114 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（含食物學、食品衛生與安全）》

本題主要考驗學生對「乳化作用」的理解，以及如何將其應用於食農教育的實驗設計與食品保存。

一、實驗設計與製作原理

• 實驗名稱： 簡易沙拉醬製作與乳化作用探索
• 實驗目的：
  1. 透過親手製作沙拉醬，體驗水與油兩種不互溶介質如何透過乳化劑形成穩定的混合體。
  2. 理解乳化劑在穩定乳滴中的作用機制。
  3. 連結食農教育中「飲食健康與消費」的面向，認識日常食品中的乳化現象。
• 製作原理：
  乳化作用是指兩種互不相溶的液體（通常是油和水）在乳化劑的幫助下，形成穩定分散體系的過程。在這個實驗中，油（如食用油）和水（如醋、檸檬汁）是兩種不互溶的液體。蛋黃中的卵磷脂（lecithin）是天然的乳化劑，其分子具有親水端和親油端。親油端會與油結合，親水端則與水結合，形成一個界面層，降低油滴與水之間的表面張力，並在油滴周圍形成保護層，阻止油滴聚集，從而形成穩定的油包水（O/W）或水包油（W/O）乳液。
• 實驗步驟：
  1. 材料準備：
     • 蛋黃：1個
     • 植物油（如葵花籽油、橄欖油）：約100-150 ml
     • 醋或檸檬汁：約20-30 ml
     • 鹽、糖、胡椒粉（調味）：適量
     • 打蛋器或攪拌器
  2. 製作過程：
     • 將蛋黃放入碗中，加入少許鹽、糖、胡椒粉，用打蛋器攪拌均勻。
     • 分次、緩慢地將植物油加入蛋黃液中，同時不停地攪拌。初期加入油量要非常少，約幾滴，待蛋黃液開始吸收油並變得濃稠後，再逐漸增加油量，但仍需保持緩慢加入並持續攪拌。
     • 當油量加入一半時，加入醋或檸檬汁（約一半的量），繼續攪拌，直到混合物變得濃稠均勻。
     • 最後，緩慢加入剩餘的油和醋/檸檬汁，持續攪拌至所有材料完全混合，形成濃稠、均勻的沙拉醬。
  3. 觀察與討論：
     • 觀察沙拉醬的質地、顏色和穩定性。
     • 討論為何油和水可以混合在一起？乳化劑（卵磷脂）扮演了什麼角色？
     • 比較緩慢加入油和快速加入油的差異，體會乳化過程的關鍵。

二、加工方法與原理的保存分析

製作完成的沙拉醬（乳液）由於含有水分、蛋白質（來自蛋黃）和油脂，容易受到微生物污染而變質，因此需要適當的保存方法。

本題主要考驗學生對食品中毒病原體、預防措施以及特定毒素的認識。

一、常造成食品中毒的主要病因物質分類說明 (12分)

食品中毒的病因物質主要可以分為微生物（細菌、病毒、寄生蟲）和毒素（微生物毒素、天然毒素、化學性毒物）兩大類。在台灣，以細菌性食品中毒最為常見。

1. 細菌性食品中毒 (Bacterial Food Poisoning)

   • 致病機制： 細菌本身入侵人體，或其產生的毒素引起中毒。
   • 常見致病菌：
     • 產毒素型 (Toxin-producing types)： 細菌在食品中繁殖並產生外毒素，攝食後毒素引起中毒。潛伏期較短。
       • 金黃色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus)： 廣泛存在於人體皮膚、鼻腔，易污染熟食、奶製品、糕點。其產生的腸毒素（enterotoxin）耐熱，加熱無法破壞。
       • 仙人掌桿菌 (Bacillus cereus)： 存在於土壤、稻米等，分為腹瀉型（產腸毒素）和嘔吐型（產蠟樣毒素 cereulide，耐熱）。易發生在米飯、燉菜等。
       • 產氣莢膜梭狀芽孢桿菌 (Clostridium perfringens)： 厭氧菌，存在於土壤、動物腸道。其產生的腸毒素在小腸引起腹瀉，主要發生在肉類、禽類、湯品等大量製備後未妥善保溫的食品。
       • 肉毒桿菌 (Clostridium botulinum)： 厭氧菌，存在於土壤、水中。產生神經毒素（botulinum toxin），是劇毒，導致肉毒桿菌中毒，影響神經系統，嚴重可致死。常見於罐頭、真空包裝食品、發酵食品。
     • 侵入型 (Invasive types)： 細菌進入腸道後，侵入腸壁或在腸道繁殖產生毒素。潛伏期通常較長。
       • 沙門氏菌 (Salmonella spp.)： 存在於動物腸道、禽蛋。常見於肉類、禽蛋、奶製品、蔬菜。
       • 彎曲桿菌 (Campylobacter spp.)： 存在於禽畜腸道。常見於生或未煮熟的禽肉、牛奶。
       • 大腸桿菌 (Escherichia coli)： 部分菌株（如 E. coli O157:H7）會產生志賀氏毒素（Shiga-like toxin），引起溶血性尿毒症候群（HUS）。常見於生或未煮熟的肉類、牛奶、蔬菜。
       • 李斯特菌 (Listeria monocytogenes)： 嗜冷菌，存在於土壤、水、動物。能通過胎盤感染胎兒，對孕婦、新生兒、免疫低下者尤其危險。常見於乳製品、肉製品、蔬菜。
       • 霍亂弧菌 (Vibrio cholerae)： 水生細菌，引起霍亂。
       • 赤痢菌 (Shigella spp.)： 引起痢疾。

