112 高普考高考三級 食品衛生檢驗 食品化學 考古題詳解

核心觀念

本題考查食品中水的形態、水活性與貯存安定性的關係。食品中的水可概分為：

• 結合水：與蛋白質、澱粉等食品成分以氫鍵或其他作用力緊密結合，不易流動，也較不易被微生物利用或參與化學反應。
• 自由水：未被食品成分緊密束縛，流動性較高，可供微生物利用，也較容易參與酵素及化學反應。

水活性 $a_w$ 表示食品中水可供反應或利用的程度，定義為食品表面水蒸氣分壓與同溫下純水蒸氣壓的比值：

在平衡狀態下，也可用食品上方空氣的平衡相對濕度表示：

解題方法

核心觀念

本題考查蛋白質與水分子間的作用，以及蛋白質的水合性如何影響食品的溶解性、黏度、持水性與質地。蛋白質的「水合」是水分子與蛋白質表面親水基團及帶電基團作用、並在其周圍形成水合層的現象；它不同於蛋白質單純溶解於水中，但會影響蛋白質的溶解、分散與持水能力。

蛋白質可與水作用的部位包括：

• 帶電基團：如胺基、羧基及離子化側鏈，透過離子—偶極作用吸引水分子。
• 極性但不帶電的基團：如羥基、醯胺基及肽鍵上的羰基、胺基，可與水形成氫鍵。
• 非極性基團：疏水性側鏈不易與水形成有利作用，會促使蛋白質內部或蛋白質分子間的疏水基團聚集，間接影響水合程度。

解題方法

作答時先界定水合性質，再分別說明水合的機制、表現及影響因素。判斷因素時，可用「蛋白質本身的結構與組成、周遭環境、加工處理」三個層次整理，並說明各因素如何改變可接觸水的基團、電荷狀態或蛋白質結構。

蛋白質水合的主要表現如下：

1. 吸水與水合層形成：水分子附著於蛋白質表面，形成不同結合程度的水合水。靠近帶電或極性基團的水分子作用較強；距離較遠的水分子作用較弱、較容易移動。
2. 溶解與分散：蛋白質表面的水合層可降低蛋白質分子間直接聚集的傾向，幫助蛋白質分散於水相；但水合不等於完全溶解，蛋白質仍須具有適當的分子結構與分子間作用狀態。
3. 持水與膨潤：蛋白質可吸附或包埋水分，形成具有持水能力的系統；加熱凝膠、肉品或麵糰的質地，均會受蛋白質持水性影響。
4. 流變性改變：水合後蛋白質分子體積與水相中的有效體積增加，可使分散液黏度上升，並影響凝膠形成及食品口感。

影響水合性質的因素

• 胺基酸組成與極性基團數量：帶電及極性基團較多、且暴露於表面的蛋白質，通常能與較多水分子作用。疏水性胺基酸比例高，或極性基團埋藏於蛋白質內部時，可供水合的表面部位減少。

核心觀念

乳化系統是由互不相溶的水相與油相所形成的分散系。名稱中的斜線表示兩相的分層關係：斜線左側為分散相，右側為連續相。

• O/W（水包油滴型）：油滴分散在連續水相中。
• W/O（油包水滴型）：水滴分散在連續油相中。
• W/O/W（油包水滴，再分散於水中）：內層水滴分散在油相中，形成 W/O；再將此 W/O 液滴分散於外部水相中。
• O/W/O（水包油滴，再分散於油中）：內層油滴分散在水相中，形成 O/W；再將此 O/W 液滴分散於外部油相中。

