109 高普考高考二級 食品衛生行政 食品科學與加工學研究 考古題詳解

核心觀念

本題屬於食品加工學中「原料前處理單元操作」（Raw material preparation unit operations）的核心考題，重點考核原料去皮（Peeling）之加工原理、設備操作條件、農／畜／水產原料之適用性，以及加工損耗（Peeling loss）與環境衝擊（如廢水處理負荷）之評估指標。

去皮之核心目標為：

1. 去除不可食、木質化、粗糙或影響外觀風味之表皮組織。
2. 去除殘留於表面之泥沙、寄生蟲、微生物與農藥殘留。
3. 盡量減少可食用部分之流失（提高得率）、降低熱損傷與營養破壞，並減少高生物需氧量（BOD）與化學需氧量（COD）廢水之排放。

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解題方法

本題為高階申論題，切入點應涵蓋「物理熱力」、「化學反應」、「機械力學」及「生化酵素」等四大加工技術維度，挑選五種工業界最普及且原理各異的代表性方法，並依循下列統一結構作答：

1. 反應與加工原理（作用機制）
2. 典型操作條件（溫度、壓力、濃度、時間）
3. 適用產品類別（落實題目要求的農、畜、水產跨領域實例）
4. 優缺點評析（產率、外觀、廢水與成本）

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選項分析（五大常用去皮方法綜合評析）

本題為申論題，五種代表性去皮方法及其工業特性比較分析如下：

去皮方法	作用機制維度	核心動力／化學機制	主要適用對象	工業限制與環保考量
一、蒸氣去皮	熱力／相變膨脹	高壓蒸氣使表皮果膠軟化，瞬間減壓閃蒸爆裂脫皮	根莖類（馬鈴薯）、果實類（番茄、桃）	需耐高壓容器，小規模工廠投資成本較高
二、鹼液去皮	化學溶解	熱 NaOH 水解果膠質胞間層與角質皂化	桃、杏、番茄、柑橘囊胞白絡	產生高鹼性、高 COD 廢水，排污處理成本極高
三、機械與研磨去皮	機械力摩擦／切削	金剛砂磨盤摩擦剪切或旋轉刀片削切	堅硬根莖類（胡蘿蔔）、禽畜水產（魚皮、豬皮分離）	凹陷處去皮不易，外型不整者原料損耗率較高（15–25%）
四、火焰去皮	超高溫碳化	800–1000°C 短時間碳化外表皮，冷水沖刷除焦	表面凹凸深裂者（洋蔥、甜椒、辣椒）	能耗大、具工安風險，僅適用耐熱外皮原料
五、酵素去皮	生物水解	利用果膠水解酶專一性分解皮肉連接之胞間層	柑橘瓣膜（去白絡/外膜）、葡萄、番茄	酵素成本較高、反應速率慢，需精確控制溫濕度

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解題技巧

1. 呼應題幹關鍵字：題目特別強調「農、畜、水產品的種類繁多」，作答時不可僅列舉蔬菜水果（如馬鈴薯、番茄），務必在「機械去皮」或「熱燙去皮」中導入畜產（如豬皮剝除機、屠體褪毛脫角質）或水產（如比目魚、魷魚、鮭魚切片剝皮機），方能奪取高分（高考二級非常重視原料學之整合能力）。
2. 條列結構化評比：每種方法均具備「原理」、「條件」、「適用對象」、「優缺點」四要素，閱卷老師能在 10 秒內掌握完整答題骨架。
3. 避免模糊詞彙：明確寫出操作參數（如蒸氣壓力 kPa、鹼液濃度 %、火焰溫度 °C），展現工程數據掌控力。

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【答案】

農、畜、水產原料因組織結構、表皮厚度、形狀規則度及熱敏感性各異，常用的五種去皮方法說明如下：

一、蒸氣去皮法（Steam Peeling / Flash Steam Peeling）

1. 加工原理：將原料置於密閉壓力容器中，通入高壓飽和蒸氣，短時間內迅速加熱原料表面，使表皮下水分瞬間汽化並使胞間層果膠質熱軟化；隨後迅速洩壓至常壓（減壓閃蒸），皮層下方的高壓蒸氣瞬間膨脹使表皮爆裂脫離，最後以高壓旋轉水柱或橡膠輥刷將鬆脫表皮沖除。
2. 操作條件：蒸氣壓力約 1,000–1,500 kPa（10–15 bar），處理時間通常為 15–90 秒。
3. 適用原料：

