115 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）》

本題為基本觀念題，主要在於釐清食物學與食品安全領域中的重要專有名詞。

(-) HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points)
危害分析重要管制點系統，是一個系統性的預防方法，用於識別、評估和控制食品生產過程中所有潛在的危害，以確保食品安全。它強調在生產過程的關鍵點進行監測和控制，以防止危害發生或將其降低到可接受的水平。

(二) GRAS (Generally Recognized As Safe)
普遍認為安全，是美國食品藥物管理局 (FDA) 對於添加到食品中的物質（如食品添加劑、香料等）的一種分類。被列為 GRAS 的物質，表示根據科學證據和專家意見，在預期使用條件下，這些物質被認為對人體是安全的，不需要 FDA 的預先批准。

(三) ADI (Acceptable Daily Intake)
每日可接受攝取量，通常用於評估食品添加劑或某些營養素的安全性。它指的是一個人一生中，每天攝入某種物質的量，即使終生攝入也不會對健康產生可察覺的風險。ADI 值通常是基於動物實驗數據，並考慮了安全係數後得出的。

(四) Foodborne toxicoinfection
食源性毒素感染，這是一種由食物引起的疾病，其病原體在進入人體後，除了會造成感染外，還會產生毒素。與單純的食物中毒（intoxication，僅由攝入毒素引起）不同，毒素感染需要病原體在體內繁殖並分泌毒素才能引起症狀。例如，某些細菌（如沙門氏菌）感染後，其產生的毒素是疾病的主要原因。

本題考查綠色蔬菜烹調過程中影響葉綠素穩定性的因素及相應的保綠方法。葉綠素在酸性、高溫和金屬離子存在下易被破壞，導致蔬菜顏色變暗。

防止綠色蔬菜葉綠素變色的方法主要有以下幾種：

1. 縮短烹調時間並快速降溫：葉綠素對高溫敏感，長時間高溫烹調會加速其分解。因此，採用快速焯水、蒸煮或微波烹調，並在烹調後立即用冷水沖洗（冰浴）或風冷，可以快速降低溫度，減緩葉綠素的降解。

2. 避免在酸性環境下烹調：葉綠素在酸性條件下易被破壞，形成脫鎂葉綠素，顏色變為暗褐色。因此，在烹調綠色蔬菜時，應盡量避免加入醋、檸檬汁等酸性調味料，或減少其用量。若需調味，可考慮在烹調後再加入。

3. 加入鹼性物質（如小蘇打）：在烹調綠色蔬菜時，短時間內加入極少量的小蘇打（碳酸氫鈉）或蘇打灰（碳酸鈉），可以提高水的pH值，形成弱鹼性環境。弱鹼性環境有助於穩定葉綠素，防止其變色。但需注意，加入過多或時間過長會破壞蔬菜的維生素（特別是維生素C和B群），並可能影響口感，使其變軟爛。

本題考查乳化系統的分類及其在食品中的應用。乳化系統是指兩種不互溶的液體（通常是水和油）在乳化劑的作用下，形成穩定的分散體系。

O/W 乳化系統 (Oil-in-Water emulsion)：
O/W 乳化系統是指油滴分散在連續的水相中。在此系統中，水是連續相，油是分散相。乳化劑的親水基團朝向水相，親油基團朝向油滴。

• 特點：口感通常較清爽，因為連續相是水。
• 食品範例：
  • 牛奶：牛奶是天然的 O/W 乳液，其中脂肪球（油滴）分散在水相（含有蛋白質、乳糖、礦物質等）中。
  • 美乃滋 (Mayonnaise)：雖然美乃滋看起來濃稠，但它是一種典型的 O/W 乳液，油（植物油）分散在水相（醋、蛋黃等）中。
  • 鮮奶油：打發的鮮奶油也是 O/W 乳液，脂肪球被包裹在空氣中，而整體體系是水相。

