109 高普考高考二級 水產利用 水產化學研究 考古題詳解

核心觀念

本題測驗水產化學與肌肉生物化學的核心基礎，涵蓋兩大面向：

1. 肌肉微細構造（Microstructure of Skeletal Muscle）：以光學與電子顯微鏡觀察魚肉橫紋肌時，肌原纖維（Myofibrils）呈現的明暗交替帶紋，包含肌節（Sarcomere）各分區（A 帶、I 帶、H 帶、M 線、Z 線）的定義、微觀成分及其光學各向同性／各向異性特徵。
2. 肌原纖維蛋白質（Myofibrillar Proteins）之生化特性與功能：鹽溶性蛋白質（佔魚肉總蛋白質約 $60\% \sim 70\%$）之組成，包括收縮性蛋白（肌凝蛋白、肌動蛋白）、調節性蛋白（原肌凝蛋白、肌鈣蛋白複合體）與細胞骨架蛋白的分子組成、生理功能（肌肉收縮與鬆弛機制、死後硬直），以及在水產加工上之凝膠形成能（Gel-forming ability）。

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解題方法

本題配分為 6 分與 14 分，應採取條理清晰的結構化作答策略：

1. 第一子題（微細構造，6 分）：以「肌節（Sarcomere）」為核心架構，由大至小、循序定義光學顯微鏡下的明暗橫紋（I 帶、A 帶）與電子顯微鏡下的細部界線（Z 線、H 帶、M 線），並說明粗肌絲（Thick filament）與細肌絲（Thin filament）之空間排列關係。
2. 第二子題（蛋白質組成與功能，14 分）：

• 採系統化分類法，依「收縮蛋白（主要成分）」、「調節蛋白」及「骨架／附屬蛋白」三層次分別論述。
• 針對代表性蛋白質（尤其是肌凝蛋白 Myosin 與肌鈣蛋白 Troponin），詳細寫出其分子次單元（如重鏈、輕鏈；Tn-T、Tn-C、Tn-I）之生化作用，並特別點出其在水產加工特性（加熱膠凝機制）上的關鍵角色，以契合「水產利用」考科的核心重點。

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選項分析

本題為非選擇題（申論題），無選項之對錯辨析。以下針對評分規準與踩分點進行評析：

• 第一子題踩分點（6 分）：
• 肌節（Sarcomere）定義（相鄰兩 Z 線間）：2 分。
• A 帶（暗帶、各向異性、粗細肌絲重疊）與 I 帶（明帶、各向同性、僅細肌絲）：2 分。
• H 帶（僅粗肌絲）與 M 線（粗肌絲中心連結線）：2 分。
• 第二子題踩分點（14 分）：
• 肌凝蛋白（Myosin）的結構（頭尾部、ATPase 活性、佔比與凝膠功能）：5 分。
• 肌動蛋白（Actin）的結構（G-actin 與 F-actin 轉換、與肌凝蛋白結合）：3 分。
• 原肌凝蛋白（Tropomyosin）與肌鈣蛋白（Troponin 的 T、C、I 次單元及 $\text{Ca}^{2+}$ 調節機制）：4 分。
• 肌動肌凝蛋白（Actomyosin）及其他骨架蛋白（$\alpha$-Actinin、Titin 等）之功能：2 分。

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解題技巧

1. 名詞字源辨正法：

• A 帶源自 Anisotropic（各向異性、具雙折射性，光顯微鏡下呈暗帶）。
• I 帶源自 Isotropic（各向同性、單折射性，光顯微鏡下呈明帶）。
• Z 線源自德文 Zwischenscheibe（中間盤）；H 帶源自 Heller（較明亮）；M 線源自 Mittelscheibe（中盤）。精準寫出光學特徵可大幅提高得分把握度。

2. 魚類特異性扣合：

• 魚肉肌節長度相較陸生哺乳類稍短（約 $1.5 \sim 2.0\ \mu\text{m}$）。
• 解說肌凝蛋白時，務必帶入其「低熱穩定性」及「重水產煉製品凝膠彈性關鍵」之加工特性，向閱卷委員展現水產化學領域之專業深度。

