113 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

本題考查水在冷凍食品中的狀態變化，以及 IQF（Individual Quick Freezing，個別快速冷凍）如何利用快速移除熱量，改善冷凍食品的品質與使用便利性。

純水在常壓下約於 $0^\circ\mathrm{C}$ 開始結冰；降溫至結冰點後，水由液態轉為固態，須移除相變潛熱。食品則是含有糖、鹽、蛋白質等成分的複雜系統，初始結冰點通常低於 $0^\circ\mathrm{C}$。結冰時，較容易結冰的自由水先形成冰晶；部分與溶質或食品組織結合的水不易結冰，仍留在未凍結相中。水結冰時，多數溶質留在液相，使未凍結部分的溶質濃度上升。

食品中水的結冰量及冰晶大小，會影響細胞結構、質地、解凍滴水與保存品質。IQF 將食品切成單體或小顆粒，使每一單位快速冷凍，縮短通過主要結冰區間的時間，減少大型冰晶生成。

解題方法

作答時先比較純水與食品的結冰特性，再說明「快速」與「個別」各自解決的問題：

1. 純水與食品的差異：純水約在 $0^\circ\mathrm{C}$ 結冰；食品因含有溶質，初始結冰點較低，而且降溫時只有部分水結冰。
2. 快速冷凍的效果：食品快速通過主要冰晶形成區間，縮短冰晶生長時間，降低細胞受冰晶破壞的程度。
3. 個別冷凍的效果：讓小顆粒分別凍結，避免彼此黏結成大塊，方便分裝、取用及定量。
4. 連結食品品質：組織破壞減少，解凍時滴水通常較少，質地與外觀較能維持。

冷凍時須移除顯熱與相變潛熱，可用下式概念表示：

核心觀念

本題比較兩類天然植物色素的化學骨架與官能基，再由結構推知其溶解性、顏色及加工保存時的退色原因。

• **葉黃素（xanthophylls）**屬於類胡蘿蔔素中的含氧類胡蘿蔔素；類胡蘿蔔素是由異戊二烯單位構成的四十碳萜類色素。葉黃素類含羥基、環氧基或羰基等含氧官能基，不是多酚。
• **葉綠素（chlorophylls）**具有含氮的四吡咯環系統，通常稱卟啉類骨架，環中心配位鎂離子，並連接長鏈植醇。

解題方法

依序比較兩種色素的「骨架與極性 → 溶解性 → 吸收可見光後呈現的顏色 → 主要來源 → 加工或儲藏中的變色反應」。其中，溶解性須同時看色素的極性官能基與疏水部分；退色則應指出造成色素結構改變的主要因素與典型產物。

葉黃素（xanthophylls）

**結構分類：**葉黃素是類胡蘿蔔素的一群，屬含氧的異戊二烯類色素，通常含有共軛多烯鏈，並帶有羥基等含氧官能基。相較於不含氧的胡蘿蔔素，葉黃素極性較高，但仍有長碳鏈與共軛系統；「含氧」不代表它是多酚。

**溶解性質：**脂溶性，難溶於水；可溶於油脂及非極性或低極性有機溶劑。其含氧官能基使它比胡蘿蔔素稍具極性，但整體仍以疏水性為主。

**提供的顏色：**主要呈黃色至橙黃色。共軛多烯鏈吸收部分可見光，因此顯現黃色或橙黃色。

**來源：**常見於深綠色葉菜，如菠菜、羽衣甘藍、花椰菜；也存在於玉米、蛋黃及部分黃色或橙色蔬果。葉黃素與玉米黃素是常見成員。

**主要退色原因：**共軛多烯鏈容易受氧、光及高溫影響而氧化或異構化；氧化破壞共軛程度後，吸收可見光的能力降低，色澤變淡，並可能伴隨褐變或生成無色裂解產物。加工與儲藏時應避免長時間曝氧、強光及高溫。

葉綠素（chlorophylls）

核心觀念

本題考查兩種食品凝膠的成膠物質、分子結構，以及結構如何形成三維網狀結構並固定水分。

• 洋菜凍的主要成膠物質是洋菜中的洋菜膠（agar），其中主要成膠成分為洋菜糖（agarose）。
• 豬腳凍的主要成膠物質是加熱萃出的明膠（gelatin），來源為豬皮、肌腱及軟骨等結締組織中的膠原蛋白（collagen）。

