112 地方特考三等 食品衛生檢驗類科 食品化學 考古題詳解

核心觀念

油脂光氧化是油脂在光照下，經光敏劑吸收光能並活化氧分子所引發的氧化反應。它與一般自動氧化的自由基鏈反應不同，主要由單態氧（singlet oxygen，${}^{1}O_2$）直接攻擊不飽和脂肪酸的碳碳雙鍵，形成氫過氧化物。反應不必先從脂肪酸抽取烯丙位氫，因此起始方式與產物分布都與自動氧化不同。

解題方法與反應機制

作答時依序說明「光敏劑吸光、氧分子活化、單態氧攻擊雙鍵、形成初級氧化物與後續分解產物」，即可完整涵蓋作用原理、機制及主要生成物。

一、光敏劑吸收光能

食品中的葉綠素、核黃素、血紅素及其衍生物等可作為光敏劑（photosensitizer）。光敏劑吸收適當波長的光後，由基態進入激發單重態，再經系間轉換形成較長壽命的激發三重態：

其中 $h\nu$ 為光能，$\mathrm{Sens}$ 為光敏劑。

二、光敏劑將能量傳給氧分子

基態氧主要為三重態氧（${}^{3}O_2$）。激發三重態光敏劑可將能量轉移給三重態氧，使其成為反應性較高的單態氧：

核心觀念

本題考查食品加工時有害物質的形成途徑、代表性種類及其健康危害。作答宜依形成來源分類，並以「加工生成物」與「原料或環境帶入的殘留物」兩大方向整理，說明哪些物質會在加熱、發酵、保存或包裝等一般加工過程中產生或殘留。

本題屬申論題，無須套用計算公式或逐條列舉法規；重點在於分類完整、舉例具體，並指出可行的加工控制方式。

解題方法

先按有害物質的來源分組，再於各組列出形成條件、食品例子與主要危害：

1. 加熱加工生成：高溫、長時間或局部焦化所產生的反應副產物。
2. 加工助劑或容器帶入：使用的添加物、加工材料或包裝容器遷移造成的殘留。
3. 原料、環境或保存期間帶入／生成：農藥、重金屬、黴菌毒素，以及儲存不當形成的有害物質。
4. 控制原則：降低不必要的高溫與焦化、妥善管理油脂及原料、遵守添加物與食品器具容器包裝的規範，並落實保存與污染監測。

食品於一般加工過程產生或殘留之有害物質

一、加熱加工所生成的物質

• 丙烯醯胺（acrylamide）：含天門冬醯胺與還原糖的食品經高溫油炸、烘焙或烘烤時，可能經梅納反應形成；常見於薯條、洋芋片及烘焙食品。具神經毒性，並有致癌疑慮。
• 多環芳香烴（PAHs）：肉類或其他食品直接接觸火焰、遭煙燻或脂肪滴落至火源燃燒時，可能由不完全燃燒產生並附著於食品表面；苯並[a]芘為代表物，具有致癌性。
• 雜環胺（HCAs）：肉、魚等含蛋白質食品以高溫煎、烤或燒烤時，由胺基酸、肌酸／肌酐及糖類反應生成；部分具致突變性及致癌疑慮。
• 反式脂肪酸：植物油在部分氫化過程中可能形成；若油脂反覆高溫使用，也會發生氧化、聚合及劣化，增加食品品質與健康風險。
• 氯丙醇酯及 3-MCPD：含油脂食品在高溫精製等製程中可能生成氯丙醇酯；經消化後可釋出 3-MCPD。精製植物油與部分油脂食品是管理重點。
• 呋喃（furan）：食品經熱處理或罐藏等加工時，糖、胺基酸、抗壞血酸及脂肪酸等成分可能參與形成；因具揮發性，密閉加工食品中較需留意。
• 氨基甲酸乙酯（ethyl carbamate）：發酵食品與酒類中，尿素、氰酸鹽等前驅物反應可能形成；酒類及發酵食品為常見關注對象，具有致癌疑慮。

二、醃漬、發酵及食品成分反應所生成的物質

• 亞硝胺（nitrosamines）：亞硝酸鹽在適當條件下與胺類反應可形成；加工肉品或醃漬食品是常見討論例。部分亞硝胺具致癌性。亞硝酸鹽的使用須符合規定，並妥善控制添加量與加工條件。

核心觀念

本題考查澱粉經酵素轉化為環狀糊精的製程，以及環狀糊精的環狀結構、分類與包合作用。環狀糊精（cyclodextrin，CD）是由數個 $\alpha$-$1,4$ 鍵結的 D-葡萄糖單元環化形成的環狀寡醣；其分子外側親水、內腔相對疏水，因此可包合適當大小的疏水性分子。

