111 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

本題考食品凍結時，食品中心溫度隨時間的變化，以及蒸氣壓縮式冷凍機如何將食品熱量移出。凍結時水分先形成冰晶，剩餘未凍結液相的溶質濃度逐漸升高，使其凍結點降低；因此食品凍結期間的溫度通常不是固定不變。

圖中的 $T_f$ 為食品初始凍結點，$T_G$ 為最大凍結濃縮相的玻璃轉移溫度。凍結時間 $t_f$ 是食品中心由初始凍結階段冷卻至指定凍結終溫所需的時間。

解題方法與各階段

依序追蹤曲線，先看食品從高於凍結點降溫，再辨認過冷與成核放熱，接著說明冰晶生成期間的熱移除，最後交代凍結食品降至保存溫度的過程。

• AB：凍結前降溫 食品由初始溫度降至初始凍結點附近，主要移除顯熱，食品中的水尚未大量結冰。

• BC：過冷與成核後回升 食品溫度短暫降至 $T_f$ 以下，形成過冷。冰晶成核後，水分結晶釋放潛熱，使溫度回升至初始凍結點附近的 $C$ 點；這段溫度回升稱為再輝（recalescence）。

• CD：主要凍結階段 冰晶持續生成，冷凍設備移除水結晶釋放的潛熱。未凍結液相因水分析出而逐漸濃縮，凍結點隨之下降，故食品溫度沿凍結區緩慢降低。

• DE：凍結區的次級熱停滯或局部回升 部分濃縮溶液中的成分繼續結晶並釋放潛熱，曲線呈現局部熱停滯或小幅回升。若食品組成有共晶成分，此段可伴隨共晶結晶。

• EF：凍結後段降溫 大部分可凍結水已形成冰晶，剩餘未凍結液相仍持續濃縮與凍結。食品中心溫度快速下降，接近圖示的 $T_G$。

• FG：凍結食品的後續冷卻 食品已大致完成凍結，再繼續降至目標保存溫度。低於 $T_G$ 可使最大凍結濃縮相呈玻璃態，降低分子移動與劣化反應的速率。

核心觀念

本題測驗乳品加工的核心單元操作與衛生管理，涵蓋法規規範、物化特性、流體力學分離與熱加工原理：

1. 法規定義與規格（以命題當年民國 111 年法規為準）：

• CNS 3055「生乳」：指自健康母牛、母羊擠出，未經任何加工處理之生乳汁。
• CNS 3056「鮮乳」：以生乳為原料，經加溫、殺菌、包裝後冷藏供飲用之乳品。
• 入廠檢驗標準依循《生乳檢驗標準》及各廠收購計價指標（涵蓋物理、化學、微生物與藥物殘留指標）。

2. 加工單元操作學理：

• 離心（Centrifugation）：依據斯托克斯定律（Stokes' law），利用乳成分（乳血球、雜質、脫脂乳、乳脂肪）間的密度差，透過離心力進行固液或液液相分離。
• 標準化（Standardization）：透過皮爾森方形法（Pearson's Square Method）調節乳脂肪率（Fat%）與無脂乳固形物率（SNF%）。
• 均質（Homogenization）：高壓剪切、空蝕（Cavitation）與撞擊作用，使脂肪球粒徑微細化（$< 2\,\mu\text{m}$），抑制脂肪上浮分層。
• 殺菌（Pasteurization）：以最耐熱致病菌（如貝氏柯克斯氏體 Coxiella burnetii、結核分枝桿菌 Mycobacterium tuberculosis）為指標菌，並以鹼性磷酸酯酶（Alkaline Phosphatase, ALP）之鈍化作為巴氏殺菌完全之指標。

解題方法

本題為標準的申論型製程與單元操作整合題，作答切入點與編排邏輯如下：

1. 宏觀流程建立：先以清晰的線性方塊圖呈現從「收乳」至「成品包裝」的標準鮮乳加工製造流程，確立全盤架構。
2. 分項核心剖析：依題幹所列的 5 個核心重點依序立論：

