111 食品技師高等考試 食品技師 食品加工學（第一次） 考古題詳解

核心觀念

本題主要測驗考生對於「肉製品加工單元操作」、「蛋白質變性與膠原蛋白明膠化機構」、「梅納反應與水分活性控制」，以及現代新興「植物基仿葷食品（組織化植物蛋白擠壓技術）」加工原理的整合應用能力。

1. 實質轉型（Substantial Transformation）：指加工過程中透過物理（加熱、剪切、乾燥等）或化學/生物化學（蛋白質熱變性、交聯、梅納反應等）之單元操作，使原料的結構形態、分子排列或官能特性產生不可逆的重大改變，賦予最終製品特有的外觀、質地與風味。
2. 肉脯的纖維狀質地形成機構：

• 肌肉組織結構：肌原纖維與結締組織（肌內膜、肌束膜、肌外膜）。
• 熱變性與明膠化：藉由水煮使膠原蛋白水解轉化為明膠，弱化結締組織黏結力，使肌肉纖維束得以順向完整分離（撕絲）。
• 脫水與非酵素褐變：焙炒乾燥去除游離水以提高保存性並固定纖維骨架，同時誘發梅納反應（Maillard reaction）產生香氣與色澤。

3. 素肉（仿肉）組織化原理：

• 擠壓加工技術（Extrusion Cooking）：利用高溫、高壓、高剪切力破壞植物球狀蛋白的天然三級/四級結構，使分子伸展展開（Unfolding），並在模口（Die）的剪切與冷卻定向流動中重新排列交聯，形成仿動物肌纖維之平行束狀結構。

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解題方法

1. 繪製加工流程圖：建立邏輯嚴謹的「豬肉脯」加工步驟，從原料肉挑選、修整、水煮預熟、冷卻撕絲、調味浸漬、焙炒乾燥到包裝，並特別註記關鍵控制點。
2. 鎖定並闡述二個實質轉型步驟：

• 步驟一：水煮預熟（熱變性與明膠化）——著重於結締組織轉化與肌纖維分離的物理化學變化。
• 步驟二：焙炒乾燥（脫水定型與梅納反應）——著重於水分蒸發、結構緻密化與色香味生成。

3. 論述仿葷「素肉脯」的替代手段：

• 原料端：選用大豆分離蛋白（ISP）與小麥麵筋（Gluten）。
• 製程端：引入雙螺桿擠壓機（Twin-screw extruder）製備組織化植物蛋白（TVP/HMMA）。
• 轉型原理：詳細說明「變性解折疊 $\rightarrow$ 定向排列 $\rightarrow$ 重組交聯」的微觀結構變化，並說明撕絲調味與烘焙成型的流程。

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解題技巧

1. 名詞辨析（肉脯 vs. 肉鬆）：

• 「肉鬆」加工常添加豆粉並炒至蓬鬆酥脆、細碎絨狀。
• 「肉脯」強調保留完整的肌肉纖維束與耐嚼咬感，因此流程中「順紋修整與撕絲」以及「焙炒時控制翻炒力道避免纖維斷裂」為得分關鍵。

2. 化學鍵結精確描述：說明素肉組織化時，務必精確寫出「氫鍵、疏水性作用力、二硫鍵（$-S-S-$）的斷裂與重組」，此為閱卷老師評判是否具備食品化學深度的給分重點。

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【答案】

一、 豬肉脯之加工流程圖

原料肉選擇（新鮮豬後腿肉）
 ↓
修整分切（去除筋膜、多餘脂肪，順著肌纖維方向切塊）
 ↓
水煮預熟（加熱至中心熟透，結締組織軟化）
 ↓
冷卻與解纖撕絲（沿肌肉紋理順向拉絲，保留完整纖維）
 ↓
調味浸漬（加入醬油、糖、食鹽、香辛料等醃漬入味）
 ↓
焙炒與乾燥（中低溫翻炒脫水，均勻受熱至適當水分）
 ↓
冷卻與品質檢驗
 ↓
包裝密封（真空或充氮包裝，成品維持纖維彈性與咬感）

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二、 二個核心「實質轉型」步驟與變化原理

（一） 步驟一：水煮預熟（Boiling / Thermal Pre-cooking）

1. 單元操作：熱交換（傳熱加熱）。
2. 核心加工轉型過程：生肉塊質地堅韌富彈性，肌束間被強韌的結締組織緊密固定；經加熱後，肉質轉變為易於順著紋理剝離、分散成束的狀態。
3. 物理化學變化原理：

• 肌原纖維蛋白熱變性：肌肉中的肌球蛋白（Myosin）與肌動蛋白（Actin）受熱（$>60^\circ\text{C}$）變性凝固，失去保水力並收縮，使肉質結構硬化並固定纖維形態。

