109 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

本題考查肉品腐敗過程中的微生物菌相演替，以及影響微生物生長的食品內在因子。題目中的「菌種較多」指菌種多樣性，不是微生物總數：腐敗肉品通常微生物總數較高，但菌種多樣性通常低於新鮮肉品。

新鮮肉品可能帶有來自動物體表、屠宰環境、器具及人員的多種微生物；肉品儲藏期間，肉品本身的條件與儲藏環境會篩選菌相，使適合生長的腐敗菌逐漸占優勢，其他微生物則受到抑制或被排擠。因此腐敗肉品常由少數優勢腐敗菌主導。

解題方法

先區分「菌數」與「菌種數」：腐敗過程中，部分菌種大量繁殖，使總菌數上升；但不同菌種的生長能力並不相同，優勢菌會逐步取代其他菌種，因此菌種多樣性反而通常下降。

再從肉品本身的性質說明這種篩選作用。肉品影響微生物生長的內在因子如下：

1. 營養成分 肉含水分、蛋白質、脂質、醣類、維生素及礦物質，可供微生物利用。肉品微生物可依其代謝能力利用不同營養物質；在腐敗過程中，微生物分解蛋白質、胺基酸及其他基質，產生胺、氨、硫化物等代謝物。不同菌種對營養來源的利用能力有別，會影響菌相競爭與演替。

2. 酸鹼值（pH）及緩衝能力 屠宰後肌肉中的醣類經糖解作用形成乳酸，使肉品 pH 下降；一般成熟鮮肉 pH 約為 5.5 左右，但會受肉種及屠後狀態影響。多數腐敗菌較適於接近中性的環境，因此肉品 pH 會選擇性影響各菌的生長。肉品蛋白質具有緩衝能力，可減緩 pH 改變；腐敗後的蛋白質分解產物也可能使 pH 上升，進一步改變適生菌群。

核心觀念

乾酪製作的核心，是使牛奶中的酪蛋白形成凝乳，再排出乳清，將凝乳加工成形。酪蛋白主要存在於酪蛋白膠體微粒中；凝乳可由酵素作用、酸化，或兩者共同促成。不同凝乳方式會影響乾酪的含水量、質地、風味及後續熟成特性。

解題方法：牛奶蛋白凝集的方法及原理

1. 酵素凝乳法 加入凝乳酵素（主要為 chymosin，傳統上稱 rennet）。酵素切除 κ-酪蛋白上的親水性胜肽，使酪蛋白微粒失去表面穩定作用；在鈣離子參與下，微粒彼此聚集，形成凝乳。此法常用於切達、瑞士及多數硬質乾酪。

2. 酸凝乳法 以乳酸菌發酵乳糖產生乳酸，或直接加入酸，使牛奶 pH 降低至酪蛋白等電點附近，約 pH 4.6。此時酪蛋白所帶的淨電荷減少，膠體穩定性下降而聚集凝結。部分軟質或新鮮乾酪採此法。

3. 酸與酵素並用 許多乾酪製程同時利用乳酸菌酸化及凝乳酵素作用。酸化有助於凝乳形成與乳清排出；酵素則促進酪蛋白凝集，並影響凝乳強度及熟成時的蛋白質分解。

凝乳形成後，通常會切割凝乳並加熱、攪拌，促使乳清排出；之後再壓榨、加鹽及熟成，製成不同種類的乾酪。

熟成的目的

熟成是讓乾酪在控制的溫度、濕度與時間下，藉由乾酪中的酵素及微生物作用發展風味與質地。熟成可形成各類乾酪特有的香氣、滋味、組織與外觀，也使乾酪質地由初製時的狀態轉變為成熟產品的特徵。

熟成過程中的組成變化

核心觀念

染劑還原法是利用微生物代謝造成的氧化還原變化，間接估計生乳中的微生物量或代謝活性。細菌在乳中生長、呼吸並消耗溶氧，使氧化還原電位下降；細菌的還原作用也會使氧化型染劑接受電子而被還原，呈色因而變淡或褪色。

