114 高普考普通考試 食品衛生檢驗 食品檢驗分析與化學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查醣類的呈色反應、含酚羥基胺基酸的顯色反應，以及油脂中游離脂肪酸的定量指標。作答時應交代各反應的作用物、反應條件、呈色或測定原理及判讀結果。

解題方法

（一）莫里奇反應（Molisch’s reaction）

莫里奇反應是醣類的通用定性反應。醣類在濃硫酸作用下脫水：戊糖生成糠醛（furfural），己糖生成 5-羥甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural）。這些糠醛類產物再與 α-萘酚（α-naphthol）縮合，形成紫紅色環。

操作時先將樣品與少量莫里奇試劑（α-萘酚溶液）混合，再沿試管壁緩慢加入濃硫酸，使酸液形成下層。兩液交界處出現紫紅色環，表示有醣類或可產生醣類的物質；此反應不能用來區分個別醣類。

（二）萘乙二胺法（α-Naphthylamine method）

萘乙二胺法用於亞硝酸根的比色測定，基礎是 Griess 反應。酸性條件下，亞硝酸根形成亞硝酸，與芳香族一級胺（常用磺胺類試劑）進行重氮化，生成重氮鹽；重氮鹽再與 α-萘乙二胺偶合，形成紅色或紫紅色偶氮染料。

測量生成染料的吸光度，並以亞硝酸根標準液製作檢量線，據以定量樣品中的亞硝酸根。顏色越深、吸光度越大，表示亞硝酸根含量越高。此法測定的是亞硝酸根；硝酸根須先經還原轉變為亞硝酸根，才能用相同顯色原理測定。

（三）米隆反應（Millon reaction）

米隆反應用於檢測蛋白質中的酪胺酸（tyrosine）酚基。米隆試劑主要含硝酸汞及硝酸，酪胺酸的酚環與試劑反應，經加熱後形成紅色或磚紅色產物。

出現紅色表示樣品含有酚基，常用以判斷蛋白質中是否含酪胺酸。此反應並非所有蛋白質都必呈陽性；缺少酪胺酸或酚基的樣品，顯色會不明顯。

（四）酸價（Acid value）

酸價是中和 $1\ \mathrm{g}$ 油脂中游離脂肪酸所需的氫氧化鉀毫克數，常用來評估油脂水解及酸敗程度。酸價越高，表示游離脂肪酸含量越多。

以標準氫氧化鉀酒精溶液滴定油脂試樣，至指示劑達到終點；以空白試驗校正後，按下式計算：

核心觀念

本題考查食品中丙酸與聯苯的氣相層析定量，以及火焰離子化檢測器（FID）的工作原理與適用性。GC 適用於具揮發性、可汽化且在分析條件下熱穩定的化合物。丙酸與聯苯經適當前處理後，可由載氣帶入管柱分離，再依標準品建立校正曲線定量。

GC 定量主要依據樣品峰與標準品峰的保留時間確認成分，並以峰面積（或峰高）表示含量。常用外部標準法；若樣品基質或進樣變異影響較大，可加入內標物校正。

（一）丙酸與聯苯的 GC 定量原理及操作步驟

分析原理

樣品汽化後由惰性載氣帶入管柱。各成分因揮發性及與固定相作用力不同，在管柱中移動速度不同，因而依序流出。以標準品的保留時間作定性比對，以峰面積和濃度的關係作定量。

• 丙酸：屬揮發性有機酸，食品基質中的丙酸可經萃取、淨化後進行 GC 分析。依採用的方法及管柱條件，必要時可將丙酸轉為較適合 GC 分析的衍生物，以改善揮發性、峰形及分離效果。
• 聯苯：為疏水性芳香族化合物，可由食品基質以適當有機溶劑萃取，經淨化、濃縮後直接進行 GC 分析。

操作步驟

1. 樣品均質與稱量 將食品樣品充分均質，準確稱取代表性試樣，記錄試樣重量。

2. 萃取及淨化

• 丙酸：依分析方法選用水相或適當溶劑萃取，必要時調整萃取條件或進行衍生化；再去除脂質、蛋白質及其他共萃取物。
• 聯苯：以適當非極性或中等極性有機溶劑萃取，經液液分配或固相萃取等方式淨化，必要時濃縮。 萃取溶劑與淨化條件須配合目標物性質及指定檢驗方法。

3. 配製標準液與校正液 分別配製丙酸、聯苯標準儲備液，再稀釋成數個已知濃度的工作標準液。標準液與樣品應採相同的進樣及分析條件；若使用內標法，須於標準液及樣品中加入固定量內標物。

4. 設定 GC 條件 選擇適合分析物的管柱與固定相，設定載氣流速、進樣口溫度、分流比或不分流模式、管柱溫度（等溫或程序升溫）及檢測器條件。以實際方法條件確保目標物與基質干擾物分離。

5. 進樣與定性 先進樣標準液，再進樣樣品萃取液。依標準品的保留時間辨認樣品中的丙酸與聯苯；必要時以添加標準品確認目標峰。

6. 建立校正曲線並定量 外部標準法以標準液濃度 $C$ 對峰面積 $A$ 建立校正曲線，例如： $A=aC+b$ 測得樣品峰面積後，由曲線求得樣品溶液濃度。

核心觀念

本題考查食品中銅的樣品前處理。食品含有蛋白質、脂質、醣類等有機基質，會干擾原子吸收光譜法（AAS）或感應耦合電漿法（ICP）測定。消化的目的，是分解或去除有機物，將銅轉成可溶於酸性溶液的離子，製成供後續儀器分析的檢液。

