110 臺灣菸酒招考無 無 台菸酒從業職員 速食麵研發(二) (食品化學) 考古題詳解

核心觀念

本題考查食品水分的兩種表示方式：

1. 水分含量（Water content）：食品中「總水分的多少」。
2. 水活性（Water activity, $a_w$）：食品中「可供微生物利用及參與化學反應的水分狀態」。

水分含量是數量概念；水活性則是可利用性與水分能量狀態的概念。食品腐敗與微生物生長通常與水活性關係更密切。

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解題方法

本題依序從「定義」、「定溫下的相互關係」及「微生物生長條件」回答即可：

• （一）先寫出水分含量與水活性的定義及公式。
• （二）說明兩者形成的水分吸附等溫線，並指出關係通常為正相關但非線性。
• （三）以水活性作為微生物可利用水分的指標，說明不同微生物的最低生長水活性及食品保存意義。

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（一）水分含量與水活性的定義差異【6 分】

1. 水分含量（Water content）

水分含量是食品中水分的總量，通常以食品重量的百分比表示。其測定通常是將食品加熱乾燥，使水分蒸發，再依重量減少量計算：

$$\text{水分含量（濕基）} = \frac{\text{水分重量}}{\text{食品原重量}} \times 100\%$$

若以乾燥物重量為基準，則稱為乾基水分含量：

$$\text{水分含量（乾基）} = \frac{\text{水分重量}}{\text{乾燥固形物重量}} \times 100\%$$

水分含量包括食品中的自由水及與食品成分結合的水分，因此屬於食品水分的「總量」。

2. 水活性（Water activity, $a_w$）

水活性表示食品中水分的可利用程度，定義為食品在一定溫度下的水蒸氣分壓與同溫度純水飽和水蒸氣壓之比：

$$a_w=\frac{p}{p_0}$$

其中：

• $p$：食品中水分所產生的水蒸氣分壓；
• $p_0$：同一溫度下純水的飽和水蒸氣壓。

水活性也可用食品與周圍空氣達到平衡時的相對濕度表示：

$$a_w=\frac{\text{平衡相對濕度（ERH）}}{100}$$

例如，食品的平衡相對濕度為 $75\%$，則：

$$a_w=0.75$$

水活性主要反映水分的「可利用性」及其逃逸傾向，不等於食品中水分的百分比。

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（二）定溫下水分含量與水活性的關係【10 分】

1. 基本關係：水分含量增加，水活性通常上升

在溫度固定時，食品吸收水分或水分含量增加，通常會使水活性提高；食品失去水分，通常會使水活性降低。

這是因為食品中的水分增加後，未被食品成分牢固結合的水分比例提高，水分較容易產生蒸氣，因此水蒸氣分壓增加，$a_w$ 也隨之提高。

2. 兩者關係為水分吸附等溫線

在固定溫度下，水分含量與水活性的關係可用**水分吸附等溫線（moisture sorption isotherm）**表示：

$$\text{水分含量}=f(a_w) \qquad \text{（定溫）}$$

此關係通常是非線性的，食品水分大致可分為下列三個區域：

第一區：強結合水

水分與蛋白質、澱粉、鹽類及其他親水性成分結合很強，主要以單分子層形式存在。

• 水分不易移動；
• 不易被微生物利用；
• 水活性低；
• 食品中的水分含量增加，$a_w$ 增加幅度通常不大。

第二區：多層吸附水

水分以多層形式吸附於食品成分表面，結合力較第一區弱。

• 水分移動性增加；
• 部分化學反應速率可能提高；
• 部分微生物開始具備生長條件；
• 水分含量與水活性呈較明顯的變化。

第三區：自由水

水分與食品成分結合較弱，具有較高的流動性及可利用性。

• 易被微生物利用；
• 易參與化學反應；
• 易造成食品結塊、軟化及品質劣化；
• 水分含量稍微增加，水活性可能大幅提高。

3. 相同水分含量不一定具有相同水活性

水分含量只表示水的總量，水活性則受下列因素影響：

【答案】

核心觀念

本題重點包括三部分：

1. 油脂自氧化的自由基連鎖反應機制。
2. 過氧化價（Peroxide value, PV）測定油脂中初期氧化產物，尤其是氫過氧化物（hydroperoxide）的原理。
3. 速食麵油脂氧化的控制方法，包括降低氧化反應速率、減少氧氣與光線接觸，以及抑制金屬離子催化作用。