3. 調節蛋白分類口訣：

• 肌鈣蛋白複合體記憶法：T 結合 Tropomyosin、C 結合 $\text{C}\text{a}^{2+}$、I 負責 Inhibition（抑制 ATPase 與肌絲結合）。

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【答案】

一、以顯微鏡觀察魚肉肌原纖維（Myofibrils）之微細構造

魚肉骨骼肌是由肌纖維（Muscle fibers）所構成，肌纖維內部含有大量平行排列的肌原纖維（Myofibrils）。以光學與電子顯微鏡觀察，肌原纖維呈現規律的橫紋構造，其基本構造單位為肌節（Sarcomere）：

1. 肌節（Sarcomere）：相鄰兩條 Z 線 之間的區域，為肌肉收縮與伸展的基本功能單位。魚類肌肉的肌節長度在靜止狀態下約為 $1.5 \sim 2.0\ \mu\text{m}$。
2. A 帶（暗帶，Anisotropic band）：

• 具雙折射性（各向異性），在偏光或相位差顯微鏡下呈現較暗的帶區。
• 主要由**粗肌絲（Thick filament，即肌凝蛋白）**構成；在 A 帶兩側外緣，粗肌絲與細肌絲彼此交疊重疊。肌肉收縮時，A 帶長度保持恆定。

3. I 帶（明帶，Isotropic band）：

• 具單折射性（各向同性），在顯微鏡下透光度高、呈明亮帶區。
• 主要由**細肌絲（Thin filament，即肌動蛋白等）**構成，未包含粗肌絲。肌肉收縮時，因細肌絲向 A 帶中央滑動，I 帶寬度顯著縮短。

4. Z 線（Z line / Z disc）：

• 位於 I 帶中央的緻密暗線，為細肌絲兩端的固定基質與錨定構造，主要成分為 $\alpha$-肌動素（$\alpha$-Actinin）。

5. H 帶（Heller zone）：

• 位於 A 帶中央較明亮的區域，此區僅含有粗肌絲，沒有細肌絲重疊。

核心觀念

本題測驗「水產利用」與「水產化學」領域中極具指標性的基石主題——水產浸出物／抽出物（Seafood Extractives）中的非蛋白態氮（Non-Protein Nitrogen, NPN）組成分及其呈味機制（Taste-Active Components）。

1. 抽出物含氮化合物之定義與範疇： 魚介類肌肉組織中可溶於水、乙醇或三氯乙酸（TCA）等溶劑的低分子量含氮物質，總稱為含氮抽出物。其含量隨魚種、棲息環境（海水／淡水）、運動習性（洄游性紅肉魚／底棲性白肉魚）、部位及季節而異。主要涵蓋：游離胺基酸（Free Amino Acids, FAA）、低分子量胜肽（Peptides）、核苷酸及其關聯物質（Nucleotides and Related Compounds）、四級銨化合物（Quaternary Ammonium Compounds，如甜菜鹼、氧化三甲胺）、胍基化合物（Guanidino Compounds，如肌酸）以及尿素（Urea）等。
2. 呈味化學（Flavor Chemistry）： 魚介類的特有風味由多種呈味成分共同構成。不同化合物分別刺激人類舌面味蕾受體，產生鮮（Umami）、甘／甜（Sweetness）、苦（Bitterness）、酸（Sourness）及鹹（Saltiness）等基本味覺，並藉由組分間的相乘效應（Synergistic Effect，如麩胺酸與肌苷酸的結合）與緩衝效應（Buffering Effect），形成各類水產品特有的飽滿厚實風味（Kokumi）。

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解題方法

本題配分為 6 分與 14 分，作答策略須採取「分類系統化、呈味機制化」的結構化鋪陳：

1. 第一子題（6 分）：主要含氮化合物分類

• 採「大類歸納法」，切忌雜亂列舉單一分子。
• 將龐雜的含氮物明確歸納為五大類：游離胺基酸類、寡胜肽類、核苷酸及其分解產物、四級銨及甜菜鹼類、胍基化合物與尿素。此分類涵蓋所有水產化學權威教材之架構，能直接奪取滿分。

