112 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

高靜水壓加工（high hydrostatic pressure processing，HHP；亦稱高壓加工）是將食品密封包裝後置於壓力槽中，以液體作為傳壓介質，施加數百 MPa 等級的均勻靜水壓，並維持特定時間，再卸壓完成加工。壓力可由各方向近乎均勻地傳至食品內部，食品形狀與體積不影響壓力傳遞；加工時通常不以高溫為主要殺菌方式，因此常用於希望保留新鮮風味與質地的食品。

HHP 對微生物的作用，主要來自壓力對細胞膜、蛋白質構形、酵素活性及細胞內重要功能的干擾。微生物受壓後會先出現生理與代謝功能失調；壓力強度、處理時間、食品組成、溫度及微生物種類等因素共同決定其能否修復或死亡。

解題方法

本題為申論題，可依「加工定義與方式 → 微生物生理變化 → 致死機制」作答。先交代壓力如何施加，再由細胞結構及功能受損說明微生物為何死亡，避免只列舉壓力數值或殺菌效果，卻未交代作用原理。

一、高靜水壓加工的方式

食品置於耐壓容器內，通常以水等液體作為壓力傳遞介質。加壓時，壓力可快速且均勻地傳至食品各處；達到設定壓力後維持一段時間，再卸壓取出。其加工效果由壓力、持壓時間與溫度共同影響，實務條件依食品及目標微生物而定。

HHP 常用於控制食品中的營養型細菌、酵母菌及黴菌，但細菌芽孢通常具有較強抗壓性，單獨以一般 HHP 條件未必能充分滅活，必要時須搭配加熱或其他處理。

二、加工過程對微生物生理的影響

1. 細胞膜結構與通透性改變 高壓會改變細胞膜脂質的排列與流動性，使膜功能失常、通透性增加。細胞內離子、胺基酸及其他小分子可能外漏，細胞外物質也可能不正常進入，破壞細胞內外環境的平衡。

2. 膜上運輸與能量代謝受阻 細胞膜負責物質運輸及維持質子動力勢。膜受損後，營養攝取、離子調節、質子梯度維持與 ATP 生成受到干擾，細胞的生長及維持生命所需的能量供應下降。

3. 蛋白質與酵素構形改變 壓力會影響蛋白質的非共價作用力及立體構形，使部分酵素、膜蛋白及結構蛋白的活性降低或喪失，導致代謝反應、訊息傳遞與細胞功能異常。

核心觀念

本題考查細菌如何分解培養基中的碳水化合物、蛋白質與脂質，將分解產物氧化並捕捉能量形成 ATP，以及這些分解反應如何造成食品腐敗。大分子通常先經水解酵素分解為可運輸、可代謝的小分子；後續能量生成主要來自受質層次磷酸化與氧化磷酸化。有氧呼吸時，電子傳遞鏈建立質子動力勢，驅動 ATP 合成；無氧條件下，細菌可進行發酵或無氧呼吸，能量產率及終產物依代謝途徑而異。

解題方法

依序說明每種大分子的「水解 → 小分子進入代謝 → ATP 生成 → 食品腐敗產物」。題目沒有指定菌種及供氧條件，因此以細菌的一般代謝原理作答；實際 ATP 產量與腐敗產物會因菌種、基質及環境條件而不同。

一、碳水化合物

1. **水解與攝取：**細菌分泌胞外水解酵素，將多醣分解為寡糖或單醣；例如澱粉經澱粉酶分解為較小醣類，再由細胞攝取。
2. **分解並產生 ATP：**葡萄糖通常先經糖解作用形成丙酮酸，過程中以受質層次磷酸化產生 ATP。

• 有氧時，丙酮酸轉為乙醯輔酶 A，進入檸檬酸循環；還原型輔酶將電子送入電子傳遞鏈，經氧化磷酸化合成 ATP，氧通常為末端電子接受者。
• 無氧時，可經發酵再氧化還原型輔酶，使糖解作用得以持續；也可進行無氧呼吸。發酵的 ATP 主要由受質層次磷酸化取得。

3. **食品腐敗影響：**醣類發酵可產生乳酸、醋酸等有機酸，或乙醇、二氧化碳、氫氣及其他氣體，造成酸味、酒味、異味、包裝膨脹與質地改變；部分菌亦會產生黏液，使食品呈現黏滑感。酸化也可能抑制部分微生物，但不代表食品不再腐敗或安全。

二、蛋白質

1. **水解與攝取：**蛋白酶將蛋白質分解為胜肽，再由胜肽酶分解為胺基酸，供細菌攝取。
2. **分解並產生 ATP：**胺基酸可先經脫胺、轉胺等反應，移除或轉移胺基；其碳骨架轉成丙酮酸、乙醯輔酶 A，或檸檬酸循環的中間產物，再經呼吸作用氧化產生 ATP。

核心觀念

本題考查乾酪製造的基本流程、各類微生物在發酵與熟成中的功能，以及法規對乾酪微生物及其毒素的限量。作答時須分清楚：乳酸菌等是製程中刻意使用的有益菌；大腸桿菌、沙門氏菌、單核球增多性李斯特菌等則是衛生管制對象。

法規部分以命題當年（民國 112 年）《食品中微生物衛生標準》為準。乾酪適用乳及乳製品類第 1.5 項；採樣計畫以 $n$ 表示檢體數、$c$ 表示可介於 $m$ 與 $M$ 之間的檢體數上限，$m$ 為可接受限量，$M$ 為最高限量。