油脂自氧化主要發生在含有不飽和脂肪酸的三酸甘油酯，其中雙鍵鄰近的烯丙位氫較容易被移除，形成自由基，進一步與氧氣反應並產生氫過氧化物。氫過氧化物再分解成醛、酮、酸等揮發性物質，造成油耗味。

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（一）油脂自氧化反應的機制【6分】

油脂自氧化屬於自由基連鎖反應，通常可分為「引發、增殖、終止」三階段。

1. 引發反應（Initiation）

油脂分子以 $LH$ 表示，其中 $L$ 代表脂肪酸碳鏈。受熱、光照、金屬離子或其他因素影響時，油脂失去烯丙位氫，形成脂質自由基：

$$LH \rightarrow L^\bullet + H^\bullet$$

實際上，常以羥基自由基或金屬離子誘導氫原子移除：

$$LH + OH^\bullet \rightarrow L^\bullet + H_2O$$

不飽和脂肪酸的雙鍵越多，越容易發生此反應，因此含有較多亞麻酸、亞油酸的油脂通常較容易氧化。

2. 增殖反應（Propagation）

脂質自由基會迅速與空氣中的分子氧結合，形成脂質過氧自由基：

$$L^\bullet + O_2 \rightarrow LOO^\bullet$$

脂質過氧自由基再從另一個油脂分子取得氫原子，形成脂質氫過氧化物，並產生新的脂質自由基：

$$LOO^\bullet + LH \rightarrow LOOH + L^\bullet$$

其中：

• $LOO^\bullet$：脂質過氧自由基
• $LOOH$：脂質氫過氧化物
• $L^\bullet$：新的脂質自由基

由於新的 $L^\bullet$ 可繼續進行反應，因此形成連鎖反應，氧化速率會逐漸加快。

3. 終止反應（Termination）

不同自由基彼此結合，形成較穩定的非自由基產物，使連鎖反應終止：

$$L^\bullet + L^\bullet \rightarrow L-L$$ $$L^\bullet + LOO^\bullet \rightarrow L-OOL$$ $$LOO^\bullet + LOO^\bullet \rightarrow \text{非自由基產物}$$

4. 氫過氧化物的分解與油耗味形成

氫過氧化物是油脂初期氧化的主要產物，本身不一定具有強烈氣味，但在熱、光或鐵、銅等金屬離子作用下會分解：

$$LOOH \rightarrow LO^\bullet + OH^\bullet$$

產生的烷氧自由基會進一步裂解，形成醛、酮、酸、醇及短鏈揮發性物質，例如己醛、壬醛等，造成速食麵常見的油耗味、刺激味及陳舊味。

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（二）過氧化價的測定原理【9分】

1. 過氧化價的定義

過氧化價是測定油脂中過氧化物、氫過氧化物等初期氧化產物含量的指標，通常表示為：

$$\text{meq active oxygen/kg oil}$$

數值越高，表示油脂初期氧化程度通常越嚴重。

2. 碘量法的反應原理

過氧化物中的活性氧會在酸性條件下氧化碘化鉀中的碘離子，使其生成碘：

$$LOOH + 2I^- + 2H^+ \rightarrow LOH + I_2 + H_2O$$

生成的碘再以硫代硫酸鈉標準溶液滴定：

$$I_2 + 2S_2O_3^{2-} \rightarrow 2I^- + S_4O_6^{2-}$$

滴定終點通常以澱粉作為指示劑。溶液呈藍色時加入澱粉，最後藍色完全消失，即為滴定終點。

3. 實驗流程

一般操作步驟如下：

1. 精確秤取一定重量的油脂樣品。
2. 加入醋酸－氯仿等有機溶劑，使樣品溶解。
3. 加入碘化鉀溶液，使油脂中的氫過氧化物氧化碘離子生成碘。
4. 避光反應一段時間，以避免碘受光分解。
5. 使用已標定濃度的硫代硫酸鈉溶液滴定生成的碘。
6. 接近終點時加入澱粉指示劑，持續滴定至藍色消失。
7. 同時進行空白試驗，扣除試劑本身造成的消耗量。

