114 食品技師高等考試 食品技師 食品化學（第二次） 考古題詳解
第 一 題20 分
食品的顏色是評斷其品質與吸引消費者的重要指標。葉綠素是許多蔬菜食品加工與保存過程中，極易發生變化的物質。請回答下列問題：
(一) 蔬菜在熱加工（如殺菁、烹煮）時，常會從鮮綠色轉變為不受歡迎的橄欖褐色。請說明此顏色變化的化學反應機制。
(二) 承(一)，此褐變反應與植物組織中的葉綠素酶（Chlorophyllase）有關。請說明此酵素的作用為何？並闡述為何快速殺菁（Blanching）反而有助於保持綠色。
登入後即可作答並保存紀錄。
核心觀念
本題考查葉綠素的熱降解，以及葉綠素酶在葉綠素代謝中的作用。新鮮蔬菜呈綠色，主要來自葉綠素分子中的卟啉環與中心鎂離子；加熱時，植物組織釋出的有機酸使細胞內環境酸化，鎂離子容易從葉綠素分子中脫離，形成橄欖褐色的脫鎂葉綠素（pheophytin）。
解題方法
作答時先說明熱加工造成的酸化與脫鎂反應，再區分葉綠素酶的水解作用。葉綠素酶會移除葉綠素的植醇側鏈，但熱加工時蔬菜變褐的主要原因是酸促進葉綠素脫鎂，不能將兩種反應混為一談。
（一）蔬菜加熱後由鮮綠轉為橄欖褐色的機制
蔬菜受熱時，細胞膜與組織結構受破壞，原本分隔於不同細胞區室的有機酸與葉綠素接觸，組織 pH 因而下降。酸性環境下，葉綠素卟啉環中心的鎂離子被氫離子取代，生成脫鎂葉綠素：
脫鎂葉綠素呈橄欖褐色，因此蔬菜由鮮綠轉為不受歡迎的橄欖褐色。持續加熱或酸性條件下，脫鎂葉綠素還可進一步降解，形成其他色澤較暗的衍生物。
（二）葉綠素酶的作用與快速殺菁的保綠效果
第 二 題20 分
澱粉與蛋白質是構成食品結構與質地的兩大類高分子量分子，且此兩類物質都能形成凝膠，但其機制與特性截然不同。請回答下列問題：
(一) 請詳細說明澱粉在加熱糊化（Gelatinization）後，於冷卻過程中，直鏈澱粉（Amylose）是如何形成凝膠網絡的？並解釋何謂「澱粉回凝（Retrogradation）」，及其與直鏈、支鏈澱粉的關係。
(二) 請以卵白蛋白（Ovalbumin）為例，說明其如何形成「熱不可逆凝膠」，包括描述其從加熱到形成穩定凝膠所經歷分子層次變化的三階段。
登入後即可作答並保存紀錄。
核心觀念
本題比較兩種高分子形成凝膠的方式：澱粉糊化後，分子在冷卻時重新排列、結合而形成網絡；卵白蛋白則先受熱變性，再經分子間作用形成連續的蛋白質網絡。澱粉凝膠的主要成網分子是直鏈澱粉；蛋白質熱凝膠則以變性與聚集為關鍵。
（一）直鏈澱粉形成凝膠網絡與澱粉回凝
1. 糊化後的分子狀態
澱粉顆粒原有半結晶結構。加水加熱時，水進入顆粒，氫鍵被破壞，顆粒吸水膨潤，結晶性下降；部分直鏈澱粉由顆粒中溶出，分散於周圍水相。此過程稱為糊化。
糊化澱粉冷卻時，溶出的直鏈澱粉分子具有較少的支鏈，較容易彼此靠近並重新排列。
2. 冷卻時直鏈澱粉如何成網
冷卻使澱粉分子熱運動降低。溶出的直鏈澱粉逐漸靠近，鏈段之間透過氫鍵等非共價作用重新結合，形成有序排列的雙股螺旋或結晶微區。這些微區成為凝膠網絡中的「結合點」或交聯區；多條澱粉鏈藉由結合點連接成三維網絡，並將水分限制在網絡內，形成澱粉凝膠。
此網絡的形成不需要蛋白質那種受熱展開、再聚集的變性過程，主要是澱粉鏈在冷卻時的重新結合與排列。直鏈澱粉鏈較易移動、支化程度低，因此通常能在冷卻初期較快形成網絡，使澱粉糊增稠、凝固。