• 農產品：馬鈴薯、胡蘿蔔、甘藷、甜菜根及加工用番茄。

4. 優缺點評析：

• 優點：去皮效率高、產率高（損耗率通常小於 8–10%）、表面平整無化學殘留，且產生之固體廢棄物含水量低、易於後續資源化利用。

核心觀念 本題考查食品加工與食品工程學中的兩大關鍵單元操作（Unit Operations）——**機械固液分離（過濾）與熱質傳相變乾燥（冷凍乾燥）**之設備工程原理與加工特性：

1. 板框壓濾機（Filter Presses）：屬於「濾餅過濾（Cake Filtration）」的代表性設備，探討在外部機械壓差驅動下，流體穿透多孔介質與濾餅沉積的動力學行為，核心理論為達西定律（Darcy's Law）與 Ruth 恆壓過濾方程式： $\frac{dt}{dV} = \frac{\mu (r \cdot w \cdot V + R_m \cdot A)}{\Delta P \cdot A^2}$
2. 冷凍乾燥機（Freeze Dryer / Lyophilizer）：結合低溫冷凍、高真空排氣與昇華熱傳的保質技術，核心理論為**水之相圖（Phase Diagram of Water）**中的三相點（Triple Point: $0.01^\circ\text{C}$、$611.65\text{ Pa} \approx 4.58\text{ mmHg}$），使固態冰在不經液態的條件下直接昇華為水蒸氣。

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解題方法 本題為標準的 20 分公職高考二級申論題，每小題配分均為 10 分。作答時切忌混雜成一團，應採用「工程系統拆解法」與「條列對比法」進行結構化佈局：

1. 設計原理切入點：先闡述「熱力學／流體力學基礎物理機制」，接著說明「設備核心組成元件」，最後以「操作流程循環」串接。
2. 優缺點剖析切入點：從「食品品質保持度」、「能源與設備成本」、「生產連續性與產能」、「操作維護與衛生安全性」四個工程向度客觀陳述，避免籠統空泛。

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選項分析 本題為申論題，非選擇題。試卷配分與各子題得分要點分析如下：

• 第(一)小題（10分）得分關鍵：

• 原理部分（5分）：必須寫出濾板（plate）、濾框（frame）、濾布（filter cloth）之交替堆疊架構，並說明壓差驅動濾液流出、固形物沉積於框內形成濾餅的連續過程。
• 優缺點部分（5分）：優點聚焦於「濾餅乾度高、操作彈性大（增減板框）、成本低」；缺點聚焦於「批次操作、裝卸費時（勞力密集）、密閉性差易染污/洩漏」。

• 第(二)小題（10分）得分關鍵：

• 原理部分（5分）：必須強調低於三相點之真空與溫度條件、相轉移昇華機制，並清楚點出乾燥箱（棚板加熱）、真空泵浦系統、冷阱（水蒸氣冷凝捕集器）三大機構，以及「預凍 $\to$ 一次昇華乾燥 $\to$ 二次解吸乾燥」之程序。
• 優缺點部分（5分）：優點聚焦於「熱敏性成分保護、保留原有骨架多孔結構、復水性絕佳、防止氧化」；缺點聚焦於「設備昂貴、運轉耗能大（耗電且時程長）、包裝抗潮要求極高」。

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解題技巧

1. 名詞精準度：板框壓濾機務必使用「交替排列」、「濾餅（cake）」、「壓差驅動力」；冷凍乾燥機務必點出「三相點」、「潛熱（latent heat）」、「冷阱（cold trap）」。
2. 避免答題陷阱：

• 冷凍乾燥並非完全不加熱；在一次乾燥與二次乾燥階段，必須由棚板精確供給「昇華潛熱」與「解吸熱」，不可誤寫成全程低溫絕不供熱。
• 板框壓濾機為「非連續性（批次）」，不可誤歸類為連續離心或連續旋轉真空過濾機。

