FOOD ANALYSIS II | 食品分析 II | 五專
Chapter 4 食品成分在加工及貯藏過程之變化

4-1
各成分於加工過程之變化

🌾
醣類
🥚
蛋白質
🛢️
脂質
🍊
維生素/礦物質
教材對應:教科書 P.146 ~ P.156
IC30210 食品化學與分析(下)|台科大圖書
學習地圖

這節課我們會學到什麼?

1

褐變反應總覽

區分酵素性 vs 非酵素性褐變、了解四種褐變的差異

2

醣類變化

糊化、回凝、焦糖化反應

3

蛋白質變性

8 種變性因素(溫度、鹽、酸鹼、機械、脫水、輻射、氧化、酵素)

4

梅納反應

5 大影響因素 + 4 種控制方法

5

脂質變化

水解、酵素性氧化、高溫聚合作用

6

維生素/礦物質

維生素 C 變化、B 群穩定性、礦物質吸收率

🎯
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概念導入

為什麼食物會變色?

食物原料為達貯藏目的,需經過 加熱殺菌、低溫、乾燥、醃漬 等加工, 過程中食品內含成分會發生變化或交互作用,使外觀顏色逐漸趨向深褐色, 這就是 褐變反應 (Browning Reaction)

A 類

酵素性褐變

Enzymatic Browning Reaction
  • • 由 多酚氧化酶 催化
  • • 例:蘋果、馬鈴薯、香蕉切開後變色
B 類

非酵素性褐變

Non-Enzymatic Browning
  • ① 梅納反應 (Maillard reaction)
  • ② 抗壞血酸之氧化反應
  • ③ 焦糖化反應 (Caramelization)
💡

抗壞血酸的氧化雖也受氧化酵素催化,但一般所稱的酵素性褐變特指酚酶對酚類化合物的作用, 因此抗壞血酸氧化常歸類於「非酵素性褐變」之下。

表 4-1-1

不同褐變反應的條件比較

褐變類型 酵素 氧氣 胺基酸 最適 pH
酵素性褐變 微酸性
梅納反應 鹼性
抗壞血酸之氧化反應 +/- 微酸性
焦糖化反應 鹼/酸性
🔍 重點 1
只有 梅納反應 需要「胺基酸」
🔍 重點 2
只有 酵素性褐變 同時需要酵素+氧氣+微酸性
🔍 重點 3
焦糖化不需酵素、不需氧氣、不需胺基酸——純粹靠高溫
一、醣類

澱粉的糊化與回凝

🍚➡️🍯

糊化 Gelatinization

無水狀態具顆粒結構的生澱粉,在水中加熱會 吸水膨潤→體積變大→顆粒崩解→雙折射性消失, 並被水包圍呈半透明膠體狀態,這種現象稱為糊化。

糊化的特徵:顆粒崩潰、吸水性↑、黏性↑、雙折射性消失
🍯➡️🍞

回凝 Retrogradation

糊化的澱粉在室溫或低溫放置一段時間後, 分子間氫鍵會再度形成、重新排序,變得不透明、凝結、沉澱

回凝後:無法完全回復生澱粉、比生澱粉更不易消化
📌 影響回凝速率的因素
🧬 澱粉種類(直鏈/支鏈)
📊 澱粉濃度
🌡️ 貯存溫度 (2~5°C 最快)
⚗️ pH 值
💧 水分含量
🧪 添加物
🎯 關鍵口訣:糯米澱粉因含近 100% 支鏈澱粉,最不易回凝
一、醣類

糖的焦糖化褐變反應

🍬

焦糖化反應 Caramelization

無胺基化合物存在下,糖以超過熔點的高溫(如蔗糖熔點 186°C)使其 脫水→聚合→重組生成褐色產物。

酸性條件
2.5% 硫酸 + 180°C 加熱葡萄糖
→ 生成 5-羥甲基-2-呋喃醛
(5-hydroxymethyl-2-furaldehyde, HMF)
鹼性條件
加熱葡萄糖(鹼性下)
→ 生成大量裂解產物
🏭 工業應用
  • • 糖果製造(焦糖糖果、太妃糖、烤布蕾)
  • • 醬油著色劑—醬色 (Caramel Color) 的來源
  • • 烘焙食品(麵包外皮金黃色澤)
⚠️ 過度焦糖化:溫度未控制得宜會產生不快的苦味
二、蛋白質

