109 食品技師高等考試 食品技師 食品加工學（第二次） 考古題詳解

核心觀念

本題考查食品品質劣化的反應動力學與溫度效應，並運用實驗所得的反應速率常數，估算產品在特定儲存條件下達到品質界限的時間，也就是保存期限。

食品劣化指標可依產品特性選定，例如維生素含量、色澤、風味、褐變程度、微生物數或氧化產物濃度。應先定義「可接受品質界限」，再分析該指標隨時間的變化。保存期限是產品品質降至此界限所需的時間；若涉及安全性，則須另依適用的安全標準判定，不能只以感官品質取代安全評估。

解題方法

一、選定品質指標並取得時間序列資料

將同批產品分裝，在數個固定儲存溫度下保存，於不同時間取樣，測定選定的品質指標 $C$。實驗須控制包裝、光照、氧氣、濕度等條件，使溫度以外的因素盡量一致。

接著以不同反應級數的積分式檢視資料，判定哪一種動力學模式最能描述品質變化。

二、判定反應級數並求速率常數

常見的零級與一級反應式如下。此處以品質成分含量 $C$ 表示，劣化時 $C$ 隨時間降低。

零級反應：

$$-\frac{dC}{dt}=k$$

積分後為：

$$C_t=C_0-kt$$

若 $C$ 對時間 $t$ 作圖呈直線，表示零級模式適用；斜率為 $-k$，故 $k$ 為正值，單位為「濃度／時間」。

一級反應：

$$-\frac{dC}{dt}=kC$$

積分後為：

$$\ln\left(\frac{C_t}{C_0}\right)=-kt$$

若 $\ln C$ 對時間作圖呈直線，表示一級模式適用；斜率為 $-k$，$k$ 的單位為「時間的倒數」。

判定時應比較各模式的線性程度與殘差，並確認模式符合品質變化的實際情形。選定反應級數後，分別由各儲存溫度的時間序列求得速率常數 $k$。

三、以 Arrhenius 關係分析活化能

反應速率常數通常隨溫度上升而增加，可用 Arrhenius 方程式描述：

$$k=A\exp\left(-\frac{E_a}{RT}\right)$$

其中 $A$ 為頻率因子，$E_a$ 為活化能，$R$ 為氣體常數，$T$ 為絕對溫度（K）。取自然對數後：

$$\ln k=\ln A-\frac{E_a}{R}\frac{1}{T}$$

將不同溫度測得的 $\ln k$ 對 $1/T$ 作圖，若呈直線，其斜率 $m$ 為：

$$m=-\frac{E_a}{R}$$

因此：

$$E_a=-mR$$

也可用兩個溫度點估算：

$$\ln\left(\frac{k_2}{k_1}\right) =-\frac{E_a}{R}\left(\frac{1}{T_2}-\frac{1}{T_1}\right)$$

整理得：

核心觀念

本題考查擠壓加工的連續輸送、加熱、混合、剪切、加壓與成形等作用，以及操作條件如何影響產品品質。擠壓加工是將食品原料送入擠壓機，在機筒內經螺桿輸送與處理，使其形成可流動或具塑性的物料，再由模孔連續擠出成形；必要時利用出口壓力驟降，使物料膨化。

解題方法

作答可依序說明「設備怎麼運作、哪些因子改變加工結果、可製成哪些食品」。擠壓機通常由進料裝置、機筒、螺桿、加熱或冷卻系統及模具組成。

原料進入機筒後，螺桿旋轉將物料向前推送，並使其混合、揉捏與剪切；機筒加熱及剪切摩擦產生的熱，使原料升溫並發生物理、化學變化。物料在機筒中受到壓縮與加壓，最後由模孔擠出，形成指定形狀。若加工物料含水，且機筒內具有足夠溫度與壓力，物料離開模孔時壓力迅速下降，水分部分汽化，體積膨脹並形成多孔組織。模孔形狀決定產品截面，切刀可調整產品長度。