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【答案】

(一) 板框壓濾機（Filter Presses）之設計原理及其優缺點

1. 設計原理

板框壓濾機為食品工業常見之間歇式（批次）加壓濾餅過濾設備，其運作基於達西定律之流體穿透阻力理論，以機械泵浦提供的高壓差（$\Delta P$）為推動力，促使固液分離：

• 核心構造：由多塊表面具有排液凹槽的「濾板（Filter Plate）」與空心的「濾框（Filter Frame）」交替平行懸掛於機架軌道上，板與框之間夾裝「濾布（Filter Cloth）」，透過液壓缸或螺桿高壓壓緊，形成密封之過濾室（料腔）。
• 操作程序：

1. 進料與過濾：混懸液（Feed slurry）經共用進料管加壓注入濾框空腔內。
2. 固液分離：液體在壓差驅動下穿透濾布，順著濾板表面的導流溝槽匯集至出液閥排出；固形物顆粒則被濾布截留在濾框內部，逐漸堆積增厚形成「濾餅（Filter Cake）」。
3. 洗滌與脫水（可選）：通入洗滌水洗去殘留可溶物，並以壓縮空氣吹除多餘水分，降低濾餅濕度。
4. 卸餅與清洗：鬆開壓緊機構，逐一拉開板框，使固態濾餅受重力落下排出，清洗濾布後重新壓合進入下一循環。

核心觀念

本題評量考生對「蛋品新鮮度指標與檢測原理」及「蛋品加工學中鹼凝固蛋（皮蛋）之生物化學反應機制」之整合理解：

1. 蛋之新鮮度劣化機制與指標：

• 化學與物理劣化：蛋產下後，蛋殼氣孔持續散失水分與 $\text{CO}_2$，導致蛋內氣室擴大、比重下降、pH 值上升（蛋白由約 7.6 升至 9.0～9.7）。
• 微細構造破壞：卵黃囊膜（Vitelline membrane）強度減弱、繫帶（Chalaza）水解鬆弛，濃厚蛋白（Thick albumen）因溶菌酶（Lysozyme）與卵黏蛋白（Ovomucin）複合體解離而稀薄化。
• 量化指標：
• 豪氏單位（Haugh Unit, $HU$）：評估濃厚蛋白品質最權威的國際標準指標，公式為： $HU = 100 \log (H - 1.7 W^{0.37} + 7.6)$ 式中 $H$ 為濃厚蛋白高度（$\text{mm}$），$W$ 為帶殼蛋重（$\text{g}$）。
• 蛋黃係數（Yolk Index, $YI$）： $YI = \frac{\text{蛋黃高度}}{\text{蛋黃直徑}}$

2. 皮蛋（鹼凝固蛋）之化學轉化機制：

• 原料蛋浸漬於強鹼溶液（通常含 $\text{NaOH}$，由 $\text{CaO}$ 與 $\text{Na}_2\text{CO}_3$ 反應生成，或直接添加食品級燒鹼）中，鹼液透過蛋殼氣孔與殼膜滲入蛋內。
• 蛋白質在強鹼環境下變性、肽鏈伸展並發生轉酮醇反應或重排，進而形成三維網狀凝膠結構。
• 溏心形成：受鹼滲透擴散動力學、蛋黃高脂質乳化特性及變性程度控制。
• 松花形成：受蛋白質強鹼深度水解釋出胺基酸，與蛋內二價金屬離子（如 $\text{Mg}^{2+}$、$\text{Ca}^{2+}$）結合結晶沉澱所致。

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解題方法

本題為標準的食品科學與加工學申論題，答題架構應分為兩大部分，條理化陳述：

1. 第 (一) 小題解題切入點：

• 將蛋的新鮮度判定按檢驗階段拆解為「破蛋前檢驗（非破壞性檢測）」與「破蛋後檢驗（破壞性客觀理化檢測）」。
• 分別列出原理、操作方式、標準判定值（如比重值、氣室大小、$HU$ 等級區間、$YI$ 正常衰退數值），展現高階國家考試所需之專業深度。