8 種引起蛋白質變性的因素

蛋白質變性 = 受物理或化學作用,破壞二至四級結構,喪失生物活性。 食品加工常利用變性蛋白特性來製作產品。

🌡️
1. 溫度
加熱 / 低溫
🧂
2. 鹽類處理
CaCl₂、MgCl₂、CaSO₄
⚗️
3. 酸或鹼
鹽酸、NaOH
⚙️
4. 機械處理
揉、捏、滾、擠壓
💨
5. 脫水
奶粉、蛋粉製作
☢️
6. 輻射照射
破壞雙硫鍵
💧
7. 氧化處理
過氧化氫、過氧化苯醯
🧬
8. 酵素處理
木瓜蛋白酶、凝乳酶
💡 接下來幾頁我們會逐項拆解每個因素的應用範例!
二、蛋白質

因素 ①:溫度

🔥🍳

加熱變性

熱處理是對蛋白質影響最大的處理方式。

📍 經典案例
卵白蛋白加熱到 60~70°C
→ 溶液發生凝集 (aggregation) 的不可逆反應
❄️🐟

低溫變性

魚肉中的肌凝蛋白因冷凍變性而變硬。

⚠️ 三大不良影響
  • • 保水性降低 → 解凍時大量滴液流出
  • 脂解酶 (lipase) 持續作用 → 凍燒 (freezer burn)
  • • 蛋黃冷凍膠化導致黏度增加
🛡️ 預防:添加糖或鹽作為抗凍劑
二、蛋白質

因素 ②③④:鹽類/酸鹼/機械

🧂

② 鹽類處理 — 板豆腐製作原理

大豆球蛋白直接加熱不會凝固,但加熱到 70°C 以上 + 加入 CaCl₂、MgCl₂、CaSO₄ 等鹽類即會凝固。

⚗️

③ 酸或鹼處理 — 多種食品應用

胺基酸化學醬油
鹽酸水解大豆蛋白
優酪乳
乳酸菌產乳酸→ pH 降至酪蛋白等電點
皮蛋
NaOH 等鹼性糊料混稻殼塗鴨蛋
⚙️

④ 機械處理

牛乳均質化可提高乳化力;以揉、捏、滾、擠壓等促進蛋白質組織化,用以製造 麵糰、煉製品、組織化大豆蛋白(人造肉)

二、蛋白質

因素 ⑤⑥⑦⑧:其他四項

💨

⑤ 脫水

接近完全脫水時,會產生蛋白質-蛋白質間交互作用而造成大量凝集。蛋白質粉末顆粒大小孔洞數目會影響其吸水性、分散性、溶解性。

📌 例:奶粉的製造
☢️

⑥ 輻射照射

蛋白質的雙硫鍵共軛結構會吸收輻射能量,導致化學結構改變。

📌 最易受輻射分解:含硫胺基酸 (如甲硫胺酸)芳香族胺基酸
💧

⑦ 氧化處理

商業上利用氧化劑造成蛋白質變性的特性來加工。

  • 過氧化氫 → 無菌包裝系統的包材殺菌劑
  • 過氧化苯醯 → 麵粉的品質改良劑
🧬

⑧ 酵素處理

不同來源的酵素應用於不同食品。

  • • 肉中加 木瓜蛋白酶 (papain) 當嫩化劑
  • 微生物蛋白酶 → 避免啤酒產生霧狀物
  • 凝乳酶沉澱牛乳酪蛋白 → 乾酪凝乳
三、梅納反應

梅納反應 Maillard Reaction

🥩
1912 | 法國科學家 Louis Maillard

羰基(≥C=O) + 胺基(-NH₂) 的反應

又名 羰胺反應 (Carbonyl-Amine Reaction),最終經一連串反應生成黑色素 (Melanins)

📋 反應條件
🧪
羰基化合物
糖、醛、酮、脂質氧化物
🥚
胺基化合物
胺類、胺基酸、蛋白質
黑色素
Melanins
✅ 較易發生條件
  • 鹼性環境
  • • 不需要氧氣參與(但氧存在可促進)
🍞 生活實例
  • • 烤肉表面褐色焦香
  • • 麵包烤後金黃色
  • • 醬油的色澤
三、梅納反應

影響梅納反應的 5 大因素

① 反應物的種類
胺基酸活性:甘胺酸 > 離胺酸 > 羥丁胺酸 > 色胺酸
糖的活性(六碳醣):
半乳糖 > 甘露糖 > 葡萄糖
🔑 五碳醣 > 六碳醣;不飽和醛 > 飽和醛
② pH 值
酸性 中性 鹼性
pH ↑ 褐變愈顯著
pH 5 以下:褐變速率較慢
③ 溫度
溫度愈高 → 反應愈快
🥜 例:花生焙炒 → 褐色 + 香氣
④ 水分
水分 10~15% 最易發生褐變
⚠️ 水活性 > 0.8< 0.4 時反應變慢
(過多水稀釋反應物;過少水則不易接觸)
⑤ 其他共存物質
光照射、鐵離子、銅離子等共存物質均會促進梅納反應的發生。
三、梅納反應