本題考查評估魚貝類新鮮度的各種方法。魚貝類一旦捕撈，其品質便開始下降，透過不同方法可以評估其新鮮度。

1. 感官評估法 (Sensory Evaluation)：
這是最直接、最傳統的評估方法，透過觀察、觸摸、聞嗅來判斷。

• 外觀：新鮮魚貝類應具有光澤，魚體完整，鱗片緊密不易脫落。魚眼應飽滿、清澈、角膜透明，瞳孔黑色。魚鰓應鮮紅或粉紅色，無黏液或異味。貝類應外殼完整，閉合或輕觸後會閉合，無破損。
• 氣味：新鮮魚貝類應有淡淡的海水味或魚腥味，無氨味、腐敗味或其他異味。
• 觸感：魚體表面應濕潤、有彈性，手指按壓後凹陷應能迅速恢復。魚鰓應有黏性但不過度黏滑。貝類應感覺沉重，無空殼感。

2. 生化學法 (Biochemical Methods)：
利用魚貝類體內隨著時間推移而發生的生化變化來評估新鮮度。

• 揮發性鹽基氮 (TVB-N, Total Volatile Basic Nitrogen)：魚類組織中的蛋白質分解會產生揮發性鹽基氮化合物（如氨、三甲胺 TMA）。TVB-N 的含量與魚的腐敗程度呈正相關。TVB-N 含量越高，表示腐敗程度越嚴重。
• 三甲胺 (TMA, Trimethylamine)：在魚類腐敗過程中，特別是硬骨魚，細菌會將三甲胺氧化物 (TMAO) 還原為三甲胺 (TMA)，TMA 具有明顯的魚腥腐敗味。TMA 含量是評估魚類新鮮度的重要指標。
• pH值：新鮮魚肉 pH 值通常在 6.5-6.8 之間。隨著蛋白質分解和乳酸積累，pH 值會發生變化。
• 肌苷酸 (IMP, Inosine Monophosphate) 及其降解產物：IMP 是魚類 ATP 的降解產物，是鮮味的來源。

本題考查發酵乳製品的特性、保存方法及其相關的食品科學原理，包括水活性、柵欄效應、乳酸發酵和滅菌方法。

(一) 水活性 (water activity, aw) 定義及其與微生物生長的關係：

• 定義：水活性 (aw) 是指食品中自由水（未與溶質結合、可供微生物利用的水）的相對量，其值介於 0 到 1 之間。它等於食品平衡蒸汽壓與純水在相同溫度下的蒸汽壓之比。$a_w = \frac{P}{P_0}$，其中 $P$ 為食品的平衡蒸汽壓，$P_0$ 為純水的平衡蒸汽壓。
• 與微生物生長的關係：微生物的生長和繁殖需要水。水活性的降低會限制微生物的生長。不同的微生物對水活性的要求不同：
  • 大多數細菌需要較高的水活性（通常 > 0.90）。
  • 酵母菌的耐受性較好（可低至 0.85）。
  • 黴菌（特別是嗜鹽菌和嗜滲壓菌）的耐受性最強，有些黴菌甚至可以在 aw < 0.60 的條件下生長。
  • 因此，通過降低食品的水活性，可以有效抑制或阻止微生物的生長，延長食品的保質期。

(二) 柵欄效應 (hurdle effect) 解釋及其在該乳製品中的應用：

• 柵欄效應解釋：柵欄效應是指將多種食品保存方法（柵欄）組合起來，通過各種因素的協同作用，共同抑制微生物的生長，從而達到延長食品保質期的目的。即使單一柵欄因素不足以完全抑制微生物，但多種柵欄因素的組合可以產生協同效應，大大提高食品的穩定性。
• 該乳製品中的柵欄：
  1. pH 值：發酵乳製品的 pH 值為 4.5，這是一個酸性環境，不利於大多數細菌（尤其是致病菌和腐敗菌）的生長。
  2. 水活性 (aw)：水活性為 0.94，雖然相對較高，但對於某些極端耐低水活性的黴菌和酵母菌來說，仍可能構成一定的抑制。然而，與其他柵欄結合，它仍然是該產品保存的重要因素。
  3. 高溫短時間巴斯德滅菌 (HTST Pasteurization)：滅菌處理能夠殺滅大部分的致病菌和部分腐敗菌，顯著降低了微生物的初始數量。
  4. 冷藏條件 (Refrigeration)：低溫可以顯著減緩殘存微生物的生長速率，抑制許多中溫性微生物的繁殖。
  • 協同作用：pH 4.5 的酸性環境、巴斯德滅菌降低的初始菌數、以及冷藏的低溫條件，共同作用，有效抑制了嗜冷菌、嗜酸菌以及對熱不敏感的殘存微生物的生長，從而保證了產品的品質和安全。