2. 第 (二) 小題解題切入點：

• 先以簡練文字確立皮蛋「鹼促凝膠化（Alkali-induced gelation）」之基本化學背景。
• 分項剖析「溏心」與「松花」：
• 溏心皮蛋：強調「鹼液向內擴散之濃度梯度」與「蛋黃高脂低水之物理障礙」，說明未達完全交聯凝固點的加工工藝調控（鹼濃度、浸漬時間、熟成溫度與阻鹼封存）。
• 松花皮蛋：說明化學本質為「胺基酸與無機鹽結晶」，剖析強鹼水解蛋白產生游離胺基酸（天門冬醯胺等），與蛋內無機離子在凝膠微孔隙中過飽和析出的物理化學過程。

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解題技巧

1. 公式與量化數據是拿高分的關鍵：說明 $HU$ 與 $YI$ 時，務必完整列出變數定義與正常/劣質標準數值（如 $HU \ge 72$ 為優良，$YI$ 由新鮮時的 0.40～0.44 降至 0.25 以下），切忌僅寫「測量蛋白高度」等泛泛之詞。
2. 避免觀念陷阱：

• 蛋老化時是「$\text{CO}_2$ 散失、pH 值上升」，許多考生易誤記為「酸敗導致 pH 下降」。
• 「松花」的成分常被誤寫為「重金屬殘留沉澱」或「單純冰晶」，正確化學本質為「天門冬醯胺（Asparagine）結晶」或「天門冬醯胺與氫氧化鎂 $\text{Mg(OH)}_2$ 等金屬水合物絡合物」。

3. 溏心並非未熟，而是加工控制的熱力學/動力學結果：說明溏心時，必須扣合「鹼度不足以使蛋黃中心脂蛋白完全硬化交聯」的生化原理。

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【答案】

(一) 蛋之新鮮度的判斷方法

蛋的新鮮度判斷可分為「破蛋前（非破壞性）」與「破蛋後（破壞性理化指標）」兩大類方法：

1. 破蛋前判斷法（未破蛋檢驗）

• 透光照蛋法（Candling method）：
• 原理：利用光源穿透蛋體，觀察內部構造與氣室變化。
• 判斷標準：新鮮蛋內部透光均勻，氣室深度小於 $5\text{ mm}$，蛋黃位置居中且陰影輪廓模糊。隨新鮮度下降，蛋內水分蒸發使氣室增大（深度常大於 $8\sim 10\text{ mm}$），繫帶鬆弛使蛋黃浮起、偏向蛋殼，蛋黃陰影輪廓變深且活動性增大。
• 比重浮沉法（Specific gravity method）：
• 原理：蛋產下後水分持續由氣孔散失，氣室體積增大，全蛋密度隨貯存時間而下降。
• 判斷標準：將蛋置於配製好之食鹽水溶液（常用約 10% 食鹽水，比重約 1.070～1.080）中觀察：
• 新鮮蛋：比重大（約 1.080～1.090），蛋體完全下沉並於容器底部水平橫臥。
• 稍新鮮蛋：鈍端（氣室端）稍向上浮起，蛋體呈傾斜狀態。

核心觀念

本題考查「食品加工與低溫保藏學」中生鮮與加工食品之供應鏈品質管控，並結合我國食品安全法規之實務要求。涉及核心觀念包括：

1. 食品冷鏈（Cold Chain）定義與 3T 原則：低溫保藏利用降低溫度抑制微生物生長、減緩酵素活性與化學劣變反應。冷鏈體系建立在「時間（Time）、溫度（Temperature）、耐受度（Tolerance）」之 3T 原則上，核心精神為「低溫環境連續不可中斷（Cold Chain Integrity）」。
2. 法定溫控標準（以命題當年民國 109 年法規為準）：依據《食品安全衛生管理法》授權訂定之《食品良好衛生規範準則》（GHP），冷藏食品之中心溫度或貯存品溫應維持在 $7^\circ\text{C}$ 以下且凍結點以上；冷凍食品之中心溫度或貯存品溫應維持在 $-18^\circ\text{C}$ 以下。運輸過程中冷藏車廂溫度須維持在 $8^\circ\text{C}$ 以下（作業中）、冷凍車廂維持在 $-12^\circ\text{C}$ 以下（作業中），但貨品品溫仍須符合標準。

