113 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

本題考查以電磁輻射進行食品「冷殺菌」的種類、微生物致死原理、適用產品與品質變化。冷殺菌是指利用輻射能量抑制或殺滅微生物，而不以高溫作為主要致死因素；食品仍會有少量升溫，並非處理期間完全沒有熱量產生。

應區分兩類技術：

• 游離輻射：食品輻照的主要方法，包括伽馬射線、X 射線及電子束。三者能量足以使原子或分子游離，具有較佳穿透能力。
• 非游離光輻射：以紫外線及脈衝光為主，多用於食品表面、透明液體或包材的減菌，穿透力有限。

微波與紅外線主要靠熱效應加熱食品，通常不列為此處所指的典型「冷殺菌」電磁輻射。

解題方法

依題目要求，分別說明「可用種類、殺菌原理、適用產品、品質影響」。答題時先界定主軸為食品輻照，再補充紫外線與脈衝光等表面處理方式，並清楚區分「殺菌」和「滅菌」：常見食品輻照多為降低病原菌或腐敗菌數、延長保存期；要達到商業滅菌程度，須採用更高劑量及適當製程控制。

一、可應用於冷殺菌的電磁輻射種類

1. 伽馬射線（gamma rays）

常用放射性同位素為鈷-60。伽馬射線穿透力強，可處理較厚或已包裝的食品；但放射源須妥善管理。

2. X 射線（X-rays）

由電子加速器產生，穿透力高，適合處理包裝食品，也較便於設備停止運轉後即停止產生輻射。

3. 電子束（electron beam, e-beam）

由電子加速器產生高能電子束。處理速度快、無放射性同位素放射源，但穿透力較伽馬射線及 X 射線弱，較適用於薄層食品或包裝厚度有限的產品。

4. 紫外線與脈衝光

紫外線中以 UV-C 常用於表面消毒；脈衝光則以短時間、高強度的寬頻光照射食品或包材。這些方法主要使暴露在光線下的微生物失活，陰影處、裂縫及食品內部的效果較弱。

二、電磁輻射冷殺菌原理

游離輻射的直接作用：輻射能量可直接破壞微生物的 DNA、RNA 或其他關鍵分子，使其無法複製、修復或正常代謝。

游離輻射的間接作用：輻射可使食品中的水分子產生自由基及其他活性物種，進而攻擊微生物的核酸、細胞膜與酵素。食品含水量、氧氣、溫度及微生物種類都會影響實際殺菌效果。

紫外線與脈衝光的作用則以核酸受到光化學損傷為主，使微生物失去繁殖能力。由於光線穿透有限，處理效果高度依賴食品表面是否平整、是否有遮蔽，以及表面接受到的光劑量。

三、劑量與殺菌效果

游離輻射劑量常以戈雷（Gy）或千戈雷（kGy）表示，$1\ \mathrm{kGy}=1{,}000\ \mathrm{Gy}$。在一定範圍內，微生物數量常以對數方式下降，可用十進位減菌值 $D_{10}$ 描述：$D_{10}$ 是使微生物數量降低 $1\ \log_{10}$、亦即減少 90% 所需的輻射劑量。

核心觀念

肌紅蛋白（myoglobin，Mb）是肌肉中的含鐵色素蛋白質，血基質（heme）中心的鐵離子氧化態與配位狀態，會影響肉品呈色。題目重點是辨認肌紅蛋白接觸氧氣、亞硝酸鹽及含硫化合物後形成的色素種類，並說明相應的顏色與變色機制。

解題方法

依序判斷兩件事：第一，血基質鐵是二價鐵（Fe²⁺）或三價鐵（Fe³⁺）；第二，鐵離子周圍是否結合氧、亞硝酸根衍生物或含硫配體。氧氣可與 Fe²⁺ 可逆結合；亞硝酸鹽在肉品中形成一氧化氮（NO），再與肌紅蛋白結合；含硫化合物則可在有氧條件下形成綠色的硫肌紅蛋白。

（一）截切後與氧氣接觸

肌肉截切後，原本位於組織內部、氧氣較少的肌紅蛋白接觸空氣中的氧氣，氧分子與血基質中的 Fe²⁺ 可逆結合，形成氧合肌紅蛋白（oxymyoglobin，MbO₂），肉色由暗紅或紫紅轉為鮮紅。

氧合肌紅蛋白中的鐵仍為二價鐵，並非鐵被氧化成三價鐵；它是氧分子與血基質鐵可逆結合的結果。若氧氣持續作用，肌紅蛋白可能進一步被氧化成高鐵肌紅蛋白（metmyoglobin，MetMb），其鐵為 Fe³⁺，呈褐色。因此，表面剛接觸氧氣時的鮮紅色，與長時間氧化後的褐變，須加以區分。

（二）添加亞硝酸鹽

核心觀念

本題考查即食早餐穀片（ready-to-eat cereal, RTE cereal）的原料組成、擠壓膨化成形與表面調味塗佈。星星、心形、動物等多樣造形，常見於以穀粉經擠壓烹煮製成的早餐穀片；產品經加工後可直接食用，也可搭配牛奶或優格。

