110 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

本題考查溶液的滲透壓與微生物細胞的水分移動。低張或高張是相對於細胞內液而言，水會經由具有選擇透性的細胞膜，朝溶質濃度較高、滲透壓較大的方向移動。

解題方法

先比較細胞外液與細胞內液的溶質濃度，再判斷水分的移動方向及其對細胞的影響：

• 低張溶液（hypotonic solution）：細胞外溶質濃度低於細胞內，水分進入細胞。
• 高張溶液（hypertonic solution）：細胞外溶質濃度高於細胞內，水分離開細胞。

對微生物細胞的影響

低張溶液

水分進入細胞，使細胞膨脹、細胞內膨壓增加。細菌具有細胞壁，可抵抗膨脹並維持形狀；若細胞壁受損或缺失，細胞可能因大量吸水而破裂。真菌與植物細胞的細胞壁也能提供機械支撐。多數原核微生物在低張環境中，會依靠細胞壁抵抗膨壓。

核心觀念

本題考兩種抗菌物質的性質、主要作用標的與抗菌機制。溶菌酶是酵素，直接水解細菌細胞壁的肽聚醣；nisin 是乳酸菌產生的細菌素，主要作用於革蘭氏陽性菌的細胞壁合成及細胞膜。兩者都能抑菌，但作用方式不同。

解題方法

分別從「物質類型 → 主要標的 → 作用後果」說明，即可完整回答：

1. 溶菌酶：辨認肽聚醣中的醣苷鍵，說明水解後細胞壁受損的結果。
2. nisin：指出其為羊毛硫抗生素，說明與 lipid II 結合、抑制細胞壁合成及形成膜孔的作用。
3. 比較抗菌範圍：兩者對革蘭氏陽性菌較有效；革蘭氏陰性菌的外膜會阻礙物質接近肽聚醣或細胞膜。

溶菌酶（lysozyme）

**基本性質：**溶菌酶又稱 muramidase，是一種抗菌酵素，廣泛存在於蛋清、乳汁、唾液、淚液及黏膜分泌物中；食品上也可利用蛋清溶菌酶抑制部分細菌。其受質為細菌細胞壁肽聚醣中的多醣骨架。

**抗菌機制：**溶菌酶水解肽聚醣中 N-乙醯胞壁酸（NAM／MurNAc）與 N-乙醯葡萄糖胺（NAG／GlcNAc）之間的 β-1,4 醣苷鍵，使肽聚醣骨架解聚、細胞壁強度下降。細胞在適當條件下因無法抵抗內部滲透壓而膨脹、裂解。

溶菌酶對革蘭氏陽性菌通常較有效，因其肽聚醣層較厚且位於細胞表面；革蘭氏陰性菌的肽聚醣外有外膜屏障，溶菌酶較難接觸受質，因此通常較不敏感。

乳酸鏈球菌素（nisin）

核心觀念

甜酒釀是以糯米為主要原料，利用酒麴中的微生物共同發酵製成的甜味、帶酒香米製品。這題重點在「澱粉先糖化、糖再發酵」的連續作用：糯米澱粉不能直接由酵母菌利用，須先由糖化微生物分泌澱粉分解酵素，轉成可發酵糖；酵母菌再將糖轉成乙醇與二氧化碳。乳酸菌則可產酸並增添酸香風味。傳統酒麴中的菌相會因製麴方式與環境而異，作答時應掌握各類微生物的主要功能。

解題方法

依製程順序說明，再將主要微生物與其作用對應：

1. 原料處理與蒸煮：糯米洗淨、浸泡後蒸熟，使米粒吸水糊化，增加澱粉可被酵素分解的程度。
2. 冷卻與拌麴：將熟飯冷卻至適合菌種生長的溫度，再拌入酒麴。熟飯過熱會傷害菌種；拌麴應均勻，以利發酵一致。
3. 糖化與發酵：將米飯裝入清潔容器，在適當溫度下培養。糖化微生物分泌澱粉酶、糖化酵素，使澱粉轉成糖；酵母菌利用糖進行酒精發酵，同時形成酒香與二氧化碳。乳酸菌可產生乳酸及風味物質。
4. 成熟與保存：米粒轉軟、出汁並呈現甜味與酒香後即完成；冷藏可減緩後續發酵，避免甜度下降、酸度或酒精度持續增加。

