108 食品技師高等考試 食品技師 食品微生物學（第二次） 考古題詳解

核心觀念

本題比較三種亞洲傳統發酵食品，重點是連結「原料與製程—發酵菌種—食用方式—代表性保健成分或作用」。作答時須分清：

• 紅麴：以米為基質，主要由紅麴菌屬（Monascus）發酵；代表性成分為 Monacolin K。
• 納豆：以煮熟黃豆發酵，主要菌種為納豆芽孢桿菌（Bacillus subtilis var. natto）；特色是黏絲、納豆激酶與維生素 K₂。
• 天貝：以去皮黃豆發酵，主要菌種為少孢根黴（Rhizopus oligosporus，亦稱 R. microsporus var. oligosporus）；菌絲將豆粒結合成緊實餅塊，發酵可改善營養消化性。

解題方法

依三種食品逐一比較四項：製作原料與步驟、食用方法、主要發酵菌、特殊保健功效。保健功效要寫出可辨識的代表性成分及其作用，並避免把傳統食用或研究所見的功效寫成疾病治療保證。

三種傳統發酵食品比較

核心觀念

本題考查乳酸菌將葡萄糖發酵時，主要代謝途徑、產物種類及其生理與食品應用。比較重點是葡萄糖碳流如何分配，以及乳酸以外是否還生成二氧化碳、乙醇或醋酸等產物。

• 同型發酵：葡萄糖主要經糖解作用（Embden–Meyerhof–Parnas pathway, EMP）生成丙酮酸，再還原為乳酸。理想情況下，主要產物為乳酸。

$\mathrm{C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2\,C_3H_6O_3 + 2\,ATP}$

• 異型發酵：乳酸菌多經磷酸戊糖／磷酸酮解途徑（phosphoketolase pathway），葡萄糖分解後通常產生乳酸、二氧化碳及乙醇；若有外在電子受體，部分乙醇也可改生成醋酸。

$\mathrm{C_6H_{12}O_6 \rightarrow C_3H_6O_3 + C_2H_5OH + CO_2 + ATP}$

解題方法

依序比較「代謝途徑、主要產物、能量收益、食品作用與代表菌種」，即可完整作答。兩者都會產酸，但異型發酵會產生較多種類的代謝物，因此對食品的風味、產氣與質地影響較多元。

核心觀念

本題以革蘭氏陰性菌外膜的脂多醣體（lipopolysaccharide, LPS）為主軸，連結細菌細胞壁構造、革蘭氏染色的判讀機制、內毒素造成的食物中毒症狀，以及 LPS 在細菌分類與鑑定上的應用。

LPS 是革蘭氏陰性菌外膜的重要成分，主要由三部分組成：

1. 脂質 A（lipid A）：以醣脂結構嵌入外膜，是 LPS 的毒性部分，也就是內毒素的主要活性區。
2. 核心多醣（core polysaccharide）：連接脂質 A 與 O 側鏈，含有較保守的醣類成分。
3. O 側鏈（O-specific polysaccharide／O antigen）：伸展在細胞表面，由重複醣單位構成；菌種或菌株間的組成與排列常有差異，可作為血清型鑑定依據。

LPS 並非所有細菌共有；典型上，革蘭氏陰性菌具有含 LPS 的外膜，革蘭氏陽性菌則沒有這種外膜型 LPS。

解題方法

依題目五個小題，分別掌握「定義與構造、染色角色、染色流程與機制、食物中毒關係、分類鑑定用途」。作答時要特別區分：

• LPS 是革蘭氏陰性菌外膜的成分；革蘭氏染色差異的關鍵，則在於脫色步驟中兩類細菌保留結晶紫－碘複合物的能力不同。
• 內毒素毒性主要來自脂質 A；O 側鏈則主要用於抗原性與血清型鑑定。

（一）何謂脂多醣體？

LPS 是由脂質與多醣結合而成、位於革蘭氏陰性菌外膜外層的分子。脂質 A 將 LPS 錨定於外膜；核心多醣連接脂質 A 與 O 側鏈；O 側鏈位於細菌表面，可誘發宿主產生特定抗體。

LPS 亦稱內毒素（endotoxin），但其「毒性」主要指脂質 A 活化宿主免疫反應的能力，不是細菌主動分泌到環境中的外毒素。細菌死亡、裂解或外膜釋出時，LPS 可暴露或釋出，進而引發宿主發炎反應。

（二）LPS 於格蘭氏染色法中所扮演的角色

LPS 位於革蘭氏陰性菌外膜，是陰性菌外膜的重要構造之一。革蘭氏染色時，脫色劑會影響外膜通透性與細胞包膜的狀態，使陰性菌較容易失去結晶紫－碘複合物，之後被複染劑染成紅色或粉紅色。

但不能把革蘭氏染色差異單純歸因於 LPS。陽性菌與陰性菌的判色差異，主要與細胞包膜整體結構有關，尤其是：

• 陽性菌具有厚的肽聚醣層，脫色時較能保留結晶紫－碘複合物。
• 陰性菌具有外膜及較薄的肽聚醣層，經酒精或酒精－丙酮脫色後，複合物較易流失。

因此，LPS 是陰性菌外膜的重要背景構造，並參與陰性菌在脫色階段失去主染劑的過程；但「保色與否」須由整體細胞包膜結構來解釋。

（三）格蘭氏染色過程、機制與關鍵步驟

染色流程

1. 製作菌體塗片並固定：將菌液薄薄塗於玻片，乾燥後以熱固定或適當方法固定，使菌體附著於玻片。
2. 初染：結晶紫（crystal violet）：使所有菌體先染成紫色。
3. 媒染：碘液（Gram’s iodine）：碘與結晶紫形成較大的結晶紫－碘複合物（CV–I complex），增加染料在細胞內的滯留。

核心觀念

本題比較三種熱處理的殺菌強度、微生物目標與食品保存方式。要先辨明：食品工廠所稱的 commercial sterilization（商業殺菌），目標不是在所有情況下消滅每一個微生物，而是使食品在預定的製造、包裝及常溫貯運條件下，不會有能生長並造成危害或腐敗的微生物存活。

解題方法

作答可依「熱處理強度 → 微生物目標 → 保存條件 → 工廠製程與品管」逐項比較。尤其要指出：巴氏殺菌通常不會破壞細菌芽孢；商業殺菌重點是控制食品在預定常溫保存條件下可能生長的微生物；「滅菌」則是較嚴格的微生物學目標。三者不是只靠列出一組固定溫度即可區分。

熱處理效果受食品的酸鹼值、含水量、黏度、顆粒大小、加熱方式與包裝型態影響。罐頭等產品須確認冷點達到預定殺菌效果，不能只看殺菌設備的設定溫度或加熱時間。

食品熱處理常以 $D$ 值、$z$ 值及 $F$ 值描述：

• $D$ 值：在特定溫度下，使目標微生物數量降低 $90\%$（降低一個對數）的所需時間。
• $z$ 值：使 $D$ 值改變十倍所需的溫度變化。
• $F$ 值：在指定基準溫度下，表示累積殺菌效果的等效加熱時間。

低酸性密封食品的製程須以產品、容器、設備與熱穿透資料設計；若以控制肉毒桿菌孢子為目標，常以 $F_0$ 表達相當於基準溫度下的殺菌效果。不能把單一常見數值當成所有食品都適用的通用製程。

食品工廠的生產與品管應用

1. Sterilization：設備、容器與無菌區的處理