• 生乳入廠品質指標：分為「物理化學性指標」與「衛生微生物性指標」兩大構面條列。
• 離心處理：區分「離心淨乳（Clarification）」與「離心分離（Separation）」兩大工業目的。
• 標準化處理：說明調配目的與計算原理。
• 均質：詳述均質機操作條件、物理機制與加工效益。
• 殺菌：條列主要溫時組合（LTLT、HTST、UHT）及其判定標準。

選項分析

本題為申論題，非選擇題。在閱卷評分標準中，考點分佈與給分比重分析如下：

1. 製造流程（約 5 分）：流程圖順序不可顛倒（特別是「標準化」應在「均質」之前，「均質」通常在「高溫殺菌」之前或殺菌保溫段之後）。
2. 入廠品質指標（約 5 分）：必須寫出具體指標名稱與科學意涵（如：滴定酸度、比重、酒精試驗、生菌數、體細胞數、藥物殘留），只寫「檢查新鮮度」無法拿高分。
3. 離心處理（約 3 分）：需答出淨乳（除雜質、白血球沉渣）與分乳（分離稀奶油與脫脂乳）兩種用途。
4. 標準化處理（約 4 分）：需說明符合法規各品級（全脂、低脂、脫脂）之乳脂調節，並點出皮爾森方形計算法。
5. 均質處理（約 4 分）：核心關鍵字為「降低脂肪球直徑（減至 $2\,\mu\text{m}$ 以下）」、「防止乳脂上浮（Creaming）」、「高壓兩段式均質」。
6. 殺菌（約 4 分）：溫時組合數值（LTLT、HTST、UHT）必須精確，且需帶出指標菌（C. burnetii）與酵素活性檢驗（ALP test）。

解題技巧

1. 流程圖記憶口訣：收 $\rightarrow$ 冷 $\rightarrow$ 淨 $\rightarrow$ 標 $\rightarrow$ 均 $\rightarrow$ 殺 $\rightarrow$ 充（收乳檢驗、冷卻貯乳、離心淨乳、乳脂標準化、高壓均質、熱殺菌、冷卻充填）。
2. 數值與關鍵字精準度：均質壓力標準數值為 $15 \sim 25\text{ MPa}$；斯托克斯沉降/上浮公式中，上浮速率與粒徑平方（$r^2$）成正比，此即均質微細化可大幅減緩上浮的物理基礎： $v = \frac{2 r^2 (\rho_p - \rho_f) g}{9 \eta}$
3. 常見陷阱：

• 誤將「生乳製造流程」誤解為母牛擠乳過程。工業加工題中，此處指「以生乳為原料進行處理與製造液態乳（鮮乳）之完整加工流程」。
• 殺菌條件不可僅寫「高溫殺菌」，必須精準寫出 LTLT、HTST、UHT 之溫度與維持時間。

【答案】

一、生乳加工製造流程（以鮮乳製程為例）

生乳從牧場運抵乳品工廠至製成包裝鮮乳之完整加工流程如下： $\text{生乳驗收（受乳檢查）} \longrightarrow \text{受乳、冷卻（}\le 4^\circ\text{C}\text{）與貯存} \longrightarrow \text{離心淨乳（Clarification）}$ $\longrightarrow \text{乳脂標準化（Standardization）} \longrightarrow \text{預熱與高壓均質（Homogenization）}$ $\longrightarrow \text{加熱殺菌（Pasteurization / UHT）} \longrightarrow \text{迅速冷卻（}\le 4^\circ\text{C}\text{）} \longrightarrow \text{無菌/潔淨充填包裝} \longrightarrow \text{冷藏成品出廠}$

