109 食品技師高等考試 食品技師 食品化學（第一次） 考古題詳解

核心觀念

Karl Fischer（KF）滴定利用水與碘、二氧化硫在醇及鹼存在下的定量反應測定水分。反應中水與碘的莫耳比為 $1:1$，因此消耗的碘量可換算為樣品中的水量。

KF 試劑通常含有碘、二氧化硫、醇類溶劑及鹼。鹼可使用吡啶或咪唑類化合物；醇常用甲醇。鹼用來中和反應生成的酸，維持適當反應條件。滴定可採容量法，依滴定液消耗量計算；也可採庫侖法，由電解產生碘，依電量計算。

解題方法：以化學反應說明定量原理

反應可分為兩步：

1. 二氧化硫先與醇及鹼形成亞硫酸烷基酯型中間物：

其中 $B$ 代表鹼，$R$ 代表烷基。

2. 水參與碘與亞硫酸烷基酯的氧化還原反應，生成硫酸烷基酯及碘離子：

合併後的反應顯示，每 $1$ 莫耳水消耗 $1$ 莫耳碘。滴定時，樣品中的水持續消耗碘；當水已反應完全，開始出現微量過量碘，即達到終點。容量法依碘滴定液的消耗量計算水分；庫侖法則依產生該碘量所需的電量計算水分。

以水的莫耳質量 $18.015\ \mathrm{g/mol}$ 計，水的質量為：

核心觀念

Osborne classification（Osborne 蛋白質分類）是依植物種子蛋白質在不同溶劑中的溶解性與萃取性，將蛋白質分成四類。這是依操作條件區分的傳統分類，並非依蛋白質的生理功能或胺基酸序列分類。

分類時常按逐步萃取來理解：先以水萃取白蛋白，再以稀鹽溶液萃取球蛋白，接著以含水乙醇萃取醇溶蛋白，最後以酸或鹼處理剩餘的麩質蛋白。

解題方法：比較小麥與黃豆

切入點是先比較兩者的主要 Osborne 蛋白質分率，再說明分率組成造成的功能差異。小麥以醇溶蛋白及麩質蛋白為主；黃豆則以球蛋白為主。兩者蛋白質組成與溶解性不同，因此加水後的結構表現也不同。

小麥蛋白

小麥的醇溶蛋白主要為 gliadin，麩質蛋白主要為 glutenin。兩者共同構成麵筋（gluten）的主要蛋白質部分：

• Gliadin多為單體，較能流動，主要使麵糰具有延展性。
• Glutenin可形成聚合體，分子間二硫鍵等作用有助於形成具彈性的網絡。

核心觀念

本題考肌紅素在不同氧化態及氧氣結合狀態下的轉換，以及各型態呈現的肉色。肌紅素是肉品的主要色素，其血基質中的鐵離子價態與是否結合氧氣，會影響肉色：

• 肌紅素（Myoglobin，Mb）：鐵為二價，未結合氧氣時呈紫紅色。
• 氧合肌紅素（Oxymyoglobin，MbO₂）：鐵仍為二價，結合氧氣後呈鮮紅色。
• 氧化肌紅素（Metmyoglobin，MetMb）：鐵氧化為三價，呈褐色，不能結合氧氣。

解題方法

依序說明肉品表面接觸氧氣、氧氣供應不足，以及氧化作用增強時，三種肌紅素的變化：

1. 新鮮肉切面接觸空氣：肉內紫紅色的 Mb 與氧氣結合，形成 MbO₂，因此表面轉為消費者熟悉的鮮紅色。

$\mathrm{Mb + O_2 \rightleftharpoons MbO_2}$

2. 肉品內部或氧氣不足處：氧氣不易進入，MbO₂ 解離成 Mb，肉色呈紫紅色。這是氧氣供應狀況造成的可逆轉換，不代表肉已腐敗。

核心觀念

本題考查阿斯巴甜的結構辨識，以及以 甜味受體作用理論 說明其甜味來源。阿斯巴甜是由天門冬胺酸與苯丙胺酸甲酯形成的二肽型甜味劑，常寫作 L-α-aspartyl-L-phenylalanine methyl ester。

