110 臺灣菸酒招考無 無 台菸酒從業職員 速食麵研發(二) (食品加工與食品微生物) 考古題詳解

核心觀念

食品乾燥是利用熱能及傳質作用，將食品中的水分移除，使食品水分含量或水活性降低。其主要目的不僅是「除去水分」，更在於抑制微生物生長、酵素作用及化學反應，以延長食品保存期限，同時兼顧色澤、風味、營養與復水性等品質。

乾燥食品的品質，主要取決於乾燥溫度、時間、空氣速度、相對濕度、食品形狀與厚度，以及乾燥方法是否適合食品特性。

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解題方法

本題採三段式作答：

1. 第一小題寫出乾燥對保存性、運輸性及加工性的作用。
2. 第二小題從食品乾燥後的物理性質、化學性質、微生物穩定性及食用性說明。
3. 第三小題直接列出七種常見乾燥機，並附簡要用途或原理，增加答案完整度。

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（一）食品乾燥的目的【9 分】

1. 降低水分含量及水活性

乾燥可移除食品中的自由水，使水活性降低。水活性降低後，微生物較難利用水分進行生長繁殖，食品的保存安定性因而提高。

2. 抑制微生物生長

細菌、酵母及黴菌的生長均需要適當水分。乾燥能降低食品的水活性，抑制腐敗菌及病原微生物繁殖，減少食品腐敗與食物中毒的風險。

3. 降低酵素作用

食品內的酵素反應通常需要水分參與。乾燥可降低酵素活性，減少褐變、脂肪水解、果膠分解及其他品質劣化反應。

4. 減緩化學反應及品質劣化

降低水活性可減少部分化學反應速率，例如非酵素性褐變、氧化反應及營養成分分解，有助於維持食品品質。

5. 延長食品保存期限

食品經乾燥後，因微生物及酵素反應受到抑制，在適當包裝與貯藏條件下可保存較久，增加產品的商品價值。

6. 減輕重量及體積

除去水分後，食品重量與體積通常明顯減少，便於搬運、倉儲及物流配送，並可降低運輸成本。

7. 增加食品利用及加工便利性

乾燥可將易腐敗的原料製成乾燥蔬菜、乾燥水果、奶粉、香辛料、麵條及即食食品配料，延長原料的利用期間。

8. 形成特殊風味、色澤及組織

乾燥過程可能使食品產生濃縮風味、焦香味、脆性或特定組織，例如乾燥水果、餅乾及部分速食食品配料。

9. 便於定量、包裝及商品化

乾燥食品通常較容易分裝、標準化及長途運輸，也可配合即食、沖泡或復水產品的製造，提高產品便利性。

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（二）乾燥食品的特性【9 分】

1. 水分含量低，水活性較低

乾燥食品的水分含量及水活性下降，因此具有較高的貯藏安定性。但低水分不代表絕對不會腐敗，若吸濕後水活性升高，仍可能發生微生物生長。

2. 重量及體積減少

乾燥後除去大部分水分，產品重量與體積降低，具有節省包裝、倉儲及運輸成本的優點。

3. 保存期限延長

由於微生物生長、酵素作用及部分化學反應受到抑制，乾燥食品通常比新鮮食品更耐保存。

4. 易吸濕及受潮

乾燥食品多具有吸濕性，暴露於高濕度空氣中容易吸收水分，造成結塊、軟化、失去脆性，並可能引發黴菌生長。因此需使用防潮包裝。

5. 復水性具有差異

乾燥食品加水後能否迅速恢復原有形狀、色澤、風味及組織，取決於乾燥時的溫度、速度、食品結構及細胞受損程度。凍結乾燥產品通常具有較佳復水性。

6. 組織及外觀可能改變

乾燥時水分移除會造成收縮、硬化、皺縮、孔隙形成或表面結皮，使產品外觀及口感與原料不同。

7. 色澤容易發生變化

乾燥過程中的高溫、氧化及酵素作用可能造成褐變、色素分解或色澤變淡。適當的前處理，例如 blanching、抗氧化處理及控制乾燥溫度，可減少色澤劣化。

8. 風味及香氣可能改變

揮發性香氣成分可能隨水分蒸發而流失；高溫也可能造成香氣劣化或產生焦香味。部分食品則因水分減少而使糖分、酸味及香味相對濃縮。

9. 營養成分可能受損

核心觀念

本題考查食品微生物生長所受的「內在因子（intrinsic factors）」與「外在因子（extrinsic factors）」。食品中的微生物是否能生長，不只取決於微生物本身，也受到食品組成、食品結構及儲藏環境共同影響。

微生物生長通常需同時具備下列條件：

1. 有適當的營養來源。
2. 有足夠的可利用水分。
3. 適宜的酸鹼值。
4. 合適的氧化還原狀態。
5. 適當的溫度、相對濕度及氣體環境。
6. 沒有足以抑制其生長的天然抗菌物質、添加物或其他微生物競爭。