2. 第二子題（14 分）：個別組成分之呈味特性說明

• 採「分類對應呈味特徵法」，針對上述大類中的代表性化學組分進行風味解析。
• 不僅說明單一味感（如：甘、鮮、苦、酸），更須點出關鍵的水產代表物種（例如：蝦蟹類之甘胺酸／精胺酸、紅肉魚之組胺酸／肌苷酸、貝類之腺苷酸、軟骨魚類之尿素）以及相乘效應與味覺平衡，展現高階國家考試論述的廣度與深度。

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選項分析

本題為公職高等考試二級之「申論題」，非客觀選擇題，無特定選項可供逐一勘誤。於申論寫作中，若僅單純回答「某物質好吃、某物質不好吃」將難以獲得高分；各關鍵物質的化學特性與味覺判定邊界應剖析如下：

• 游離胺基酸：單羧基單胺基酸多偏向甘甜味；酸性胺基酸鹽類呈強烈鮮味；具疏水性支鏈或芳香族胺基酸多呈苦味，但低濃度下具厚實背景修飾效果。
• 核苷酸類：僅嘌呤核苷酸之 5'-單磷酸酯（5'-IMP、5'-AMP）具呈味活性；其分解產物肌苷（HxR）與次黃嘌呤（Hx）則轉化為苦味，為鮮度劣化指標。
• 四級銨類：氧化三甲胺（TMAO）本體呈微弱甘味，但在魚體死後受細菌或內源酵素作用還原生成三甲胺（TMA），則轉變為特徵性魚腥臭味。

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解題技巧

1. 答題架構黃金比例： 第一問占 6 分，以條列並列出各化合物之化學分類，約占卷面 6～8 行；第二問占 14 分，應按分類展開個別物質的化學名稱、主要味道、代表性水產物種與相互作用，詳實論述。
2. 記憶口訣——「胺、肽、核、銨、胍」： 記憶魚介類含氮抽出物，掌握五大支柱：游離「胺」基酸、咪唑二「肽」、5'-「核」苷酸、四級「銨」化合物（甜菜鹼／TMAO）、肌「胍」／尿素。
3. 高分得分眼（關鍵字）： 務必主動寫出「鮮味相乘作用（Synergistic Effect）」、「閥值（Threshold Value）」、「紅肉魚與白肉魚／甲殼貝類呈味組分差異」，閱卷委員即可一眼看出考生的科班專業度。
4. 常見陷阱與扣分盲點：

• 勿將肌苷酸（IMP）誤寫成次黃嘌呤（Hx）。
• 勿將精胺酸（Arg）僅簡化為苦味；在蝦蟹類中，精胺酸是不可或缺的特徵「厚味」與帶苦回甘的主要組成分。
• 勿遺漏鮮味相乘作用的數學關係（即混合物之鮮味強度遠高於個別單獨存在時之總和）。

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【答案】

一、魚介類萃取物中主要含氮化合物之分類（6 分）

魚介類抽出物中的含氮化合物主要屬於非蛋白態氮（Non-Protein Nitrogen, NPN），依化學結構及代謝特性可歸納為下列五大類：

1. 游離胺基酸類（Free Amino Acids, FAA）： 包含麩胺酸（Glutamic acid）、甘胺酸（Glycine）、丙胺酸（Alanine）、精胺酸（Arginine）、組胺酸（Histidine）、牛磺酸（Taurine）等。
2. 低分子量胜肽類（Peptides / Dipeptides）：

核心觀念

本題聚焦於水產化學中**脂質劣化機制（Lipid Deterioration）**及其在保鮮加工上的控制技術。核心觀念涵蓋：

1. 水產油脂特異性：魚貝類脂質富含高碳數、高度不飽和脂肪酸（PUFA/HUFA，如 EPA $20:5\,\omega\text{-}3$、DHA $22:6\,\omega\text{-}3$），雙鍵數多且亞甲基碳活性高，極易受氧、光、熱與過渡金屬（如血基質鐵）催化而進行自由基鏈反應。
2. 劣化反應類型與化學路徑：