兩者皆能形成凝膠，但網絡形成的分子基礎不同：洋菜糖主要靠多醣鏈形成有序結構並聚集；明膠則靠部分多肽鏈重新形成類似膠原蛋白的局部結構，構成網絡接合點。

解題方法

作答時依序掌握三個層次：

1. 指出凝膠原因物質：洋菜凍寫洋菜膠，並補充洋菜糖是主要成膠成分；豬腳凍寫明膠，並交代其由膠原蛋白加熱轉變而來。
2. 說明結構特性：洋菜糖是多醣；明膠是由膠原蛋白部分變性、解旋後形成的多肽混合物。
3. 連結膠體性質：說明分子如何形成三維網絡、網絡如何固定水分，以及凝膠的熱可逆性、強度和受酸鹼或離子影響的程度。

洋菜凍：洋菜膠與洋菜糖

洋菜膠是由紅藻萃取的多醣混合物，主要成膠成分為洋菜糖。洋菜糖的主鏈由半乳糖類單醣規則交替排列，常以洋菜二糖單位描述；其中含有 3,6-脫水半乳糖。洋菜膠中另有帶硫酸基等取代基的洋菜果膠成分，通常不是主要的成膠骨架。

洋菜糖溶於熱水時，分子鏈較為伸展；冷卻時，鏈段形成螺旋構形，並藉由氫鍵等分子間作用力聚集成接合區。多個接合區連結成三維網絡，將水分包埋在網絡孔隙中，形成洋菜凍。

洋菜糖的規則多醣鏈容易形成穩定的聚集區，因此洋菜凍通常凝膠強度較高、質地較挺。洋菜凝膠受熱融化、冷卻再凝固，具有熱可逆性；其凝固溫度與熔解溫度有明顯差距，形成熱滯後現象。相較於蛋白質凝膠，洋菜糖的成膠較不仰賴特定離子條件。

豬腳凍：膠原蛋白轉變為明膠

豬皮、肌腱及軟骨等結締組織含有膠原蛋白。膠原蛋白原本具有三股多肽鏈纏繞形成的三股螺旋結構，並排列成纖維。

核心觀念

本題考查五種酵素在蔬果加工中的「作用對象、反應結果與加工目的」。作答時可依序說明：酵素作用於什麼成分、改變了什麼性質，以及因此改善哪一項產品品質。

解題方法與各酵素應用

1. 果膠解離酶（pectin lyase）

果膠解離酶以果膠為作用基質，切斷果膠分子中的鍵結，使高分子果膠分解。果膠會增加果汁黏度、形成膠體並造成混濁，因此此酵素可用於蘋果汁等果汁加工，促進果汁澄清與過濾，降低黏度、提高出汁率；也可協助果漿液化與壓榨。

2. $\beta$-葡萄糖苷酶（$\beta$-glucosidase）

此酵素水解芳香物質與葡萄糖結合形成的糖苷，釋出具香氣的苷元。蔬果中部分香氣成分以結合型前驅物存在，經酵素作用後可轉為游離揮發性香氣物質。因此可用於葡萄汁及其他果汁加工，增強或改善果香；亦可應用於果汁衍生飲品及釀造加工的風味調整。

3. 柚苷酶（naringinase）

柚苷酶可水解柑橘類果汁中的柚皮苷（naringin）。柚皮苷是葡萄柚等柑橘果汁苦味的來源之一，水解後可降低苦味，因此主要用途是柑橘汁脫苦，也可改善果汁風味與接受度。柚苷酶通常具有與鼠李糖苷酶及葡萄糖苷酶相關的活性，可逐步分解柚皮苷。

4. 橙皮苷酶（hesperidinase）

核心觀念

本題考查四類食品寡醣的單醣組成、糖苷鍵結構，以及結構所造成的消化與食品功能性質。作答時可先辨認各糖的基本骨架，再連結到人體消化酵素是否能水解、是否容易被腸道菌發酵，以及在食品中的用途。

解題方法與各類寡醣