穀片的主體通常以玉米、小麥、米、燕麥等穀物粉或穀粒為基礎，經加水調質、加熱烹煮，再由模孔擠出並切製成形。調味醬或糖漿塗在穀片表面，賦予甜味、香氣、色澤與光澤。實際配方與製程會依穀片形狀、塗層種類及產品定位調整。

解題方法

依題目要求分成三部分作答：

1. 原料：主體穀物、配方添加物、塗層原料。
2. 加工流程：先製作穀片基體，再塗佈調味醬，最後乾燥、冷卻與包裝。
3. 產品特性：分別說明顏色、風味、營養價值與組織，並連結製程及配方。

一、原料

1. 穀片基體原料

• 穀物原料：玉米粉或玉米糝、小麥粉、米粉、燕麥粉等，可單獨使用或混合使用。全穀粉、麩皮等則可用來增加膳食纖維。
• 水：使粉料形成可加工的穀物團塊，並影響擠壓烹煮時的流動性、糊化及膨化程度。
• 甜味及調味原料：砂糖、葡萄糖、麥芽萃取物、鹽，以及香料等，可加入基體配方，調整底味與色澤。
• 其他配方原料：少量油脂、乳成分或膨鬆、質地調整用原料，可依產品需求使用。
• 營養強化原料：可添加維生素、礦物質等營養素；添加時機依其耐熱性及製程條件安排。

2. 表面塗層原料

塗層可為巧克力、草莓等口味的醬料、糖漿或調味液。常見組成包括糖或糖漿、可可粉或草莓風味原料、油脂，以及乳成分、乳化劑、香料或色素等。若採用含水的糖漿或醬料，塗佈後須再乾燥，使表面塗層定型並降低產品水分。

二、加工流程

可用下列流程說明：

穀物粉及配方原料計量混合 → 加水調質 → 擠壓烹煮 → 模孔成形與切割 → 乾燥或烘烤 → 冷卻 → 調味醬塗佈 → 再乾燥或冷卻定型 → 包裝

1. 配料、混合與調質

將穀物粉、糖、鹽及其他配方原料按比例混合，再加入適量水，使原料均勻濕潤。水分含量需配合擠壓設備及產品需求控制，影響物料在機筒內的流動、熟化和膨化。

2. 擠壓烹煮

混合後的原料進入擠壓機，在螺桿推送下受熱、受壓並混合。澱粉吸水糊化，蛋白質及其他成分也受到熱處理，形成熟化的穀物團塊。擠壓同時具有烹煮與輸送作用。

3. 模孔成形與切割

熟化物料經具有特定形狀的模孔擠出，再以切刀切成星形、心形或動物等造形。產品形狀主要由模孔設計及切割方式決定。

核心觀念

本題考查四種常見食品品質劣變的成因，作答時應抓住各自的關鍵機制：水產品中礦物質形成結晶、罐頭食品因耐熱菌生長而酸敗、冷凍食品表面水分昇華，以及肉品屠後能量耗竭造成肌肉僵硬。

解題方法

依「物質來源或加工環境 → 反應或微生物作用 → 品質變化」說明各項，即能清楚交代劣變機制。

(一) 水產品的玻璃狀結晶物（struvite）生成

Struvite 為磷酸銨鎂結晶，化學式為 $MgNH_4PO_4\cdot 6H_2O$。水產品中的鎂離子、磷酸根，以及含氮物質分解所形成的銨離子，在適當的酸鹼值、溫度與離子濃度條件下，達到過飽和後會析出並結晶。

結晶常見於水產品加工品或罐頭中，外觀透明、無色且呈玻璃狀，容易被誤認為玻璃碎片。它通常屬於礦物質結晶造成的外觀缺陷，不等同於玻璃異物；但仍須確認結晶身分，並評估是否伴隨其他腐敗或加工問題。

(二) 罐頭食品的平酸腐敗（flat sour spoilage）

平酸腐敗主要由嗜熱、產酸但不產氣的細菌造成，典型菌種為嗜熱脂肪芽孢桿菌（Geobacillus stearothermophilus，舊稱 Bacillus stearothermophilus）。其芽孢若因殺菌不足而存活，或罐頭殺菌後受到污染，在適合的保存溫度下萌發、生長，便會利用食品中的醣類發酵產酸。

酸生成使罐內食品酸度增加、風味變酸，但因細菌不產氣，罐頭通常不膨罐，外觀保持平坦，故稱「平酸」腐敗。此類腐敗常見於低酸性罐頭在高溫保存或冷卻不充分時。

(三) 冷凍食品的凍燒（freezer burn）

核心觀念

「冷凍噸」（Ton of refrigeration，簡稱 RT）是表示冷凍能力的單位。傳統定義為：在 $24$ 小時內，將 $1$ 噸（美制短噸，約 $2{,}000$ 磅）的水由 $0^\circ\mathrm{C}$ 凍結成 $0^\circ\mathrm{C}$ 的冰，所需的冷凍能力。

換算為熱量移除速率：

本題重點是冷凍負荷與完成時間的關係：同一批食品、凍結條件相同時，所需移除的總熱量不變；完成時間愈短，所需冷凍能力愈大。可用下式表示：

解題方法

原本 $1{,}000$ 公斤食品在 $1$ 小時內凍結，需要 $27$ RT。因此這批食品的總冷凍負荷，以「冷凍噸小時」表示為：