• 酸敗作用（Rancidity）：涵蓋「水解性酸敗」（脂解酶促使三酸甘油酯水解為游離脂肪酸）與「氧化性酸敗」（自氧化鏈反應生成過氧化氫物及低分子揮發性醛、酮、酸）。
• 油燒反應（Rusting / Lipid Browning）：脂質過氧化裂解之次級活性羰基產物（Carbonyl compounds），與魚肉蛋白質、胜肽及游離胺基酸之自由胺基（Amino groups）進行梅納型反應（Maillard-like condensation）形成棕褐色色素的複雜複合劣變。

3. 食品保全原理：隔絕氧氣（真空、包冰、充氮）、控制活化能與反應速率（超低溫凍藏）、消除催化因子（螯合金屬、去暗色肉）及終斷自由基鏈反應（抗氧化劑應用）。

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解題方法

1. 層次分明之化學機制界定（第一題，8 分）：

• 採「定義 $\rightarrow$ 觸發途徑（酵素/自由基） $\rightarrow$ 反應產物」之架構分別闡明酸敗作用與油燒反應。酸敗須明確區分「水解型」與「氧化型」；油燒則須凸顯「脂質氧化次級產物與含氮物結合」的關鍵特徵。

2. 比較分析法（第二題，4 分）：

• 透過「相同點」（同源於脂質氧化、皆受環境因子促進、皆伴隨品質劣變）與「相異點」（反應參與物質、外觀褐變徵狀、反應階段層次）進行結構化對比。

3. 工程與化學綜合防制策略（第三題，8 分）：

• 從「物理屏障與環境控制」（包冰、氣調真空包裝、低溫凍藏）與「生化及化學調控」（酵素鈍化、金屬離子螯合、添加抗氧化劑）雙軌切入，列出具體且可行之工業化水產保鮮技術。

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選項分析

本題為公職申論題型，無選擇題選項。試卷各子題配分與答題關鍵比重如下：

• 第 (一) 小題（8 分）：酸敗作用（4 分）、油燒反應（4 分），須精確寫出反應基質與產物。
• 第 (二) 小題（4 分）：相同處（2 分）、相異處（2 分），著重於兩者反應層次與巨觀表徵之差異。
• 第 (三) 小題（8 分）：防止劣變對策，至少提出四大面向（每項 2 分），須兼顧凍藏物理防護與化學抗氧化手段。

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解題技巧

1. 抓準「油燒」的本質：考生最常發生的失分陷阱是將油燒僅僅當成「嚴重的脂質氧化」。在水產化學評分標準中，必須指明**「活性羰基化合物＋胺基化合物」形成席夫氏鹼（Schiff base）或類黑素的複合褐變**，方能拿到完整分數。
2. 善用指標代號與學理名詞：答題時適度帶入水產化學特有術語，如高度不飽和脂肪酸（HUFA）、過氧化物價（POV）、硫巴比妥酸價（TBA/TBARS）、包冰（Glazing）、暗色肉（血合肉）之血基質鐵（Heme iron）等，能有效展現高考二級應具備的專業深度。

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【答案】

(一) 「酸敗作用」與「油燒反應」之定義

1. 酸敗作用（Rancidity） 水產品脂質在加工或貯藏過程中，受物理、化學或生物因子影響分解，產生令人不快的異味（油耗味）、揮發性酸及有毒次級產物之現象，主要分為兩大類：

• 氧化性酸敗（Oxidative Rancidity）：魚類高度不飽和脂肪酸（HUFA，如 EPA、DHA）在氧氣、光線或促氧化劑（如血基質鐵）作用下進行自由基自氧化反應（Autoxidation），歷經引導期、傳播期與終止期，生成初級產物脂質過氧化氫物（Hydroperoxide），隨後裂解為短鏈醛、酮、醇、酸等揮發性化合物，使肉質產生刺鼻的油耗異味。
• 水解性酸敗（Hydrolytic Rancidity）：魚肉內源性脂解酶（Lipase、Phospholipase）或微生物分泌之酵素，催化三酸甘油酯與磷脂質水解為游離脂肪酸（Free Fatty Acids, FFA）與甘油。游離脂肪酸累積會使酸價（Acid Value, AV）上升，加速氧化速率，並使魚肉蛋白質變性凝色、質地硬化。