核心觀念 「單元操作（Unit Operations）」是食品加工學中將原料轉化為成品的一系列物理、化學或生物處理步驟。題幹所定義之「實質轉型（Substantial Transformation）」，係指原物料經由特定單元操作後，其微觀結構、化學成分或物理性質發生不可逆或決定性的重大改變，從而賦予產品獨特之品質特性（如彈性組織、風味、色澤與氣孔結構）。

在吐司麵包（Toast Bread）的加工過程中，原物料（麵粉、水、酵母、鹽、糖、油脂）需經過多個單元操作。本題核心考點包含：

1. 吐司麵包標準加工流程圖之建立。
2. 實質轉型步驟之機制剖析：挑選「攪拌（Mixing）」與「烘焙（Baking）」兩大關鍵步驟，從膠體化學、高分子物理、熱力學及化學反應（如麵筋水合與二硫鍵交聯、澱粉糊化、蛋白質熱變性、梅納反應等）深度解釋品質轉型原理。
3. 智慧製造與遠端製程監控（Remote Process Monitoring）：選擇「烘焙」步驟導入物聯網（IoT）感測技術（紅外線熱影像、爐內溫濕度感測器、視覺 AI 機器視覺系統），並與傳統「離線定時手動抽檢」比較其即時性、客觀性與自動控制效益。 (註：本題涉及食品加工與法規定義，均以命題當年民國 111 年之規範與學理為準。)

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解題方法 本題採用「流變學與熱化學轉型分析法」結合「食品工業 4.0 智慧監控架構」進行解題：

1. 第一階段：繪製加工流程圖 採用直立式方塊流程圖（Flow Chart），完整呈現從原料預處理至最終成品包裝之單元操作順序。
2. 第二階段：挑選並剖析二個實質轉型步驟

• 步驟一：攪拌（Mixing / Kneading）：分析麵粉中麥谷蛋白（Glutenin）與膠蛋白（Gliadin）在物理剪切與水合作用下，如何形成具黏彈性之三維麩質（麵筋）網狀結構（Gluten Network），完成從「離散相」至「連續相麵團」之物理流變實質轉型。
• 步驟二：烘焙（Baking）：分析高溫加熱下，麵團內部水分汽化、$\text{CO}_2$ 熱膨脹、澱粉糊化（Gelatinization）、蛋白質熱變性凝固（Protein Denaturation），以及表面梅納反應（Maillard Reaction）與焦糖化反應（Caramelization），完成生麵團至定型吐司結構之熱化學實質轉型。

3. 第三階段：遠端製程監控導入與傳統方法比較

• 選擇「烘焙」步驟導入遠端監控。
• 具體說明感測層（紅外線熱影像儀、爐溫濕度感測器）、傳輸層（IoT / Edge Gateway）與控制層（PLC 自動調控加熱元件與風門）之運作方式。
• 建立對比維度（監控時效、數據連續性、人工干預度、品質穩定度與破壞性），系統化比較遠端監控與傳統監控之差異。

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選項分析 針對吐司麵包加工流程中各主要單元操作進行實質轉型與監控適性之分析：

• 1. 原料秤量與過篩（Weighing & Sifting）： 屬於純物理準備操作，僅進行雜質去除與粉體鬆散，未發生分子結構或理化特性之重大改變，不屬於實質轉型步驟。
• 2. 攪拌（Mixing / Kneading）【選用實質轉型步驟一】： 原物料在機械剪切力作用下充分水合，麥谷蛋白與膠蛋白分子藉由二硫鍵（$-\text{S}-\text{S}-$）及氫鍵交聯，形成具備高黏彈性（Viscoelasticity）與保氣性之三維麵筋網狀結構。原物料從「不連續之粉水混合物」轉變為「具彈性與延展性之連續相麵團」，物理與流變特性發生重大改變，符合實質轉型定義。
• 3. 基本發酵與中間靜置（Primary & Intermediate Proofing）： 酵母菌進行無氧發酵產生 $\text{CO}_2$、乙醇與有機酸，賦予麵團氣孔與風味。雖然屬於生化轉型，但其最終結構固化與質地展現仍依賴後續烘焙，非本題最典型之物理化學結構轉型步驟。
• 4. 分割、整型與壓模（Dividing, Shaping & Moulding）： 屬於機械力作用下之物理形變與氣體均勻分佈操作，主要改變幾何形狀與大氣泡排空，不屬於分子層面之實質轉型。
• 5. 最後發酵（Final Proofing）： 在控制溫濕度環境下使麵團膨脹至預定體積（如吐司模具之 8-9 分滿），係為烘焙前的氣體蓄積階段。
• 6. 烘焙（Baking）【選用實質轉型步驟二與遠端監控導入步驟】： 高溫熱傳遞（傳導、對流、輻射）引發不可逆之劇烈理化變化：
• 內部：水分汽化與 $\text{CO}_2$ 熱膨脹推升體積；澱粉粒吸收水分在約 $55^\circ\text{C} \sim 65^\circ\text{C}$ 開始糊化（Gelatinization）；蛋白質在 $70^\circ\text{C} \sim 80^\circ\text{C}$ 熱變性凝固，固化海綿狀蜂窩結構。
• 表皮：表面水分迅速蒸發，在高溫下發生梅納反應與焦糖化反應，形成金黃褐色外皮與獨有香氣化合物（如 2-Acetyl-1-pyrroline）。 產品由「柔軟可塑之生麵團」轉變為「定型、具蜂窩組織與特定風味之成熟吐司」，完全符合實質轉型定義，且非常適合導入自動化溫濕度與影像遠端監控。
• 7. 冷卻與切片包裝（Cooling, Slicing & Packaging）： 物理降溫、結構穩定與包裝防護，屬於後處理操作，不屬於實質轉型。