解題方法與例子

依序確認「分散相、連續相」，複合乳化系統則從內層往外層讀取；再以常見食品或食品製程中的乳化結構舉例。

核心觀念

本題考查以 AH–B 理論說明呈味分子的結構特徵如何與味覺受器作用，進而引起甜味或苦味。此理論是以分子結構與呈味性質的關係提出的解釋模型。

• AH：可提供氫原子的基團，扮演氫鍵供體，例如糖分子中的羥基（–OH）。
• B：具有未共用電子對、可接受氫鍵的原子或基團，扮演氫鍵受體，例如氧原子或氮原子。

理論認為，呈味分子上的 AH 與 B 需具有適當的空間位置，才能和受器上的互補部位形成作用。

解題方法：先說明甜味，再比較苦味

作答時先交代 AH 與 B 的角色及受器作用方式，再以 AH 與 B 之間的距離、立體排列差異說明甜味與苦味，最後各舉一例。

**甜味：**Shallenberger–Acree 理論指出，甜味分子須具有 AH 與 B 兩個互補基團，兩者間距約為 $3\ \text{Å}$；常見概述範圍為約 $2.5$ 至 $4.0\ \text{Å}$。分子與甜味受器結合時，AH 與 B 可和受器上的相應部位形成氫鍵作用，啟動受器反應，使人感受到甜味。

例如蔗糖、葡萄糖等糖類具有多個羥基，其中相鄰羥基可提供 AH 與 B 的功能；蔗糖的羥基排列符合形成甜味作用的空間條件，因此呈甜味。此理論也可用來說明糖以外的甜味物質具有相似的 AH–B 呈味單元。

**苦味：**以 AH–B 架構解釋苦味時，部分苦味物質也具有可參與作用的 AH 與 B，但其兩基團距離與分子排列和甜味型態不同。

核心觀念

本題考查三種常見食品水膠體的「來源—多醣組成—加工功能」關聯。作答時須分清：

• 洋菜膠（agar）：紅藻來源，主要由 agarose 與 agaropectin 組成，特色是形成堅實凝膠。
• 關華豆膠（guar gum）：豆科植物種子胚乳來源，屬半乳甘露聚醣，特色是增稠、保水。
• 三仙膠（xanthan gum）：微生物發酵產物，屬含酸性糖支鏈的多醣，特色是增稠、懸浮穩定，且在多種加工條件下仍能維持黏度。

這是食品化學的成分與功能題，沒有法條或計算式需要援引。

解題方法

依序回答每種膠的三個面向：

1. 來源：交代植物、藻類或微生物來源，以及可食用膠的取得部位或製造方式。
2. 醣組成：指出主要單醣、主鏈與支鏈的連結方式；若有常見單醣比例，也一併說明。
3. 食品應用：將結構和功能連結，例如形成凝膠、提高黏度、穩定懸浮或改善冷凍食品質地。

洋菜膠（Agar）

來源： 由紅藻細胞壁萃取，常見原料包括石花菜屬（Gelidium）及江籬屬（Gracilaria）等紅藻。

醣組成： 洋菜膠主要是兩類多醣的混合物：

• Agarose（洋菜糖）：主要的凝膠成分，由半乳糖類殘基規則交替組成，核心重複單位包含 β-D-半乳糖與 3,6-脫水-α-L-半乳糖。
• Agaropectin（洋菜膠果膠）：結構較複雜，含有硫酸基等取代基，通常較 agarose 帶電，凝膠能力較弱。

食品製備上的應用： 洋菜膠加熱溶解後，冷卻可形成堅實凝膠，常用於果凍、洋菜凍、甜點、糖果及食品成型。相較於一般增稠膠，洋菜膠最具辨識度的用途是凝膠劑；其凝膠受熱可融化、冷卻可再凝固，也可用於需要定型的食品。

關華豆膠（Guar gum）

來源： 取自關華豆（Cyamopsis tetragonoloba）種子的胚乳，經研磨等方式製成膠粉。關華豆膠是植物來源的種子膠。

醣組成： 主要成分為半乳甘露聚醣（galactomannan）：

• 主鏈由 β-(1→4) 連結的 D-甘露糖組成。
• 部分甘露糖殘基在 O-6 位置接上 α-(1→6) 連結的 D-半乳糖側鏈。