110 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

本題考查新鮮紅肉真空包裝的作用，以及包裝氣體環境改變後，肉品主要腐敗菌相的演替。

關鍵觀念包括：

1. 降低氧氣分壓：真空包裝移除大部分空氣，使包裝內氧氣含量大幅下降。
2. 抑制好氧性腐敗菌：許多新鮮肉品的主要初期腐敗菌為需氧性、嗜冷性革蘭氏陰性菌，低氧環境會抑制其生長。
3. 降低脂質與色素氧化：氧氣減少可降低脂肪酸敗及肌紅蛋白氧化。
4. 改變肉色狀態：真空狀態下肌紅蛋白以去氧肌紅蛋白（deoxymyoglobin）為主，肉色呈暗紅至紫紅色；拆封接觸空氣後，可重新形成氧合肌紅蛋白（oxymyoglobin），呈鮮紅色。
5. 菌相取代：真空包裝不具殺菌作用，只是改變微生物的生長優勢，使耐低氧、兼性厭氧或厭氧菌較易成為優勢菌。

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解題方法

本題可依「包裝目的 → 低氧機制 → 菌相差異」三個層次作答。

一、先說明真空包裝的目的

真空包裝的主要目的，是在冷藏條件下延長新鮮紅肉的保存期限，並維持其品質。具體包括：

• 抑制好氧性腐敗菌生長；
• 減少微生物代謝所造成的異味、黏液與腐敗；
• 降低脂質氧化，減少油耗味；
• 降低肌紅蛋白與其他成分的氧化，維持產品品質；
• 減少包裝內水分蒸散及表面乾燥；
• 保持肉品完整，降低外界污染與再污染機會。

其中，延長保存期限的主要原因是抑制需氧性嗜冷腐敗菌，而非單純「抽掉空氣後即完成保藏」。

二、解釋真空包裝的作用機制

真空包裝會使包裝內的氧氣分壓下降，造成下列效果：

1. 抑制好氧性腐敗菌

新鮮紅肉在正常空氣包裝中，表面含有氧氣，適合好氧性嗜冷菌生長，尤其是：

• Pseudomonas spp.
• Acinetobacter spp.
• Moraxella spp.

這些菌可利用肉品表面營養物質快速增殖，並產生胺類、硫化物及其他揮發性代謝物，導致異味、表面黏液與腐敗。

真空包裝降低氧氣含量後，上述菌的生長速率下降，腐敗發展因而延緩。

2. 降低脂質氧化

肉品脂肪中的不飽和脂肪酸容易與氧氣反應，形成過氧化物，後續產生醛、酮等異味物質。真空包裝可降低氧氣供應，使氧化反應速率下降，減少油耗味及風味劣化。

3. 改變肌紅蛋白的氧化還原狀態

紅肉顏色主要與肌紅蛋白的狀態有關：

• 去氧肌紅蛋白（deoxymyoglobin）：紫紅色或暗紅色；
• 氧合肌紅蛋白（oxymyoglobin）：鮮紅色；
• 高鐵肌紅蛋白（metmyoglobin）：褐色。

真空包裝內氧氣不足，肌紅蛋白以去氧型為主，因此肉品表面常呈紫紅色。拆封後接觸空氣，去氧肌紅蛋白吸收氧氣形成氧合肌紅蛋白，會出現所謂的「發色」或「開封後變紅」現象。

因此，真空包裝並非使肉品永遠保持鮮紅色，而是減少氧化及褐變；真空狀態下呈紫紅色屬正常現象。

4. 改變微生物競爭關係

低氧環境使需氧菌受到抑制，耐低氧菌、兼性厭氧菌及乳酸菌的競爭優勢提高。部分乳酸菌可利用肉品中的可發酵性物質產生乳酸，使包裝內環境酸化，進一步抑制部分腐敗菌。

但真空包裝仍須配合低溫、良好衛生及適當包裝材料。真空包裝不是滅菌處理，耐低氧病原菌及厭氧菌仍可能生長，因此不能取代冷藏與食品安全管制。

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真空包裝與正常空氣包裝的主要腐敗菌相

貯存方式	主要環境特性	優勢腐敗菌相	典型腐敗表現
正常空氣組成包裝	氧氣充足，表面呈好氧環境	Pseudomonas spp. 為主，並有 Acinetobacter、Moraxella 等嗜冷革蘭氏陰性菌	表面黏液、異味、胺味、硫化物味

