（一）萃取（Extraction）與過濾（Filtration）

核心觀念

萃取與過濾都是食品加工的分離操作，但分離依據不同。萃取是利用目標成分在不同相或溶劑中的溶解度、分配係數差異，使目標物由原料轉移至萃取液；過濾則利用多孔介質截留懸浮固體，使固液分離。

解題方法與比較

萃取的重點是「把欲取得的成分溶出來」。例如以水萃取茶葉中的可溶性成分，或以適當溶劑取得植物油、色素與香氣物質。萃取效果受溶劑種類、溫度、時間、粒徑、固液比及攪拌影響。

過濾的重點是「讓流體通過濾材，留下被截留的顆粒」。例如果汁澄清、豆漿濾渣，以及萃取後移除植物殘渣。過濾速率與壓差、濾面積、濾材阻力、濾餅阻力及液體黏度有關。

兩者可以連續使用：先萃取原料中的可溶物，再過濾移除不溶性固體。萃取的產物通常是含溶質的液體；過濾則得到濾液與濾餅。過濾本身不負責選擇性溶出溶質，萃取也不必然能將懸浮固體分離乾淨。

解題技巧

看到「溶解度、溶劑、分配、溶出」，判斷為萃取；看到「濾材、孔隙、截留、濾液、濾餅」，判斷為過濾。答題時補上兩者可串聯的關係，即能呈現單元操作的整體觀念。

（二）堆積密度（Packing density）與靜安息角（Static angle of repose）

核心觀念

堆積密度描述散裝顆粒占據容器空間時，單位體積內所含物料的質量；靜安息角描述顆粒堆形成後，在靜止狀態下堆面與水平面的夾角。前者是密度或裝填程度的量，後者是表面坡度的角度量。

解題方法與比較

若容器中物料質量為 $m$，散裝體積為 $V_b$，則堆積密度為

$$\rho_b=\frac{m}{V_b}$$

其中 $V_b$ 包含顆粒間的空隙，因此堆積密度低於顆粒材料本身的真密度。堆積密度會受粒徑、形狀、含水率、粒徑分布、振動與裝填方式影響。

靜安息角 $\theta$ 是顆粒由漏斗或容器落下形成穩定料堆時，料堆表面相對水平面的角度。若料堆底部半徑為 $r$、高度為 $h$，理想圓錐堆可用

$$\tan\theta=\frac{h}{r}$$

描述。靜安息角較大，通常表示顆粒間摩擦、黏聚或交互作用較強，流動性較差；但它不是堆積密度的直接換算值。

兩者都受到顆粒形狀、大小與含水率等因素影響，因此可能相關；然而堆積密度反映單位體積質量，靜安息角反映顆粒堆的穩定坡度，兩者的物理意義與單位不同，不能互相取代。

解題技巧

堆積密度的單位常為 $\mathrm{kg/m^3}$ 或 $\mathrm{g/cm^3}$，靜安息角以度數表示。作答時明確指出堆積密度計入顆粒間孔隙，並說明安息角只提供流動與堆積特性的指標，避免把兩者寫成同一種「堆積緊密程度」。

（三）超音波（Ultrasound）與近紅外線（Near infrared ray）

核心觀念

超音波是頻率高於人耳可聽範圍的機械聲波，必須透過介質傳播；近紅外線是電磁輻射，常用波段約為 $780$ 至 $2500\,\mathrm{nm}$。兩者分別以聲學作用與光譜吸收、反射等方式與食品作用。

解題方法與比較

食品加工中的高強度超音波可在液體中引發聲空化，氣泡生成、成長與崩潰所造成的局部剪切、微射流與壓力變化，可促進混合、萃取、乳化、均質、乾燥或微生物控制。低強度超音波也可用於檢測與分析。超音波的效果受頻率、功率、處理時間、介質與設備配置影響。

近紅外線常用於快速、非破壞性的品質檢測。水分、蛋白質、脂質與醣類中的 O–H、C–H、N–H 等化學鍵會產生近紅外光吸收訊號；以光譜資料配合校正模型，可估測水分、成分或品質指標。它的優勢是快速且通常不需繁複前處理，但量測結果依賴樣品、儀器與校正模型。