常見擠壓機有單螺桿與雙螺桿型；雙螺桿機的混合與輸送能力較強，較適合配方複雜或物料性質變化較大的加工。

影響擠壓成敗與品質的操作因子

• 原料組成與性質：澱粉含量、蛋白質、脂肪、纖維及原料粒徑均會影響黏度、流動性、糊化與膨化。澱粉有助於形成膨化結構；脂肪含量過高則可能潤滑物料、降低剪切作用與膨化程度。原料水分須與配方及設備條件配合。
• 進料水分：水分影響物料塑性、黏度、剪切與膨化。水分過低，物料可能過度剪切、扭矩升高或加工不穩；水分過高則常降低熔體黏度與膨化程度，產品較緻密。
• 機筒溫度：溫度影響澱粉糊化、蛋白質變性、物料黏度及熱分解程度。溫度過低可能造成糊化或熟化不足；過高則可能使產品過度褐變、營養成分受損或產生焦化。
• 螺桿轉速與螺桿構造：轉速及螺桿元件影響輸送、混合、剪切、停留時間與機械能輸入；

核心觀念

食用油脂精煉的目的，是去除粗製油中的游離脂肪酸、磷脂質、色素、氧化產物、異味物質及微量金屬等雜質，同時盡量減少中性油脂損失，並避免精煉過程破壞油脂品質。

常見的五大程序依序為：脫膠、中和、脫色、脫臭、冬化（脫蠟）。實際流程會依油料種類及產品用途調整；例如含蠟較多的油脂才特別需要冬化。

解題方法

依精煉時各類雜質的性質與移除方式作答：先處理可水合或可沉降的磷脂質，再去除游離脂肪酸，接著吸附色素，利用蒸汽蒸餾去除揮發性異味物質，最後以低溫結晶分離蠟質或高熔點成分。每項程序均交代目的、方法與原理。

五大程序說明

一、脫膠（degumming）

• 目的： 去除粗油中的磷脂質、黏液質及部分蛋白質、糖類與微量金屬，減少後續精煉、加熱時的起泡與沉積，也提升油脂安定性。
• 實施方法： 對油脂加水或稀酸（常用磷酸、檸檬酸）並充分混合，再加熱、靜置或離心分離；水化膠質可隨水相分離。部分非水化磷脂質需經酸處理後再水化分離。
• 原理： 磷脂質具有親水性。加水後可吸水膨潤、聚集成膠質，再利用密度差沉降或離心分離；酸處理則可使部分非水化磷脂質轉成較易水化的形式。

二、中和（neutralization）

• 目的： 去除游離脂肪酸，並帶走部分殘留磷脂質、色素及其他雜質。
• 實施方法： 對油脂加入氫氧化鈉等鹼液，使游離脂肪酸形成皂腳，再以沉降或離心方式分離皂腳；之後以水洗去除殘留皂分，並乾燥油脂。
• 原理： 游離脂肪酸與鹼進行中和反應，生成脂肪酸鹽（皂）及水：

$\mathrm{RCOOH + NaOH \rightarrow RCOONa + H_2O}$

皂腳可吸附或夾帶部分雜質，但鹼量過多、混合不當或反應條件控制不佳，會增加中性油脂皂化與油脂損失。

三、脫色（bleaching）

核心觀念

豬肉酥屬於肉類乾燥調理加工品，常見產品包括肉酥、肉鬆。加工的核心是先將豬肉煮熟至組織軟化，再撕裂成細絲，調味後經炒鬆、乾燥，使水分降低、質地蓬鬆並延長保存性。低水分有助抑制微生物生長，但成品仍須防止加工後污染、受潮及氧化。