核心觀念

本題考查亞硫酸化合物（sulfiting agents）在食品中的三大功能：

1. 防腐、抑制微生物生長
2. 防止酵素性褐變，維持色澤
3. 抗氧化，延緩食品成分劣化

常見亞硫酸化合物包括二氧化硫（$SO_2$）、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、偏亞硫酸氫鈉及偏亞硫酸氫鉀等。

涉及食品添加物規範時，應以命題當年（民國110年）法規為準；現行法規若有修正，仍不影響本題依命題年度作答。

解題方法

本題應採「食品類別—添加目的—作用機制」三段式作答。先指出亞硫酸化合物最常使用的食品，再分別說明其防腐、抗褐變及抗氧化的化學與微生物學原因，即可完整涵蓋配分重點。

常添加亞硫酸化合物的食品

亞硫酸化合物常添加於下列食品：

• 乾燥水果及乾燥蔬菜，如葡萄乾、杏乾、乾燥洋蔥及其他脫水蔬果。
• 果汁、果醬及部分水果加工品。
• 醃漬食品及部分加工蔬菜。
• 葡萄酒等酒類。
• 部分食品亦利用亞硫酸化合物抑制蝦類等水產品的黑變（melanosis）。

其中，最具代表性的食品類別是乾燥水果、乾燥蔬菜及其他易褐變的水果蔬菜加工品。

添加目的與作用原因

一、防腐作用：抑制微生物

亞硫酸化合物溶於水後，會形成不同型態的含硫物種：

$$SO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2SO_3$$

在食品中主要存在：

$$SO_2\cdot H_2O,\quad HSO_3^-,\quad SO_3^{2-}$$

其中以分子型二氧化硫的抗菌效果較強。食品酸度越高，分子型二氧化硫比例通常越高，因此亞硫酸化合物在酸性食品中的抑菌效果較明顯。

分子型二氧化硫可穿過微生物細胞膜，進入細胞後造成下列作用：

• 降低細胞內部的有效酸鹼度，干擾正常代謝。
• 與蛋白質中的硫氫基及二硫鍵反應，使酵素失去活性。
• 與醛類、酮類及其他細胞代謝物結合。
• 干擾呼吸作用、能量生成及氧化還原反應。
• 抑制酵母菌、黴菌及部分細菌的生長。

因此，亞硫酸化合物可延長食品保存期限，特別適合用於含水量降低但仍可能受到黴菌或酵母菌污染的乾燥食品。

二、防止酵素性褐變：維持食品色澤

水果及蔬菜切割、去皮或破損後，組織中的多酚氧化酶（polyphenol oxidase, PPO）會接觸氧氣，催化酚類物質氧化成醌類：

$$\text{酚類} + O_2 \xrightarrow{\text{PPO}} \text{醌類}$$

醌類再彼此聚合，形成褐色或黑褐色的高分子色素，造成食品褐變。

亞硫酸化合物具有下列抑制作用：

1. 還原醌類 亞硫酸根或亞硫酸氫根可將醌類還原回較不易聚合的酚類，降低褐色物質形成。

核心觀念

本題考查工廠環境衛生監測中，利用標準化桌面取樣及培養計數，測定桌面單位面積上的總好氣菌數（Total aerobic count，亦稱 Aerobic plate count）。