(三) 同質乳酸發酵 (homolactic fermentation) 的意義：

• 意義：同質乳酸發酵是指乳酸菌在發酵過程中，主要將乳糖（或葡萄糖）代謝產生乳酸，而副產物極少。在大多數情況下，同質乳酸菌將葡萄糖轉化為兩分子的乳酸，其總反應式為：$C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2 C_3H_6O_3$。
• 對發酵乳製品的貢獻：
  • pH 下降：產生大量的乳酸，使發酵乳製品的 pH 值快速下降，形成酸性環境，這有助於抑制其他雜菌的生長，提高食品的安全性。
  • 風味形成：乳酸賦予發酵乳製品獨特的酸味和風味。
  • 質地改變：乳酸的產生會導致酪蛋白凝結，形成發酵乳特有的凝膠狀質地。

(四) 巴斯德滅菌 (pasteurization) 解釋，並比較和商業滅菌 (sterilization) 的差異：

• 巴斯德滅菌 (Pasteurization)：
  • 解釋：巴斯德滅菌是一種熱處理方法，其目的是殺滅食品中大部分的致病微生物，並減少引起腐敗的微生物數量，同時盡量減少對食品的營養成分和感官品質的影響。它不是為了殺滅所有微生物，而是將微生物數量降低到不足以引起疾病或快速腐敗的水平。

本題考查蛋白質的特性，特別是乳清蛋白與酪蛋白在運動營養產品中的應用，以及蛋白質的乳化特性對產品品質的影響。

(一) 選擇乳清蛋白而非酪蛋白作為即飲高蛋白產品蛋白來源的原因：
此題需從蛋白質的分子結構、胺基酸組成和消化吸收特性來分析。

• 分子結構與溶解性：

  • 乳清蛋白 (Whey Protein)：乳清蛋白是球狀蛋白，其結構相對較為開放，且含有較多的親水性胺基酸。在水溶液中，乳清蛋白能夠較好地分散和溶解，形成穩定的膠體溶液，這使得即飲產品具有良好的溶解性和順滑的口感。
  • 酪蛋白 (Casein)：酪蛋白主要以膠束 (micelle) 的形式存在，其結構相對緊密，且疏水性較強。在水中，酪蛋白的溶解度較低，容易形成沉澱或凝膠。雖然酪蛋白的消化速度較慢，適合作為緩釋型蛋白質，但對於需要快速溶解、即時補充的即飲產品，其溶解性較差。

• 胺基酸組成與吸收特性：

  • 乳清蛋白：乳清蛋白富含支鏈胺基酸 (BCAAs，如白胺酸 Leucine, 異白胺酸 Isoleucine, 纈胺酸 Valine)，這些胺基酸對於肌肉蛋白質合成至關重要。乳清蛋白的消化吸收速度非常快，能在短時間內提供大量胺基酸進入血液循環，迅速被肌肉組織利用，這非常符合運動後即時補充蛋白質的需求。
  • 酪蛋白：酪蛋白的消化吸收速度較慢，它會在胃中與胃酸作用形成凝塊，緩慢釋放胺基酸。這使其成為適合長時間提供蛋白質的選擇，例如睡前補充，但對於即時補充則不如乳清蛋白。

• 總結：選擇乳清蛋白是因為其優異的溶解性，便於製成即飲粉末產品；其快速的消化吸收速度以及豐富的支鏈胺基酸，能迅速滿足運動後肌肉修復和生長的需求。

本題考查微生物的氧氣需求、酵素功能以及常見的食品微生物種類。題目要求根據提供的酵素活性數據，判斷微生物的氧氣需求，並將其與已知的三種微生物進行配對，最後解釋三種酵素的功能。