本題重點是依序說明製程，並把各步驟的目的與原理連結起來；食安風險則以「風險來源—控制措施」配對作答。

解題方法：依加工目的排列製程

加工步驟	目的及原理
1. 原料驗收與修整	選用新鮮、衛生且經檢驗合格的豬肉，去除筋膜、淋巴結、碎骨及過多脂肪。降低初始微生物負荷，避免異物與不良氣味，也減少脂肪氧化及成品油膩。全程冷藏並避免生熟交叉污染。
2. 切塊與清洗	將肉切成大小一致的塊狀，利於均勻加熱；清洗去除表面污物後瀝乾。切塊不可過大，以免中心熟化不足。
3. 水煮或蒸煮	將肉加熱至熟，使肌原纖維及結締組織變性、軟化，並降低病原微生物。常加入薑、蔥、酒等去腥調味。加熱時間依肉塊大小與設備調整，應確認肉塊中心充分熟化；不可只以表面變色判定。
4. 冷卻、撕裂或初步搗鬆	熟肉冷卻至可安全操作的程度後，剝除不需要的組織，再沿肌纖維方向撕成細絲或搗散。形成纖維狀結構，使後續調味較均勻，也便於炒製時水分逸散。冷卻及暫存時間須受控，避免熟肉在室溫久置。
5. 調味與拌合	依配方加入糖、鹽、醬油、香辛料等，使味道均勻。糖、鹽也影響風味與水分狀態，但一般用量不足以單獨作為可靠的保存殺菌措施。調味料及器具須符合衛生要求。
6. 炒鬆與乾燥	以鍋炒或機械炒製，使肉絲持續翻動、散開並蒸發水分，形成鬆散口感。控制火力與時間，避免局部焦化；炒製不足會使水分偏高、易結塊及腐敗，過度加熱則會降低風味品質並增加焦化物生成。
7. 冷卻與篩選	將成品迅速冷卻至適合包裝的溫度，避免熱裝造成水氣凝結；篩除焦粒、硬塊或異物。冷卻區及人員、器具須維持衛生，避免熟後再污染。

核心觀念

本題考查食品乾燥時的空氣溫濕狀態、乾燥速率變化、水分含量表示法，以及乾燥造成的外觀與組織變化。作答時應先定義各名詞，再說明兩者的差異或彼此關係。

解題方法

依「定義 → 形成原因或計算方式 → 彼此關係」逐組比較。乾燥過程可從空氣的熱濕狀態、水分由物料內部移向表面的速率，以及物料乾燥前後的質量與外觀變化來說明。

（一）濕球溫度與乾球溫度

• 乾球溫度（dry-bulb temperature）：以一般溫度計測得的空氣溫度；感溫球乾燥、不受水分蒸發直接影響。
• 濕球溫度（wet-bulb temperature）：感溫球包覆濕布並使水分持續蒸發時所測得的溫度。蒸發吸熱，使濕球溫度通常低於乾球溫度。
• 差異與關聯：兩者的差值反映空氣使水分蒸發的能力。空氣越乾燥、相對濕度越低，蒸發越旺盛，濕球溫度通常越低，乾濕球溫差越大；空氣接近飽和時，蒸發減弱，兩者趨近。於一般未飽和空氣中，乾球溫度不低於濕球溫度；飽和時兩者相等。

（二）恆率乾燥期與減率乾燥期

• 恆率乾燥期（constant-rate period）：物料表面維持濕潤，表面水分可充分供應蒸發，乾燥速率大致維持一定。此階段主要受外部條件控制，例如空氣溫度、相對濕度、流速及物料表面狀態。
• 減率乾燥期（falling-rate period）：表面水分逐漸不足後，水分須由物料內部移動至表面，乾燥速率隨含水量降低而下降。此階段常受內部水分擴散、毛細流動及物料結構等因素控制。
• 差異與關聯：當物料含水量降至臨界含水量附近，表面不再能持續保持充分濕潤，乾燥由恆率期轉入減率期。不同物料的臨界含水量及是否出現明顯恆率期，會受物料性質與乾燥條件影響。

（三）濕重基準與乾重基準

設物料中水分質量為 $m_w$、乾物質質量為 $m_s$，總質量為 $m=m_w+m_s$。

• 濕重基準含水率（wet-basis moisture content）：水分質量占物料總質量的比例：

$$X_{wb}=\frac{m_w}{m_w+m_s}\times 100\%$$

• 乾重基準含水率（dry-basis moisture content）：水分質量相對於乾物質質量的比例：