總好氣菌數是指在規定培養基、培養溫度及培養時間下，能形成可見菌落的好氣性及兼性厭氣性微生物數量。結果通常以：

$$\text{CFU/cm}^2$$

表示。CFU（colony forming unit）代表菌落形成單位，一個菌落不必然只來自一個細胞，也可能由細胞群聚形成。

本題的標準流程包括：

1. 選定並標示桌面取樣面積。
2. 以無菌拭子定量採樣。
3. 將拭子置於無菌稀釋液中洗脫菌體。
4. 進行系列稀釋。
5. 使用 Plate Count Agar 培養。
6. 依菌落數及稀釋倍數換算桌面總好氣菌數。

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一、桌面取樣操作

1. 取樣前準備

取樣人員應穿戴清潔之外套、手套及必要的防護用品，並準備下列材料：

• 無菌拭子或無菌棉棒。
• 無菌取樣模板，常用面積為 $100\ \text{cm}^2$。
• 無菌採樣袋或無菌試管。
• 無菌稀釋液或拭子保存液。
• 無菌稀釋管。
• 記號筆及取樣紀錄表。
• Plate Count Agar（PCA，標準平板計數瓊脂）及培養皿。

若桌面曾使用消毒劑，取樣液應含適當中和劑，以避免消毒劑殘留在採樣後繼續抑制微生物，使結果偏低。常見中和劑包括卵磷脂、Tween 80、硫代硫酸鈉等，實際組成依所使用的消毒劑選定。

2. 設定取樣區域

將無菌模板平放於桌面，限定取樣面積，例如：

$$A=100\ \text{cm}^2$$

取樣位置應具有代表性，並可依工廠風險選擇：

• 食品直接接觸面。
• 工作人員經常接觸處。
• 桌面接縫、轉角或邊緣。
• 清潔及消毒效果較不易維持之處。

取樣前應記錄廠別、區域、桌面位置、取樣面積、日期、時間及清潔消毒狀態。若要評估清潔效果，通常在清潔消毒完成後、正式生產前取樣；若要評估生產期間污染情形，則應於生產中另行取樣。

3. 濕潤拭子

將無菌拭子浸入無菌稀釋液中，使拭子充分濕潤，再擠除過多液體，使其保持濕潤但不滴液。

常用液體包括：

• 無菌生理食鹽水。
• 無菌磷酸鹽緩衝液。
• 0.1% 蛋白胨水。
• 含中和劑的無菌採樣液。

取樣液的主要作用是使桌面上的微生物脫離表面，並在後續操作中維持微生物的存活。

4. 拭子擦拭取樣

在模板限定的 $100\ \text{cm}^2$ 範圍內，依固定方向及固定力道擦拭：

1. 先以水平方式來回擦拭整個區域。
2. 再以垂直方向來回擦拭。
3. 最後可沿對角線方向擦拭。
4. 擦拭時同步轉動拭子，使拭子各面均與桌面接觸。
5. 特別加強桌面縫隙、凹陷及邊角，但不得超出已標示之取樣範圍。

擦拭方向、次數及施力應盡量一致，避免因採樣人員差異造成結果偏差。取樣範圍若不是 $100\ \text{cm}^2$，必須確實記錄實際面積，供後續換算使用。

5. 取樣後保存與運送

擦拭完成後，將拭子放回裝有固定體積採樣液的無菌試管或採樣袋中，折斷或剪去拭子棒外露部分，立即密封。

接著充分振盪或以無菌均質方式洗脫，例如：

• 手工劇烈振盪約 $1$ 分鐘。
• 使用渦旋混合器混合。
• 以無菌均質器進行標準化洗脫。

洗脫液即為桌面微生物的原始採樣液。樣品應儘速送至實驗室分析，運送期間維持低溫，並避免冷凍及高溫曝曬。所有採樣器具、稀釋液及培養基均應作無菌控制。

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二、取樣後總好氣菌數分析

1. 使用培養基及試劑

主要使用：

• Plate Count Agar（PCA，標準平板計數瓊脂）。
• 無菌稀釋液，例如無菌生理食鹽水、磷酸鹽緩衝液或蛋白胨水。
• 必要時使用含中和劑之採樣液。
• 無菌培養皿及無菌移液器材。