二、生乳入廠品質指標

生乳驗收係確保成品安全性與加工適性的關鍵把關點，主要指標涵蓋：

1. 物理化學指標：

• 外觀與感官：乳白色或微帶黃色、無酸敗味、無飼料異味或血乳。
• 比重（Specific Gravity）：正常生乳在 $15^\circ\text{C}$ 下比重介於 $1.028 \sim 1.034$。若低於正常值常為「摻水」，過高則可能為「脫脂」或「初乳」。
• 滴定酸度（Titratable Acidity）：正常新鮮生乳自然酸度為 $0.12\% \sim 0.18\%$（以乳酸計）。酸度高於 $0.20\%$ 代表受微生物增殖分解乳糖產酸；低於 $0.10\%$ 可能源於乳房炎乳。
• 酒精試驗（Alcohol Test）：取等量生乳與 $70\%\sim75\%$ 乙醇混合，新鮮牛乳因蛋白質膠體安定不凝固；

核心觀念

本題測驗「新興非熱加工技術（Non-thermal processing）」在食品產業的實務應用，核心範疇涵蓋：

1. 高壓加工技術（High Pressure Processing, HPP）定義：以水等液體為壓力傳遞介質，於常溫或低溫施加極高靜水壓（通常為 $100\sim 1000\text{ MPa}$，商業應用多為 $300\sim 600\text{ MPa}$）進行殺菌或物理改性的技術。
2. 物理化學原理：

• 等壓原理／帕斯卡原理（Pascal's Principle）：壓力瞬間且均勻傳遞至物料內部，與食品大小、形狀無關。
• 勒沙特列原理（Le Chatelier's Principle）：反應傾向於體積縮小的方向進行；高壓會瓦解非共價鍵（氫鍵、疏水鍵、離子鍵），但共價鍵（胜肽鍵、碳碳鍵等）幾乎不受影響。

3. 潔淨標示（Clean Label）的連結：無化學防腐劑添加、少加工破壞、保留生鮮狀態與天然色香味。

解題方法

本題為標準的五段式申論題（定義 $\rightarrow$ 原理 $\rightarrow$ 優點比較 $\rightarrow$ 應用範圍 $\rightarrow$ 限制）。答題時應切中得分要點：

1. 名詞定義：給出明確壓力範圍數值與加工介質（水）。
2. 原理闡述：務必寫出「帕斯卡原理」與「勒沙特列原理」，並說明高壓對分子化學鍵的選擇性破壞機制。
3. 對比加熱加工：從「熱敏性成分」、「風味／質地」、「傳熱 vs. 傳壓效率」、「能耗與潔淨標示」四個向度對比。
4. 應用範圍：依食品類別分類舉例（蔬果汁、即食肉品、水產脫殼、醬料）。
5. 限制：針對微生物抗性（芽孢難殺滅）、酵素活性殘存、食品結構限制（多孔含氣食品）及高昂資本投資切入。

選項分析

本題為申論題（非選擇題），以下為各子題配分重點與答題剖析：

• 子題一（何謂高壓加工）：必須包含高壓靜水壓（HHP）、液態介質傳壓、常溫／冷壓等要素，避免僅籠統回答「利用壓力壓食品」。
• 子題二（操作原理）：必須闡述「帕斯卡原理（等壓原理）」與「勒沙特列原理（微觀分子鍵結選擇性受損）」，兩者缺一不可。
• 子題三（與加熱加工之優點比較）：需突顯「非熱」帶來的感官與營養保持性，以及「瞬時等壓」相較於「熱傳導／對流時間延遲」的物理優勢。
• 子題四（應用可能性與範圍）：需提出具體代表性實例（如：冷壓蔬果汁、酪梨醬 Guacamole、即食火腿防範李斯特菌、生蠔脫殼）。
• 子題五（應用限制）：需精準點出「無法單獨在常溫下殺滅細菌芽孢（Bacterial Endospores）」，因此無法單靠常溫 HPP 達到常溫保存低酸性食品之商業滅菌要求。

解題技巧

1. 背誦口訣：

• 原理雙核心：帕斯卡（均勻瞬時）＋ 勒沙特列（體積變小非共價斷）。
• 限制四字訣：孢、酶、氣、費（芽孢難死、殘酵素、含氣萎縮、設備昂貴）。

2. 常見陷阱：

• 勿將 HPP 誤寫為「已可完全取代傳統罐頭熱滅菌」。常溫 HPP 只能殺滅營養細胞（Vegetative cells），對細菌芽孢耐受性高，若要用於常溫低酸性食品，需結合熱力成為高壓高溫加工（PATP/HPTP）。
• 誤以為 HPP 會破壞維生素。高壓不破壞共價鍵，維生素 C、花青素等小分子熱敏性營養素能高度保留。