甜味理論常以甜味分子中的 AH–B 單元說明：分子具有氫鍵供體（AH）與氫鍵受體（B），兩者以適當距離及立體方向和甜味受體結合，因而引發甜味訊號。部分甜味模型也以疏水作用區域（常標作 X）補充說明分子與受體的結合。

解題方法

先依二肽結構畫出主鏈，再標出側鏈與末端甲酯：

1. 天門冬胺酸部分提供 $\mathrm{HOOC{-}CH_2{-}CH(NH_2){-}}$。
2. 其胺基與苯丙胺酸的羧基縮合形成肽鍵 $\mathrm{-CO{-}NH-}$。
3. 苯丙胺酸部分的末端羧基以甲醇酯化為 $\mathrm{-COOCH_3}$，側鏈為苄基 $\mathrm{-CH_2{-}C_6H_5}$。

因此，阿斯巴甜的縮寫結構式為：

其系統名稱所表示的結構亦可寫為：

上式中的肽鍵為 $\mathrm{-CO{-}NH-}$；天門冬胺酸側鏈保留一個羧基，苯丙胺酸末端羧基則形成甲酯。

核心觀念

Lys-Ser 是由 Lys（離胺酸）與 Ser（絲胺酸）形成的二胜肽，書寫方向為 N 端 Lys → C 端 Ser。形成胜肽鍵時，Lys 的 α-羧基與 Ser 的 α-胺基脫去一分子水，形成 $\mathrm{-CO-NH-}$。

胜肽鍵中的醯胺氮在一般酸鹼滴定範圍內不視為可滴定基團；Ser 的側鏈羥基也不列入一般胜肽滴定曲線。因此 Lys-Ser 有三個主要可解離基團：

• C 端羧基：$\mathrm{-COOH \rightleftharpoons -COO^- + H^+}$，$pK_a \approx 2.2$
• N 端 α-胺基：$\mathrm{-NH_3^+ \rightleftharpoons -NH_2 + H^+}$，$pK_a \approx 9.0$
• Lys 側鏈 ε-胺基：$\mathrm{-NH_3^+ \rightleftharpoons -NH_2 + H^+}$，$pK_a \approx 10.5$

由於胜肽環境會影響各基團的實際 $pK_a$，數值會因資料來源與實驗條件略有差異；本題以常用的近似值 $2.2、9.0、10.5$ 標示。

解題方法

先由胜肽序列判定兩端基團：第一個胺基酸 Lys 保留 N 端 α-胺基，第二個胺基酸 Ser 保留 C 端 α-羧基。再加上 Lys 未參與成鍵的側鏈 ε-胺基，即得三個主要可滴定基團。

Lys-Ser 結構可寫為：

這是酸性條件下的完全質子化表示式；此時兩個胺基帶正電，C 端羧基為中性，分子淨電荷為 $+2$。

以強鹼滴定時，基團依 $pK_a$ 由低至高逐步失去質子。每經過一個當量鹼，平均淨電荷降低一個單位：

核心觀念

本題考查不飽和脂肪酸氧化後生成揮發性醛類的途徑，以及 cis-3-Hexenal 的結構與雙鍵立體構型。cis-3-Hexenal 又稱 (Z)-3-hexenal，是含六個碳的 α,β-不飽和醛；其前驅物主要是 α-亞麻油酸（α-linolenic acid）的 13-氫過氧化物。

化學結構

醛基碳為 C1，從醛基端開始編號，雙鍵位於 C3 與 C4：

$\mathrm{OHC{-}CH_2{-}CH{=}CH{-}CH_2{-}CH_3}$

其中 C3=C4 為 cis（Z） 構型；在雙鍵兩端，較高優先序的基團位於同側：

 CH₂CHO CH₂CH₃
 \ /
 C ═ C
 / \
 H H

生成機制

油脂中的 α-亞麻油酸（18:3）含多個雙鍵，氧化時可先在脂肪酸鏈上形成脂質氫過氧化物。典型酵素途徑分兩步：

1. 脂氧合酶（lipoxygenase, LOX）加氧：LOX 催化 α-亞麻油酸與氧反應，形成 13-氫過氧化 α-亞麻油酸，簡稱 13-HPOT。