113 高普考高考二級 水產利用 高等食品微生物學 考古題詳解

核心觀念

本題考金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的基本生理特性，以及其造成食物中毒的致病機制。答題時須分清楚「細菌生長的條件」與「腸毒素形成的條件」：攝入食物中已形成的腸毒素，才是典型金黃色葡萄球菌食物中毒的直接原因。

解題方法

依序整理菌體特徵、腸毒素形成溫度與致病機制。溫度範圍要明確寫出最適範圍；致病機制則指出腸毒素屬於耐熱的預成毒素，並說明它如何引發急性腸胃症狀。

性狀與腸毒素形成溫度

• 格蘭氏染色：格蘭氏陽性球菌，常呈葡萄串狀排列。
• 氧氣喜好：兼性厭氧菌，有氧或無氧環境均可生長。
• 產孢與否：不形成芽孢。
• 腸毒素產生溫度：一般資料所列可產毒範圍約為 10–46°C，最適產毒溫度約為 40–45°C。實際產毒程度也受菌株、食物基質、酸鹼值、水活性及保存時間影響。

致病機制

核心觀念

調氣包裝（modified atmosphere packaging, MAP）是以特定氣體組成取代或改變食品周圍的空氣，常用氣體包括二氧化碳、氧氣與氮氣。它能改變微生物生長環境，延緩腐敗，但不是殺菌處理；食品中仍可能有存活的腐敗菌或病原菌。

本題重點是分析三項因素如何共同影響微生物：

1. 儲存溫度：影響微生物生長速率，也影響二氧化碳在食品中的溶解度。
2. 二氧化碳濃度：影響二氧化碳溶入食品、微生物抑制程度，以及包裝內氣體平衡。
3. 食品 pH：影響微生物對酸性環境的耐受，也會改變二氧化碳所造成的抑菌效果。

解題方法：逐項說明三因素的影響

一、儲存溫度

MAP 食品應維持低溫冷藏。低溫可直接減慢微生物的酵素反應、代謝與繁殖，並與二氧化碳的抑菌作用加成。溫度愈低，二氧化碳在食品水相中的溶解度通常愈高，因此較能發揮抑菌效果。

若冷藏失控，微生物生長速度會上升，且二氧化碳溶解度下降，MAP 的保存效果隨之減弱。尤其需留意：抑制需氧腐敗菌並不代表病原菌都受到同等抑制；某些兼性厭氧菌或低溫可生長的病原菌，仍可能在冷藏 MAP 食品中存活或生長。

二、二氧化碳濃度

增加包裝內二氧化碳比例，通常可延長冷藏食品的保存期限，原因是二氧化碳溶入食品後抑制部分微生物生長。其作用常表現為延長微生物的遲滯期、降低生長速率，而非立即殺死微生物。

對高水分、冷藏保存、腐敗菌以需氧革蘭氏陰性菌為主的食品，二氧化碳效果通常較明顯。不同微生物的敏感性不一：許多需氧腐敗菌較易受抑制；乳酸菌、酵母菌、黴菌，以及部分兼性厭氧菌的反應則視種類與食品條件而異。

二氧化碳濃度不能脫離食品性質單獨判斷。高濃度二氧化碳可能溶入食品並造成包裝塌陷，也可能使食品出現酸味或其他品質變化。因此，實務上須依食品種類、包裝材料與預期保存條件調整氣體比例。

三、pH

食品 pH 愈低，微生物承受的酸性壓力愈大，MAP 與酸性的抑菌作用通常可相互加成。二氧化碳溶入食品水相後形成碳酸系統，可降低食品表面或液相的 pH；

核心觀念

本題考查食品照射時，微生物受輻射破壞的機制，以及哪些因素會改變其輻射抗性與處理效果。食品照射常用游離輻射，如伽馬射線、電子束與 X 射線；輻射可直接損傷 DNA，也可使水分子產生自由基，間接破壞細胞內重要成分。

微生物對輻射的敏感度常以 D 值描述：在特定條件下，使存活菌數降低 90%（降低 1 個對數週期）所需的吸收劑量。D 值愈大，表示微生物愈耐輻射。若採用對數線性失活模型：

其中 $N_0$ 為處理前菌數、$N$ 為處理後菌數、$D_{10}$ 為降低 1 log 所需劑量。因此，達到相同殺菌效果所需劑量，會受微生物種類及食品、環境條件影響。

解題方法

依「微生物特性—照射環境與食品基質—處理條件」三個層次整理。前者決定微生物本身的抗性；後兩者會影響輻射造成的損傷能否形成，以及實際吸收劑量是否足夠。

一、微生物本身的因素

1. 種類與菌種差異 不同微生物的 DNA 修復能力、細胞結構與抗氧化防禦能力不同，輻射抗性因而有別。一般而言，細菌芽孢比同種細菌營養細胞耐受性高；不同菌種間的差異也可能很大。