2. 油燒反應（Lipid Browning / Rusting）

核心觀念

本題評量水產加工與貯藏化學中的「水產色素變化與變色機制」，涉及兩大核心生化反應：

1. 血基質色素（Heme pigments）之化學修飾：肌紅蛋白（Myoglobin, Mb）在特定氧化還原電位、硫化物及過氧化物共存下，卟啉環結構改變生成綠色衍生物（如硫肌紅蛋白 Sulfmyoglobin、膽綠素 Choleglobin）。
2. 甲殼類含銅呼吸色素之熱變性與金屬錯合物反應：甲殼類血淋巴中的血藍蛋白（Hemocyanin）在熱加工過程中變性，釋出銅離子（$\text{Cu}^{2+}$）並與含硫胺基酸熱解產生之硫化物反應，生成藍色金屬錯合物（硫化銅複合體）。

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解題方法

申論本題應採「前驅物質 $\to$ 反應機制（化學路徑）$\to$ 關鍵影響因子 $\to$ 工藝防止對策」四層次切入：

1. 明確界定色原物質：第一小題鎖定肌紅蛋白（Mb）與含硫化合物；第二小題鎖定血藍蛋白（Hemocyanin）、銅離子與含硫胺基酸。
2. 推導化學反應機制：

• 旗魚肉：說明 $\text{Mb} / \text{MetMb} + \text{H}_2\text{S} + \text{H}_2\text{O}_2 \ (\text{或脂質過氧化物}) \to \text{Sulfmyoglobin}$（綠色）。
• 蟹肉：說明熱變性血藍蛋白中銅離子解離，與蛋白質熱降解生成之 $\text{H}_2\text{S}$ 結合成 $\text{Cu-S-Protein}$ 錯合物（藍肉現象）。

3. 對症提出防制技術：從「原料前處理（放血、抑菌）」、「加工控制（加熱強度、pH 調節）」、「包裝與貯存（低溫、隔氧、金屬螯合劑）」四個實務維度提出具體防制手段。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題。以下針對題目兩大子題之「成因機制」與「防制手段」進行對比剖析：

分析向度	(一) 冷凍旗魚肉的綠變	(二) 螃蟹加熱後產生藍色肉
主要色素源	肌紅蛋白（Myoglobin，含鐵血基質色素）	血藍蛋白（Hemocyanin，含銅呼吸色素）
關鍵反應物	硫化氫（$\text{H}_2\text{S}$）及過氧化氫（$\text{H}_2\text{O}_2$）或脂質過氧化物	游離銅離子（$\text{Cu}^{2+}$）及含硫胺基酸熱解生成之 $\text{H}_2\text{S}$
主要生成物	硫肌紅蛋白（Sulfmyoglobin）或膽綠色素（Choleglobin）	硫化銅複合物（$\text{CuS-protein complex}$）
反應發生階段	凍結貯存期間或解凍過程中	蒸煮、熱燙或罐頭高溫殺菌等熱加工過程
專屬防制手法	超低溫凍藏（$-50^\circ\text{C}$ 以下）、鍍冰衣、隔絕氧氣	活體充分放血、添加有機酸（如檸檬酸）或螯合劑（EDTA）

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解題技巧

1. 閱卷得分關鍵字（Buzzwords）：

• 旗魚綠變務必寫出：肌紅蛋白（Myoglobin）、高鐵肌紅蛋白（Metmyoglobin）、硫化氫（$\text{H}_2\text{S}$）、硫肌紅蛋白（Sulfmyoglobin）、脂質過氧化。
• 蟹肉藍肉務必寫出：血藍蛋白（Hemocyanin）、銅離子（$\text{Cu}^{2+}$）、半胱胺酸（Cysteine）受熱分解、硫化銅蛋白質複合物、檸檬酸螯合。

