109 食品技師高等考試 食品技師 食品微生物學（第一次） 考古題詳解

核心觀念

本題考細菌與黴菌的產孢方式、孢子的生物學功能，以及孢子對食品安全與品質的影響。兩類微生物的孢子性質不同：

• 細菌芽孢（endospore）是部分細菌在環境不利時形成的休眠構造，耐熱、耐乾燥及耐多種不良環境；環境適宜時可萌發成營養細胞。芽孢主要用於存活，不是繁殖。
• 黴菌孢子是黴菌繁殖與傳播的重要構造，可由無性或有性方式形成；通常比細菌芽孢更容易受熱破壞，但可隨空氣、器具或原料散播，造成食品污染、腐敗或產生黴菌毒素。

解題方法

依「形成目的與過程 → 孢子種類 → 對食品的影響」分段作答。先區分細菌芽孢是抗逆性的休眠構造、黴菌孢子以繁殖及散播為主，再列舉代表菌種與黴菌孢子類型，即可完整涵蓋題目要求。

產孢過程與孢子種類

一、細菌芽孢的形成

以芽孢桿菌屬及梭狀芽孢桿菌屬的部分細菌為例，當營養不足、乾燥或其他環境條件不利時，營養細胞會啟動芽孢形成。典型過程如下：

1. DNA 複製與軸絲形成：染色體複製後排列於細胞內。
2. 不對稱分裂：形成較小的前芽孢（forespore）及較大的母細胞。
3. 母細胞包覆前芽孢：前芽孢被母細胞膜包覆，形成雙層膜。
4. 皮層與芽孢外殼形成：形成皮層（cortex）及多層蛋白質外殼（spore coat）；部分菌種另有外被（exosporium）。
5. 成熟與釋放：芽孢脫水、累積鈣離子與二吡啶羧酸（dipicolinic acid），耐受性增強；母細胞裂解後釋出成熟芽孢。
6. 萌發與出芽：環境適宜時，芽孢吸水並萌發，恢復為可生長、代謝的營養細胞。

細菌芽孢的形成通常是每個營養細胞形成一個芽孢，因此屬於個體存活機制，不會增加細菌個體數目。

產孢細菌例： Bacillus cereus（仙人掌桿菌）。此菌可形成芽孢，與食品腐敗及食品中毒相關。

二、黴菌孢子的形成

黴菌菌絲生長後，可形成產孢構造，依無性或有性方式產生孢子。孢子成熟後散播，在適宜基質與環境中萌發形成菌絲。

• 無性孢子
• 分生孢子（conidium）：由分生孢子梗外生形成，成熟後散播；常見於 Aspergillus、Penicillium。

核心觀念

本題考查新鮮牛乳的天然抑菌系統，以及常見乳品腐敗型態與其主要作用菌。新鮮牛乳含有若干天然抗菌成分，可在擠乳後短時間內抑制部分微生物生長；但這種抑制作用有限，不能取代衛生操作與低溫冷藏。腐敗型態則依微生物代謝底物與產物判斷，常見者包括產酸凝乳、甜凝乳、產氣、脂解、蛋白質分解、黏液化及變色。

解題方法

先列出牛乳中重要的天然抗菌物質，再按「主要變化—作用菌種—腐敗特徵」整理腐敗類型。作答時應把一般乳酸發酵造成的酸凝乳，與蛋白酶造成的甜凝乳區分；也要說明冷藏乳中嗜冷菌及其耐熱酵素造成的品質劣變。

新鮮牛乳中的天然抗菌物質

• 乳過氧化酶系統（lactoperoxidase system, LP system）：乳過氧化酶利用過氧化氫氧化硫氰酸根，生成具抑菌作用的氧化產物；可抑制多種細菌，對部分革蘭氏陰性菌及乳酸菌有抑制作用。
• 乳鐵蛋白（lactoferrin）：結合鐵離子，降低微生物可利用的鐵，抑制其生長；對部分需鐵微生物較具抑制效果。
• 溶菌酶（lysozyme）：水解細菌細胞壁肽聚醣，造成細胞壁受損；一般對革蘭氏陽性菌的作用較明顯。
• 免疫球蛋白（immunoglobulins）及其他防禦因子：可透過抗體作用及其他非特異性防禦機制，降低部分微生物的存活或附著。