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解題方法

本題屬高考二級之典型申論題，採「定義與系統要素分析法」及「供應鏈環節分類法」切入：

• 第 (一) 子題：先破題給出標準學術與實務定義，再剖析冷鏈體系之「目的（安全與品質保全）」、「關鍵特質（全流程不中斷）」、「溫控分級（冷藏與冷凍標準）」及「核心管理理論（3T與3C原則）」，層次分明。
• 第 (二) 子題：避免零散列舉，應沿著食品流通軸線「產地採後/屠宰 $\to$ 加工凍結 $\to$ 倉儲 $\to$ 物流運輸 $\to$ 終端銷售 $\to$ 全程監控」依序分類舉例，並清楚說明各項設備之「功能原理」與「應用場域」，彰顯考生的工程與管理整合能力。

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選項分析

本題為專業申論題，無選擇題選項；依據國家考試評分規準，針對考生答題構面之辨析與取分要件說明如下：

• 常見失分盲點（錯誤切入點）：僅將冷鏈狹隘定義為「低溫物流車隊與冷藏庫」，忽略「產地預冷」與「全流程連續監測系統」；或僅泛稱「需要冰箱、冷凍車」，缺乏工業級與商業級專業設備名稱（如 IQF、真空預冷機、AS/RS、TTI）。
• 完整答題構面（正解切入點）：必須包含「產地預冷設備」、「急速凍結設備」、「低溫倉儲設備」、「冷鏈運輸設備」、「終端陳列設備」及「數位監控與品溫記錄設備」六大板塊，方能完整涵蓋現代化冷鏈體系。

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解題技巧

1. 掌握「3T 與 3C」關鍵詞：寫出 3T 原則（Time, Temperature, Tolerance）與 3C 原則（Care, Clean, Cold），展現高階公職應有的學理厚度。
2. 數值化呈現法規標準：精準寫出「冷藏 $\le 7^\circ\text{C}$（凍結點以上）」及「冷凍 $\le -18^\circ\text{C}$」，強化論述說服力。
3. 設備分類系統化：採用「前處理 $\to$ 凍結 $\to$ 倉儲 $\to$ 運輸 $\to$ 販售 $\to$ 監控」之產業鏈路分類法，閱卷委員能迅速依子標給分。

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【答案】

(一) 食品冷鏈體系（Food Cold Chain System）之意涵說明

1. 定義與核心宗旨： 食品冷鏈體系是指易腐性生鮮農水畜產品或低溫加工食品，自採收、屠宰、捕撈、加工處理、包裝、貯存、運輸、配銷，直至零售陳列與終端消費者取得前，全程各環節皆持續維持在特定低溫環境之系統化供應鏈網絡。其核心宗旨為透過有效抑止腐敗微生物滋生、降低內源性酵素水解速率及減緩脂質氧化等生化劣變反應，確保食品安全性、營養價值與感官品質。

2. 核心運作特質與管制原則：

• 冷鏈不可中斷性（Cold Chain Integrity）：冷鏈首重連續不中斷，任何環節之「斷鏈」均會造成食品品溫回升，誘發微生物二次增殖或表面凝結水（sweating），即便事後再次降溫，所導致之品質劣變與安全風險皆不可逆。
• 溫控分級標準（以命題當年民國 109 年《食品良好衛生規範準則》為準）：
• 冷藏（Chilled）管制：食品品溫須控制於 $7^\circ\text{C}$ 以下且凍結點以上（通常為 $0^\circ\text{C} \sim 7^\circ\text{C}$，特定生鮮肉品或水產建議維持於 $0^\circ\text{C} \sim 4^\circ\text{C}$）。
• 冷凍（Frozen）管制：食品中心品溫須嚴格維持於 $-18^\circ\text{C}$ 以下。
• 3T 與 3C 管理原則：

核心觀念

本題評量肉品科學與加工學中「肌肉結構與肉質質地控制」之核心理論。

1. 肉質硬度（Toughness）的兩大主因：

• 肌原纖維韌性（Myofibrillar toughness）：由肌動蛋白（Actin）與肌凝蛋白（Myosin）結合形成的肌動球蛋白（Actomyosin）及肌節（Sarcomere）收縮程度決定；屠後僵直期縮短或冷收縮（Cold shortening）會加劇硬度。
• 結締組織韌性（Connective tissue toughness）：由膠原蛋白（Collagen）與彈性蛋白（Elastin）含量及其分子間共價交聯（Covalent cross-links）程度決定。年齡越老的動物，熱安定性交聯（如組胺酸-羥基羥賴胺酸醛）越多，肉質越硬。

