112 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

本題要把烘焙中的物理狀態變化與化學風味生成連起來說明。玻璃轉化溫度 $T_g$ 是非晶態物質由硬而脆的玻璃態轉為柔軟、可變形的橡膠態時所處的溫度範圍；它不是像熔點那樣固定而明確的平衡相變點，且會受含水量與組成影響。

水是咖啡豆基質的重要塑化劑：含水量或水活性上升時，分子鏈活動性增加，$T_g$ 下降；水分降低時，塑化作用減弱，$T_g$ 上升。因此烘焙中豆溫上升與水分蒸散會同時改變豆體所處的狀態，實際轉變取決於豆溫相對於當時 $T_g$ 的位置。

解題方法

依「玻璃態與橡膠態的轉換 → 豆體結構變化 → 主要風味反應 → 影響因子」作答，可完整涵蓋題目要求。需特別指出：烘焙時豆溫跨越 $T_g$，豆體轉為橡膠態；烘焙後冷卻至低於 $T_g$，則回到玻璃態，呈現易碎、易研磨的特性。

1. 烘焙過程中 $T_g$ 與型態的變化

• **烘焙前：**生豆在室溫下主要呈玻璃態，基質較硬，分子移動性低。咖啡豆的 $T_g$ 會因品種、含水量及組成不同而變化，不能視為單一固定溫度。
• **升溫與乾燥初期：**豆內水分受熱蒸散。水原先具有塑化作用，水分減少會使基質的 $T_g$ 上升；同時豆溫持續上升。當豆溫高於當時的 $T_g$，基質轉成較柔軟、具黏彈性的橡膠態。
• **橡膠態烘焙期：**豆體的細胞壁與非晶態基質較易變形。水蒸氣及烘焙反應產生的氣體使內壓增加，豆體膨脹、形成孔隙，並出現烘焙裂響等結構變化。
• **烘焙後冷卻：**豆溫下降至低於 $T_g$ 後，基質重新呈玻璃態，豆體變得較硬脆、易研磨；形成的多孔結構則使氣體與揮發性香氣成分在儲藏期間逐步逸散。

2. 風味形成的主要化學反應

核心觀念

乙醯化己二酸二澱粉（acetylated distarch adipate，常標示為 E1422）是以天然澱粉進行兩種化學修飾的雙修飾澱粉：

1. 己二酸交聯：己二酸的兩個羧基分別與不同澱粉鏈上的羥基形成酯鍵，將澱粉鏈交聯。交聯限制澱粉顆粒受熱吸水時的膨潤與崩解，提升糊液耐熱、耐酸及耐攪拌剪切的能力。
2. 乙醯化：部分澱粉羥基形成乙酸酯。乙醯基會妨礙澱粉鏈重新靠近排列，降低冷卻或儲存時的回凝與離水傾向。

因此，本題重點是辨認「己二酸交聯＋乙醯酯化」的結構，並說明這兩種修飾如何改變糊液在加熱、保溫、冷卻時的黏度表現。

解題方法

（一）結構式

以玉米澱粉鏈上的羥基作為反應位置。先將兩條澱粉鏈以己二酸橋接，再於其他羥基位置標示乙醯基。概略結構如下：

其中，兩端的 $\mathrm{Starch{-}O{-}C(=O)}$ 與 $\mathrm{C(=O){-}O{-}Starch}$ 為酯鍵；中間的 $\mathrm{-(CH_2)_4-}$ 是己二酸的碳鏈。另在澱粉葡萄糖單元的部分羥基上標示乙醯化結構：

作答時應畫出澱粉鏈、己二酸橋，以及接在澱粉羥基上的乙醯基，並註明乙醯化與交聯發生於不同羥基位置。澱粉是由葡萄糖單元組成的聚合物，因此圖示以重複單元或簡化的澱粉鏈表示即可。