【答案】

一、高壓加工技術（HPP）之定義

高壓加工技術（High Pressure Processing, HPP），又稱高靜水壓技術（High Hydrostatic Pressure, HHP）或超高壓技術（Ultra-High Pressure, UHP），是一種將包裝完成之食品置於高壓容器內，以液體（通常為純水）作為傳壓介質，在常溫或低溫條件下，施加 $100\sim 1000\text{ MPa}$（食品工業應用多介於 $300\sim 600\text{ MPa}$）之靜水壓力並維持特定時間，藉以達到殺滅微生物、抑制部分酵素活性、改善食品結構與質地的非熱加工技術。

二、高壓加工之操作原理

1. 帕斯卡原理（Pascal's Principle / 等壓原理）： 液體介質受到壓力時，壓力會以相同大小、瞬時且均勻地向各個方向傳遞至整個高壓槽及食品內外。因此，食品所受壓力與其體積大小、幾何形狀無關，處理過程不會因形狀不規則而產生如傳統加熱加工般的「傳熱死角（Cold point）」。

核心觀念

本題考查食品加工學中「罐頭食品加工」與「熱殺菌動力學」的核心基礎，涵蓋以下法源、定義與原理：

1. 低酸性罐頭食品（Low-Acid Canned Food, LACF）法規定義： 依命題當年（民國 111 年）《食品良好衛生規範準則》（GHP）附表二「罐頭食品良好衛生規範專則」規定，低酸性罐頭食品指「其平衡酸鹼值（pH 值）大於 $4.6$，且水活性（$a_w$）大於 $0.85$，並包裝於密閉容器之罐頭食品」（現行法規維持此定義）。
2. 馬口鐵罐製程原理： 馬口鐵罐（鍍錫薄鋼板，Tinplate can）為剛性容器，加工過程需特別注重容器與內容物的熱膨脹差異、罐內真空度及氣密性。
3. 品質與安全性關鍵管制點（CCP）：

• 脫氣（Exhausting）：建立真空、消除氧氣、緩衝殺菌膨脹壓力。
• 密封（Double Seaming）：二重捲封技術，建立商業無菌之實體物理屏障。
• 殺菌（Thermal Processing/Retorting）：利用高壓加壓飽和蒸氣殺滅耐熱孢子，達成商業滅菌（Commercial Sterility）。

4. 熱致死動力學與 $12D$ 概念：

• $D$ 值（Decimal Reduction Time）：在特定溫度下，使微生物數量減少 $90\%$（即減少 1 個對數循環，$\log_{10}$ 降為原本的 $\frac{1}{10}$）所需的加熱處理時間： $D = \frac{t}{\log_{10} N_0 - \log_{10} N}$
• $12D$ 殺菌安全裕度（Botulinum Cook）：針對低酸性罐頭最具危害性之肉毒桿菌孢子（Clostridium botulinum spores），加熱處理時間必須能使其群體數量降低 12 個對數週期，即生還機率降至 $10^{-12}$。

解題方法

本題為標準的食品技師申論題，答題架構應依題目提示分為四大層次推進：

1. 法規定義題：精確列出 pH 值與水活性門檻，並指出除外條件（如冷凍、冷藏或酸化罐頭），不可僅憑直覺回答「酸度低」。
2. 製造程序題：以標準流程圖（Flow chart）條列呈現，自原料處理至後續成品貯存，標示清晰流暢。
3. 深入解析題：針對「脫氣」、「密封」、「殺菌」分立子標題，從「操作目的」、「加工機制/設備」、「對品質與安全之影響」三個構面深入剖析。
4. 數理推導與概念題（$12D$ 意義）：先定義 $D$ 值，再推導 $12D$ 的數學關係式，最後從「公共衛生微生物學風險評估」與「安全係數」說明其實務工程意義。