3. 澱粉回凝及直鏈、支鏈澱粉的關係
「回凝」（retrogradation）是指糊化後的澱粉分子在冷卻或儲存期間，逐漸重新排列並形成有序結構的現象。回凝會使凝膠變硬、透明度降低，也可能造成水分從凝膠中析出，稱為離水。
直鏈澱粉與支鏈澱粉都會參與回凝，但速率與時間尺度不同：
- 直鏈澱粉：鏈段較容易靠近並排列，回凝較快，常在冷卻後短時間內形成凝膠網絡，也會促進初期硬化。
- 支鏈澱粉：分支結構使整體排列較受限制，回凝通常較慢，主要在較長時間的儲存期間逐步發生；其回凝會使澱粉食品持續變硬，例如麵包老化。
因此，冷卻初期的凝膠形成多由直鏈澱粉快速重結合主導；儲存期間的長期硬化則與支鏈澱粉較慢的回凝關係密切。
（二）卵白蛋白形成熱不可逆凝膠的三階段
卵白蛋白受熱後，分子結構改變，隨後彼此聚集並連成三維網絡。形成的凝膠在一般冷卻條件下不會恢復成原先的液態蛋白質溶液，稱為熱不可逆凝膠。其分子層次變化可分為以下三階段：
第 三 題20 分
梅納反應（Maillard Reaction）是食品加工中重要的非酵素性褐變反應之一，為許多食品提供了美好的色澤與風味，但也可能帶來負面影響。請回答下列問題：
(一) 請說明梅納反應發生的基本條件，指出其所需的兩種起始反應物為何？並列舉及說明三項會顯著影響其反應速率的關鍵因子。
(二) 除了產生色澤與風味，梅納反應也會對食品的營養價值造成影響。請說明此反應如何降低蛋白質的營養品質，特別是針對必需胺基酸－離胺酸（Lysine）的影響。
登入後即可作答並保存紀錄。
核心觀念
梅納反應（Maillard reaction）是還原糖的羰基與胺基化合物的游離胺基之間所進行的非酵素性褐變反應。它會形成複雜的中間產物及後續褐色色素（類黑精，melanoidins），並產生食品特有的香氣與風味物質。
解題方法
作答時先指出反應所需的兩類起始反應物，再從反應物的接觸程度、反應環境與加熱條件說明速率影響因子。營養影響則聚焦於還原糖與離胺酸的 ε-胺基反應，使離胺酸失去可利用性。
（一）反應條件與速率因子
**基本條件與起始反應物：**食品中須同時存在：
- 還原糖：如葡萄糖、果糖、乳糖等，提供可反應的羰基。
- 含胺基化合物：如蛋白質、胜肽或游離胺基酸，提供游離胺基；其中離胺酸的側鏈 ε-胺基特別容易參與反應。
兩者接觸後，胺基與糖的羰基先形成席夫鹼，接著經重排及一連串後續反應，生成風味化合物與褐色色素。反應不需酵素，但其速率會受食品組成與加工環境顯著影響。
三項關鍵速率因子：
- **溫度與加熱時間：**溫度升高通常會加快反應；加熱時間延長也會增加反應進行程度。因此烘焙、烘烤等高溫加工容易促進褐變，但過度加熱會使褐變及風味形成過量。
- **水分活性（）：**水分活性過高時，反應物被稀釋，糖與胺基化合物的有效接觸機會降低；水分活性很低時，分子移動與擴散受限，反應也不易進行。
第 四 題20 分
雞蛋是食品加工中最為廣泛的原料之一，其蛋黃與蛋白分別展現了優異的乳化性與起泡性。請回答下列問題：
(一) 請說明何謂「水包油（O/W）型乳化液」？並由化學結構的角度，說明為何蛋黃中的卵磷脂（Lecithin）是極佳的乳化劑。
