113 高普考高考二級 農產加工 食品加工學研究 考古題詳解

核心觀念

本題考查兩部分：水果採收後的成熟型態，以及果醬製作時果膠凝膠的形成條件。答題時應先用呼吸作用與乙烯的變化界定更年性，再以「果實、果膠、酸、糖與加熱濃縮」說明果醬製程及凝膠控制。

更年性與非更年性水果

**更年性水果（climacteric fruit）**在成熟過程中，呼吸速率會出現明顯高峰，並伴隨乙烯生成量急遽增加；果實採收後仍可繼續成熟。乙烯會促進軟化、色澤改變、香氣形成及澱粉轉糖等成熟變化。常見例子有香蕉、蘋果、梨、桃、番茄、芒果及酪梨。

**非更年性水果（non-climacteric fruit）**成熟時通常沒有明顯的呼吸高峰及乙烯大量自我生成現象，採收後不會像更年性水果般持續完成成熟，通常須在植株上達到適當成熟度才有良好風味。常見例子有柑橘、葡萄、草莓、鳳梨及櫻桃。

**採後與加工上的意義：**更年性水果可在適當成熟度採收，利用控制溫度、乙烯及氣體組成調節後熟；非更年性水果採收時須較注意成熟度與風味。兩類水果皆可加工成果醬，但原料成熟度會影響果膠含量、酸度、香氣與凝膠能力，因此配方須視原料特性調整。

解題方法：果醬一般程序

果醬（jam）是以果肉或果泥加糖煮製、濃縮並形成凝膠的產品。一般程序如下：

1. **選果與前處理：**選用成熟度適當、無腐敗及機械傷害的水果，清洗、去皮、去籽或去核，依產品型態切碎、壓碎或打成果泥。
2. **調配：**依原料果膠與酸度，調整果肉、糖、果膠及酸的比例；天然果膠不足時可添加果膠，酸度不足時可補充食用酸。
3. **加熱煮製與濃縮：**加熱使果肉軟化、果膠溶出，糖溶解並使水分蒸發。適當攪拌以防焦底，並縮短不必要的加熱時間，以保留色澤與香氣。
4. **終點判定：**以可溶性固形物、溫度、冷卻凝膠試驗或折皺試驗等判定濃縮終點。終點不足易使產品過稀；過度濃縮則可能造成過硬、焦味或糖結晶。

核心觀念

本題考查食品乾燥的保存原理與加工目的、乾燥過程的傳熱傳質特性，以及固態食品典型的乾燥速率曲線。

乾燥是以熱能使食品中的水分汽化，並將水蒸氣移離食品表面的單元操作。食品含水量常以乾基含水率表示：

乾燥速率則表示單位時間、單位乾燥面積所移除的水分：

其中 $A$ 為乾燥面積、$W$ 為食品中水分質量、$M_s$ 為乾物質質量。負號表示含水率隨時間下降；若以乾燥速率大小作圖，通常以正值表示。

食品乾燥的主要目的

1. 降低水活性，抑制微生物生長與酵素作用：除去部分水分可降低水活性，減少細菌、酵母菌及黴菌繁殖，並減緩酵素與部分化學反應，延長保存期限。
2. 減少重量與體積，便利運輸及貯藏：乾燥可降低食品的重量、體積及包裝需求，減少運輸與倉儲成本。
3. 製造特定產品與食用品質：乾燥可形成消費者所需的質地、風味及外觀，例如乾果、乾燥蔬菜、穀物與粉末食品。
4. 便於後續加工或使用：乾燥產品可作為研磨、混合、沖調或其他食品加工的原料；部分乾燥食品亦可藉復水恢復食用狀態。

乾燥並非必然完全停止腐敗：產品的保存性仍受最終水活性、包裝阻濕性、貯藏溫度及氧氣等因素影響。

食品乾燥的特性

傳熱與傳質同時進行

乾燥時，熱量由乾燥介質傳至食品，用以供應水分汽化所需的潛熱；水分則由食品內部移動至表面，再由表面蒸發並進入周圍氣流。因此，乾燥同時涉及熱傳與質傳，速率會受到乾燥介質溫度、相對濕度、風速、食品厚度與形狀、內部水分移動阻力等因素影響。

乾燥速率通常隨過程改變

食品含水量下降時，表面可供蒸發的水分與內部水分移動能力通常降低，乾燥速率因而從初期的升速或穩定階段，轉入降速階段。多數食品乾燥過程中，降速期間占重要部分。

乾燥會影響品質

乾燥可能造成體積收縮、表面硬化、色澤改變、香氣或熱敏性營養成分損失，也可能改變復水性與質地。乾燥條件須兼顧除水效率與產品品質。

解題方法：以含水率對乾燥速率作圖

橫軸採乾基含水率 $X$，縱軸採乾燥速率 $R$。曲線由左至右表示含水率逐漸增加；若依實際乾燥時間觀察，則食品沿曲線由右向左移動，含水率下降。固態食品典型曲線如下：

核心觀念

本題考查五種食品加工技術的原理、基本流程、適用食品與限制。作答時可依序交代「如何處理、為何有效、適用範圍及品質或安全上的注意事項」。其中靜電解凍、脈衝電場與微波加熱都涉及電磁或電場作用，但作用機制不同：靜電解凍用電場輔助解凍；脈衝電場以電穿孔破壞微生物細胞膜；微波則以介電損耗使食品內部產熱。

解題方法

逐項依「設備或處理方式 → 作用原理 → 流程與效果 → 限制」說明。題目沒有提供計算條件，因此不需代入公式；重點是清楚區分五種技術，不將「電場處理」一概視為同一種殺菌或加熱方法。