（二）連續糊液黏度圖

橫軸表示加熱—保溫—冷卻的時間或溫度變化，縱軸表示黏度。圖中需呈現天然糯性玉米澱粉的黏度峰值與保溫時的下降，以及雙修飾澱粉較穩定的熱糊黏度。可用下列示意圖作答，黏度高低為典型趨勢示意，實際曲線會受澱粉來源、濃度、測試條件及修飾程度影響。

黏度
 ↑
 │ 天然糯性玉米澱粉
 │ ／＼
 │ ／ ＼＿＿
 │ ／ ＼＿＿
 │ ────────────────────────── 乙醯化己二酸二澱粉
 │ ／ ────────────＼＿＿
 │ ／
 └────────────────────────────────────→ 加熱、保溫、冷卻時間
 糊化起始 黏度上升 高溫保溫 冷卻

核心觀念

本題考查四種食品蛋白質的溶解度分類、組成特性、功能性，以及功能形成與受影響的機制。答題時可依序說明：蛋白質屬於哪一類、有哪些重要組成或結構、在食品中發揮什麼作用，以及哪些加工或配方條件會改變其功能。

傳統 Osborne 溶解度分類依序為：白蛋白溶於水、球蛋白溶於稀鹽溶液、醇溶蛋白溶於約 70–80% 乙醇、麩蛋白溶於稀酸或稀鹼。實際食品中的蛋白質常是多種蛋白質的混合物，功能也會受到 pH、離子強度、溫度、含水量及加工方式影響。

解題方法

每小題以「溶解度分類 → 組成與結構 → 食品中的作用機制 → 影響因素」作答。若題目問的是食品中蛋白質的功能，須把蛋白質的特性連回食品製程，例如加熱凝固、打發起泡、麵筋網絡形成或冷卻成膠。

（一）豆干中之大豆蛋白質

**溶解度分類與組成：**大豆儲藏蛋白主要為球蛋白，代表性成分是 7S β-伴大豆球蛋白（β-conglycinin）與 11S 大豆球蛋白（glycinin）；大豆中也含少量水溶性白蛋白。7S 與 11S 蛋白質的比例會影響凝膠與質地特性。

**食品中的作用機制：**製作豆腐或豆干時，大豆蛋白經浸泡、磨漿與加熱而溶出並變性；加入鹽類凝固劑，或調整 pH 接近蛋白質等電點，使蛋白質電荷排斥減弱，再透過聚集形成凝膠網絡。網絡包埋水分與脂質，形成豆腐凝膠；後續壓榨、乾燥或滷製，使豆干質地較緊實並增加風味。

**影響功能的因子：**加熱程度會影響蛋白質變性及後續聚集；凝固劑種類、添加量、pH、鈣離子與鹽濃度會改變凝膠形成速度及強度。磨漿細度、固形物濃度、壓榨程度與含水量，也會影響豆干的硬度、彈性及保水性。

（二）小麥麵糰中之麵筋

**溶解度分類與組成：**麵筋主要由小麥醇溶蛋白（gliadin）與小麥麩蛋白（glutenin）構成。醇溶蛋白可溶於稀醇，主要賦予延展性；麩蛋白在稀酸或稀鹼中可溶，分子可藉二硫鍵等作用形成較大聚合體，主要賦予彈性與強度。

**食品中的作用機制：**麵粉加水並揉捏後，醇溶蛋白與麩蛋白吸水並相互作用，形成具黏彈性的麵筋網絡。此網絡可延展、包覆發酵產生的二氧化碳，使麵糰膨脹；烘焙時，蛋白質進一步變性凝固，協助固定麵包或其他烘焙食品的結構。

**影響功能的因子：**麵粉品種與蛋白質含量、加水量、揉捏程度及靜置時間會影響麵筋網絡。鹽可改變蛋白質間的作用與麵糰強度；還原劑可破壞部分二硫鍵而使麵糰較易延展，氧化作用則可增加網絡強度。

核心觀念

本題考脂質氧化的兩種主要途徑，以及油酸氧化時的初級產物。

• 自氧化作用（autoxidation）：脂質與空氣中的三重態氧（$^3O_2$）發生自由基鏈鎖反應，不需光敏劑即可進行。反應包含引發、傳播與終止；初級產物主要是脂質氫過氧化物（$LOOH$）。
• 光氧化作用（photooxidation）：光敏劑吸收光能後進入激發態，將能量傳給氧，產生單重態氧（$^1O_2$）；$^1O_2$可直接與不飽和脂肪酸反應形成氫過氧化物。這種反應不必先經自由基鏈鎖引發，通常比自氧化快。