核心觀念

農產乾燥工程中的「絕對濕度」通常指單位質量乾空氣所含的水蒸氣質量，也稱含濕比或濕度比，符號常用 $\omega$，單位為 $\mathrm{kg\ H_2O/kg\ dry\ air}$：

$$\omega=\frac{m_v}{m_{da}}$$

其中 $m_v$ 為水蒸氣質量，$m_{da}$ 為乾空氣質量。此量描述空氣實際帶有多少水蒸氣，適合用於乾燥工程的水分與物料衡算。

若以水蒸氣分壓 $p_v$、總壓力 $P$ 表示，理想氣體近似下：

$$\omega=0.622\frac{p_v}{P-p_v}$$

$0.622$ 為水蒸氣與乾空氣的分子量比。

解題方法

本題先掌握定義，再說明哪些因素會改變「每公斤乾空氣含有的水蒸氣量」。乾燥空氣流經濕農產品時，水分蒸發進入空氣，使空氣含水量增加，排氣的絕對濕度通常高於進氣。若無水分加入或移除，單純加熱或冷卻空氣不會改變上述含濕比；但會改變相對濕度。

影響絕對濕度的因素可整理如下：

1. 水蒸氣含量或水蒸氣分壓：水分蒸發、加濕會使 $p_v$ 與 $\omega$ 增加；除濕、冷凝則使其降低。
2. 總壓力：在水蒸氣分壓相同時，總壓力 $P$ 改變會影響 $\omega$。由公式可知，$P$ 增大時 $\omega$ 減小；

核心觀念

乾燥鋒面（drying front）是乾燥過程中，已乾燥區與仍在乾燥區之間的移動界面。在固定床或料層乾燥時，熱乾空氣由進風端通過物料，先使靠近進風端的物料失水；隨著乾燥進行，這個乾燥區逐漸向出風端推進，形成乾燥鋒面。

乾燥鋒面形成的根本原因，是空氣與果物之間的水分與熱量傳遞並不會在整個料層同步完成。空氣沿途吸收水分、溫度下降，乾燥能力逐漸減弱，因此不同位置的果物乾燥速率不同。

解題方法：依序說明成因、影響與預防

一、產生原因

1. 乾燥空氣沿料層逐步改變狀態 空氣流經物料時，水分增加、相對濕度升高，且因提供熱量使物料水分蒸發，空氣溫度也會下降。故進風端空氣的乾燥能力較強，愈靠近出風端，乾燥能力通常愈弱。

2. 物料含水率及位置不均 靠近進風端的果物較早受熱、較早失水；遠離進風端的果物則仍保持較高含水率。乾燥區與未乾燥區之間便形成含水率梯度，也就是乾燥鋒面。

3. 果物本身的傳質阻力 水分須由果物內部移至表面，再由表面蒸發至空氣中。果片厚度、組織結構、表面狀況及果物排列密度不同，都會造成內部水分移動速率不一，使乾燥鋒面更明顯。

二、造成的影響

• 乾燥不均勻：料層中有些果物已乾，有些仍偏濕。
• 靠近進風端的果物過度乾燥：可能造成收縮、硬化、褐變或風味與色澤劣化。
• 出風端或濕區乾燥不足：成品含水率偏高，儲藏時較易發霉或品質劣變。

核心觀念

粉碎是以機械力將固體物料破裂或切割成較小顆粒的單元操作。題目要說明粉碎的目的與原理、粉碎能量和粒徑的關係，以及不同粉碎機械的作用方式與適用情形。

農產品粉碎常見目的包括：增加比表面積以利乾燥、萃取、消化或化學反應；使物料粒徑均勻，便於混合、計量及輸送；以及將物料加工成符合後續製程需求的粒度。粉碎程度須依用途決定，並非越細越好；過度粉碎會增加能耗、發熱與粉塵，也可能使產品品質下降。

粉碎時施加的力量超過物料內部的抗力，物料便會破裂。主要作用力有：

• 壓縮：兩個表面擠壓物料，適合脆硬物料。
• 衝擊：高速運動的槌片或顆粒撞擊物料。
• 剪切與切割：刀刃或相對運動表面切斷物料，常用於纖維性、韌性物料。
• 摩擦與磨剝：物料在表面間滑動、磨擦而變細，常用於細磨。

實際粉碎通常由多種作用力共同完成。

粉碎能量與粒徑關係

令 $D_1$ 為進料代表粒徑、$D_2$ 為產品代表粒徑，且 $D_1>D_2$；$E$ 為單位質量物料的粉碎能量。常見粉碎定律如下：

Kick 定律假設粉碎能量與粒徑縮小的比例有關，常用於粗碎：

$$E=K_K\ln\left(\frac{D_1}{D_2}\right)$$

Rittinger 定律假設粉碎能量與新生成的表面積成正比，常用於細磨：

$$E=K_R\left(\frac{1}{D_2}-\frac{1}{D_1}\right)$$

Bond 定律的適用傾向介於 Kick 與 Rittinger 之間：

$$E=K_B\left(\frac{1}{\sqrt{D_2}}-\frac{1}{\sqrt{D_1}}\right)$$

其中 $K_K$、$K_R$、$K_B$ 為依物料與條件而定的常數，採用公式時須配合相應的粒徑與能量單位。粉碎機的實際能耗還受物料硬度、韌性、含水率、進料粒度、產品粒度、篩網孔徑與機械效率影響，因此上述關係主要用於估算與比較。