這些成分的含量與活性有限，牛乳一旦受污染且保存條件適合，微生物仍會增殖並造成腐敗。

常見腐敗型態與主要作用菌

核心觀念

本題考查食品保存的三項重要因子：酸鹼度（$pH$）、水活性（$A_w$）及溫度。它們會影響微生物的酵素活性、細胞膜功能及水分利用，進而改變生長速度或使生長停止。食品保存常將這些因子合併調控，形成「柵欄效應」：每項因子各自抑制微生物，合併後能進一步延緩或阻止生長。

水活性是食品中可供微生物利用的水分指標，定義為食品平衡蒸氣壓與相同溫度下純水蒸氣壓的比值：

$A_w$ 介於 0 與 1 之間；$A_w$ 越低，可供微生物利用的水分通常越少。以下數值為一般性概略範圍，實際界限會依微生物種類、食品成分及其他環境因子而變動。

解題方法

依序比較一般細菌與黴菌在三項因子的適生範圍，再以一種食品說明如何合併調控。作答時須指出「適生範圍不是絕對界線」：微生物種類差異很大，且某一因子不利時，其他條件會影響其生長能力。

各因子對生長的影響

一、$pH$

$pH$ 會影響細胞內酵素反應、營養物質運輸及細胞膜功能。偏離微生物的適宜範圍，生長速度通常下降；酸度過高時，多數微生物會停止生長或死亡。

低 $pH$ 能抑制許多細菌，但不代表食品無菌，也不能單靠酸度推定所有病原菌都無法存活。食品中的有機酸種類、濃度及微生物耐酸性也會影響抑制效果。

二、$A_w$

降低 $A_w$ 會減少微生物可利用的水分，使營養運輸與代謝受到限制。添加食鹽、糖，或乾燥食品，都可降低 $A_w$。

因此，降低 $A_w$ 往往能有效抑制多數細菌，但未必能完全防止黴菌。高糖、高鹽食品若仍有足夠可利用水分，仍須留意耐低水活性微生物。

三、溫度

核心觀念

本題考查食品微生物的「食品來源與分布、食品衛生或品質意義，以及對人體的危害」。作答時應把每種微生物連結到代表性食品、主要危害因子或指標意義，並避免把整個菌群一概視為致病菌。

解題方法

依序回答三件事：常見於哪些食品或原料、存在代表何種食品衛生或品質問題、攝食後可能造成什麼不良影響。黴菌題須指出其產生的黴菌毒素及毒性；細菌題則說明主要污染來源、可能致病性或衛生指標意義。

各小題詳解

（一）Aspergillus parasiticus

主要存在食品類別： 常見於受污染或儲藏不當的穀類、玉米、花生及其他油料種子、堅果等農產品。高溫、潮濕及儲藏管理不良，有利於其生長與產毒。

存在意義： 此菌是重要的產黃麴毒素黴菌，可產生黃麴毒素 B₁、B₂、G₁、G₂；食品中檢出該菌，表示原料或儲藏環境可能有黴菌污染及黃麴毒素風險。黃麴毒素 B₁ 是重要的食品污染毒素之一。

對人體的不良影響： 大量攝入可造成急性肝毒性，嚴重時引起急性黃麴毒素中毒；長期或反覆暴露則增加肝癌風險，尤其在同時感染 B 型肝炎病毒等情形下，肝癌風險更值得注意。