4. 計算公式

若：

核心觀念

本題考查綠色蔬菜色素的化學性質，以及加工過程中造成褐變的主要反應。核心包括：

1. 葉綠素（chlorophyll）受酸、熱及酵素作用而降解。
2. 多酚氧化酶引起的酵素性褐變。
3. 加工條件如加熱、切割、酸化、脫水與長時間儲藏，會加速色素破壞。
4. 保存綠色的基本原則為：縮短加熱時間、降低酸性影響、減少氧化、迅速冷卻。

葉綠素分子中央含有鎂離子，鎂離子被氫離子置換後，會形成褐綠色或橄欖綠色的脫鎂葉綠素。

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解題方法

本題可依照「變色反應 → 造成變色的加工條件 → 保色方法」三個層次作答：

• （一）寫出兩條不同的褐變途徑。
• （二）列出四種會破壞葉綠素或促進褐變的加工處理。
• （三）以加工控制原理提出三種保色方法。

作答時，第一小題必須寫「化學變化途徑」，不能只寫「加熱會變色」；第二小題則要寫具體加工處理；第三小題要寫出可操作的加工方法。

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（一）綠色蔬菜轉變成暗褐色的兩種化學變化途徑

1. 葉綠素脫鎂反應

葉綠素在加熱或酸性環境下，分子中的鎂離子會被氫離子取代，形成脫鎂葉綠素（pheophytin）。

$$\text{Chlorophyll-Mg} + 2H^+ \rightarrow \text{Pheophytin} + Mg^{2+}$$

葉綠素原本呈鮮綠色，脫鎂後轉為橄欖綠、暗綠或褐綠色。若反應繼續進行，還可形成脫鎂脫植醇葉綠素（pheophorbide）等降解產物，使色澤更加暗淡。

加熱會破壞細胞組織，使有機酸釋出，並加速氫離子與葉綠素反應，因此長時間加熱特別容易使蔬菜由鮮綠色變成暗褐綠色。

2. 多酚氧化酶引起的酵素性褐變

蔬菜細胞受到切割、搗碎或碰傷時，多酚氧化酶（polyphenol oxidase, PPO）會與酚類物質及氧氣接觸，使酚類氧化為醌類，醌類再聚合形成褐色或暗褐色的高分子物質。

$$\text{Phenolic compounds} \xrightarrow[\mathrm{O_2}]{\mathrm{PPO}} \text{Quinones} \rightarrow \text{褐色高分子物質}$$

此途徑與葉綠素脫鎂不同，主要是組織破壞後的氧化反應，常發生於切割、去皮、研磨及長時間暴露空氣的過程。

補充：葉綠素酶作用

葉綠素酶（chlorophyllase）可水解葉綠素分子中的植醇，形成葉綠素酸酯（chlorophyllide）。在後續酸化或氧化作用下，仍可能產生失綠及褐變。因此，完整作答時可將葉綠素酶列為葉綠素降解的補充機制。