PCA 是用於一般好氣性及兼性厭氣性細菌計數的非選擇性培養基。其目的在於盡量使可培養的總菌量形成菌落，而不是選擇某一特定菌種。

2. 系列稀釋

將充分混合後的原始採樣洗脫液視為 $10^0$ 稀釋液。以無菌移液器吸取 $1\ \text{mL}$ 原始液，加入 $9\ \text{mL}$ 無菌稀釋液中，混合後即為 $10^{-1}$ 稀釋液。

依此方式逐級稀釋：

$$1\ \text{mL}+9\ \text{mL} \Rightarrow 10^{-1}$$

再由 $10^{-1}$ 稀釋液取 $1\ \text{mL}$ 加入下一管 $9\ \text{mL}$ 稀釋液，即為 $10^{-2}$，依需要製備至 $10^{-3}$、$10^{-4}$ 或更高稀釋倍數。

每次移液前均應充分混合前一管稀釋液，以使微生物均勻分散。由於桌面污染程度不固定，應同時接種數個連續稀釋倍數，確保至少有一個培養皿的菌落數落在可計數範圍內。

3. 平板接種

採用傾注平板法時：

1. 分別吸取適當稀釋倍數之稀釋液 $1\ \text{mL}$，置於無菌培養皿中。
2. 每一稀釋倍數至少製作兩個平行培養皿。
3. 倒入約 $15$ 至 $20\ \text{mL}$、已滅菌且冷卻至約 $45$ 至 $50^\circ\text{C}$ 的熔融 PCA。
4. 輕輕旋轉培養皿，使樣品與培養基充分混合。

核心觀念

本題考查食品水活性（water activity, $a_w$）與微生物生長的關係，以及不同微生物的最低生長水活性。

水活性不是食品的總含水量，而是食品中「可供微生物利用的水」之程度，定義為：

$$a_w=\frac{p}{p_0}$$

其中，$p$ 為食品中水的蒸氣壓，$p_0$ 為同溫度下純水的蒸氣壓。食品平衡相對濕度與水活性的關係為：

$$a_w=\frac{\text{平衡相對濕度}}{100}$$

水活性愈低，表示水分被糖、鹽、蛋白質等溶質束縛的比例愈高，微生物可利用的自由水愈少。

水活性影響微生物生長的原因

微生物生長需要水分進行下列作用：

1. 維持細胞膜與細胞壁的正常結構。
2. 供細胞內酵素反應、營養物質運輸及代謝作用使用。
3. 維持細胞膨壓與細胞質的正常體積。
4. 使蛋白質、核酸及其他細胞成分維持適當的水合狀態。

當食品的水活性降低時，食品外部環境的滲透壓升高，細胞內水分會向外移動，使微生物發生脫水、失去膨壓，並造成酵素活性下降、營養運輸受阻及代謝速率降低。因此，水活性低於某一臨界值時，微生物即無法增殖。

水活性降低通常可藉由添加食鹽、糖、甘油等溶質，或採用乾燥、濃縮、冷凍等方式達成。

各類微生物的最低生長水活性

不同菌種的最低水活性會因菌株、溫度、食品成分、酸鹼值及氧氣條件而有差異。食品微生物學常用的概略值如下：

微生物類別	最低生長水活性約值
常見腐敗細菌	$a_w \approx 0.90$
嗜鹽性細菌	$a_w \approx 0.75$
嗜乾性黴菌	$a_w \approx 0.61$
嗜滲透壓酵母菌	$a_w \approx 0.60$

補充而言，多數一般細菌通常需 $a_w$ 高於約 $0.90$；多數酵母菌約需 $0.88$ 以上；多數黴菌約需 $0.80$ 以上。嗜乾性黴菌及嗜滲透壓酵母菌則能適應較低水活性的環境。

