濃度會影響光的折射率。
  • 應用：廣泛應用於果汁、葡萄酒、果醬、蜂蜜、濃縮乳製品等食品工業中，用於品質控制、標準化和加工監測。它主要反映了溶液的「濃度」或「溶解固形物含量」，而不直接代表「甜度」。

• 甜度 (Sweetness)：

  • 意義：甜度是一個感官評價，描述的是人類味覺感受到的「甜」的程度。它是一種主觀的感受，與舌頭上的甜味受體細胞的刺激有關。
  • 測量方法：通常透過品評試驗 (sensory evaluation) 進行，由訓練有素的品評員根據標準樣品（如蔗糖溶液）進行評級。

本題考查食品安全領域中，黴菌污染及其產生的毒素對農產品（特別是花生）的危害。

(a) 花生易受何種黴菌污染及其產生的何種毒素 (6分)

花生在儲存不當時，特別是在高溫、高濕的環境下，容易受到某些黴菌的污染，其中最常見且危險的是黃麴黴菌 (Aspergillus flavus) 和赭麴黴菌 (Aspergillus parasiticus)。

這些黴菌在適宜的條件下（如溫度 25-30°C，濕度 80-85%）會產生一類稱為黃麴毒素 (Aflatoxins) 的代謝產物。黃麴毒素是一組具有強烈毒性的黴菌毒素，其中最常見的種類包括黃麴毒素 B1 ($AFB_1$)、B2 ($AFB_2$)、G1 ($AFG_1$) 和 G2 ($AFG_2$)。其中，黃麴毒素 B1 的毒性最強。

(b) 該毒素（黃麴毒素）之毒性為何 (4分)

黃麴毒素是一類強烈的肝臟毒素 (hepatotoxin)，並且被世界衛生組織 (WHO) 國際癌症研究機構 (IARC) 列為第一類人類致癌物 (Group 1 carcinogen)。其毒性主要表現在以下幾個方面：

本題主要考查台灣食品法規中關於食品添加物及加工助劑的相關知識。

(a) 載體 (Carrier) 的解釋與核准物質 (5分)

• 解釋：
  依據台灣「食品添加物使用範圍及用量標準」，載體 (Carrier) 指的是食品添加物中，用於稀釋、分散或溶解其他食品添加物，以利於計量、混合、分散或穩定其他添加物之物質。載體本身通常不具有顯著的食品添加物功能，但能幫助主要功能性添加物更均勻地分散於食品中，或改善其物理性質。

• 目前核准可供載體使用之物質：
  根據台灣「食品添加物使用範圍及用量標準」第15類「其他」的規定，目前核准作為載體使用的物質主要包括：

  1. 阿拉伯膠 (Acacia gum)
  2. 麥芽糊精 (Maltodextrins)
  3. 二氧化矽 (Silicon dioxide)
  4. 碳酸鈣 (Calcium carbonate)
  5. 氧化鎂 (Magnesium oxide)
  6. 磷酸鈣 (Calcium phosphate)
  7. 硫酸鈣 (Calcium sulfate)
  8. 微結晶纖維素 (Microcrystalline cellulose)
  9. 聚山梨醇酐脂肪酸酯類 (Polysorbates)
  10. 海藻酸鈉 (Sodium alginate)
  11. 玉米糖膠 (Xanthan gum)
  12. 二氧化矽 (矽藻土) (Diatomaceous earth, amorphous)
  13. 硬脂酸鎂 (Magnesium stearate)
  14. 硬脂酸鈣 (Calcium stearate)
  15. 改性玉米澱粉 (Modified corn starch) (部分用途)
  16. 甘油 (Glycerol) (部分用途)
  17. 丙二醇 (Propylene glycol) (部分用途)

  （請注意：實際法規內容可能隨時更新，建議查閱最新版「食品添加物使用範圍及用量標準」確認。）

(b) 一氧化二氮 (Nitrous Oxide) 的食品添加物分類與用途 (5分)

• 分類別：
  一氧化二氮 ($N_2O$) 在台灣係被歸類為膨脹劑 (Leavening agent)。它屬於食品添加物的一種，其功能是提供食品膨脹的氣體。

• 食品運用上常見的用途：
  一氧化二氮最常見的用途是作為鮮奶油 (whipped cream) 的填充氣體。當一氧化二氮被注入鮮奶油中時，它會在奶油中溶解並產生細小的氣泡，當壓力釋放（例如透過噴嘴擠壓）時，氣體膨脹，使鮮奶油變得蓬鬆、輕盈且口感滑順。

本題考查食品安全中的食品中毒分類以及食品危害分析重要管制點 (HACCP) 的應用。

(a) Food borne infection 和 food borne toxin-mediated infection 的定義 (4分)

