114 高普考高考二級 農產加工 高等食品化學 考古題詳解
第 一 題25 分
請以小麥為例，說明穀粒發芽時下列五種內源性酵素對穀粒化學組成分之作用，並說明其生合成產物對全麥粉理化性質之影響，及對人體健康之效益。
(一) 木聚醣酶（Xylanases）
(二) -葡聚醣酶（-Glucanases）
(三) 澱粉酶（Amylases）
(四) 蛋白酶（Proteases）
(五) 植酸酶（Phytases）
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核心觀念
小麥發芽時，胚與糊粉層啟動多種水解酵素，將胚乳中的儲藏物質分解成較小分子，供胚生長利用。這題要掌握三段關係：
發芽所產生的酵素及分解產物會影響全麥粉的黏度、吸水與加工特性；其中部分產物也具有膳食纖維或礦物質利用方面的健康效益。效益須依攝取量、加工條件及個人狀況評估，不宜將單一成分的作用直接等同於疾病預防或治療。
解題方法
依序說明每種酵素的受質、作用、產物、粉體或加工性質、健康效益。注意區分「酵素本身」與「酵素作用後的產物」：酵素催化穀粒成分分解；題目所問的理化與健康影響，主要由分解後產物及其含量變化所造成。
五種酵素的作用與影響
（一）木聚醣酶（Xylanases）
**受質與作用：**小麥細胞壁中的阿拉伯木聚醣（arabinoxylans，亦稱戊聚醣）是其主要受質。木聚醣酶水解木聚醣主鏈上的 -1,4-木糖苷鍵，將大分子部分分解為較小分子的木聚醣寡糖（xylo-oligosaccharides, XOS）；側鏈亦可由其他酵素修飾。
**全麥粉理化性質：**高分子、可溶性木聚醣會吸水並提高麵團黏度；適度水解可降低其分子量與黏度，改變水分分布及麵團操作性。木聚醣也會影響麵筋網絡與麵包體積；效果取決於酵素種類、用量與水解程度，水解過度則可能使麵團保水及結構表現變差。
**人體健康效益：**部分 XOS 可作為腸道菌利用的益生質，支持有益菌生長；木聚醣本身及其部分產物也可貢獻膳食纖維。實際效益取決於產物含量及攝取量。
（二）-葡聚醣酶（-Glucanases）
**受質與作用：**穀粒細胞壁中的混合鍵結 -葡聚醣是其受質，酵素水解其中的糖苷鍵，使高分子 -葡聚醣分解為較短鏈的葡聚醣片段及寡糖。
全麥粉理化性質：-葡聚醣有吸水、增加黏度及形成溶液黏彈性的能力。水解降低其分子量，通常會降低溶液黏度，並改變粉體吸水、麵團黏彈性與加工表現；程度過高時，原有的增稠、保水效果也會減弱。
**人體健康效益：**完整且具適當分子量的可溶性 -葡聚醣可增加腸內容物黏度，並有助於降低餐後血糖反應及血中膽固醇。過度酵素水解會降低分子量與黏度，相關生理效益可能隨之改變，因此不能只以「含有 -葡聚醣」推定效益相同。
（三）澱粉酶（Amylases）
**受質與作用：**小麥胚乳澱粉為受質。-澱粉酶切斷澱粉鏈內部的 -1,4-糖苷鍵，生成較短的糊精及寡糖；-澱粉酶則由鏈端釋出麥芽糖。發芽期間澱粉逐步分解，供胚生長利用。
第 二 題25 分
請說明抗性澱粉之分類與其分子結構特性，並請舉例說明以加工方式提高食品中至少兩類抗性澱粉含量的做法及測定抗性澱粉含量之方法。
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核心觀念
抗性澱粉（resistant starch, RS）是指在健康人體小腸中不易被消化酵素水解、因而進入大腸的澱粉部分；它可在大腸中被腸道菌部分或完全發酵。分類依據主要是澱粉因何種物理或分子結構而不易被消化。