2. 嫩化（Tenderization）之生化與物理機制：

• 弱化或水解肌原纖維骨架蛋白（如 Z-線、Titin、Nebulin、Desmin）。
• 水解或變性結締組織（使膠原蛋白結構鬆散或轉化為明膠）。
• 改變離子強度與 $pH$ 值，提高肉品保水力（Water-Holding Capacity, WHC），使組織膨潤多汁。
• 物理性切斷肌肉纖維與結締組織鞘膜。

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解題方法

本題為經典申論題。解題切入點應兼顧「分類周延性」與「作用機轉深度」，切忌僅列出操作名稱而未交代生物化學機制。 作答架構宜從**「內源酵素生化作用」、「外源酵素分解」、「物理機械破壞」及「化學/保水性調節」**四大不同構面各提一種最具代表性的常用方法，並依循「方法名稱 $\rightarrow$ 作用原理與生化機轉 $\rightarrow$ 具體操作與限制」三段式展開，以展現食品加工學的專業論述深度。

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申論解析：四種常用之肉類嫩化方法

一、 屠後熟成嫩化法（Post-mortem Aging / Conditioning，內源性酵素法）

1. 作用原理與生化機轉： 動物屠宰後，肉品在低溫（$0 \sim 4^\circ\text{C}$）冷藏環境下貯存一段時間，利用肉品組織內自體存在的內源性蛋白水解酶進行自體分解（Autolysis）：

• 鈣活化蛋白酶（Calpains）：在中性 $pH$ 與適量 $Ca^{2+}$ 濃度下活化，優先水解肌原纖維的 Z-線（Z-disk），分解維持肌節結構的骨架蛋白（如 Desmin、Titin、Nebulin），使肌原纖維結構瓦解。
• 溶組織蛋白酶（Cathepsins）：源於溶體（Lysosome），於酸性環境（肉品屠後糖解降至 $pH \approx 5.4 \sim 5.8$）下活化，進一步水解肌動球蛋白及部分結締組織中的蛋白多醣網狀結構。

2. 實務操作與應用：

• 濕式熟成（Wet aging）：將分切肉置於真空包裝袋內於冷藏庫中熟成，能防止水分蒸發流失，保持多汁性，為現代工業化主要手法。
• 乾式熟成（Dry aging）：肉塊懸掛於恆溫（$1 \sim 3^\circ\text{C}$）、恆濕（約 $75\% \sim 85\%$）且具對流空氣的熟成室中數週，水分蒸發使風味濃縮，結締組織與肌纖維弱化，但損耗率（修整耗損與乾耗）較高。

二、 外源植物蛋白酶嫩化法（Exogenous Proteases / Enzymatic Tenderization）

1. 作用原理與生化機轉： 利用植物萃取之植物性蛋白質水解酶，作用於肉品表面或注入肉體內部。該類酵素能同步水解肌原纖維蛋白（Myofibrillar proteins）與膠原蛋白（Collagen）：

• 水解結締組織的胜肽鍵，促使三股螺旋結構崩解。
• 破壞肌原纖維的橫橋連結，使肉基質軟化。

2. 常用酵素種類與最適條件：

• 木瓜蛋白酶（Papain）：耐熱性最佳（作用適溫約 $60 \sim 70^\circ\text{C}$），對肌原纖維與膠原蛋白均有極強水解力，於烹調加熱初期持續作用。
• 鳳梨蛋白酶（Bromelain）：對膠原蛋白的水解活性特強，適溫約 $50 \sim 60^\circ\text{C}$。
• 無花果蛋白酶（Ficin）：對肌原纖維與彈性蛋白均具活性，作用溫和。
• 奇異果蛋白酶（Actinidin）：最適活性偏低溫，水解作用溫和且不易造成過度水解。

3. 注意事項： 酵素擴散滲透速率有限，通常採針注法（Infiltration）或薄片浸漬；加熱時須迅速通過酵素活性期，若控制不當易造成「過度嫩化」（Over-tenderization），使肉質呈現糊狀泥化（Mushy texture）。