這兩種都是由食物傳播的疾病，但其致病機制不同：

• Food borne Infection (食源性感染)：

  • 定義：指攝入活的病原微生物（如細菌、病毒、寄生蟲）污染的食物，這些微生物在攝入後，於人體腸道內繁殖並引起感染，進而導致疾病。
  • 潛伏期：通常較長，因為微生物需要時間在體內繁殖到足夠數量才能引起症狀。
  • 症狀：可能包括腹瀉、腹痛、噁心、嘔吐、發燒等，症狀的嚴重程度與感染的微生物種類、數量以及個體免疫力有關。
  • 例子：沙門氏菌感染 (Salmonellosis)、李斯特菌感染 (Listeriosis)、彎曲桿菌感染 (Campylobacteriosis)、諾羅病毒感染 (Norovirus infection) 等。

• Food borne Toxin-mediated Infection (食源性毒素介導性感染)：

  • 定義：指攝入的食物中含有由微生物產生的毒素，這些毒素在食物中或在人體腸道內產生，並引起疾病。此類情況又可細分為兩種：
    1. 攝入已在食物中產生毒素的微生物：微生物在食物中生長並產生毒素，攝入後毒素直接引起中毒。例如金黃色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus) 腸毒素中毒。
    2. 攝入活的微生物，但疾病由其在腸道內產生的毒素引起：微生物進入人體腸道後才開始產生毒素，進而引起中毒。例如產氣莢膜梭菌 (Clostridium perfringens) 中毒。
  • 潛伏期：通常較短，因為毒素作用迅速。
  • 症狀：主要與毒素的種類有關，常表現為嘔吐、腹瀉、腹痛，但也可能出現神經系統症狀。
  • 例子：金黃色葡萄球菌腸毒素中毒、產氣莢膜梭菌腸毒素中毒、肉毒桿菌中毒 (Botulism)。

(b) 以生菜沙拉之萵苣為例，HACCP 中「清洗」為 CCP 的安全危害因子與防治措施 (6分)

在餐飲業的生菜沙拉製作過程中，萵苣（或其他葉菜類）是常見的食材。若將「清洗」步驟設定為重要管制點 (Critical Control Point, CCP)，則表示此步驟對於預防或消除食品安全危害至關重要。

• 顯著的安全危害因子 (Significant Safety Hazard)：
  對於生菜沙拉中的萵苣，最顯著的安全危害因子是：
  1. 微生物污染：包括致病性細菌（如沙門氏菌、大腸桿菌 O157:H7、李斯特菌）、病毒（如諾羅病毒）和寄生蟲卵。

本題旨在比較直鏈澱粉 (amylose) 與支鏈澱粉 (amylopectin) 在化學結構、物理化學性質（凝膠、糊化、回凝）以及烹飪應用上的差異。兩者都是澱粉的主要組成成分，但結構上的不同導致了性質的顯著差異。

Amylose (直鏈澱粉) 和 Amylopectin (支鏈澱粉) 的比較：

本題考查食品學中關於肉品顏色變化的原因，以及如何判斷其食用安全性。

(a) 牛排是否有食用安全的疑慮 (5分)

根據題幹描述，牛排在購買時為冷藏狀態，包裝標籤未逾保存期限，且無異味。即使觀察到牛排表面有不同層次的顏色變化（最外層鮮紅、中間棕、內層紫），在這種情況下，通常沒有食用安全的疑慮。

這些顏色變化是肉品在儲存和接觸空氣過程中常見的物理化學現象，與肉品新鮮度和品質有關，但不一定代表肉品腐敗或變質。

(b) 產生不同肉品顏色的現象原因 (5分)

肉品（尤其是紅肉，如牛肉）的顏色主要由一種蛋白質——肌紅蛋白 (Myoglobin) 的狀態決定。肌紅蛋白負責儲存和運輸氧氣，其鐵離子的氧化狀態和與氧氣的結合方式會影響肉的顏色。

1. 最外層呈現鮮紅色 (Bright Red)：

   • 原因：這是牛排與空氣（氧氣）充分接觸的區域。肌紅蛋白中的亞鐵離子 ($Fe^{2+}$) 與氧氣結合，形成氧合肌紅蛋白 (Oxymyoglobin)。這種形式的肌紅蛋白呈現明亮的鮮紅色。這是新鮮肉品最常見的顏色。

2. 中間層為棕色 (Brown)：

   • 原因：這是肌紅蛋白中的亞鐵離子 ($Fe^{2+}$) 被氧化成鐵離子 ($Fe^{3+}$)，形成變性肌紅蛋白 (Metmyoglobin)。