各項技術說明

（一）靜電解凍（Electrostatic thawing）

將凍結食品置於電極形成的高電壓靜電場中，以電場輔助解凍。食品通常不直接接觸電極，處理時需控制電場強度與解凍環境，並配合適當的溫度、濕度及氣流條件。此技術的目的，是在解凍過程中促進熱量或水分傳遞，使食品較快通過部分凍結區，減少解凍時間及品質劣化。

解凍速度與效果會受食品種類、尺寸、形狀、初始溫度、電極配置、電場強度及周遭溫度影響。實際效果也可能因食品與設備條件而異，故仍須以產品中心溫度及解凍均勻性作為製程控制指標。須注意，解凍並不等同殺菌；解凍過程仍須避免食品長時間處於有利於微生物生長的溫度範圍。

（二）無菌加工（Aseptic processing）

無菌加工是將食品與包裝材料分別處理至商業無菌狀態，再於無菌環境中完成充填與密封，使產品在未開封時可於常溫保存。典型流程如下：

1. 食品經適當的高溫短時間等熱處理，使其達到預定的微生物殺滅效果。
2. 包裝容器、包裝材料及充填設備分別滅菌。
3. 食品在封閉且無菌的系統中冷卻或輸送。
4. 於無菌區充填至無菌包裝，再立即密封。

無菌加工的核心在於「食品滅菌、包材滅菌、無菌充填與密封」四者均須有效，並維持整條製程的無菌狀態。食品的熱處理條件須依產品特性及目標微生物設計；若充填或封口時遭受再污染，即使前段處理充分，產品仍可能失敗。常見產品包括常溫保存的飲料、乳品、湯品及液態食品。

無菌加工與罐頭食品的容器內殺菌不同：前者通常先將食品與包材分開處理，再於無菌環境充填；後者則先將食品裝入容器並密封，再對整個容器加熱殺菌。

（三）冰晶懸浮式冷凍濃縮（Suspension crystallization）

冷凍濃縮是將液態食品中的部分水分結晶成冰，再將冰晶與濃縮液分離，以提高溶質濃度。冰晶懸浮式的基本流程為：

1. 將液態食品冷卻至其冰點以下，使水分形成細小冰晶。
2. 在結晶器中控制冷卻與攪拌，使冰晶持續形成並長大；溶質主要留在未凍結液相中。
3. 將含冰晶與濃縮液的懸浮液送入分離設備，常用洗滌塔分離。
4. 使濃縮液與冰晶分開；冰晶經洗滌、融化後形成低溶質含量的水。

冰晶與溶液分離是否良好，是此法的關鍵。小冰晶容易夾帶濃縮液，造成溶質損失或成品濃度下降；因此須控制晶體大小、結晶速率及洗滌分離條件。相較蒸發濃縮，冷凍濃縮在較低溫下進行，較能保留香氣、色澤及熱敏性成分，適用於果汁、咖啡及其他液態食品濃縮。

核心觀念

冷凍能藉由降低溫度、減少液態水及降低水活性，抑制微生物生長並減緩化學反應；但冷凍並非完全停止劣變。食品在凍結、凍藏及解凍時，仍會發生冰晶造成的組織損傷、酵素與非酵素反應、氧化及水分遷移等變化，進而影響色澤、香氣、滋味、質地與營養。

解題時可依「物理性變化、酵素與化學變化、解凍後的變化」整理，再逐一說明機轉與預防方法。本題為申論題，沒有選項分析。

解題方法：按劣變原因說明機轉與預防

一、冰晶形成與再結晶：組織受損、滴液及質地變差

**機轉：**凍結速度較慢時，冰晶有較長時間生長，容易形成較大的冰晶，破壞細胞膜、細胞壁及肌肉組織。凍藏期間若溫度波動，較小冰晶會融化，水分再沉積於較大冰晶上，形成再結晶，使組織損傷加劇。解凍時，受損組織保水能力降低，汁液流失，造成滴液、重量損失、口感乾柴或蔬果軟爛。滴液也會帶走水溶性風味成分、色素及營養物質。

凍結時冰先形成，未凍結液相中的鹽類、酸、糖及其他溶質因而濃縮，造成局部高溶質濃度及滲透壓變化，也會影響蛋白質與細胞結構。

預防：

• 凍結前處理原料並縮短凍結時間；採快速凍結，使冰晶較小且分布較均勻。
• 凍藏維持低溫且穩定，避免溫度波動及反覆凍融。
• 解凍時控制溫度與速度，避免食品長時間處於高溫區；解凍後即刻加工或食用。

二、凍藏脫水與凍傷：表面乾燥、變色、風味變差

**機轉：**包裝不密合或凍藏環境乾燥時，食品表面冰分子可昇華，水分由食品遷移至包裝內壁或外界，造成表面乾燥、收縮、質地變硬或多孔。表面脫水與氧接觸也會促進色素和脂質氧化，形成俗稱的凍傷（freezer burn），常見乾燥斑、褪色及異味。

預防：

• 使用氣密、防水氣且適當阻氧的包材，排除包裝內空氣，減少包裝破損或留有大空隙。
• 以適當包裝減少食品表面暴露，並維持穩定低溫與適當凍藏期限。

三、酵素作用：色澤、香氣及風味劣變

**機轉：**低溫會減慢酵素反應，但通常不能使酵素完全失活。植物組織中的多酚氧化酶可促使酚類氧化褐變；脂氧合酶可促進不飽和脂肪酸氧化，產生異味。動物性食品中的脂解酵素與蛋白酶，也可能在凍藏期間緩慢作用，造成脂質水解、風味變化或組織性質改變。

預防：