109 高普考高考三級 農產加工 食品分析 考古題詳解

核心觀念

本題考查兩種不同的酸鹼概念：pH 是食品水相中氫離子活度的指標；食品酸性與鹼性則是樣品中可滴定酸或可滴定鹼的量，以滴定反應測得。因此，pH 表示酸鹼狀態，滴定酸度或鹼度表示中和能力；兩者不能互相取代。

定義與測定方法

一、食品的酸鹼值（pH value）

pH 定義為氫離子活度的負常用對數：

其中 $a_{\mathrm{H^+}}$ 為氫離子活度；在稀溶液中，常以氫離子濃度近似活度。食品 pH 通常以校正過的 pH 計測量：將電極浸入均勻的食品樣品或其水分散液中，待讀值穩定後記錄。測定前以適當標準緩衝液校正儀器，並依規定控制樣品溫度；半固體或固體食品須先均質，必要時依標準方法製備分散液。

pH 反映食品水相的酸鹼狀態，與微生物生長、酵素作用、色澤、風味及加工安定性相關。一般而言，pH 越低，食品水相越酸；pH 越高，越偏鹼。

二、食品酸性與鹼性（food acidity and alkalinity）

食品酸性通常指樣品中酸性物質被標準鹼中和的能力，常以**可滴定酸度（titratable acidity）表示；食品鹼性則指樣品中鹼性物質被標準酸中和的能力，常以可滴定鹼度（titratable alkalinity）**表示。

測定可滴定酸度時，取定量樣品，以標準氫氧化鈉溶液滴定至指定終點。常見作法是使用酚酞指示劑，以持續淡粉紅色為終點；也可使用 pH 計滴定至規定的終點 pH。結果通常換算為主要有機酸的當量百分率，例如以檸檬酸、蘋果酸或乳酸表示。

核心觀念

樣品衍生化是將待測物以化學反應轉換成另一種化合物，使其更適合後續的層析分離與偵測。判斷衍生化目的時，應依方法的分析特性切入：HPLC 常需改善待測物的偵測能力；GC 則常需改善待測物的揮發性與熱穩定性。

解題方法

先看待測物進入層析系統後的主要限制，再說明衍生化如何改善：

• HPLC：流動相中的待測物未必具有足夠的紫外光吸收、螢光或電化學訊號，因此常將其轉成更容易偵測的衍生物。衍生化也可改變待測物的疏水性、極性或選擇性，改善保留與分離。
• GC：待測物須能汽化並在高溫下維持穩定。對於極性高、揮發性低或容易受熱分解的化合物，常先轉成較易揮發、較穩定的衍生物，並減少其與管柱活性位點的作用。

HPLC 樣品衍生化的目的

1. 提高偵測靈敏度：在待測物分子引入發色團或螢光基團，增強紫外光吸收或螢光訊號；也可轉成具有較佳電化學反應性的衍生物。
2. 改善分離效果：改變待測物的極性、疏水性或分子結構，以調整其在固定相與流動相間的分配，改善保留時間、選擇性及解析度。

核心觀念

本題考比較脂肪分析中的皂化價與酸價，並說明酸價如何反映脂肪中游離脂肪酸（FFA）的含量及品質變化。兩者都以每克脂肪所需的氫氧化鉀毫克數表示，但測量目的不同：

• 皂化價（Saponification number, SV）：使 $1\ \mathrm{g}$ 脂肪中的酯類完全皂化，並中和其中游離脂肪酸所需的氫氧化鉀毫克數。
• 酸價（Acid value, AV）：中和 $1\ \mathrm{g}$ 脂肪中游離脂肪酸所需的氫氧化鉀毫克數。

因此，皂化價著重於脂肪所含脂肪酸的整體平均分子量與組成；酸價著重於樣品中已游離的脂肪酸含量。

解題方法

可從「測量對象」與「數值意義」比較兩者：

皂化價可用下式表示：

酸價可用下式表示：

其中 $B$ 為皂化試驗空白液的滴定體積，$S$ 為樣品試驗的滴定體積，$V$ 為酸價滴定所耗標準鹼液體積，$N$ 為 KOH 溶液當量濃度，$W$ 為脂肪樣品重量（$\mathrm{g}$）；滴定體積以 $\mathrm{mL}$ 計，結果單位為 $\mathrm{mg\ KOH/g}$。

核心觀念

螢光檢測器以特定波長的光激發流出液中的分析物，再測量分析物放出的螢光。激發光與放射螢光的波長通常不同，故可分別設定激發波長 $\lambda_{\mathrm{ex}}$ 與放射波長 $\lambda_{\mathrm{em}}$。螢光訊號在適當條件下與分析物濃度相關：

其中 $F$ 為螢光強度，$\Phi$ 為螢光量子產率，$I_0$ 為激發光強度，$\varepsilon$ 為吸光係數，$b$ 為光徑，$c$ 為分析物濃度。螢光檢測器靈敏度高、選擇性佳，但其訊號仰賴分析物能吸收激發光並有效發出螢光，因此有特定使用限制。

解題方法

本題依「哪些情況會使螢光訊號無法產生、被干擾或失去線性」逐項整理限制，再配對可行的改善方法。作答時要把「分析物本身的性質」、「樣品或流動相的干擾」及「儀器操作條件」都納入。

使用限制及改善方法

1. 非螢光性或螢光太弱的化合物不易直接檢測

分析物須有適當的螢光團，並能在所選激發波長下吸收光、於放射波長發出足夠訊號。缺乏螢光性或螢光量子產率低的物質，直接檢測時訊號很弱，甚至無法檢出。

改善方法：

• **衍生化：**以螢光試劑與分析物反應，將螢光基團接到分析物上，使其成為可螢光檢測的產物。衍生化可在分離前進行（柱前衍生化），或在管柱分離後、進入檢測器前進行（柱後衍生化）。
• **間接螢光檢測：**在流動相中加入螢光物質，讓不具螢光性的分析物藉由置換或改變螢光物質的訊號，形成可測量的訊號變化；其靈敏度與選擇性通常不及直接檢測。

2. 螢光會受樣品基質與淬熄物質干擾

溶氧、鹵素離子、重金屬離子或其他淬熄物質，可能降低螢光強度。樣品中其他具螢光性的成分也可能產生背景訊號或與分析物訊號重疊，造成定量誤差。

改善方法：

• 透過樣品前處理、適當的層析分離或選擇性衍生化，去除干擾物或分開共存成分。
• 選擇合適的激發與放射波長，避開干擾物的螢光區域。
• 對溶氧造成的淬熄，可適當脫氣；並控制樣品與流動相的組成，使量測條件一致。

3. 螢光訊號受化學環境影響