澱粉主要由直鏈澱粉與支鏈澱粉組成。直鏈澱粉以 -1,4 糖苷鍵連結葡萄糖單元，分子較線性，容易形成螺旋並重新排列；支鏈澱粉除 -1,4 鍵外，還有 -1,6 分枝鍵。澱粉顆粒的結晶型態、分子排列、分枝程度，以及是否被食物基質包埋或與其他分子形成複合物，都會影響酵素接觸與水解。
解題方法：依抗消化的結構來源分類
| 類型 | 名稱與結構特性 | 常見例子 |
|---|---|---|
| RS1 | 物理上被包埋或受阻的澱粉。澱粉本身未必具有特殊結晶結構，但因完整細胞壁、種皮或食物基質限制酵素接觸而不易消化。 | 完整或粗碎穀粒、豆類、種子中的澱粉。 |
| RS2 | 未糊化的天然抗性澱粉顆粒。原生顆粒的緻密排列與結晶結構降低酵素進入及水解效率；常見於高直鏈玉米、未熟香蕉及生馬鈴薯。加熱糊化後，原有顆粒結構破壞，RS2 通常會下降。 | 生馬鈴薯澱粉、高直鏈玉米澱粉、未熟香蕉澱粉。 |
| RS3 | 糊化澱粉經冷卻或貯藏後，分子重新排列形成的回凝澱粉。直鏈澱粉較容易快速回凝形成有序結構；支鏈澱粉也可較慢回凝。回凝區域較不易被消化酵素水解。 | 冷藏飯、冷卻馬鈴薯、冷卻義大利麵。 |
| RS4 | 經化學改質而不易被酵素水解的澱粉。取代基或交聯鍵會改變澱粉分子結構，妨礙酵素作用。 | 交聯澱粉、酯化或醚化澱粉等改質澱粉。 |
| RS5 | 澱粉與脂質形成的複合物，典型為直鏈澱粉螺旋包合脂肪酸或單酸甘油酯，形成 V 型複合結構；脂質位於螺旋內部，降低澱粉受酵素作用的程度。 | 澱粉與脂肪酸、單酸甘油酯共同加熱加工形成的複合物。 |
解題時先把各型與其「抗消化原因」配對，再說明加工如何形成該結構，即可同時涵蓋分類、分子結構與加工應用。
加工提高抗性澱粉的例子
1. 以冷卻回凝提高 RS3
將米、馬鈴薯或義大利麵加水加熱，使澱粉糊化；熟製後冷卻，並於低溫貯藏一段時間。糊化時澱粉顆粒結構被破壞，澱粉鏈分散；冷卻時部分澱粉分子重新排列、形成雙螺旋及較有序的回凝區域，因而提高 RS3 含量。
例如，白飯煮熟後冷藏，再食用或回熱，回凝澱粉可增加。回熱不必然完全消除已形成的回凝結構，但實際含量仍受原料直鏈澱粉比例、加熱含水量、冷卻時間與溫度影響。
2. 以澱粉與脂質共同加熱提高 RS5
將澱粉與脂肪酸或單酸甘油酯混合，在有水條件下加熱糊化或採擠壓等熱加工，使直鏈澱粉形成螺旋並包合脂質，生成澱粉－脂質複合物。複合結構降低澱粉的酵素可及性，可提高 RS5。
第 三 題25 分
請說明玻璃化轉變（glass transition）與分子移動性（molecular mobility, ）之關係；並請以冷凍乾燥草莓及噴霧乾燥奶粉為例，說明玻璃化轉變溫度（glass transition temperature, ）與水活性（water activity, ）如何受到貯藏時濕度與溫度的影響及對產品品質所造成的變化？
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核心觀念
玻璃化轉變是食品中非晶態（amorphous）部分由硬、脆、分子移動性低的玻璃態，轉為較軟、較有彈性、分子移動性高的橡膠態之轉變。它不是結晶物質的熔化，也不是瞬間發生的單一溫度點；實際測得的 會受食品組成、含水量及測定條件影響。
分子移動性 描述分子平移、旋轉及構形改變的容易程度。通常在玻璃態中 低，結構與成分較不易移動；接近或高於 時， 明顯增加，擴散與黏性流動加快。玻璃轉變並非絕對的穩定／不穩定界線，但可用來判斷食品物理狀態與品質變化速率。
水是多數食品非晶基質的強塑化劑。吸水會增加分子間的活動空間、降低基質的 ；升高貯藏溫度則會使食品更接近或超過其 。因此，判斷貯藏穩定性時，應比較貯藏溫度 與含水狀態下的 ：