2. 病毒性食品中毒 (Viral Food Poisoning)

   • 致病機制： 病毒經由受污染的食物或水進入人體，主要影響消化系統。
   • 常見病毒：
     • 諾羅病毒 (Norovirus)： 是最常見的病毒性腸胃炎病原體，傳播途徑廣泛，包括受污染的食物（尤其是貝類）、水、接觸感染者或環境表面。症狀為嘔吐、腹瀉。
     • 甲型肝炎病毒 (Hepatitis A virus)： 經口傳播，主要污染貝類、生菜、水果等。引起肝臟發炎。
     • 輪狀病毒 (Rotavirus)： 在嬰幼兒中常見，但也可經食物傳播。

3. 寄生蟲性食品中毒 (Parasitic Food Poisoning)

   • 致病機制： 攝食含有寄生蟲蟲卵或幼蟲的食物，寄生蟲在人體內繁殖或寄生。
   • 常見寄生蟲：
     • 旋毛蟲 (Trichinella spiralis)： 存在於未煮熟的豬肉、野味。
     • 絛蟲 (Tapeworms)： 如牛絛蟲、豬絛蟲，來自未煮熟的牛肉、豬肉。
     • 肝吸蟲 (Liver flukes)： 如中華肝吸蟲，來自生食或未煮熟的淡水魚蝦。
     • 肺吸蟲 (Lung flukes)： 如廣東住血線蟲，來自生食或未煮熟的螺類、蛙類。

4. 其他病因物質

   • 天然毒素 (Natural Toxins)：
     • 植物性毒素： 如姑婆芋、毒蕈、發芽馬鈴薯（龍葵素）、蓖麻豆（蓖麻毒素）。
     • 動物性毒素： 如河豚毒素、雪卡毒素、貝類毒素（麻痺性、記憶喪失性、腹瀉性、神經性貝毒）。
   • 化學性毒物 (Chemical Toxins)：

本題主要探討乳酸菌在優格發酵過程中的協同作用及其對產品的影響，並涉及發酵溫度的最適條件。

一、Lactobacillus bulgaricus 與 Streptococcus thermophilus 的協同作用機制 (4分)

Lactobacillus bulgaricus (LB) 和 Streptococcus thermophilus (ST) 是製作優格中最經典的兩種乳酸菌組合，它們之間存在著重要的協同作用（symbiosis），這種協同作用能促進彼此的生長和發酵效率。

1. 營養物質的交換與產生：
   • ST 的作用： Streptococcus thermophilus 在發酵初期能快速生長，並產生較多的甲酸 (formic acid) 和二氧化碳 ($CO_2$)。這些物質對 Lactobacillus bulgaricus 具有促進生長的作用。
   • LB 的作用： Lactobacillus bulgaricus 則能分解蛋白質，產生胜肽 (peptides) 和胺基酸 (amino acids)。其中，一些胺基酸（如纈胺酸 valine）對 Streptococcus thermophilus 的生長是必需的。此外，LB 還能將ST產生的甲酸進一步代謝，減少其對ST的抑制作用。
2. 酸度環境的調節：
   • ST 的作用： ST 產酸能力相對較快，能迅速降低 pH 值，抑制雜菌的生長，為後續 LB 的生長創造有利的酸性環境。
   • LB 的作用： LB 產酸能力也強，且在較低的 pH 值下仍能維持活性，能進一步降低 pH，使優格凝固，並賦予其特有的酸味。
3. 風味物質的產生：
   • LB 在分解蛋白質過程中產生的胜肽和胺基酸，是形成優格獨特風味的重要前體物質。ST 也能代謝這些物質，共同產生豐富的風味。