食品微生物控制的基本原理，是使上述一項或數項條件不利於目標微生物，降低其生長速率，延長遲滯期，或使其死亡。

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解題方法

作答時可依「食品本身」與「食品外部環境」分成兩大類：

• 內在因子：食品固有的成分、物理性質與結構。
• 外在因子：食品儲藏與周遭環境所提供的條件。

每一項因子均應說明：

1. 因子的意義。
2. 對微生物生長的影響。
3. 食品中的實際例子或控制方式。

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一、內在因子

1. 酸鹼值（pH）

pH 是影響微生物生長最重要的食品內在因子之一。大多數細菌適合在接近中性的環境生長，酵母菌與黴菌則通常具有較強的耐酸性。

一般而言：

• 多數致病性細菌適合在接近中性的 pH 生長。
• 乳酸菌、醋酸菌等部分細菌具有耐酸性。
• 酵母菌與黴菌可在較低 pH 下生長。
• 低 pH 可抑制多數細菌，但不能完全防止酵母菌與黴菌。

食品的酸度又可分為：

• 高酸性食品：通常指 pH 小於 $4.6$ 的食品。
• 低酸性食品：通常指 pH 大於或等於 $4.6$ 的食品。

pH $4.6$ 是食品安全上的重要界線，因為肉毒桿菌在低於此 pH 的環境中通常無法產生毒素。因此，醃漬、發酵、添加有機酸等方法，可藉降低 pH 抑制病原菌。

須注意 pH 與總酸度並不相同。pH 表示氫離子活度，總酸度則表示食品中酸的總量；食品的緩衝能力會影響兩者關係。

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2. 水活性（water activity, $a_w$）

水活性表示食品中可供微生物利用的自由水程度，定義為：

$$a_w=\frac{P}{P_0}$$

其中：

• $P$：食品中水的蒸氣壓。
• $P_0$：相同溫度下純水的蒸氣壓。

水活性範圍為 $0$ 至 $1.0$。水活性越低，微生物可利用的水越少，生長越受抑制。

降低水活性的常用方式包括：

• 乾燥。
• 加鹽。
• 加糖。
• 冷凍。
• 製成濃縮食品。

一般趨勢如下：

• 多數革蘭氏陰性細菌需要較高的 $a_w$。
• 多數細菌的生長通常在 $a_w$ 約 $0.90$ 以上較為有利。
• 金黃色葡萄球菌的耐鹽性及耐低水活性較強。
• 酵母菌與黴菌通常比細菌能忍受較低的 $a_w$。
• 嗜糖酵母菌與嗜鹽菌可在更低的水活性下生長。

降低水活性只能抑制生長，不代表必然殺死微生物，因此低水活性食品仍可能有耐乾燥的黴菌、酵母菌或細菌孢子存活。

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3. 營養成分

微生物生長需要碳源、氮源、維生素、礦物質及水分等營養物質。不同食品的營養組成會決定哪些微生物容易生長。

例如：

• 肉類、乳品及蛋類含有豐富蛋白質、胺基酸及礦物質，適合多種細菌生長。
• 水果含有較多糖分及有機酸，較常受到酵母菌與黴菌危害。
• 穀類及乾燥食品水活性低，通常不利於細菌，但在受潮後容易發黴。
• 蛋白質分解菌可利用蛋白質及胺基酸，造成腐敗異味。
• 產酸菌可利用糖類產生乳酸、醋酸等代謝物。

食品的營養越豐富，且水活性與 pH 同時適合，越容易支持微生物大量繁殖。

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4. 氧化還原電位（oxidation-reduction potential, $E_h$）

氧化還原電位表示食品環境容易接受電子或供出電子的程度，通常以 $E_h$ 表示。

• 高 $E_h$：環境較氧化，有利於需氧性微生物，例如多數黴菌及部分需氧細菌。
• 低 $E_h$：環境較還原，有利於厭氧性或兼性厭氧性微生物。

影響食品 $E_h$ 的因素包括：

• 食品與空氣接觸程度。
• 食品組織完整性。
• 食品中還原性物質的含量。
• 包裝方式。
• 微生物本身的呼吸作用。

例如，食品表面接觸空氣，氧化還原電位較高，較容易長黴；罐頭食品內部氧氣少，氧化還原電位較低，需注意厭氧菌及兼性厭氧菌的生長。

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5. 抗菌性物質

食品本身可能含有天然抗菌物質，能抑制微生物生長。常見例子包括：

• 牛乳中的乳鐵蛋白及乳過氧化酶系統。
• 蛋白中的溶菌酶。
• 香辛料中的精油成分。
• 大蒜、洋蔥中的含硫化合物。
• 蔓越莓等植物中的酚類及有機酸。
• 某些食品發酵產生的乳酸、醋酸及細菌素。

食品加工也可加入防腐劑，如山梨酸、苯甲酸、丙酸及亞硝酸鹽等。這些物質的抑菌效果通常受 pH 影響，許多有機酸在低 pH 下以未解離型存在，較容易進入微生物細胞，破壞其代謝功能。