- ：材料偏玻璃態，分子移動性較低，通常較能維持形狀與脆性。
- 或 ：材料逐漸進入橡膠態，分子移動性上升，物理及化學變化通常加快。
水活性定義為食品中水的蒸氣壓與同溫純水蒸氣壓之比；在與周圍空氣達平衡時， 約等於平衡相對濕度除以 100：
貯藏相對濕度較高時，乾燥食品通常吸水，使含水量與 上升，並降低 。須注意， 不是含水量的同義詞；兩者關係受食品組成及吸濕等溫線影響。
解題方法
本題可用「環境濕度與溫度 → 水分吸附及塑化 → 、 與 變化 → 品質變化」的因果鏈作答。先說明共同原理，再分別套用到冷凍乾燥草莓與噴霧乾燥奶粉，指出其非晶基質進入橡膠態後的主要劣變。
| 貯藏環境變化 | 食品物性反應 | 對品質的典型影響 |
|---|---|---|
| 相對濕度上升 | 吸水增加， 上升；水塑化使 下降 | 軟化、黏結或結塊，結構塌陷；某些化學反應與成分遷移加快 |
| 貯藏溫度上升 | 食品與 的差距縮小，甚至 | 分子移動性增加，上述物理與化學變化通常加速 |
| 降低濕度並密封防潮 | 限制吸水，使 維持較低並避免 大幅下降 | 有助維持乾燥食品的結構、口感與儲藏穩定性 |
冷凍乾燥草莓
第 四 題25 分
植物性食物中存在多種天然抗氧化物質，可以提供抗氧化機能性，若將其萃取物添加於食品中亦可作為天然抗氧化物質使用。請於下列物質中各舉一例，說明其化學結構、抗氧化作用機制及主要食物來源。
(一) 維生素類（Vitamins）
(二) 類胡蘿蔔素（Carotenoids）
(三) 酚酸類（Phenolic acids）
(四) 黃酮類（Flavonoids）
(五) 酵素類（Enzymes）
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核心觀念
本題考查植物性食物中的天然抗氧化物，要求各類各舉一例，並說明其化學結構、作用機制與主要食物來源。答題時要分清楚抗氧化物的結構特徵如何帶來不同的作用方式：有的提供氫原子或電子以截斷自由基連鎖反應，有的淬熄單態氧，有的則以酵素反應分解活性氧。
脂質氧化的連鎖反應可概括為：
其中，抗氧化物可藉由捕捉自由基、螯合促氧化金屬或移除過氧化物等方式延緩氧化。
解題方法
逐類挑選結構與功能容易連結、食物來源明確的代表物，依「結構特徵 → 抗氧化作用 → 食物來源」作答。酵素類須特別交代其催化反應式；非酵素類則點出能提供氫／電子、穩定自由基或淬熄單態氧的結構基礎。
各類天然抗氧化物
（一）維生素類：維生素 E（以 α-生育醇為例）
**化學結構：**由含酚羥基的色滿環（chromanol ring）及疏水性植基側鏈組成。酚羥基上的氫可供自由基捕捉；長側鏈使其適合存在於油脂與細胞膜等脂質環境。
**抗氧化作用：**α-生育醇是脂溶性鏈鎖終止型抗氧化物，可將酚羥基的氫提供給脂質過氧自由基，使連鎖反應中止：
生成的生育醇自由基具有共振穩定性，反應性較低；維生素 C 等還原劑也可協助其再生。
**主要食物來源：**植物油（如小麥胚芽油、葵花油、紅花油）、堅果與種子。
（二）類胡蘿蔔素：β-胡蘿蔔素
**化學結構：**由八個異戊二烯單位構成的四萜類，具有長鏈共軛雙鍵系統，兩端各有一個 β-紫羅蘭酮環；屬於不含氧的胡蘿蔔素類，且是維生素 A 的前驅物。
**抗氧化作用：**共軛雙鍵可接受激發能，物理性淬熄單態氧，將其能量轉為熱散逸；也能捕捉部分自由基。不過在氧分壓高或濃度等條件不合適時，類胡蘿蔔素的抗氧化表現會改變，因此不宜將其效果一概視為固定。
**主要食物來源：**胡蘿蔔、南瓜、地瓜及深綠色蔬菜等橙黃色或深綠色植物性食物。