(二) 請說明何謂「食品泡沫（Foam）」？並說明在攪打蛋白的過程中，蛋白中的蛋白質是如何使泡沫安定下來。
登入後即可作答並保存紀錄。
核心觀念
本題考查乳化液與食品泡沫的基本定義，以及兩者如何由界面作用而穩定。乳化液是液體分散於另一種互不相溶液體中的分散系；泡沫則是氣體分散於液體或固體中的分散系。蛋黃卵磷脂的兩親性有利於穩定油水界面，蛋白中的蛋白質則會吸附於氣液界面並形成有彈性的界面膜。
（一）水包油型乳化液與卵磷脂的乳化作用
水包油（O/W）型乳化液是指油相以微小液滴分散於連續的水相中；「油包水」（W/O）則是水滴分散於連續油相中。
卵磷脂主要含有磷脂醯膽鹼，是一種兩親性分子：
- 親水端：含磷酸與膽鹼等極性基團，可與水作用。
- 親油端：含脂肪酸烴鏈，可與油相作用。
卵磷脂分子會排列在油水界面，親水端朝向水相、親油端伸入油相。這種排列可降低油水界面張力，使油滴較容易分散；吸附於液滴表面的卵磷脂也形成界面層，減少油滴彼此合併，因此有助於乳化液維持穩定。
（二）食品泡沫與蛋白質穩定作用
**食品泡沫（foam）**是氣體以氣泡形式分散於液體或固體中的分散系。攪打蛋白時，空氣進入蛋白液並形成氣泡，氣泡間由薄液膜隔開；蛋白霜即為氣體分散在液相中的泡沫。
第 五 題20 分
乾酪（Cheese）製程涉及酪蛋白膠粒（Casein Micelle）的結構變化。請由乳蛋白化學的角度，回答下列問題：
(一) 請說明維持酪蛋白膠粒穩定性的主要物理化學機制為何？（6 分）
(二) 乾酪製作過程中，凝乳酶（Rennet）亦是關鍵的物質。請說明凝乳酶如何專一性地作用於 -酪蛋白，包括說明被切斷的特定胜肽鍵，以及解釋此作用為何會導致酪蛋白膠粒的去穩定化。（8 分）
(三) 在凝乳酶作用後，酪蛋白膠粒會開始聚集並形成凝乳。請闡述此聚集過程的機制，並說明牛乳中的鈣離子（）在此凝膠網絡生成過程中所扮演之角色。（6 分）
登入後即可作答並保存紀錄。
核心觀念
本題考查酪蛋白膠粒的膠體穩定性，以及凝乳酶引發的酵素凝乳機制。答題時可依序說明：膠粒原本如何維持分散、凝乳酶切除哪一段保護層，以及去穩定後如何在鈣離子參與下聚集成網絡。
（一）酪蛋白膠粒穩定機制
酪蛋白膠粒由多種酪蛋白與膠體磷酸鈣等礦物質組成。其穩定性主要來自以下兩類作用：
-
κ-酪蛋白形成表面保護層 κ-酪蛋白較親水的一端伸展至膠粒表面，形成帶有負電荷、含醣且高度水合的「毛狀層」。這層結構提供空間位阻與水合排斥，使膠粒彼此靠近時不易直接接觸、聚集或沉澱。
-
靜電排斥與膠粒內部結構 κ-酪蛋白表面的負電荷使膠粒間產生靜電排斥，降低碰撞後黏合的機會。膠體磷酸鈣則與富含磷酸絲胺酸的酪蛋白結合，協助維持膠粒內部的結構與組成。
因此，膠粒的穩定性可概括為：表面κ-酪蛋白的水合與空間位阻、負電荷造成的靜電排斥，以及內部酪蛋白—膠體磷酸鈣結構共同維持。
（二）凝乳酶對κ-酪蛋白的專一性作用
凝乳酶（rennet）的主要凝乳酵素為凝乳酶（chymosin）。在牛乳中，它專一性水解κ-酪蛋白第105位苯丙胺酸（Phe）與第106位甲硫胺酸（Met）之間的胜肽鍵：
切割後，κ-酪蛋白分成兩部分：
- 第1至105位的副κ-酪蛋白（para-κ-casein）：保留在膠粒上。