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解題技巧

1. 流程圖畫法技巧： 申論題繪製流程圖時，應採用簡明方框加單向箭頭，並將「實質轉型」步驟以粗框或特別標記標示，能使閱卷老師一眼看出重點。
2. 化學與物理機制之關鍵字精準度：

• 攪拌：必須寫出「水合作用（Hydration）」、「麥谷蛋白（Glutenin）」、「膠蛋白（Gliadin）」、「二硫鍵（$-\text{S}-\text{S}-$）」、「三維黏彈性網狀結構」。
• 烘焙：必須寫出「澱粉糊化（Gelatinization）」、「蛋白質熱變性（Protein Denaturation）」、「梅納反應（Maillard Reaction）」、「焦糖化反應（Caramelization）」。

3. 遠端監控答題邏輯： 說明遠端監控時，須依照「感測（Data Collection）$\rightarrow$ 傳輸/分析（Transmission & Edge AI）$\rightarrow$ 控制（Automated Control）」三層架構撰寫；與傳統監控比較時，應採用表格對比法，提升條理性與說服力。

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【答案】

一、從麵粉生產吐司麵包之加工流程圖

核心觀念

本題旨在考驗考生對現代食品產業前瞻管理趨勢與食品加工學核心概念的整合能力。

1. 四大趨勢背景：永續（Sustainability）、綠能（Green Energy）、安全（Food Safety）、智能（Smart/Intelligence）。
2. 考核要點：

• 精確闡述五大食品加工與管理名詞之定義與基本物理/化學/生物學原理原則。
• 連結四大趨勢，選擇關聯度最高的兩個趨勢並具體論述其滿足機制。
• 舉出具代表性且符合產業現狀的應用實例。

3. 相關法規定位：第五項食品追蹤追溯涉及《食品安全衛生管理法》第 9 條及相關子法（以命題當年民國 111 年法規為準）。

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解題方法

1. 結構化答題策略：每一子題均分三段鋪陳：

• 第一段：名詞意涵與基本原理原則（精準點出定義、作用機制或物理化學動力學觀念）。
• 第二段：連結二大趨勢與原因詳述（明確指定四大趨勢中的兩項，並逐一說明其對應的邏輯原因）。
• 第三段：應用實例（舉出具體加工產品或產業系統作法）。

2. 趨勢對應之邏輯選擇：

• 欄柵技術 $\rightarrow$ 【安全】（多重障礙抑制致病菌與腐敗菌）與【綠能】（溫和加工減少熱能消耗）。
• 採收後處理 $\rightarrow$ 【永續】（減少採收後損耗與糧食浪費）與【安全】（控制微生物感染與生理病變）。
• 保存期限試驗 $\rightarrow$ 【安全】（確保品質指標符合食安規範）與【智能】（動力學模型與品質預測軟體系統）。
• 潔淨標章 $\rightarrow$ 【安全】（減少化學添加物危害）與【永續】（天然原形原料、減碳與綠色消費）。
• 食品追蹤追溯 $\rightarrow$ 【智能】（IoT、二維條碼、區塊鏈資訊化串接）與【安全】（精準召回與源頭控管）。

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試題詳解

(一) 欄柵技術（Hurdle Technology）

1. 意涵與基本原理原則：

• 意涵：由德國學者 Leistner 提出，指結合兩種或兩種以上低劑量、溫和的加工或保存因子（稱為欄柵，Hurdles），達到比單一高強度處理更好的抑菌或滅菌效果。
• 原理原則：個別欄柵（如低高溫 $T$、低水活性 $a_w$、低 $\text{pH}$、高氧化還原電位 $Eh$、防腐劑、高壓處理 HPP、包裝氣體等）劑量均低於傳統致死劑量，但透過多重打擊機制（Multitarget preservation），同時干擾微生物體內的細胞膜通透性、酶活性或基因複製，破壞其細胞內生理恆定（Homeostasis），使其耗盡能量而死亡或無法繁殖，發揮加成或相乘效應（Synergistic effect），同時最大限度保留食品原本的口感、營養與風味。