1. 常見腐敗細菌：$a_w$ 約 $0.90$

一般腐敗細菌對低水活性的耐受性較差，因此高水活性食品，如鮮肉、乳品、鮮魚及多數新鮮食品，較容易發生細菌性腐敗。

2. 嗜鹽性細菌：$a_w$ 約 $0.75$

嗜鹽性細菌能在高鹽、低水活性環境中生長。其細胞具有調節滲透壓的能力，可藉由累積相容性溶質或調整細胞內離子濃度，減少脫水傷害。

3. 嗜乾性黴菌：$a_w$ 約 $0.61$

嗜乾性黴菌可在低水活性食品表面生長，例如乾燥穀類、麵粉、香辛料及乾果。黴菌通常比細菌更耐受低水活性環境。

4. 嗜滲透壓酵母菌：$a_w$ 約 $0.60$

嗜滲透壓酵母菌可在高糖、高溶質濃度食品中生長，例如果醬、蜂蜜、糖漿及濃縮果汁。其耐受高滲透壓的能力通常比一般酵母菌強。

溫度對最低水活性的影響

最低生長水活性不是固定不變的，會受溫度影響。

核心觀念

本題考查酸奶酪（Yoghurt）的標準共生發酵菌，以及兩菌在乳品發酵過程中的互利共生（protocooperation）關係。

製造酸奶酪所使用的兩種主要菌株為：

1. 嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）
2. 保加利亞乳酸桿菌（Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus）

部分教材仍將後者簡稱為 Lactobacillus bulgaricus；考試作答時，寫出完整學名並附註傳統名稱，可避免名稱差異造成爭議。

酸奶酪的基本發酵反應是乳糖經乳酸菌代謝，生成乳酸，使牛乳酸度提高、酪蛋白凝固，形成酸奶酪特有的凝膠組織與酸味。

解題方法

作答時應分成「菌種名稱」與「互利共生機制」兩部分：

1. 先寫出兩種標準菌種的學名。
2. 再依發酵先後及相互供應的生長條件，說明兩菌如何彼此促進。
3. 最後補充兩菌共同造成的酸味、凝乳及香氣形成效果。

兩種發酵菌株的作用

一、嗜熱鏈球菌

Streptococcus thermophilus 為嗜熱性乳酸菌，初期生長速度較快，主要作用包括：

• 快速利用乳糖進行乳酸發酵。
• 產生乳酸，使乳液的 pH 值下降。
• 降低氧化還原電位，並產生甲酸（formate）等代謝物，改善保加利亞乳酸桿菌的生長環境。
• 促進牛乳酪蛋白逐漸接近等電點，使乳液凝固。
• 參與酸味及部分風味的形成。

二、保加利亞乳酸桿菌

Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 為嗜熱性、具較強蛋白質分解能力的乳酸桿菌，主要作用包括：

• 分解乳蛋白，釋出胜肽與游離胺基酸。
• 利用乳糖產生大量乳酸，使酸度進一步增加。
• 促進牛乳酪蛋白凝固，形成較穩定的酸奶酪凝膠。
• 產生乙醛（acetaldehyde）等揮發性香氣物質，形成酸奶酪的典型香味。
• 在較低 pH 環境下仍能持續生長並完成後段酸化。

兩菌的互利共生關係

1. 嗜熱鏈球菌先快速生長，改善環境

發酵初期，Streptococcus thermophilus 生長較快，迅速利用乳糖並產生乳酸，使乳液 pH 下降。同時，其代謝活動可產生甲酸等物質，並降低乳液中的氧化還原電位。

這些變化使環境更適合 Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 生長，因此嗜熱鏈球菌對保加利亞乳酸桿菌具有促進作用。

2. 保加利亞乳酸桿菌分解乳蛋白，提供生長物質