銅在一般乾式灰化溫度下不易揮發，適合採乾式消化；但仍須控制灰化溫度與操作，避免飛濺、污染或不完全消化。三種方法的主要差異在於分解有機基質的方式：乾式消化以高溫氧化，濕式消化以液態強酸氧化，微波消化則以密閉容器中的酸與微波加熱加速分解。

一、乾式消化法（Dry digestion method）

原理

將樣品置於坩堝中加熱灰化，使有機物氧化分解成二氧化碳、水及其他氣體，留下含銅的無機灰分。再以硝酸或適當稀酸溶解灰分，將銅轉成可測定的檢液。

優點

• 操作步驟簡單，通常不必大量使用酸。
• 有機基質可大量除去，灰分溶液較乾淨，後續測定干擾較少。
• 可一次處理較多樣品，適合含水量低或有機質較高的樣品。

缺點

• 灰化時間較長，分析速度較慢。
• 高溫下可能發生樣品飛散、坩堝污染或灰分難以溶解。
• 若溫度過高、加熱過久或操作不當，可能造成元素損失；也須注意爐具、坩堝及環境帶來的污染。
• 不適合所有元素與基質；須依待測元素的揮發性及樣品特性選擇條件。

操作步驟

1. 將樣品充分均質，稱取適量於潔淨、乾燥的坩堝中。
2. 若樣品含水量高，可先低溫加熱或預乾燥，避免直接高溫造成暴沸、飛濺。
3. 將坩堝放入灰化爐，逐步升溫，約以 $450\text{–}550\,^\circ\mathrm{C}$ 灰化至有機物分解、灰分呈淺色或近白色；依樣品特性調整時間與溫度。
4. 冷卻後，以硝酸或適當稀酸潤濕並溶解灰分；必要時加熱助溶。
5. 將溶液定量移入容量瓶，以去離子水洗滌坩堝並合併洗液，定容。
6. 視檢液狀況過濾或靜置取上清液，供後續銅含量測定。

二、濕式消化法（Wet digestion method）

原理

將樣品與氧化性強酸混合加熱，利用硝酸、硫酸或其他適用酸液氧化分解有機物，使銅留在酸性溶液中。常見做法以硝酸為主要消化酸；依樣品基質及方法需求，可搭配其他酸或氧化劑。

優點

• 消化溫度通常低於乾式灰化，可降低高溫造成的元素損失風險。
• 可直接將銅留在酸性溶液中，適合後續儀器分析。
• 對某些灰化後不易溶解的樣品，可藉酸消化獲得較完整的分解。

缺點

• 需使用腐蝕性、氧化性酸液，操作有危害性，且可能產生酸霧或有害氣體，須在通風櫥中進行。
• 酸用量與加熱時間較多，操作較費時；消化過程可能發生劇烈反應、暴沸或噴濺。
• 酸液及器皿可能帶入污染；酸基質過高也可能影響後續儀器測定。
• 若消化不完全，檢液仍含有有機物，會造成基質干擾。

操作步驟

核心觀念

本題考查熱分析中「示差熱分析」（Differential Thermal Analysis, DTA）與「示差掃描量熱法」（Differential Scanning Calorimetry, DSC）的量測原理、熱訊號呈現方式及食品分析上的應用。

兩者皆將試樣與參考物置於受控的升溫或降溫環境中，觀察試樣發生熱轉變時的反應。常見轉變包括熔融、結晶、玻璃轉移、相變及熱分解。主要差別在於：DTA 量測試樣與參考物之間的溫度差；DSC 量測與試樣熱轉變相關的熱流率差，因此較適合定量熱量與焓變。

一、示差熱分析儀（DTA）的原理

DTA 將試樣與熱性質穩定、在測定溫度範圍內不發生相變的參考物，置於同一加熱或冷卻環境中，以相同程序改變溫度，並分別量測兩者的溫度。儀器記錄兩者的溫度差：

其中 $T_s$ 為試樣溫度，$T_r$ 為參考物溫度。

若試樣沒有熱轉變，試樣與參考物大致同步升溫或降溫，$\Delta T$ 接近基線。若試樣發生熱轉變，會吸收或放出熱量，使試樣溫度暫時落後或超前參考物，因而在 DTA 曲線上形成峰。

• 吸熱轉變：試樣吸熱，升溫時其溫度相對落後，產生吸熱峰。
• 放熱轉變：試樣放熱，升溫時其溫度相對超前，產生放熱峰。

峰的方向會受儀器設定影響，因此判讀時須確認圖譜的吸熱、放熱方向。DTA 峰的位置可用來判斷轉變溫度；峰面積可反映熱效應大小，但通常不如 DSC 適合直接定量焓變。

二、示差掃描熱分析儀（DSC）的原理

DSC 同樣將試樣與參考物置於控制溫度程序下進行升溫或降溫，並比較兩者熱轉變所需或釋出的熱量。一般以熱流率表示訊號：

DSC 曲線通常以熱流率對溫度或時間作圖。試樣發生吸熱或放熱轉變時，儀器記錄相應熱流變化，形成峰或基線變化。

常見 DSC 儀器有兩種控制方式：

1. 熱流式 DSC：試樣與參考物位於同一熱源上，兩者的溫差與熱流差相關，儀器據此換算熱流訊號。
2. 功率補償式 DSC：試樣與參考物分別由加熱器控制，使兩者維持相同溫度；為補償試樣熱轉變造成的熱需求差，儀器量測兩側所需功率差。

DSC 峰的面積可經校正後換算熱轉變焓：

若以升溫速率 $\beta = dT/dt$ 表示，也可寫為：