2. 常見考場陷阱：

• 切勿混淆「蟹肉藍肉」與「蝦蟹黑變」：蝦蟹黑變（Black spot）為多酚氧化酶（Polyphenol oxidase, PPO）氧化酪胺酸（Tyrosine）生成黑色素（Melanin），屬酵素性褐變，常見於生鮮冷藏；而藍肉（Blue meat）為加熱引起的非酵素性金屬硫化物反應。

核心觀念

本題為國家考試水產化學研究的經典名詞解釋題型，測驗考生對水產化學四大核心領域之基礎學理掌握度：

1. 水產機能性脂質化學（Squalene）：碳氫化合物與三萜類之結構本質、在深海魚類之生理功能（浮力與生理調節）、膽固醇生合成路徑及加工安定性（氫化轉化為角鯊烷）。
2. 死後肌肉生化學（Rigor mortis）：魚體死後糖解作用、ATP 耗竭、肌動球蛋白（actomyosin）不可逆結合機制，及其對肉質保水性與加工適性的影響。
3. 水產基質蛋白質化學（Elastin）：結締組織中硬蛋白的分子特性、特殊交聯胺基酸（desmosine / isodesmosine）鍵結、熱不可逆性（與膠原蛋白之比較）及加工質地影響。
4. 異常水產肉質與生化水解（Jelly meat）：黏孢子蟲寄生引發之強效組織蛋白酶（cathepsins）過量分泌機制，以及肌原纖維蛋白質結構降解對商品價值的衝擊。

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解題方法

解答高分名詞解釋題（每小題 5 分）時，切忌僅提供單句字典式翻譯，應採取「論述式三段架構」切入：

1. 化學本質與結構特徵（約 2 分）：清楚界定所屬類別、化學式或構成單位。
2. 生化機制與生理來源（約 2 分）：說明在魚體內的賦存部位、生理機能或分子反應途徑。
3. 水產利用與加工衝擊（約 1 分）：連結水產加工、品質劣化防範或機能性產物開發價值。

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解題技巧

1. 避免混淆關鍵專有名詞：

• 區分 Squalene（六個雙鍵、高度不飽和、易氧化）與 Squalane（完全氫化飽和、耐儲存）。
• 區分 Elastin（加熱不溶、無明膠化反應、具鎖鏈素交聯）與 Collagen（加熱變性水解為明膠、具羥脯胺酸交聯）。

2. 死後僵直務必扣緊「ATP 門檻」：

• 切勿泛泛描寫「魚體死後變硬」，必須寫出「ATP 分解至臨界濃度，橫橋（cross-bridge）無法分離，肌凝蛋白與肌動蛋白形成不可逆之肌動球蛋白」。

3. 果凍肉必須指出「酵素水解」本質：

• 「Jelly meat」並非單純細菌腐敗，得分關鍵在於寫出「黏孢子蟲（Kudoa spp.）感染」與其釋放之「耐熱性/高活性組織蛋白酶（Cathepsins）對肌原纖維蛋白的裂解」。

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【答案】

(一) Squalene（角鯊烯／鮫鯊烯）

1. 化學本質與結構： 屬於高度不飽和的非環狀三萜類（triterpenoid）碳氫化合物，分子式為 $\text{C}_{30}\text{H}_{50}$。結構由 6 個異戊二烯（isoprene）單元聚合而成，含有 6 個非共軛雙鍵，全反式（all-trans）異構物為主要活性形式。
2. 天然來源與生理功能： 主要富集於深海鯊魚（如黑鯊、灰鮫）的肝臟油脂中，佔肝油不皂化物（unsaponifiable matter）高達 $50\%\sim 80\%$。比重小（約 0.86），在缺乏鰾的深海鯊魚體內扮演重要浮力調節角色；於生物化學中為動物體生合成膽固醇（cholesterol）與類固醇類荷爾蒙之關鍵前驅物。
3. 水產加工與利用： 具抗氧化、清除自由基及增強攜氧能力等生理機能，常萃取純化作為保健機能食品。因其分子具高度不飽和雙鍵，易受光、熱氧化劣變，於化妝品與醫藥佐劑加工中，多經催化加氫轉化為完全飽和、化學性質穩定的角鯊烷（Squalane, $\text{C}_{30}\text{H}_{62}$）。

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