113 高普考高考二級 農產加工 高等食品分析 考古題詳解

核心觀念

本題比較五種蛋白質含量測定方法的測定依據。凱氏定氮法測的是樣品中的氮，再換算粗蛋白；其餘四法則以蛋白質的特定化學反應或光學性質，測定顯色或吸光訊號，通常須用標準蛋白質建立檢量線。

解題方法

依各方法「實際測量的訊號」作答：凱氏法看氮量；雙縮脲法與勞里法看呈色；染劑結合法看染劑結合造成的顏色變化；紫外光吸收法看蛋白質中芳香族胺基酸的吸收。

一、凱氏定氮法（Kjeldahl method）

樣品與濃硫酸及催化劑加熱消化，使蛋白質及其他有機含氮物質中的氮轉變為硫酸銨。加入強鹼後，硫酸銨釋出氨，經蒸餾後以硼酸吸收，再用標準酸滴定，據以求出氮含量。

粗蛋白質含量以氮含量乘上換算係數計算：

一般食品常用 $F=6.25$，其假設為蛋白質平均含氮量約 $16\%$；特定食品也可採用該類食品適用的換算係數。

本法測得的是總氮或可測得的氮，並非直接測得蛋白質。非蛋白態含氮物質也可能計入，因此結果稱為粗蛋白質。

二、雙縮脲法（Biuret method）

在鹼性環境下，蛋白質分子中的肽鍵與二價銅離子形成紫色錯合物。紫色強度與肽鍵數量及蛋白質濃度相關，測定其吸光度，再由標準蛋白質檢量線求得含量。

此法反映的是蛋白質中肽鍵的反應，通常需要足夠長的肽鏈；游離胺基酸不會呈現相同的典型反應。其操作簡單，但靈敏度一般低於勞里法。

三、染劑結合法（Dye-binding method）

染劑與蛋白質結合後，染劑的顏色或吸收光譜發生改變；測定反應前後的吸光度變化，並以標準蛋白質建立檢量線，據以估算蛋白質含量。

核心觀念

本題考查兩種層析法如何利用不同的分離機制，使混合物中的成分依其性質不同而先後流出：

• 離子交換層析法（ion exchange chromatography）：依分析物的電荷性質與帶電程度，以及它和固定相帶電基團間的靜電作用力進行分離。
• 分子排阻層析法（molecular exclusion chromatography；又稱凝膠過濾或凝膠滲透層析）：依分析物的分子大小與流體力學體積進行分離。

解題方法

作答時，分別交代固定相的特性、分析物與固定相的作用方式，以及各成分的洗脫順序，即可完整說明兩法原理。

一、離子交換層析法

離子交換層析的固定相含有固定不動的帶電基團，並以可交換的反離子維持電中性。樣品中的離子或帶電分子進入管柱後，會依其電荷與固定相上的相反電荷基團產生可逆的靜電吸引及離子交換作用。與固定相結合較強的成分滯留較久；結合較弱的成分則較早流出。

固定相若帶負電荷，會吸引並交換陽離子，稱為陽離子交換劑；固定相若帶正電荷，會吸引並交換陰離子，稱為陰離子交換劑。名稱所指的是被交換、被吸附的離子種類。

以陽離子交換為例，可用下式表示樣品陽離子 $M^+$ 與固定相基團 $R^-$ 間的交換：

其中 $R^-$ 為固定相的帶電基團，$X^+$ 為原有反離子。樣品中的 $M^+$ 與固定相結合時，會置換出 $X^+$。

核心觀念

本題考查食品中元素型重金屬的定量分析：先把食品基質分解，使鉛、錫、銅進入酸性水溶液，再以感應耦合電漿質譜儀（ICP-MS）依元素的質荷比定量。

以命題當年（民國 113 年）法規及方法為準，可依衛生福利部公告的「食品中金屬及微量元素檢驗方法」說明。此方法涵蓋鉛、錫、銅等元素，前處理可採酸消化或微波輔助酸消化；若採 ICP-MS，則使用相應的質量數進行分析。

解題方法

一、檢體前處理

1. 均質與取樣 將檢體充分均質，精確稱取代表性試樣。一般酸消化法約取 1 g；微波輔助酸消化法約取 0.2～0.5 g，實際取樣量依檢體性質與方法規定辦理。

2. 酸消化 加入超純級硝酸，使有機物分解並將金屬轉入溶液。一般酸消化可先於約 $60^\circ\mathrm{C}$ 預消化，再升至約 $95^\circ\mathrm{C}$ 加熱至澄清。微波輔助酸消化則在密閉消化瓶中加熱，依設備條件消化至澄清。密閉消化有助減少污染及揮散損失。

3. 定容與過濾 消化液冷卻後，以去離子水洗滌消化瓶，洗液併入容量瓶並定容；必要時經濾膜過濾後作為檢液。另以相同試劑與步驟製備空白檢液。

4. 污染控制 使用低金屬背景的試劑與潔淨器具；器具宜經酸洗，避免環境粉塵、金屬器材或殘留清潔劑造成污染。每批分析應包含試劑空白，並以標準品、查核樣品或添加回收確認分析品質。

二、ICP-MS 分析原理與流程

檢液經霧化後形成氣膠，送入氬氣感應耦合電漿。電漿的高溫使樣品中的元素原子化並游離成離子；離子經介面進入質譜儀後，由質量分析器依質荷比 $m/z$ 分離，再由檢出器量測各質量數的離子訊號。特定質量數的訊號強度與該元素濃度相關，因此以標準溶液建立檢量線，求得檢液濃度。

可依食品中金屬及微量元素檢驗方法選用下列同位素質量數：

核心觀念

本題比較兩種儀器分析原理：原子吸收光譜法（Atomic absorption spectrometry, AAS）測量基態原子對特定波長光線的吸收；原子質譜法（mass spectrometry, MS）則將樣品原子或分子游離成帶電離子，再依質荷比（$m/z$）分離與偵測。

兩者皆可用於元素分析，但訊號來源不同：AAS 量測光吸收，MS 量測離子訊號。

解題方法

作答時可依「樣品如何形成分析物、訊號如何產生、如何定量」三個步驟分別說明，並點出兩法的辨識依據：AAS 依元素特有的吸收波長；MS 依離子的質荷比。

原子吸收光譜法原理

樣品經適當前處理後，通常以溶液形式導入火焰或石墨爐等原子化器，使待測元素轉變為自由基態原子蒸氣。以待測元素的特徵波長光線通過原子蒸氣時，基態原子吸收與其能階差相符的光能，躍遷至激發態。量測入射光與透射光的強度差，即可求得吸光度：

其中 $I_0$ 為入射光強度，$I$ 為透射光強度。於適當的分析條件與濃度範圍內，吸光度與待測元素濃度呈正比，可由標準溶液建立檢量線後定量。