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（二）造成綠色蔬菜變色的四種加工處理

1. 長時間或高溫加熱

加熱會：

• 加速葉綠素脫鎂；
• 破壞細胞膜，使有機酸釋出；
• 促進葉綠素及其他色素的降解；
• 使蔬菜由鮮綠色變為暗綠、橄欖綠或褐綠色。

例如長時間煮沸、燉煮、罐藏殺菌，都容易造成失綠。

2. 酸化或加入酸性物質

醋酸、檸檬酸、酒石酸及蔬菜本身釋出的有機酸，會提供氫離子，使葉綠素脫鎂：

$$\text{葉綠素} + H^+ \rightarrow \text{脫鎂葉綠素}$$

因此，酸性醃漬、酸性調味及酸性食品共同加熱，均容易使綠色蔬菜轉為暗褐綠色。

3. 切割、搗碎或研磨

加工造成細胞組織破壞後：

• 多酚氧化酶與酚類物質接觸；
• 空氣中的氧氣容易進入組織；
• 酵素性褐變加速；
• 葉綠素及細胞內其他成分更容易被氧化。

因此，切碎後放置過久，通常比完整蔬菜更容易變色。

4. 脫水、乾燥或長時間儲藏

核心觀念

本題分為三個層次：

1. 依民國 110 年適用法規，掌握「食品添加物」的法定定義。
2. 說明麵糰改良劑在麵糰中的整體功能。
3. 以不同作用機制的添加物為例，連結其化學作用與實際加工效果。

涉及法規部分，以下以命題當年（民國 110 年）《食品安全衛生管理法》規定為準。該法前身為《食品衛生管理法》，現行法已修正，解題仍依民國 110 年命題時法規作答。

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（一）食品添加物的定義【7 分】

法定定義

依民國 110 年《食品安全衛生管理法》第 3 條，食品添加物係指：

食品在製造、加工、調配、包裝、運送、貯存等過程中，為達到著色、調味、防腐、漂白、乳化、增加香味、安定品質、促進發酵、增加稠度、強化營養、防止氧化、凝固、消泡或其他必要目的，而添加或接觸於食品之物質。

其範圍包括天然來源及人工合成的物質。

定義拆解

食品添加物的判斷可掌握三個要素：

1. 使用時機：可在食品製造、加工、調配、包裝、運送或貯存等階段使用。
2. 使用目的：須具有特定食品加工目的，例如防腐、乳化、安定品質、強化營養或改善加工性等。
3. 物質與食品的關係：不僅限於直接加入食品，也包括在加工過程中與食品接觸而發揮作用的物質。

因此，食品添加物不是單純的原料或調味品，而是為了特定加工、保存、品質或營養目的所使用的物質。

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（二）麵糰改良劑在麵糰中的主要作用【6 分】

麵糰改良劑是添加於麵粉、水及其他原料所形成的麵糰中，用來改善麵糰加工性能與成品品質的食品添加物。其主要作用如下：

1. 改善麵糰的加工性

可調整麵糰的黏彈性、延展性、硬度及韌性，使麵糰較容易混合、揉捏、壓延、切條與成形，並降低沾黏或斷裂現象。

2. 強化或調整麩質結構

某些改良劑可促進麩質蛋白質間形成較穩定的網狀結構，使麵糰具有較佳的彈性、延展性與抗張強度。

3. 提高持氣性與體積

改良劑可使麵糰結構較完整，增強氣體 удерж? Need avoid typo. 需繁中. " удерж" no. Write "增強氣體的保留能力". For bread primarily, but dough general. 對發酵麵糰可提高二氧化碳保留能力，使成品體積較大、組織較均勻。

4. 改善成品質地

可使成品具有較佳的咀嚼性、柔軟度、彈性、脆性或筋性，並減少組織粗糙、易碎或口感不均等問題。

5. 延緩老化並提高安定性

部分乳化劑或澱粉作用型改良劑可降低澱粉老化速度，維持成品柔軟度與品質，並提高製程及貯存期間的穩定性。

6. 使產品品質一致

透過調節麵糰對麵粉品質、吸水量及加工條件的敏感性，使不同批次原料仍能製造出較穩定的產品。

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（三）三種麵糰改良劑及其添加效果【12 分】

以下列舉三種具有不同作用機制的麵糰改良劑。

1. 抗壞血酸（Ascorbic acid，維生素 C）

作用機制

抗壞血酸在麵糰中會經氧化作用轉變為脫氫抗壞血酸，進而促進麩質蛋白質間二硫鍵的形成，使麩質網狀結構更加穩固。

添加效果