一般而言，菌量及代謝活性愈高，染劑還原愈快；還原所需時間愈短，表示生乳的微生物品質愈差。此法是快速的品質篩檢法，並非直接計數，因此不能像平板計數法一樣直接得到每毫升菌數，也不能判定菌種。

常用染劑有：

• 亞甲藍（methylene blue）：氧化型呈藍色，還原後形成無色的還原型。
• 刃天青（resazurin）：氧化型呈藍紫色，還原時可經粉紅色中間態，進一步變成無色。

解題方法與操作步驟

作答時依「取樣與加染劑 → 培養 → 觀察褪色 → 依還原時間判讀」說明，即可呈現方法的原理和操作流程。

1. 取樣：將充分混勻的生乳定量加入潔淨、已滅菌的試管。
2. 加入染劑：加入定量的亞甲藍或刃天青工作液，充分混合，並避免交叉污染。
3. 培養反應：將試管加蓋後置於約 $37^\circ\text{C}$ 的水浴或恆溫環境中培養。各實驗室應依採用的標準程序固定染劑濃度、乳樣與染劑比例、培養溫度及觀察時間。

核心觀念

本題考查食品的 $pH$ 對微生物生長的影響，以及無機強酸與有機弱酸即使使食品達到相同 $pH$，抑菌效果仍可不同。

$pH$ 定義為氫離子活度的負對數：

食品的 $pH$ 會影響微生物細胞內外的質子平衡、酵素活性、營養物質運輸及細胞膜功能。多數細菌偏好近中性環境；當外界過酸，細胞必須消耗能量排出進入細胞的質子並維持胞內 pH，酸壓力超出調節能力時，生長便會受抑制。

解題方法：比較相同 pH 下酸的型態

題目特別指出兩種牛乳都是 $pH=4.5$，因此不能只用「外界 pH 相同」判斷抑菌效果。關鍵在於酸的種類及未解離酸的比例：

• 鹽酸是強酸，在水中幾乎完全解離，主要以氫離子與氯離子存在。
• 醋酸是弱有機酸，會在未解離型 $HA$ 與解離型 $H^+$、$A^-$ 之間達成平衡。

未解離的醋酸較容易穿過細菌細胞膜。進入胞內後，因胞內 pH 通常較高，醋酸解離並釋出質子：

因此，醋酸造成的傷害不只來自食品外部的低 pH，也包括質子在胞內累積，以及醋酸根陰離子滯留造成的細胞內酸化與代謝壓力。細胞需要耗能排出質子、調節胞內 pH；當能量與調節能力不足時，生長受到抑制。

為何金黃色葡萄球菌在兩種牛乳中的生長不同

核心觀念

高溫殺菌是以足夠的熱處理使微生物失去存活與繁殖能力，降低食品腐敗及致病風險。熱會使細胞膜受損、蛋白質與酵素變性，並破壞核酸等重要細胞成分；當關鍵功能無法恢復時，微生物便失去活性。

細菌的耐熱性會因菌種、菌株及生理狀態而異。芽孢通常比營養細胞耐熱；即使是同一菌株，食品的組成與酸鹼值也會改變加熱殺菌效果。討論食品成分的影響時，應以同一菌株、相近的加熱條件為比較基準。

解題方法：依食品成分逐項判斷

判斷的核心是：食品基質會改變細菌周圍的水分狀態、熱傳與細胞受熱損傷程度。一般而言，具有保護作用的食品成分會提高細菌耐熱性；而酸性環境通常會降低耐熱性。

• **水分含量：**水分較多時，微生物通常較易受熱破壞；食品水分降低時，細胞中的水分減少，蛋白質等成分較不易因加熱而變性，耐熱性通常上升。因此，乾燥食品中的微生物往往比高水分食品中的微生物更耐熱。須注意，這是對食品基質中微生物耐熱性的概括趨勢，並非單由含水量即可精確預測殺菌效果。

• **碳水化合物含量：**糖等碳水化合物濃度較高時，會降低水分活性，並可能形成保護基質，減少熱對細胞的傷害，因此通常提高細菌耐熱性。高糖食品中的微生物，往往比低糖食品中的微生物更難以熱殺滅。