核心反應可概括為：

參與微生物及其功用

核心觀念

「單細胞蛋白質」（single-cell protein, SCP）是指以微生物細胞生物量，或由微生物生產的蛋白質產品，作為人類食品或動物飼料的蛋白質來源。名稱雖稱「單細胞」，實際上也涵蓋絲狀真菌等微生物，不限於形態上只有一個細胞的生物。

本題主要考查三項：SCP 的定義、可用於生產的微生物類群，以及與傳統動植物蛋白質相比的生產與營養優缺點。

解題方法

依序從「原料是什麼、由哪些微生物生產、與傳統來源如何比較」三個層次作答：

1. 先定義 SCP 為微生物生物量或其蛋白質產品。
2. 列出主要生產者：細菌、酵母、絲狀真菌及微藻。
3. 分別比較生產效率、資源需求、營養特性、消化性、安全性與成本。

作答時應兼顧「生產優勢」與「食用限制」；只寫微生物生長快、蛋白質含量高，會漏掉核酸、細胞壁與製程等重要缺點。

可用微生物

• 細菌：如甲基營養菌及其他可利用特定碳源生長的細菌。生長速率快、蛋白質比例高，但核酸含量通常較高，須注意核酸降低及安全評估。
• 酵母：如 Saccharomyces、Candida 等。可利用糖蜜、乳清或其他副產物培養；酵母蛋白常用於食品或飼料。
• 絲狀真菌：如 Fusarium、Aspergillus 等。真菌菌絲可形成類似肉品的組織性，部分產品稱為菌絲蛋白或真菌蛋白。
• 微藻：如 Chlorella、Spirulina（螺旋藻，分類上屬藍綠菌／藍細菌）。可利用光能與無機碳生長，作為食品或飼料的蛋白質來源。

實際菌種須依用途、培養基、產率、營養價值及安全性選擇；不能只以蛋白質含量作為唯一標準。

與動植物蛋白質相比的優點

1. 生長與生產週期短：微生物世代時間短，可快速累積生物量，單位時間產量高。
2. 較不受土地與季節限制：可在槽體或受控培養系統中生產，減少對耕地、氣候及畜牧空間的依賴。
3. 原料選擇廣：部分微生物可利用農業副產物、食品加工副產物或其他適當基質，有機會提高副產物利用率。

核心觀念

膜過濾法是將一定體積的液體樣品通過具特定孔徑的無菌濾膜，使微生物被截留在濾膜表面，再將濾膜置於適當培養基上培養，依菌落數或目標菌反應判定樣品中的微生物含量。

常用濾膜孔徑約為 $0.45\,\mu\text{m}$；實際孔徑應依目標微生物及方法規範選用，並確保能截留欲培養的微生物。此法可直接處理較大的樣品體積，因此適合微生物濃度較低的液體樣品。

解題方法

作答時依「原理、操作、結果計算、應用與限制」說明，即可完整交代膜過濾法如何由液體樣品取得可培養菌數。

**原理：**樣品中的微生物被濾膜截留；濾膜接觸選擇性或鑑別性培養基後，能生長的微生物形成菌落。若菌落數在可計數範圍內，菌落數可代表被過濾樣品中可培養微生物的數量。

操作方法：

1. 依預期菌數選擇適當樣品體積；必要時以無菌稀釋液稀釋樣品。
2. 將無菌濾膜置於過濾裝置上，倒入定量樣品，以真空或壓力使液體通過濾膜。微生物留在濾膜表面。
3. 過濾後以無菌水或適當稀釋液沖洗漏斗及濾膜，減少樣品中抑制物或殘留成分的影響。
4. 用無菌鑷子取出濾膜，將有菌的一面朝上，平貼於適合目標菌的培養基表面；培養基可採一般、選擇性或鑑別性培養基。
5. 依目標微生物的方法規定，在適當溫度及時間下培養，再計數典型菌落；若為特定菌檢測，則依培養基反應及後續確認試驗判讀。
6. 以菌落數及過濾體積換算樣品濃度：