解題方法：由粉碎目的連結設備選用

作答時可先交代粉碎的目的與受力機理，再按物料性質和所需產品粒度說明機械。選機的關鍵是確認物料偏硬脆、柔韌纖維性，或需要特定粒度與粒度分布；接著選擇合適的粉碎作用方式，並以篩網、間隙或多段粉碎控制產品粒度。

粉碎機械及特性

核心觀念

農產品醱酵是利用微生物及其酵素，在適當環境下將原料中的醣類、蛋白質或其他成分轉化，形成酸、酒精、香氣及其他產物，以改善風味、質地與保存性。醱酵結果取決於原料性質、菌種、操作條件及衛生管理。

農產品加工常見的醱酵型式如下：

• 乳酸醱酵：乳酸菌將醣類轉成乳酸，常見於泡菜、酸菜、醃漬蔬菜及發酵飲品。主要目的之一是降低 pH、抑制部分腐敗菌。
• 酒精醱酵：酵母菌將醣類轉成乙醇與二氧化碳，常見於水果酒、米酒及部分發酵飲品。
• 醋酸醱酵：醋酸菌在有氧條件下將乙醇氧化成醋酸，可用於果醋及穀物醋。
• 麴菌及複合醱酵：麴菌產生澱粉酶、蛋白酶等酵素，將原料分解成較易利用的糖、胺基酸等，再由酵母、乳酸菌或其他微生物接續醱酵；常見於醬油、味噌及部分傳統釀造食品。
• 固態醱酵與液態醱酵：固態醱酵以固體原料為基質、自由水較少，常見於製麴；液態醱酵以液體培養基進行，便於攪拌、供氣及量測控制。

實際產品可採單一菌種或多種菌種分段接種；醱酵槽則可採批次、補料批次或連續操作。選擇方式須配合原料、目標產品及製程條件。

解題方法：列出醱酵控制參數

答題時可依「原料與菌種 → 環境條件 → 製程監測 → 衛生與成品」的順序，說明每項參數對微生物生長、代謝及產品品質的影響。

一、原料與菌種

1. 原料品質與成熟度：原料新鮮度、受損程度及初始微生物量會影響醱酵一致性與污染風險。
2. 可利用基質與營養組成：糖度、碳源、氮源、礦物質及水分會影響菌體增殖與產物生成；必要時須調整配方或前處理。
3. 菌種及接種量：選用適合原料與產品的菌株，並控制接種量及菌種活性。菌種不足時，目標菌較難快速建立優勢；菌種或接種量不一致則會造成批次差異。
4. 接種時機與菌種順序：多菌種製程須依各菌種作用特性安排接種時機，避免彼此競爭而影響預期轉化。

二、醱酵環境

1. 溫度：影響微生物生長速率、酵素活性與產物生成。溫度過高可能抑制或殺死菌體，過低則會使醱酵變慢。
2. pH 與酸度：影響菌種生長、酵素作用及風味形成。乳酸醱酵常以 pH 變化追蹤酸化進程；應依產品與菌種設定適當範圍，並避免酸化不足。
3. 時間：須配合菌種、溫度、原料及目標品質設定。醱酵不足可能使風味與保存性不佳；過度醱酵則可能造成過酸、異味或品質劣變。
4. 氧氣與氧化還原條件：乳酸醱酵及酒精醱酵通常須控制氧氣接觸，減少不必要的氧化或雜菌生長；醋酸醱酵則需要供氧，以利醋酸菌氧化乙醇。
5. 水分或水活性：影響微生物可利用水分與生長狀態；固態醱酵尤其須控制基質含水量及通氣條件。
6. 鹽度及糖度：鹽可調節微生物生長並影響乳酸醱酵環境；糖度提供可發酵基質，也會影響滲透壓與醱酵速度。兩者均須配合產品及菌種設定。
7. 攪拌、通氣與混合均勻度：液態醱酵須視微生物需求控制攪拌與供氣，確保溫度、營養及菌體分布均勻；