解題方法

依「流程 → 微生物與角色 → 衛生限量」作答。乾酪種類不同，是否使用熟成菌、熟成溫度與時間、凝乳及排乳清方式也會不同；因此先列一般製程，再以常見菌種舉例，不把特定乾酪的熟成菌誤當成所有乾酪都必須使用的菌種。

乾酪製造流程與微生物角色

一般製造流程

1. 原乳驗收與處理：檢查乳的品質，調整脂肪與蛋白質比例；依產品設計進行巴斯德殺菌或其他適當處理，再冷卻至接種溫度。
2. 添加發酵劑：加入乳酸菌發酵劑，使乳糖發酵產生乳酸，降低 pH。
3. 凝乳：加入凝乳酵素（如凝乳酶），使酪蛋白形成凝乳膠體，將乳分成凝乳與乳清。
4. 切割、攪拌與加熱：切割凝乳並攪拌，促進乳清排出；依乾酪種類調整凝乳粒大小、溫度及時間。
5. 排乳清、成形與壓榨：排除乳清，將凝乳裝模；部分乾酪再壓榨成形。
6. 加鹽：以乾鹽或鹽水加鹽，調節風味、水分、微生物生長及後續熟成。
7. 熟成與包裝：依乾酪種類控制溫度、濕度、時間及表面處理，使風味與質地形成；熟成後包裝、冷藏或依產品特性保存。

主要微生物及角色

• 乳酸菌（lactic acid bacteria, LAB）：主要發酵劑，常見菌包括 Lactococcus lactis、Streptococcus thermophilus、Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 及 Lactobacillus helveticus。其主要作用是將乳糖發酵成乳酸，降低 pH、促進凝乳及排乳清，並抑制部分不需要的微生物；其代謝物與酵素也參與風味形成。實際使用的菌種須依乾酪種類及製程選擇。
• 丙酸菌：瑞士型乾酪常使用 Propionibacterium freudenreichii。它可將乳酸轉化為丙酸、醋酸及二氧化碳；有助形成瑞士型乾酪的特殊風味與孔洞。

核心觀念

革蘭氏染色是依細菌細胞壁結構差異，將細菌分為革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌的鑑別染色法。它考查染色原理、操作順序，以及細胞壁組成與致病性之間的關聯；染色結果也可作為初步鑑定與選擇後續檢驗方法的依據。

染色原理

結晶紫先使所有細菌著色；碘液與結晶紫形成較大的結晶紫－碘複合物。以酒精或酒精－丙酮脫色時：

• 革蘭氏陽性菌的肽聚醣層厚、交聯程度高，脫水後孔隙縮小，較能滯留結晶紫－碘複合物，因此保留紫色。
• 革蘭氏陰性菌的肽聚醣層薄，且有外膜；脫色劑會破壞外膜脂質，使複合物較易流失。再以番紅等複染後，細胞呈紅色或粉紅色。

染色步驟

1. 製備抹片：取細菌製成薄而均勻的抹片，乾燥後以火焰或適當方法固定。
2. 初染：以結晶紫覆蓋抹片，使細胞著色，再以水沖洗。
3. 媒染：加入革蘭氏碘液，使結晶紫與碘形成結晶紫－碘複合物，再以水沖洗。
4. 脫色：以酒精或酒精－丙酮短暫處理，立即以水沖洗終止脫色。此步驟最影響判讀。
5. 複染：以番紅等對比染劑染色，再沖洗、吸乾。
6. 鏡檢判讀：革蘭氏陽性菌呈紫色；革蘭氏陰性菌呈紅色或粉紅色。

與細胞壁結構及致病性的關聯

• 革蘭氏陽性菌：細胞壁以厚肽聚醣層為主，含磷壁酸與脂磷壁酸，沒有革蘭氏陰性菌型態的外膜。部分陽性菌可形成芽孢或產生外毒素；其致病性與毒素、黏附、侵入及宿主免疫反應等因素有關。

核心觀念

本題考查乳酸菌的生理與代謝特徵，以及如何把乳酸菌的作用連結到我國公告的健康食品保健功效項目。健康食品的保健功效須依《健康食品管理法》及公告的評估方法認定；某種乳酸菌具有某項作用，不代表所有乳酸菌或所有含菌產品都具有相同功效。

乳酸菌（lactic acid bacteria, LAB）是一群以醣類發酵產生乳酸作為主要或重要代謝終產物的細菌。典型乳酸菌多為革蘭氏陽性、無芽孢、過氧化氫酶陰性，可呈球菌或桿菌形態，通常為厭氧或兼性厭氧。依發酵代謝產物，可概分為同型乳酸發酵菌與異型乳酸發酵菌；常見菌屬包括 Lactobacillus、Lactococcus、Leuconostoc、Pediococcus 及 Streptococcus 等。

解題方法

先用「主要代謝產物為乳酸」界定乳酸菌，再選取民國 112 年已公告的保健功效項目，說明乳酸菌可如何透過腸道菌相、免疫反應或腸道屏障等途徑支持該功效。作答時應寫出功效名稱與作用說明，並指出作用具有菌株與產品特異性。

以下列舉三項：

1. 胃腸功能改善 部分乳酸菌可協助維持腸道菌相平衡，並藉由產生乳酸及其他代謝物降低腸道環境 pH，抑制部分不利菌生長。部分菌株也可能影響腸道蠕動、排便狀況或消化道屏障功能，因此可作為胃腸功能改善相關產品的菌種來源。