總結來說，ST 提供 LB 所需的某些營養素和有利的初始酸度環境，而 LB 則為 ST 提供其他營養素，並進一步提高酸度，兩者相互促進，達到比單獨培養時更快速、更完全的發酵效果。

二、協同作用對優格質地與風味的影響 (4分)

這種乳酸菌的協同作用，對優格最終的質地和風味有著決定性的影響：

1. 質地 (Texture)：
   • 快速凝固： 由於兩種菌都能快速產酸，pH 值能迅速下降至等電點 (isoelectric point) 附近，使牛乳中的酪蛋白 (casein) 發生變性並聚集，形成穩定的三維網絡結構，即優格的凝膠狀質地。

好的，這題主要在探討吞嚥困難患者的飲食設計，特別聚焦於增稠劑的應用以及飲食的黏稠度標準。這涉及到食品科學中關於食品添加物（增稠劑）的性質，以及臨床營養學中針對特殊族群的飲食調製。

第四題詳解

吞嚥困難患者的飲食設計是臨床營養學中的重要課題，其核心目標在於確保食物的安全性與舒適性，以預防吸入性肺炎等併發症，並提升患者的生活品質。增稠劑的添加是達成此目標的關鍵技術之一，透過調整食物的質地，使其更容易被吞嚥。本題將從增稠劑的種類、特性，以及吞嚥困難飲食的黏稠度標準進行探討。

(一) 經常使用的增稠劑 Guar gum 和 Xanthan gum 在來源、化學結構及使用上的差異 (6分)

Guar gum 和 Xanthan gum 是兩種在食品工業中廣泛使用的天然多醣類增稠劑，尤其在吞嚥困難飲食的調製中扮演重要角色。它們在來源、化學結構和使用特性上存在顯著差異。

• 來源 (Source):

  • Guar gum (瓜爾豆膠): 主要來源於豆科植物瓜爾豆 ( Cyamopsis tetragonoloba ) 的種子胚乳。它是一種天然的植物膠。
  • Xanthan gum (三仙膠): 是一種由微生物發酵產生的多醣體，主要由細菌 Xanthomonas campestris 在適當的培養基中發酵產生。

• 化學結構 (Chemical Structure):

  • Guar gum: 是一種線性多醣，主要由甘露糖 (mannose) 和半乳糖 (galactose) 組成，兩者以 $\beta$-(1→4) 鍵連接，半乳糖則以 $\alpha$-(1→6) 鍵連接到甘露糖鏈上。其結構為一個主鏈由甘露糖單元組成，並有約 1/3 的甘露糖單元上連接有半乳糖側鏈。這種結構使其具有良好的水合能力。
  • Xanthan gum: 是一種複雜的陰離子多醣，其結構包含一個纖維素般的 $\beta$-(1→4) 葡萄糖鏈主鏈，但其側鏈結構非常複雜，包含三個單醣單元（兩個甘露糖和一個葡萄糖醛酸）以及一個乙醯基和一個焦糖基。這種高度支鏈和帶電的結構賦予其獨特的流變學特性。

• 使用上的差異 (Differences in Use):

  • 增稠機制與黏度:
    • Guar gum: 透過水合作用增稠，在水中形成黏稠的溶液。其黏度受溫度影響較大，高溫下黏度會下降。
    • Xanthan gum: 具有優異的假塑性 (pseudoplasticity) 和剪切稀化 (shear-thinning) 特性，以及良好的耐熱、耐酸、耐鹽和抗酶解能力。即使在低濃度下也能產生高黏度，且黏度在較寬的溫度和 pH 範圍內保持穩定。其假塑性意味著在靜止狀態下黏度很高，但在受到剪切力（如攪拌或吞嚥）時，黏度會迅速下降，使食物更容易流動，一旦剪切力消失，黏度又會恢復。
  • 口感 (Mouthfeel):
    • Guar gum: 可能會產生輕微的滑膩感或粉狀感。
    • Xanthan gum: 通常能提供更滑順、更接近天然食物質地的口感，且不易產生黏牙感。
  • 應用考量:
    • Guar gum: 常用於冷食或常溫食品，如冰淇淋、醬料。在吞嚥飲食中，其黏度穩定性較差，可能不適合需要長時間保溫的食物。