115 高普考普通考試 食品衛生檢驗 食品微生物學概要 考古題詳解

核心觀念

微生物二次生長（diauxic growth）是微生物在含有兩種或以上可利用碳源的培養基中，因優先利用其中一種碳源，呈現「兩段生長、中間短暫停滯」的生長現象。典型例子是大腸桿菌先利用葡萄糖，待葡萄糖耗盡後，經過一段調適期再利用乳糖。

第一階段中，微生物優先代謝較易利用的碳源；該碳源的代謝產物或訊號會抑制其他碳源利用所需的酵素合成，稱為分解代謝物抑制（catabolite repression）。優先碳源耗盡後，抑制解除，微生物開始合成另一碳源的運輸與代謝酵素。這段酵素誘導與代謝調適所需時間形成二次生長曲線上的停滯期，隨後進入第二階段生長。

因此，二次生長的典型曲線包括：第一段指數生長、短暫停滯期，以及第二段指數生長。停滯期長短取決於菌種、碳源種類與濃度、培養條件，以及所需酵素的誘導時間。

解題方法與食品發酵影響

本題可依「現象定義 → 生理機制 → 發酵影響 → 製程對策」作答。題目要求說明對發酵的影響與解決方案，重點是指出二次生長會造成代謝速率與產物生成的不連續，再提出能減少碳源切換或縮短調適期的控制方法。

在食品發酵中，二次生長可能造成：

• 發酵時間延長：優先碳源耗盡後，微生物需調整代謝並合成新酵素，停滯期會拉長批次製程。
• 產物生成速率改變：不同碳源可能導向不同代謝途徑，使酸、醇、香氣物質或其他發酵產物的產率與比例改變。
• 品質與批次一致性降低：碳源消耗順序、停滯期及代謝切換若受原料或操作條件影響，會造成發酵終點與風味差異。

核心觀念

本題考查腸道菌群的三個角色，以及腸道微生物如何共同影響宿主健康。答題時要掌握兩個重點：一是依「來源與功能」區分原生菌、益生菌及伺機性病原菌；二是說明腸道菌群透過競爭、代謝產物與宿主免疫反應，影響病原菌的定殖及致病。

名詞定義

原生菌（indigenous bacteria）：自然存在並能在宿主特定部位長期或穩定定殖的細菌，亦稱常在菌。腸道原生菌是腸道常態微生物群的重要成員，與宿主維持共生或互利關係，可參與營養物質代謝、維生素生成及腸道環境維持。部分原生菌在特定情況下也可能引發疾病。

益生菌（probiotics）：攝取足量時，能對宿主健康產生益處的活微生物。常見例子包括部分乳酸菌及雙歧桿菌。益生菌通常經由食物或補充品進入腸道，其作用可能包括競爭黏附位置與營養、產生抑菌物質、調節腸道菌群及影響宿主免疫反應。益生菌不一定能在腸道永久定殖，效益也須依菌種、菌株及攝取量判斷。

伺機性病原菌（opportunistic pathogens）：平時致病力較低，或原本存在於環境、人體皮膚與黏膜的微生物；當宿主免疫力下降、腸道菌群失衡、腸黏膜受損，或細菌進入原本不應出現的部位時，便可能引發感染。部分腸道原生菌在條件改變時也可能成為伺機性病原菌，因此「原生菌」描述其與宿主的定殖關係，「伺機性病原菌」描述其在特定條件下的致病能力。

解題方法：由腸道菌群平衡說明三者交互作用

答題可依「正常狀態—保護機制—失衡後果」的順序說明。

正常狀態下，原生菌建立定殖抗性。 腸道原生菌占據黏膜表面及腸腔中的生存位置，消耗可利用的營養物質，並藉由代謝產物及與宿主的免疫互動，形成不利於外來病原菌生長的環境。這種限制病原菌定殖或增殖的作用稱為定殖抗性。

益生菌可協助維持或調整腸道菌群。 益生菌可能與原生菌共同競爭營養與黏附位置，產生有機酸或其他抑菌物質，並調節宿主的黏膜屏障及免疫反應，進而抑制部分病原菌或伺機性病原菌。不過，益生菌的效果具有菌株與情境差異，不能一概而論。

核心觀念

本題考食品保存的微生物控制機制：透過改變食品的酸鹼度與水分可利用性，或直接破壞微生物細胞結構、抑制細胞壁合成，降低微生物存活與繁殖，延長食品保存期。作答時要指出各方法的主要作用靶點，並說明其對微生物的抑制或致死效果。

解題方法

依序判斷每種處理改變了什麼：

1. 加酸、加糖：改變食品環境，使微生物不易生長。
2. 脈衝電場、靜水壓：以物理方式造成細胞損傷或失活。
3. Nisin：以抑菌物質作用於細菌細胞膜及細胞壁合成。

各小題解析

（一）加酸

加酸降低食品的 pH，使環境不利於腐敗菌及致病菌生長。低 pH 可干擾微生物酵素活性、膜運輸及細胞內酸鹼平衡；未解離型有機酸還可穿過細胞膜，進入細胞後解離，造成細胞質酸化並增加維持內部 pH 的能量負擔，因而抑制生長，嚴重時造成失活。

食品實際酸度通常以 pH 表示，但相同 pH 的不同酸性食品，抑菌效果仍會受酸種類、可滴定酸度、食品緩衝能力及微生物耐酸性影響。加酸能延長保存期，卻不等於滅菌；耐酸微生物或其孢子仍可能存活。

（二）加糖

加糖提高食品中溶質濃度，降低水活性 $a_w$，使微生物可利用的水分減少。高糖環境也會造成食品外部滲透壓升高，水分由微生物細胞移出，細胞脫水、質壁分離，生長與代謝受到抑制。

需區分水活性與總含水量：食品即使含有水，水分若被糖結合或受高滲透壓影響，仍不容易供微生物利用。加糖主要是抑制作用，耐糖酵母及耐滲透壓黴菌仍可能生長，因此常需搭配加熱、密封或其他保存方法。

（三）脈衝電場

脈衝電場（pulsed electric fields, PEF）以短時間、高電場強度的電脈衝處理食品。電場使微生物細胞膜產生跨膜電位；當膜所受電位超過臨界值時，膜上形成孔洞，稱為電穿孔（electroporation）。

電穿孔會增加細胞膜通透性，使離子與細胞內物質外漏，破壞離子梯度與膜功能，導致微生物失活。效果受電場強度、脈衝數與時間、食品導電度及微生物種類影響。PEF 常用於液態或可泵送食品，具有處理時間短、熱負荷較低的特性；但細菌孢子通常比營養細胞耐受，PEF 不可直接視為可確保商業滅菌的處理。

（四）靜水壓

核心觀念

本題考比較黴菌的繁殖孢子與食品微生物學常稱的細菌「芽孢」（內生孢子，endospore）。關鍵在於：黴菌孢子主要用於繁殖與散布；細菌芽孢主要用於抵抗逆境、延續生存，並非繁殖構造。

黴菌可形成有性孢子或無性孢子；細菌芽孢則是部分細菌在不利環境下形成的休眠型態，常見於 Bacillus 與 Clostridium 等屬。

解題方法

以孢子的功能、形成方式、結構、耐受性與萌發結果逐項比較。回答時須特別說明兩者雖都稱為「孢子」，生物學上的作用並不相同；食品衛生上討論細菌孢子時，通常指芽孢。

黴菌孢子與細菌芽孢比較