志聖
食品技師

106第二次
食品化學
試題詳解

擬答
命中特區：詳見食品化學A01，P24，P9-10

水活性（AW）對食品品質的影響：
水活性是食品中水分參與整體食品物理或化學反應之活潑性指標，影響食品質地(texture)、鮮度、軟硬度、流動性、呈味性、保存性與加工，更是主宰食品與外界大氣間的水分傳遞，也影響油脂氧化、酵素性與非酵素性褐變、微生物生長繁殖等。
水活性與食品質地：
1. 保持低Aw以維持脆度，如洋芋片、爆米花等食品。
2. 保持低Aw使食品不結塊，如奶粉、即溶咖啡等食品。
3. 水活性Aw 0.35-0.5間，保持食品乾燥，維持品質。
4. 略高的水活性，維持口感，使質地鬆軟。
5. 保持低Aw使微生物(細菌、黴菌、酵母菌)無法生長，保持食品品質。
6. 水活性Aw = 0.65-0.85的半濕半乾的中濕性食品。水分含量仍高，但自由水與水活性都下降，如鹽漬鹹魚與糖漬蜜餞、果凍、果醬、蜂蜜、義大利香腸、乾燥水果等。
  優點：組織風味接近天然，含適量水分，可長期室溫儲藏，提高產品價值。
7. 適當的水活性，降低脂質自氧化、酵素性與非酵素性褐變，提高產品價值。
如何控制食品水活性：降低水活性的方法: 提高溶質濃度，就是減少水含量，自然降低水活性。
1. 糖漬與鹽漬，增加溶質濃度，減少水含量，降低水活性。
2. 乾燥、濃縮去除水分。
3. 冷藏或冷凍：冷藏或冷凍使得食品總含水量不變，但水活性下降。
4. 良好之包裝：真空、充氮等，降低水分通透，降低水活性。

擬答
命中特區：詳見食品化學A02，P49-64

褐變(browning)即為食物在儲藏、運輸或加工等過程，其顏色轉變成深褐色之現象。
1. 褐變之形成若和酵素的參與有關，則稱為酵素性褐變反應(enzymatic browning reaction)。參與的酵素如：酪胺酸酶(tyrosinase)或多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)等，將酪胺酸或多酚等基質轉化為醌(quinone)，最後形成黑色素(melanins)。
2. 無酵素參與的褐變形成，則為非酵素性褐變反應(nonenzymatic browning reaction)。並無酵素的參與，但最後仍會形成梅納汀(melanoidins)，也稱為褐變反應。包括梅納反應
3. 焦糖化反應
4. 抗壞血酸氧化反應。

優缺點：

優點：二氧化碳及香氣之產生、抗氧化物之生成。
缺點：褐變品質劣變、溶解度下降、營養價值降低、致變物質與抗致突變物之生成、致癌物丙醯胺的形成。

如何預防食品褐變：

防止酵素性褐變反應的方法
1. 抑制酵素活性：①加熱處理 ②降低pH值 ③添加酵素抑制劑
2. 去除反應基質
3. 抑制反應進行
4. 隔絕氧氣
5. 浸泡食鹽水
6. 添加金屬螯合劑
梅納反應(Maillard reaction)的抑制：
1. 降低溫度
2. 降低pH值
3. 隔絕氧氣
4. 降低水活性
5. 減少輻射
6. 添加亞硫酸鹽
7. 非還原糖取代還原糖

抗壞血酸氧化(L-ascorbate oxidation)褐變的抑制

在蔬果汁加工中，殺菁、脫氧等處理皆可抑制酵素活性
低於pH 2，抗壞血酸氧化褐變不易進行
不透氧包裝、真空或充氮包裝
抑制酵素催化劑如金屬銅離子
抑制抗壞血酸氧化酶

焦糖化反應Caramelization的抑制：
焦糖化反應係指糖類在沒有胺基化合物存在下，以高溫加熱(185oC)或以酸鹼處理，使醣類最終變成褐色之反應。此反應在常溫下進行緩慢，因此，通常在高於糖類的融點以上之溫度進行，焦糖是一種天然著色劑，在製備上條件須控制妥當，否則會產生不良的顏色及苦味。

