115 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
第 一 題25 分
請描述常用於檢測食品中蛋白質含量之凱氏氮法（Kjeldahl Method）的操作流程與原理，並說明氮係數為什麼肉類與穀類數值不同？
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核心觀念
凱氏氮法（Kjeldahl Method）先將食品中的氮轉成銨離子，再以蒸餾、滴定定量氮含量，最後乘上適用的氮係數，估算粗蛋白質含量。
基本計算式為：
常見氮係數包括：肉類通常採 ；小麥常採 ，米類常採 。氮係數是將測得的氮量換算為蛋白質量的因子，並非所有食品都相同。
解題方法：原理與操作流程
- 消化：秤取均勻樣品，加入濃硫酸及催化劑（常用銅、硒等催化劑），並可加入硫酸鉀或硫酸鈉提高消化溫度。加熱消化，使樣品中的有機氮轉成硫酸銨中的銨離子。完成後冷卻，再小心加水稀釋。
- 鹼化與蒸餾：在消化液中加入過量氫氧化鈉，使銨離子轉成氨氣；以蒸氣蒸餾將氨帶出。
- 吸收與滴定：將蒸出的氨導入硼酸吸收液，再以已知濃度的標準酸滴定；也可依方法規定直接用標準酸吸收氨。以空白試驗扣除試劑背景後，根據標準酸用量計算樣品中的氮量。
第 二 題25 分
請以分子結構實例說明相對水蒸氣壓（Relative Vapor Pressure, RVP，即水活性 Water Activity, ）如何影響奶粉中還原糖與蛋白質反應。
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核心觀念
本題考查水活性對奶粉中**梅納反應（Maillard reaction）**速率的影響，以及還原糖與蛋白質反應的分子機制。相對水蒸氣壓（RVP）在此題指水活性 ，定義為食品中水的平衡蒸氣壓與同溫純水蒸氣壓的比值：
其中 為食品中水的平衡蒸氣壓， 為同溫純水的蒸氣壓。平衡相對濕度以百分比表示時，約為 。水活性反映水可供反應與分子移動的程度，並不等同食品的總含水量。
奶粉中的代表性還原糖是乳糖；它由半乳糖與葡萄糖以 糖苷鍵相連，葡萄糖端仍保有可開環的異頭碳，因此具有還原性。蛋白質中的代表性反應位置是離胺酸（lysine）側鏈的 -胺基，蛋白質的 N 端胺基也能參與反應。
解題方法與反應機制
以乳糖的還原端和蛋白質離胺酸側鏈作為結構實例，先說明水活性如何改變兩者接觸與反應，再交代反應產物的形成：
- **初期縮合：**乳糖還原端開環後形成具羰基的形式；其羰基與離胺酸側鏈的 -胺基縮合，脫去水分子，形成席夫鹼（Schiff base，亦稱 N-取代糖基胺）。
- **阿馬多里重排：**席夫鹼重排形成較穩定的乳醣基離胺酸（lactulosyl-lysine），屬阿馬多里產物。
第 三 題25 分
衛生福利部食品藥物管理署有一個建議方法，使用高效能液相層析法（HPLC），分析膠囊及錠狀食品中 thiamine、riboflavin、nicotinic acid、nicotinamide、pantothenic acid、pyridoxine、folic acid、calcium L-5-methyltetrahydrofolate 及 ascorbic acid 共九項化合物，所使用的管柱為 C18 烷基管柱，流洗液使用酸性磷酸緩衝水溶液與乙腈，使用光二極體陣列檢出器。
請問此方法所檢測的化合物有何重要性？是否可以依層析之流洗順序推測化合物的極性？檢測器如何鑑別化合物的正確性？
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核心觀念
本題考查水溶性維生素的生理功能，以及反相高效能液相層析（RP-HPLC）的分離原理與光二極體陣列檢出器（PDA）的定性方式。食藥署此方法適用於膠囊與錠狀食品中九種水溶性維生素的檢驗。
九種分析物的重要性如下：
