114 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

標準品添加法（standard addition method）是在含有待測物的實際樣品中，加入已知量的待測物標準品，再測量分析訊號，據以推算原樣品中的待測物含量。

採用此法的主要理由是降低基質效應造成的定量偏差。食品樣品含有油脂、蛋白質、糖類、色素、鹽類等成分，可能抑制或增強待測物的訊號，使以純溶劑配製的外部標準品校正曲線不適用。標準添加法讓各測定液都含有相近的樣品基質，因此基質對訊號的影響較一致。

此法通常假設在所用濃度範圍內，分析訊號與待測物濃度呈線性關係，且樣品中待測物與加入的標準品有相同的分析響應。

解題方法與操作方式

1. 均質並分取樣品：將樣品均質、前處理後，分取數份等體積的樣品試液。各份樣品中的待測物原始濃度相同。
2. 加入不同已知量標準品：其中一份不加標準品，作為未添加樣品；其餘各份分別加入遞增且已知量的待測物標準液。
3. 定容並測量訊號：使各份溶液的最終體積相同，並以相同程序測量訊號，例如吸光度、峰面積或儀器響應值。維持最終體積一致，可避免稀釋程度不同造成額外差異。
4. 建立線性關係並外推：以加入的待測物濃度 $C_{\text{add}}$ 為橫軸、測得訊號 $S$ 為縱軸，作圖並以線性迴歸求直線。若

核心觀念

本題要分別測定乾酪的總油脂含量與脂肪酸組成，兩者分析目的不同：

• 油脂含量是重量分析：將乾酪基質中的脂質釋出，以有機溶劑萃取、除去溶劑後秤量。
• 脂肪酸組成是色層分析：先把脂質中的脂肪酸轉成具揮發性的脂肪酸甲酯，再以氣相層析分離及定量。

乾酪中的脂肪常被酪蛋白及其他固形物包埋，因此不能只把樣品直接以非極性溶劑沖洗；須先破壞或消化基質，才能提高萃取完全度。乾酪脂肪的參考重量法為 Schmid–Bondzynski–Ratzlaff（SBR）法。

解題方法

一、乾酪油脂含量：SBR 重量法

1. 均質與取樣 將乾酪充分均質，稱取代表性試樣，記錄試樣質量 $m_s$。均質可降低乾酪脂肪分布不均造成的取樣誤差。

2. 酸消化 加入鹽酸並加熱，使蛋白質凝聚結構及乾酪基質分解，釋出被包埋的脂肪。冷卻後加入乙醇，降低乳化並有助於後續液液萃取。

3. 溶劑萃取 以乙醚及石油醚（或輕石油醚）萃取酸性乙醇液中的脂質。分離有機層後，通常須再萃取水相，合併有機萃取液，以提高回收率。

4. 除去溶劑並秤量 將合併的有機層移入已乾燥、已知質量的燒瓶，蒸除溶劑，再乾燥、冷卻後稱重。以空燒瓶質量扣除，得萃取物質量 $m_f$。可再短暫乾燥並複秤，確認質量穩定。

5. 計算油脂含量

若以脂質萃取瓶增重表示，則 $m_f=m_{\text{瓶＋萃取物}}-m_{\text{空瓶}}$。結果為乾酪原樣基準；若題目要求乾物基準，另以乾物質量作分母。

二、脂肪酸組成：脂肪酸甲酯化與氣相層析

1. 取得總脂質 使用上述萃取所得脂質，或另取代表性乾酪樣品萃取總脂質。脂肪酸組成分析使用脂質作為起始材料，並不以萃取物重量直接代表各脂肪酸含量。

核心觀念

本題考查高效液相層析儀（HPLC）的分離原理，以及光二極體陣列檢出器（PDA）的光學檢測原理。HPLC 負責將飲料中的咖啡因與其他成分分離；PDA 則測量流出物對紫外光的吸收訊號，據以辨認並定量咖啡因。

HPLC 的原理

HPLC 以液體作為移動相，由高壓幫浦送入裝有固定相的層析管柱。樣品注入後，各成分會在移動相與固定相之間反覆分配，並因與兩相作用程度不同而以不同速度通過管柱。

成分與固定相作用較強，通常在管柱中停留較久；較偏好移動相的成分則較快流出。因此，樣品中的咖啡因可與糖、有機酸、色素或其他成分分開，依序抵達檢出器。成分自管柱流出的時間稱為滯留時間；在固定分析條件下，滯留時間可用來協助辨認成分。

飲料中的咖啡因常以反相層析方式分析：固定相較非極性，移動相較極性。各成分因疏水作用等差異而有不同滯留時間。實際分離結果也會受管柱種類、移動相組成、流速、溫度及樣品前處理等條件影響。

PDA 檢出器的原理

PDA 檢出器以紫外光或可見光照射由管柱流出的樣品。樣品中的分子會吸收特定波長的光；檢出器比較入射光與通過樣品後的光強度，計算吸光度：

其中 $I_0$ 為入射光強度，$I$ 為透射光強度。吸光度與吸收光的化合物濃度在適當線性範圍內符合比耳－朗伯定律：

其中 $\varepsilon$ 為莫耳吸光係數、$b$ 為光徑長度、$c$ 為濃度。

核心觀念

本題考查兩個分析化學觀念：穩定同位素內部標準品的用途，以及 液相層析串聯質譜儀（LC-MS/MS）的分析原理。

丙烯醯胺與 $1,2,3$-$^{13}\mathrm{C}_3$ 丙烯醯胺的化學結構相同，差別在於後者的三個碳原子以碳 13 同位素標記。兩者的化學性質與質譜行為相近，但質量不同，因此可在相同分析條件下分別測定。

解題方法

一、使用同位素內部標準品的理由

內部標準品在樣品分析前加入，與待測物一同經歷前處理及儀器分析。使用 $^{13}\mathrm{C}_3$ 丙烯醯胺有以下優點：

1. 校正前處理與進樣的變異 樣品萃取、淨化、濃縮及進樣過程可能造成待測物損失或操作差異。內標與丙烯醯胺的化學性質相近，會經歷相似的處理過程；以兩者的訊號比值定量，可降低這些變異造成的誤差。

2. 補償基質效應 食品中的共存物可能抑制或增強質譜離子化訊號。由於同位素標記內標與丙烯醯胺通常具有相近的保留時間及離子化行為，受基質影響的程度也相近，因此以訊號比值分析可補償部分基質效應。

3. 可與待測物區分 $^{13}\mathrm{C}_3$ 丙烯醯胺比未標記丙烯醯胺多 $3$ 個質量單位，可利用質譜的質荷比差異分別偵測，不會把內標訊號誤認為待測物訊號。

定量時可建立待測物與內標的訊號比值對濃度比值的檢量線，例如：

其中 $A$ 為質譜訊號，$C$ 為濃度。由檢量線求得樣品中丙烯醯胺的濃度。

二、LC-MS/MS 的原理