兩者最重要的區別是：自氧化主要由自由基抽氫啟動；光氧化則以光敏化產生的活性氧，尤其是單重態氧，直接攻擊雙鍵。

解題方法：比較反應機制與影響因子

作答時先交代兩種氧化的氧來源與反應機制，再列出共同及各自特有的影響因子，最後以油酸說明初級產物的位置與後續分解。

自氧化的鏈鎖反應：

其中 $LH$ 代表脂質分子。氫過氧化物是初級氧化產物，本身通常氣味不強；其後分解會產生醛、酮、酸等二級產物，引起油耗味、異味與營養品質下降。

影響因子

兩種氧化途徑共同受影響的因素：

• 脂肪酸組成與不飽和程度：雙鍵越多，通常越容易氧化；鄰近雙鍵的烯丙位氫較容易被抽取。
• 氧的供應與接觸面積：氧氣越充足、油脂暴露面積越大，氧化通常越快。
• 溫度：溫度升高通常加速氧化反應及氫過氧化物分解。
• 金屬離子：鐵、銅等可促進氫過氧化物分解並引發自由基反應。

核心觀念

本題考葉綠素與肌紅素的卟啉類色素結構，以及蔬菜、肉品在加工時因酸鹼、加熱、氧化還原與金屬離子變化造成的色澤改變。作答時可先比較兩種色素共同的四吡咯環，再指出中心金屬與周邊結構的差異，最後依序說明加工變色機制與保色方法。

解題方法：先比較結構，再連結色變

兩者皆具有由四個吡咯環組成的大型共軛環系統，能吸收可見光而呈現顏色；主要差異在於中心金屬、環外取代基及蛋白質或側鏈結構。

簡化示意圖（非完整化學結構）：

葉綠素：四吡咯共軛環 肌紅素：球蛋白＋血基質
 N N Globin
 ╱ ╲ │ His
 │ Mg²⁺ │ N ─── Fe ─── N
 ╲ ╱ ╱ ╲
 N N 四吡咯卟啉環
 │
 植醇長鏈

肌紅素血基質中的鐵另有兩個軸向配位位置：
一側與球蛋白組胺酸配位，另一側可與 O₂、H₂O 等配體結合。

葉綠素與肌紅素都依賴共軛環系統呈色，但金屬不同：葉綠素的中心為鎂；肌紅素的血基質中心為鐵。肌紅素色澤又受鐵的氧化態、配位物及球蛋白狀態影響。

加工中色變的原因與保色方法

蔬菜：葉綠素的變色

1. 酸與加熱造成脫鎂 加熱使植物細胞受損，細胞中的有機酸釋出；酸性條件促使葉綠素環中心的 $Mg^{2+}$ 被氫取代，生成橄欖褐色的脫鎂葉綠素（pheophytin）。加熱時間越久、酸性越強，褐變通常越明顯。

2. 脫植醇與進一步分解 葉綠素酶可移除植醇，形成葉綠素苷；加熱、酸或氧化也會使色素進一步分解，造成褐色或暗色。

3. 保色作法

• 縮短加熱時間，使用大量沸水快速汆燙，並避免長時間燜煮。
• 減少酸性配料與葉菜長時間接觸；需調味時，可在烹煮後再加入酸性食材。
• 汆燙後快速冷卻，可降低餘熱造成的持續反應。
• 鹼性條件可使綠色較鮮明，但不宜為保色而大量加鹼，因為會加速組織軟化並造成部分營養素流失。