擬答 命中特區：詳見食品化學A01，P122 - 131

油脂在食品加工和貯藏中產生的化學變化：
1. 脂質分解 (lipolysis)：
  油脂分子中的酯鍵因受酵素、熱力及化學作用，而進行水解反應者，稱為脂質分解。產生單甘油脂、雙甘油脂、甘油脂、游離脂肪酸等。
2. 聚合作用 (polymerization)：
  因加熱200-300 oC或者自氧化作用，使得不飽和脂肪酸產生自由基，而相互結合為聚合物的作用。產生二聚物、三聚物、聚合物、環狀聚合物等。
3. 氧化反應 (oxidation)：
  食品加工和貯藏中產生的氧化反應有①自氧化②加熱氧化③光敏氧化與④酵素氧化等，氧化會產生氫過氧化物、醇類、醛類、酮類、酸類、自由基等
脂質加工和貯藏中劣化的防止
1. 溫度：油炸安全溫度185-190oC
2. 避免鐵銅容器，以防金屬催化氧化
3. 減少與空氣接觸面積
4. 陰涼避光儲存
5. 添加新油時，新舊油比1：1~2
6. 添加抗氧化劑
7. 添加金屬螯合劑

擬答
命中特區：詳見食品化學A01，P204 - 208

蛋白質在食品加工中所扮演的角色
- 水合性
- 濕潤性
- 膨脹性
- 黏著性
- 分散性
- 溶解性
- 界面特性
- 黏彈性
- 凝膠性
- 乳化性
- 起泡性
- 吸油性
- 吸香性
- 麵糰形成性等。
魚丸或貢丸之加工製程為例：
- 以貢丸為例：應用到肌肉蛋白質的各種特性，如水合性、濕潤性、膨脹性、黏著性、溶解性、黏彈性、凝膠性、乳化性、吸油性、吸香性、麵糰形成性等。
- 捶打曰「貢」，圓球型曰「丸」，「貢丸」的名稱因此而來。貢丸最早緣自新竹，創始者係因公豬肉(豬哥肉)肉韌而具腥味，不適於一般烹調方式，而以捶鍊成丸方式開發出來。由於其質地富彈性，且香脆可口，名聞全省，深獲一般消費者所喜好。過去傳統的製法，是利用溫體豬肉加鹽，捶打使鹽溶性蛋白質析出，作為乳化劑，把原料中的脂肪和水分乳化形成一種安定乳濁狀態，再予成型、水煮而成。
- 一般傳統製造貢丸的原料肉，是取溫體豬肉的後腿肉，在未發生僵直前其乳化力和保水性均比冷凍肉佳，但因溫體肉不好控制溫度，時常造成失敗。一旦發生死後僵直使pH值降低，肌肉蛋白變性以致肌肉失去保水性和乳化力，因此肉失去彈性，亦常招致失敗。毛豬屠宰後，肌肉的pH值約在24小時內由7.2降至5.4，完成僵直現象，故如欲使用溫體肉，應在發生僵直前取用。
- 為確保製造品質和成功率起見，現多利用冷凍肉，其在加工過程中可不必添加冰水防止肉溫升高，仍可獲得理想效果。但為安全起見，通常均另外添加肌肉蛋白以外的結著劑或乳化劑，如聚合磷酸鹽、酪蛋白鈉、單離黃豆蛋白、小麥蛋白等，以提高原料肉的乳化性。
- 此外，原料肉中肥肉與瘦肉的比例要一定，如脂肪粒表面積大，而沒有鹽溶性蛋白或其他乳化劑存在時，則當加熱後即將乳濁狀態破壞，換言之，肌肉中鹽溶性蛋白質多少與脂肪顆粒表面積大小，將與乳濁狀態安定性有密切關係，故選擇原料肉時應注意肉的品質。