| 化合物 | 主要營養或生理功能 |
|---|---|
| 維生素 B1（thiamine） | 以焦磷酸硫胺素等形式參與醣類代謝與能量生成，並維持神經功能。 |
| 維生素 B2（riboflavin） | 構成 FMN、FAD 等輔酶，參與氧化還原反應與能量代謝。 |
| 菸鹼酸（nicotinic acid）與菸鹼醯胺（nicotinamide） | 均為維生素 B3 型態，參與 NAD、NADP 的合成及氧化還原代謝。 |
| 泛酸（pantothenic acid） | 為輔酶 A 的組成成分，參與脂肪酸合成與分解等代謝。 |
| 維生素 B6（pyridoxine） | 轉變為磷酸吡哆醛等活性型態，參與胺基酸代謝、神經傳導物質合成與血紅素形成。 |
| 葉酸（folic acid）與 L-5-甲基四氫葉酸鈣 | 參與一碳單位轉移、核酸合成及細胞分裂；5-甲基四氫葉酸是葉酸的活性型態之一。 |
| 維生素 C（ascorbic acid） | 為抗氧化營養素，參與膠原蛋白合成，並促進非血基質鐵吸收。 |
檢測這些成分可用於確認產品的維生素含量與標示是否相符，也有助於營養品質及產品品質管理。
解題方法
反相 HPLC 如何分離
C18 烷基管柱是非極性固定相；流動相則以酸性磷酸緩衝水溶液與乙腈組成，整體偏極性。分析物在流動相與固定相之間分配，通常越疏水、與 C18 固定相作用越強，滯留時間越長；越親水者通常較早流出。
但題目提供的是管柱與流動相種類，未提供完整的個別滯留時間、離子化狀態及實際層析條件。因此不能僅按化合物名稱或某個單一結構特徵，替九種化合物排出可靠的固定流出順序，也不能把流出先後直接等同於「絕對極性」排序。
能否從流洗順序推測極性
第 四 題25 分
飼料中黃麴毒素有可能轉移至牛乳，因此食品管理機構需要監測含乳品之嬰幼兒配方食品的黃麴毒素 M1（aflatoxin M1）含量。
此檢驗方法中，樣品以免疫親和性管柱（Immunoaffinity column）進行淨化，再使用配備有螢光檢測器（fluorescence detector）之高效液相層析儀進行分析。螢光檢測器之激發波長設定在 365 nm，而發射波長設定在 435 nm。
請說明使用免疫親和性管柱的理由與淨化原理，並說明螢光檢測器的設計與工作原理。
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核心觀念
本題考查免疫親和性管柱的選擇性淨化，以及螢光檢測器的光學設計與訊號形成。黃麴毒素 M1（aflatoxin M1，AFM1）具有螢光，可用高效液相層析儀分離後，以螢光檢測器測定。題目指定的激發波長為 365 nm、發射波長為 435 nm。
免疫親和性管柱：使用理由與淨化原理
**使用理由：**嬰幼兒配方食品含有蛋白質、脂質、糖類及其他成分，可能干擾層析分離或螢光訊號。免疫親和性管柱以對 AFM1 具有專一性的抗體作為辨識材料，可從複雜基質中選擇性捕捉 AFM1，降低共萃取物造成的干擾，並濃縮待測物，以提升分析的選擇性與靈敏度。
淨化原理與操作：
- 先將樣品均質、萃取並調整溶劑條件，使 AFM1 能與抗體結合。
- 將萃取液通過管柱。管柱填料上的抗體會與 AFM1 形成專一性的抗原—抗體結合；大部分不具此專一性的基質成分則隨流出液離開。
- 以適當洗液沖洗管柱，去除殘留的非專一性吸附物。
- 使用能破壞抗原—抗體非共價作用的洗脫液，使 AFM1 從抗體上解離並收集。將洗脫液濃縮或調整至適合的溶劑條件後，注入 HPLC 分析。
此法的選擇性來自抗體對目標物的辨識；它並非依待測物的分子大小進行篩分，也不是由抗體與 AFM1 形成共價鍵。洗脫的目的，是在釋出 AFM1 的同時保留其可供後續分析的化學型態。
螢光檢測器：設計與工作原理
螢光檢測器通常包含光源、激發波長選擇元件、流通池、發射波長選擇元件及光電偵測器。