第一部分：判斷微生物的氧氣需求

微生物的氧氣需求主要與其代謝途徑中的酶系統有關，特別是涉及氧氣的氧化還原反應。

• 絕對好氧菌 (Obligate Aerobes)：必須在有氧氣的環境下生長，它們利用氧氣作為最終電子受體進行呼吸作用。
• 耐氧厭氧菌 (Facultative Anaerobes)：在有氧氣存在時進行呼吸作用，在無氧氣時可進行發酵或無氧呼吸。它們對氧氣有適應性。
• 絕對厭氧菌 (Obligate Anaerobes)：嚴格不能在有氧氣的環境下生長，氧氣對它們有毒性。它們通常利用無氧呼吸或發酵。

表格數據分析：

• 微生物 A：Superoxide dismutase (+), Catalase (+), Peroxidase (+)

  • Superoxide dismutase (SOD)：能將超氧自由基（$O_2^-$）轉化為氧氣和過氧化氫（$H_2O_2$）。超氧自由基是氧氣代謝的產物，在有氧環境中會產生。SOD 的存在表明該微生物能在有氧環境中生存或代謝。
  • Catalase：能將過氧化氫（$H_2O_2$）分解為水和氧氣。過氧化氫也是氧氣代謝的產物，並且對細胞有毒。Catalase 的存在表明該微生物能有效處理有毒的氧代謝產物。
  • Peroxidase：也能分解過氧化氫。
  • 結論：這三種酶（SOD, Catalase, Peroxidase）都是抵抗氧氣毒性的關鍵酶。同時具有這三種酶的微生物，通常是絕對好氧菌，因為它們能有效處理氧氣代謝產生的有毒自由基，並利用氧氣進行能量代謝。

• 微生物 B：Superoxide dismutase (+), Catalase (--), Peroxidase (+)

  • SOD (+)：能處理超氧自由基。
  • Catalase (--)：缺乏催化酶。
  • Peroxidase (+)：能處理過氧化氫。
  • 分析：雖然有 SOD 和 Peroxidase，但缺乏 Catalase。某些耐氧厭氧菌（特別是那些進行發酵的）可能缺乏 Catalase，但能利用 Peroxidase 來處理過氧化氫。有些資料也將缺乏 Catalase 但有 SOD 和 Peroxidase 的菌歸為好氧菌或耐氧厭氧菌。然而，在常見的分類中，許多進行發酵的耐氧厭氧菌（如乳酸菌）可能缺乏 Catalase。
  • 進一步考慮：如果 B 確實缺乏 Catalase，但有 SOD 和 Peroxidase，這意味著它能處理超氧自由基，也能處理過氧化氫，但處理過氧化氫的方式不是通過 Catalase，而是 Peroxidase。這在某些厭氧或兼性厭氧菌中是常見的。

• 微生物 C：Superoxide dismutase (--), Catalase (--), Peroxidase (--)

  • SOD (--)：缺乏處理超氧自由基的能力。
  • Catalase (--)：缺乏處理過氧化氫的能力。
  • Peroxidase (--)：缺乏處理過氧化氫的能力。
  • 結論：這表明該微生物對氧氣及其代謝產物極為敏感，無法在有氧環境中生存，因為它缺乏抵抗氧氣毒性的關鍵酶。因此，它是絕對厭氧菌。

第二部分：配對微生物 A, B, C

已知三種微生物：

1. Clostridium botulinum (肉毒桿菌)：絕對厭氧菌。
2. Lactobacillus casei (乾酪乳桿菌)：通常是兼性厭氧菌或微需氧菌，進行乳酸發酵，對氧氣敏感，常缺乏 Catalase，但可能具有 SOD 和 Peroxidase。
3. Staphylococcus aureus (金黃色葡萄球菌)：耐氧厭氧菌，進行呼吸作用或發酵，需要氧氣但也能在無氧條件下生長，通常具有 SOD 和 Catalase。

配對結果：

• 微生物 C：缺乏 SOD、Catalase、Peroxidase，對氧氣極度敏感，只能在無氧環境中生長，這與 Clostridium botulinum (肉毒桿菌) 的特徵（絕對厭氧菌）完全吻合。