2. 生理狀態與生長階段 生長期、培養條件、營養狀態及細胞是否處於休眠，均會影響其對損傷的反應。芽孢及休眠狀態通常較耐受；受環境壓力後形成的耐受性，也會改變照射結果。

3. 菌體數量與聚集狀態 菌量高時，要達到相同的最終菌數，通常需要更大的總殺菌效果。菌體若聚集、附著於顆粒或藏在食品組織內，局部遮蔽或食品內劑量不均，會使部分菌體較難被有效照射。

4. 菌體修復能力 照射造成的部分損傷可能被微生物修復。照射後的環境與保存條件若有利於修復及增殖，最終可觀察到的殺菌效果會降低。

二、食品與照射環境的因素

1. 氧氣與氣體組成 有氧時，輻射產生的自由基可與氧作用，形成更具反應性的物質，使細胞損傷增加；缺氧或真空包裝通常會降低此類氧增敏效果。氣體環境也會影響照射後的氧化反應與菌體存活。

2. 水分與水活性 水分參與自由基生成。食品中的水分狀態及水活性會改變間接輻射作用；低水分食品中，自由基擴散及其對菌體的作用可能減弱，使微生物較耐受。水分效果須與食品基質及其他條件一併判斷。

核心觀念

大腸桿菌群（coliform group）是食品與水質衛生檢驗常用的指標菌群。傳統上依生理特性界定：革蘭氏陰性、無芽孢的桿菌，能在指定培養條件下發酵乳糖並產酸、產氣。大腸桿菌群數量可反映製程衛生與污染情形，但檢出大腸桿菌群不等於直接證明存在病原菌，也不能單憑數量判定食品必然安全或不安全。

傳統食品微生物學常列出下列菌屬：

• Escherichia
• Enterobacter
• Klebsiella
• Citrobacter

大腸桿菌群屬於依培養與生化特性界定的操作性菌群，成員範圍會隨採用的檢驗方法與判定條件而異；作答時以上述四個主要菌屬為核心。

解題方法：列出三種定量方法

題目要回答的是「如何估算食品或飲水中大腸桿菌群的數量」。可從液體培養的統計估算、固體培養基的菌落計數，以及濾膜濃縮後計數三種原理作答。

一、多管發酵法／最確數法（MPN）

將不同稀釋度的檢體分別接種多支含乳糖培養液，培養後觀察產酸、產氣等陽性反應。依各稀釋度陽性試管的組合，查最確數表，估算檢體中菌數，結果表示為 MPN/g 或 MPN/mL。

此法特別適合菌數較低、檢體不易直接以平板計數的情形。MPN 是依陽性管組合推估的統計值，不是直接數出來的菌落數。

二、直接平板計數法

將檢體製成適當稀釋液，取定量檢液接種至選擇性或鑑別性培養基，依方法規定培養，再計算符合判定條件的菌落數。

核心觀念

蘋果醋是以蘋果汁或蘋果酒為原料，經由酒精發酵與醋酸發酵兩階段製成的發酵食品。題目核心在於說明兩階段的先後關係、化學變化、參與微生物，以及製程如何提供適合微生物作用的環境。

第一階段由酵母菌將蘋果汁中的糖轉為乙醇與二氧化碳：

第二階段由醋酸菌在有氧條件下將乙醇氧化成醋酸，反應可概括為：

因此，製醋需先讓酵母菌在適合發酵的條件下產生酒精，再供醋酸菌利用乙醇製成醋酸。酒精發酵主要需要低氧或缺氧環境；醋酸發酵則需要充分供氧。

解題方法

可依「原料處理 → 酒精發酵 → 醋酸發酵 → 熟成與成品處理」的製程順序作答，並在每一階段交代原料變化、操作條件及使用的微生物。這樣能完整呈現蘋果醋如何由果汁中的糖，依序轉成乙醇與醋酸。

一、原料處理

選用成熟、無腐敗或嚴重損傷的蘋果，經清洗、挑選後破碎、榨汁；也可先製成果漿，再進行壓榨取汁。必要時調整糖度與酸度，使果汁適合酵母菌發酵。若採控制較嚴格的製程，可對果汁進行適度熱處理，以降低雜菌並提升發酵穩定性；之後冷卻至適合接種的溫度。

二、酒精發酵

接種釀酒酵母，常用菌種為釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）。酵母利用蘋果汁中的葡萄糖、果糖等可發酵糖，在缺氧或低氧條件下產生乙醇與二氧化碳，形成蘋果酒或含酒精的發酵液。

發酵完成後，可視製程需要進行澄清或分離果渣，並確認發酵液含有適合醋酸菌作用的乙醇。這一步的產物是後續醋酸發酵的基質，尚不是蘋果醋的主要酸味來源。

三、醋酸發酵

將含乙醇的蘋果酒接種醋酸菌，代表性菌種包括醋酸菌屬（Acetobacter），例如 Acetobacter aceti；工業製程也可使用醋酸菌科中具高效產酸能力的菌株，例如 Komagataeibacter 屬菌株。