（二）Penicillium expansum

主要存在食品類別： 常見於蘋果、梨等仁果類水果，尤其容易侵入受傷、碰撞或腐敗的果實；也可出現在果汁、蘋果酒及其他以受污染水果製成的產品中。

存在意義： 此菌會造成水果採後的藍黴腐敗，並可產生棒麴毒素（patulin）。因此，它既是水果腐敗菌，也是果汁及水果加工品的黴菌毒素風險來源。只移除果實表面的可見黴斑，不能據此判定內部或加工原料不含棒麴毒素。

對人體的不良影響： 棒麴毒素可造成胃腸道不適，並具有細胞毒性；持續或較高暴露亦有肝、腎及免疫系統危害的疑慮。食用來源若含受污染果實製成的產品，便可能攝入此毒素。

（三）Campylobacter jejuni

主要存在食品類別： 主要與禽類腸道及禽肉污染有關，常見風險食品包括生或未熟透的雞肉、其他禽肉，以及受污染的未殺菌乳品和飲水。生肉汁液交叉污染即食食品，也會造成傳播。

核心觀念

本題考查以太空包栽培食用菇類時，如何把木質原料調製成適合菌絲生長、並能誘導子實體形成的培養基，以及培養期間對水分、通氣、溫度、光線與濕度的管理。太空包是將培養基裝入耐熱塑膠袋後滅菌、接種，再於袋內培養菌絲的栽培單位。

栽培條件須依菇種與菌株調整；木屑配方與培養參數不是所有菇類共用的固定值。作答時應說明各因子調控的目的，並以常見木屑型食用菇類的原則作答。

解題方法

依「原料前處理與配方 → 培養基物理性質 → 滅菌接種與菌絲培養 → 搔菌或開袋出菇管理」的生產流程作答。各階段的目標不同：菌絲培養重視適當營養、含水與氣體交換；出菇階段則須配合菇種調整溫度、濕度、光線及通風，以誘導原基形成與子實體發育。

培養基組成與各成分的作用

木屑前處理

木屑是主要碳源與結構材料，常用闊葉樹木屑；應選乾燥、未腐敗、無油漆或防腐藥劑污染者。木屑先過篩去除過粗木片與異物，依需要調整粒徑，使培養基兼具孔隙與保水能力。過粗會使菌絲接觸不足、保水不均；過細則容易壓實，造成通氣不良。

木屑可先堆置或潤濕，使含水分布均勻，也可經堆積發酵或熟化，促使部分可溶性物質淋洗、降低生木屑中抑制菌絲生長的成分。前處理後再與其他原料混拌、調水、裝袋及滅菌。各菇種對木屑樹種與熟化程度的耐受性不同，配方須以栽培菇種為準。

其他組成分

• 米糠或麥麩：提供氮源、維生素與礦物質，補充木屑營養不足，促進菌絲生長；添加過多會提高培養基易利用養分，增加雜菌污染與發熱風險。
• 玉米粉、豆粉等穀類或植物性補充料：補充碳、氮及生長所需營養，須控制比例並充分混合，以免局部濃度過高或造成污染風險。
• 碳酸鈣或石灰質材料：調整酸鹼度並提供鈣質；用量過多會使酸鹼度偏離菇菌適生範圍。
• 石膏（硫酸鈣）：補充鈣、硫並改善培養基結構、減少結團；本身不是主要碳源。
• 水：供菌絲代謝及養分溶解、運輸，並維持培養基含水量；水質宜潔淨，避免污染物或過高鹽分影響菌絲。
• 其他添加物：依菇種與栽培配方使用，不可只追求高營養，仍須兼顧孔隙、含水及滅菌效果。

太空包內培養基的物理因子設定

含水量

木屑型培養基常以含水率約 60–65% 作為調製參考，實際值依木屑粒徑、補充料比例與菇種調整。含水不足會使菌絲生長慢、培養基乾縮；含水過高則孔隙被水占據，氧氣擴散受阻，易形成厭氧區並增加污染。

含水率以濕基表示時：

調水後應充分混拌，使各處濕度均勻；手握培養料可作現場初步判斷，但正式配料宜以秤重控制。

裝填密度與孔隙