選項分析

本題為申論題（非選擇題），無選項可供分析。閱卷重點與評分指標分析如下：

• 第一部分（定義，佔分約 20%）： 評分關鍵在於「$\text{pH} > 4.6$」與「$a_w > 0.85$」兩項量化門檻是否同時寫出。若漏寫水活性條件，通常直接扣除一半分數。
• 第二部分（製造程序，佔分約 20%）： 評分關鍵在於程序之邏輯完整性，需涵蓋「原料處理 $\rightarrow$ 殺菁 $\rightarrow$ 裝罐注汁 $\rightarrow$ 脫氣 $\rightarrow$ 密封 $\rightarrow$ 洗罐 $\rightarrow$ 殺菌 $\rightarrow$ 冷卻 $\rightarrow$ 檢驗貯存」。
• 第三部分（脫氣、密封、殺菌，佔分約 35%）：
• 脫氣須點出「建立真空、防止內壁腐蝕、防止殺菌膨罐、作為平凹檢驗指標」。
• 密封須寫出「二重捲封（Double seam）」之第一道輪與第二道輪捲封機制及墊圈密封膠（Compound）之氣密作用。
• 殺菌須強調「加壓蒸氣殺菌釜（Retort）」、「排除冷空氣（Venting）」與「反壓急冷至 $38 \sim 40^\circ\text{C}$」。
• 第四部分（$12D$ 意義，佔分約 25%）： 評分關鍵在於能否精準寫出「使肉毒桿菌孢子存活機率降至 $10^{-12}$」之數學意涵，並說明此安全係數在公共衛生上的保護價值（因一罐罐頭不可能含 $10^{12}$ 個孢子，故可確保每批罐頭均無肉毒桿菌中毒風險）。

解題技巧

1. 避免常見陷阱：

• 誤以為低酸性只看 pH 值：必須強調「$\text{pH} > 4.6$ 且 $a_w > 0.85$」，因為若 $a_w \le 0.85$，肉毒桿菌孢子本就無法發芽產毒，不屬於此類嚴格加壓殺菌管制範圍。
• 誤將 $D$ 值當作溫度變化：$D$ 值是「時間（分鐘）」，在定溫下使菌數降至 $\frac{1}{10}$；溫度變化對致死時間的影響是 $Z$ 值。
• $12D$ 解釋含糊：切忌僅寫「殺死肉毒桿菌 12 次」，必須從對數減少量（$12 \log$ reduction）與微生物生還機率（$10^{-12}$）來論述。

2. 答題加分亮點：

• 密封環節主動畫出或說明「身鉤（Body hook）」與「蓋鉤（Cover hook）」之聯鎖重疊（Overlap）。
• 冷卻溫度點出「$38 \sim 40^\circ\text{C}$」，並解釋利用餘熱自乾可防止馬口鐵罐生鏽與二次污染。

【答案】

一、低酸性罐頭食品之定義

依據《食品良好衛生規範準則》（GHP）規範，低酸性罐頭食品（Low-Acid Canned Food, LACF）係指符合下列要件之食品：

1. 物理化學指標：食品之平衡酸鹼值（pH 值）大於 $4.6$（$\text{pH} > 4.6$），且水活性大於 $0.85$（$a_w > 0.85$）。
2. 包裝與保存特性：充填封裝於密閉容器內，在商業販售前經過適當加熱殺菌處理（商業滅菌），使能在無冷藏條件之常溫環境下達到長期保存之目的。
3. 管制目的：肉毒桿菌（Clostridium botulinum）在 $\text{pH} \le 4.6$ 或 $a_w \le 0.85$ 之環境中無法發芽生長及產生神經毒素；故 $\text{pH} > 4.6$ 且 $a_w > 0.85$ 之食品，必須列為加壓高溫滅菌之最嚴格管制對象。

二、馬口鐵罐低酸性罐頭食品之一般製造程序

低酸性罐頭食品以馬口鐵罐包裝時，其通用加工製造程序如下：