2. 關聯最大之二大趨勢與原因：

• 安全：傳統熱處理為達滅菌效果常破壞食品營養與口感，而欄柵技術利用多重防線抑制致病菌（如肉毒桿菌、李斯特菌）與腐敗菌生質，能在免於過度加熱的情形下，提供優異且可靠的微生物安全性。
• 綠能：欄柵技術常採用溫和熱處理或非熱加工技術（如高壓加工、冷陰極紫外線），降低傳統長時間高溫蒸煮滅菌所需的蒸氣與電能消耗，顯著減少能源浪費與碳排放，符合低碳綠能趨勢。

3. 應用實例：

• 高壓冷壓果汁與即食肉品（RTE Meats）：結合高壓加工（HPP，約 $400\text{--}600\text{ MPa}$）、低溫冷藏（$<4^\circ\text{C}$）及適度調節酸鹼度（$\text{pH} < 4.6$），既免去熱殺菌對維生素 C 與風味的破壞，又確保商品於冷藏期內之微生物安全。

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(二) 採收後處理（Post-harvest Handling）

1. 意涵與基本原理原則：

• 意涵：指農水畜產品在採收或屠宰之後、進入加工或終端消費之前，所進行的一系列預備性、維護性之物理或化學處理過程。
• 原理原則：生鮮農產品在採收後仍具活性呼吸作用（Respiration）。採收後處理之核心原理為透過控制環境因子（如溫度、濕度、氣體濃度）與表面處理，降低植物體代謝速率與乙烯（Ethylene）生成量，減緩果實軟化、黃化等生理老化現象；同時減少機械傷害與微生物感染，維護產品新鮮度與商品價值。

2. 關聯最大之二大趨勢與原因：

• 永續：全球農產品採收後損耗率常高達 $20\text{--}40\%$。妥善的採收後處理（如預冷、氣調包裝）能大幅延長生鮮農產品貯藏壽命，減少農產品採收後腐爛浪費，顯著提升糧食供應鏈利用效率，實現農糧資源的永續利用。
• 安全：採收後之清洗消毒（如次氯酸水洗滌）與快速預冷，能抑制田間帶入的致病菌（如沙門氏菌、大腸桿菌等）大量繁殖，同時控制真菌毒素（如黃麴毒素）之產生，維護鮮食農產品的食安無虞。

3. 應用實例：

• 蔬果預冷與氣調包裝（MAP）：蔬果採收後立即進行「真空預冷」（Vacuum cooling）或「強制氣冷」（Forced-air cooling），迅速除去田間熱（Field heat），降低呼吸率；再搭配變氣包裝（Modified Atmosphere Packaging, MAP），將袋內 $\text{O}_2$ 降低至 $2\text{--}5\%$、$\text{CO}_2$ 提升至 $3\text{--}8\%$，大幅延長外銷蔬果（如香蕉、芒果、切片蔬果）之保鮮期。

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(三) 保存期限試驗（Shelf-life Test）

1. 意涵與基本原理原則：

• 意涵：為評估食品在特定包裝與儲藏條件下，其品質（包括官能、化學、物理及微生物指標）維持在安全且可接受範圍內之時間極限所進行的實驗。
• 原理原則：主要分為「即時保存試驗（Real-time shelf-life test）」與「加速保存期限試驗（Accelerated Shelf-Life Testing, ASLT）」。ASLT 之原理奠基於化學反應動力學，利用阿瑞尼斯方程式（Arrhenius equation）： $k = A \cdot e^{-\frac{E_a}{R T}}$ 或溫度係數 $Q_{10}$ 概念，在高於常溫之特定貯存溫度（如 $35^\circ\text{C}, 45^\circ\text{C}, 55^\circ\text{C}$）下進行加速老化實驗，定量測量品質劣變指標（如油脂氧化、水分含量變化、色素降解）之反應速率常數 $k$，再外推推算正常保存溫度（如 $25^\circ\text{C}$）下的有效期限。

2. 關聯最大之二大趨勢與原因：

• 安全：保存期限試驗能建立客觀數據，確定產品在有效日期內化學指標（如酸價 AV、過氧化物價 POV）與微生物指標（如菌落總數、大腸桿菌群）均符合食品安全衛生標準，防止消費者食用過期變質食品引發食安事件。
• 智能：現代保存期限試驗結合電腦動力學模擬軟體、智慧感測器（如光學非破壞性監測）與大數據預測模型（Predictive microbiology and food quality modeling），能在研發初期即以數位模型精準預測不同溫度與濕度波動下的品質演變，展現智慧化管理。