如何控制梅納反應?4 大方法

1

控制溫度

加熱溫度、時間和褐變程度成正相關
低溫可以延緩褐變反應的發生。

2

脫氧或充氮處理

不但抑制酵素性褐變、抗壞血酸氧化,還能降低油脂氧化。

🔬 蛋粉噴霧乾燥時加 葡萄糖氧化酶,可除去葡萄糖+消耗游離氧
3

調整 pH 與水含量

加入有機酸降低 pH,或乾燥處理至適當水活性都可控制褐變。

4

添加化學抑制劑

最廣用:二氧化硫亞硫酸鹽

  • • 漂白顏色
  • • 鍵結葡萄糖使其失去羰基 → 阻礙褐變
四、脂質

脂質在加工過程的三大變化

💧

① 脂質水解

油脂在有水分下,分子的酯鍵易受脂解酶、熱、化學作用進行水解反應,產生大量游離脂肪酸

📉 油脂發煙點降低
🍳 煎炸食品表面易碎裂
📈 加速外觀褐變
🥛 牛乳丁酸酸敗 = 不良風味主因
🧬

② 油脂酵素性氧化反應

豆類、穀類等原料組織受加工破壞時,其內含的脂肪加氧酶 (lipoxygenase) 專一作用於具有 1,4-順,順-戊二烯 結構的不飽和脂肪酸(亞麻油酸、次亞麻油酸、花生油酸、二十碳五烯酸)。

📌 酮酸敗 (Ketonic Rancidity):微生物產生脫羧酶、去氫酶引發酵素性氧化,最終產物——酮酸和甲基酮——具不愉快氣味。
🔥

③ 油脂的高溫聚合作用

油脂在高溫下發生熱分解 → 再聚合,且不飽和度愈高愈易發生

⚖️ 黏度
🧪 碘價
📉 酸價
💨 發煙點
📌 泡沫量也會增多
五、維生素

維生素 C 變化(抗壞血酸褐變)

🍊 反應路徑(圖 4-1-12)
🍊
抗壞血酸

氧化
🧪
去氫抗壞血酸

開環
🟤
呋喃醛 (furfural)
呋喃醛再聚合 → 有色物質(褐變)
📊 影響因素
  • • 溫度
  • • pH 值
  • • 氧氣濃度
  • • 金屬催化劑
  • • 抗壞血酸氧化酶
🎯 品質指標
5-羥甲基-2-呋喃醛 > 5 mg%
→ 果汁品質急速下降!
🛡️ 改善方法:脫水蔬果加亞硫酸鹽
五、維生素/礦物質

維生素 B 群 & 礦物質

📊 加工對維生素分解的難易序列
CB₁B₂ > 其他 B 群 > KADE
(左邊愈易分解)
維生素 B₁
  • • 極不安定的水溶性維生素
  • • 穀物磨粉精製度愈高,損失愈大
  • 麵粉幾乎不含 B₁
  • • 豬肉富含 B₁,但長烹煮、大面積絞碎、脂質氫過氧化物作用後會被大量破壞
維生素 B₂
  • • 對熱、空氣、酸溶液穩定
  • • 易受光線、鹼溶液破壞
  • 牛奶為 B₂ 重要來源,但曝曬陽光會大量損失
💎 礦物質的變化

礦物質損失常因與其他物質結合形成不適宜人體吸收之物質:

植物中的草酸、植酸
+ 鐵、鈣等二價金屬離子 → 不溶性鹽類
罐頭錫含量增加
與罐頭脫錫有關(特殊情況下含量反而增加)
總結思考

適當加工 vs. 過度加工

適當加工的好處

  • 📈 提高蛋白質消化率
    水煮蛋優於生蛋;豆漿加熱→失活胰蛋白酶抑制劑
  • 🧁 蛋糕製作原理
    蛋白機械攪拌→變性→凝固成泡沫
  • 🍞 提升色香味
    醬油色澤、肉品煎烤香味、麵包金黃色澤
  • 🛡️ 部分研究顯示梅納反應產物具抗氧化活性
⚠️

過度加工的危害

  • 🍯 焦糖化過度 → 產生不快苦味
  • 🐟 鮪魚過度蒸煮蜂巢狀肉質劣變
    肌肉縫隙間蒸發出大量水分
  • 🥩 烤肉過度 → 環狀衍生物可能具毒性或致突變
  • 🎂 蛋白過度攪打 → 泡沫安定性降低 → 蛋糕無法膨脹
  • 🍗 反覆油炸(市售鹽酥雞)→ 劣變油 → 消化道刺激、肝腫大、致癌
🎯
食品加工 = 一把雙刃劍
理解每個成分變化,才能設計安全又美味的食品製程!
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