擬答
命中特區：詳見食品化學A02，P26 - 40

食品中色素的來源：
食品的顏色主要來自於天然的色素。天然色素依其結構分為四大類：
1. 以類胡蘿蔔素為主的類異戊二烯 (isoprenoids)
  類異戊二烯與食品相關的是類胡蘿蔔素(carotenoids)。主要化學物質
  1. 胡蘿蔔素而言，最重要的有四種形式：α-胡蘿蔔素、β-胡蘿蔔素、γ-胡蘿蔔素及番茄紅素。前三者除了提供植物之顏色外，尚具有維生素A之活性。
  2. 番茄紅素因不具環狀之終端結構，則完全不具維生素A的活性。
  3. 葉黃素中較重要的有蝦殼中的還原蝦紅素、柑橘黃質玉米黃素，其中玉米黃素及柑橘黃質亦具有維生素A的活性。
2. 葉綠素與肌紅素的四吡咯 (tetrapyrrole)
  四吡咯又可稱為「紫質」(porphyrin)，乃因構成此類色素之基本單元為四個吡咯(pyrrole)所構成的紫質。主要四吡咯有二類：
  1. 植物性的綠色色素－葉綠素(chlorophyll)；
  2. 動物性的血紅素(hemoglobin；Hb)及肌紅素(myoglobin；Mb)
3. 花青素及類黃酮為代表的苯哌喃(benzopyran)
  苯哌喃色素在天然物中多以配糖體的糖苷型態廣存依其結構也可定義為多酚類的色素。苯哌喃主要有：
  1. 花青素Anthocyanin
  2. 無色花青素Proanthocyanidin
  3. 類黃酮 Flavonoid
  4. 單寧Tanin
4. 其他化學結構各異的天然色素(miscellaneous pigment)
  如胭脂蟲酸、甜菜苷Betanin、薑黃色素Curcumin等。
食品中色在食品加工和貯藏中的變化：
1. 以類胡蘿蔔素為主的胡蘿蔔素、番茄紅素、葉黃素、蝦紅素等，類胡蘿蔔素因光照、氧化而引起異構化（雙鍵位置的逆／順式互換）或氧化分解的現象脂氧合酶(lipoxygenase)亦被認為是加速類胡蘿蔔素分解及異構化的原因之一。色素的氧化程度在生體(in vivo)及生體外(in vitro)亦有差異。類胡蘿蔔素在氧氣分壓較低的情形下可作為抗氧化劑，乃因其具有清除單基態氧、羥自由基、超氧自由基及過氧化自由基之功能。但類胡蘿素也有可能在不同的系統中反而變成助氧化劑(pro-oxidant)。
  有些色素在動物體內會與蛋白質結合而形成特殊顏色，例如，蝦子紅色的還原蝦紅素(astaxanthin)在蝦殼中與蛋白質結合成藍綠色，一但加熱後，被釋出並氧化為蝦紅素(astacin)，蝦殼即變回紅色。
2. 以四吡咯為主的葉綠素與肌紅素
  - 葉綠素在食品加工和貯藏中會因為光線、加工溫度、pH，而造成去除葉綠素a & b 去除植醇 酸性pH之下脫鎂，使得葉綠素退色成橄欖色。
    銅取代鎂，使葉綠素顏色更加深。
  - 肌肉肌紅素在食品加工和貯藏中會因為氧化、氧合、加工等，而造成 氧合肌紅素(Mb-Fe2+-O2)呈鮮紅色 氧化肌紅素(Mb-Fe3+)呈棕色 加工肉Mb-NO，延長鮮紅色。
3. 花青素及類黃酮為代表的苯哌喃(benzopyran)
  與食品相關的花青素僅有六種
  - 花青素的光學特性隨著pH值而有明顯的改變：錦葵-3-葡萄糖苷為例，當pH值偏鹼性的情形下，藍色之醌式易於形成，而在偏酸性時，紅色的陽離子型則較安定。
  - 鮮花中的花青素常與金屬離子形成複合物，而使顏色更加鮮豔。
  - 花青素亦可與無色的類黃酮及多酚類物質(如類黃酮)以非共價鍵結形成複雜之混合物，加深花青素色澤，稱為共色現象(copigmentation)。
  - 醃漬黃瓜、茄子與明礬(含鋁離子)而固定與共色。
  - 因為維生素C或亞硫酸作用而被氧化退色。
  - 花青素因高溫加熱、光照而退色。
  - 因為氧化褐變兒產生澀味。
  - 無色花青素在酸性下加熱，會轉變成有色的花青素配質。
  - 無色至黃色的類黃酮，對熱安定，具有抗氧化力。
4. 其他化學結構各異的天然色素耐熱性不高，因加熱、光照而退色。

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