解題方法：由澱粉製得環狀糊精

製程的關鍵是利用環糊精葡萄糖基轉移酶（cyclodextrin glucanotransferase，CGTase）進行分子內轉糖基反應，使澱粉鏈的一段被切下並首尾相接成環。

1. 液化澱粉：先將澱粉糊化，並以耐熱 α-澱粉酶部分水解，降低黏度、形成較短的直鏈或支鏈糊精，作為後續酵素反應的基質。
2. 酵素環化：加入 CGTase。酵素切斷澱粉或糊精鏈中的 $\alpha$-$1,4$ 鍵，將一段葡萄糖鏈轉移至同一分子鏈段的另一端，形成新的 $\alpha$-$1,4$ 鍵，使鏈段首尾相接成環。
3. 分離純化：反應液中仍含未反應澱粉、線性糊精及不同大小的環狀糊精。可藉由沉澱、結晶、膜分離或層析等方式分離，再依用途進一步純化。

CGTase 除了催化環化，也可能催化環糊精與線性糖鏈間的偶合、歧化等轉糖基反應；因此製程需控制反應條件與時間，以利目標環糊精生成及後續分離。

環狀糊精的種類

常見天然環狀糊精依葡萄糖單元數分為：

三者皆以 $\alpha$-$1,4$ 鍵結形成環狀結構。葡萄糖單元數增加時，環腔通常變大；實際包合能力仍取決於客體分子的尺寸、形狀及與環腔的作用力。

核心觀念

蛋白質凝膠是蛋白質分子在適當條件下展開、聚集並彼此連結，形成三維網狀結構的現象。網絡可固定水分、油脂及其他溶質，使原本可流動的蛋白質溶液轉變為具有彈性或硬度的半固體。蛋白質凝膠常見於豆腐、魚漿製品、蛋及乳製品。

凝膠形成大致包含兩個階段：

1. 蛋白質變性與展開：加熱、酸鹼變化、鹽類或機械作用改變蛋白質的天然構形，使原本埋藏於分子內部的疏水基團、巰基等暴露。
2. 分子間聚集與交聯：展開的蛋白質彼此靠近，透過非共價作用力或共價鍵結合，形成連續的三維網絡。

凝膠形成與蛋白質濃度、分子構形、處理條件及溶液環境有關；凝膠網絡過疏、過密或聚集過度，都會影響其強度、彈性與保水性。

解題方法

作答可依「凝膠定義與現象 → 網狀結構形成機制 → 影響因子」三部分鋪陳。說明網絡形成時，應指出蛋白質先變性，再經分子間作用形成連續結構；並區分穩定網絡的作用力，不宜只寫「蛋白質凝固」。

凝膠網狀結構如何生成

蛋白質分子在溶液中受到熱、酸鹼或其他處理後，分子內部的氫鍵、離子作用及疏水作用等平衡改變，蛋白質因此展開。展開後的分子藉由下列方式彼此連結：

• 疏水作用：疏水區域暴露後彼此聚集，是許多熱誘導凝膠形成的重要作用。
• 氫鍵與靜電作用：分子間形成氫鍵，或帶相反電荷的基團互相吸引。
• 二硫鍵：半胱胺酸殘基的巰基氧化形成二硫鍵，或經巰基－二硫鍵交換反應，增加網絡穩定性。
• 其他共價交聯：特定蛋白質或加工條件下，酵素可催化蛋白質分子間交聯。

當這些作用使分子聚集而又未完全沉澱成粗大團塊，蛋白質便形成連續網絡。網絡間隙可包埋水分、脂肪及溶質；因此凝膠的質地與保水性，取決於網絡孔隙、連結密度及分子聚集程度。

影響蛋白質凝膠的因子

1. 蛋白質種類與構形：不同蛋白質的胺基酸組成、分子大小、巰基含量及構形穩定性不同，變性與交聯能力也不同。

核心觀念

轉化糖（invert sugar，亦稱轉化糖漿中的糖分）是蔗糖經水解後，生成的葡萄糖與果糖混合物。蔗糖分子由一分子葡萄糖和一分子果糖組成，水解反應如下：

每莫耳蔗糖水解後，生成各一莫耳葡萄糖與果糖。此混合物稱為「轉化糖」，是因為蔗糖原本呈右旋性，水解後果糖的左旋性較強，使混合物的旋光方向轉為左旋。

解題方法

作答可依「來源與反應—名稱由來—食品特性—應用」說明。先指出轉化糖是蔗糖水解產物，再以旋光方向改變解釋「轉化」的名稱，最後連結其甜度、保濕性與抑制結晶等特性，說明食品用途。

水解可由酸加熱催化，也可由轉化酶（invertase）催化。葡萄糖與果糖皆為還原糖，因此轉化糖可與斐林試劑等還原糖試劑反應；未水解的蔗糖則不是還原糖。