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6. 生物性結構

食品的天然外部結構可形成物理性屏障，阻止微生物進入食品內部。

例如：

• 水果與蔬菜的表皮。
• 蛋殼及其膜層。
• 堅果外殼。
• 種子外皮。
• 動物皮膚及黏膜。

食品若遭到切割、碰撞、去皮、去殼或加工破壞，屏障功能降低，內部營養物質暴露，微生物便較容易侵入並繁殖。因此，完整食品通常比切碎、去皮或絞碎食品較耐保存。

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7. 食品中各成分間的交互作用

食品中的糖、鹽、蛋白質、脂質及有機酸會互相影響微生物可利用的水分、pH 與抗菌性。

例如：

• 糖與鹽可藉滲透壓降低水活性。
• 蛋白質及磷酸鹽具有緩衝作用，使食品不易因產酸而快速降低 pH。
• 脂質氧化會產生過氧化物及醛類，可能抑制部分微生物，也可能造成食品品質劣化。
• 食品乳化或切碎後，水分、氧氣與營養物質的分布改變，會影響微生物的生長位置與速率。

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二、外在因子

1. 儲藏溫度

溫度會影響微生物的酵素活性、細胞膜功能及整體代謝速率。

依適宜溫度，可將微生物概分為：

• 嗜冷菌：適合低溫生長。
• 低溫嗜冷菌或耐冷性微生物：可在冷藏溫度下生長。
• 中溫菌：多數食品腐敗菌及人類病原菌屬於此類。
• 嗜熱菌：適合較高溫度生長。

食品保存原則如下：

• 冷藏可降低多數中溫菌的生長速率，但不能保證所有微生物停止生長。
• 冷凍可大幅抑制微生物生長，但許多微生物仍可存活。
• 加熱可殺死營養細胞，但耐熱孢子可能存活。
• 反覆解凍與冷凍會增加食品受污染及品質劣化的機會。

核心觀念

本題考查食品中病原菌、毒素、過敏原及特定成分的快速檢驗原理。答題時應分別掌握：

1. ELISA 是利用「抗原—抗體專一性結合」，再以酵素反應產生顏色、螢光或其他可測訊號。
2. PCR 是利用「DNA 互補配對」及耐熱 DNA 聚合酶，反覆進行變性、引子黏合與延伸，使目標 DNA 指數增幅。
3. 優點應從快速性、專一性、靈敏度、操作便利性說明；缺點則應指出檢測對象、基質干擾、假陽性、設備及成本等限制。

本題非選擇題，無選項逐一判斷問題；應以「原理、操作流程、優點、缺點」完整作答。

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（一）酵素聯結免疫分析法 ELISA【12 分】

1. 核心原理

ELISA 利用抗原與抗體之間的高度專一性結合，將待測物固定於固相載體上，再使用與酵素連結的抗體進行免疫反應。加入酵素受質後，酵素催化受質產生有色產物，藉由分光光度計測定吸光值，推算待測物的有無或濃度。

其基本反應可表示為：

$$\text{抗原}+\text{抗體}\rightleftharpoons\text{抗原—抗體複合物}$$ $$\text{酵素}+\text{受質}\rightarrow\text{有色產物}$$

顏色強度通常與待測物濃度呈正相關，但競爭型 ELISA 中，顏色強度則與待測物濃度呈反比。

2. 基本操作流程

一般 ELISA 的檢測流程包括：

1. 將抗原或抗體固定於微量盤孔洞表面。
2. 加入檢體，使其中的待測抗原與固定抗體結合。
3. 洗滌去除未結合物質。
4. 加入帶有酵素標記的抗體，使其與抗原形成複合物。
5. 再次洗滌，去除未結合的標記抗體。
6. 加入酵素受質，使其產生顏色反應。
7. 測定吸光值，並與標準曲線或陰、陽性對照比較。

常見形式如下：

• 直接型 ELISA：酵素直接標記於一級抗體，操作快速，但訊號放大效果較弱。
• 間接型 ELISA：未標記的一級抗體先與抗原結合，再由酵素標記的二級抗體辨識一級抗體，靈敏度較高。
• 夾心型 ELISA：以捕捉抗體與偵測抗體夾住待測抗原，適合檢測蛋白質、毒素及病原菌抗原。
• 競爭型 ELISA：檢體中的待測物與標準抗原競爭抗體結合位置，適合小分子物質；待測物越多，顏色通常越弱。

3. 優點

（1）專一性高

抗原與抗體具有專一性，可針對特定病原菌、病毒抗原、黴菌毒素、食品過敏原或蛋白質成分進行檢測。

（2）靈敏度佳

藉由抗體反應及酵素催化作用，可以檢出低濃度待測物。間接型及夾心型 ELISA 還可透過多重免疫反應提升訊號。

（3）適合大量檢體分析

微量盤可同時處理許多檢體，適合食品工廠的例行監測、批次篩檢及衛生管理。

（4）操作相對簡便、快速

與傳統培養、分離及生化鑑定相比，通常可縮短檢驗時間，且可使用商業化試劑盒，降低操作複雜度。

（5）可進行定性及定量分析

以陰性、陽性對照可判斷待測物是否存在；配合標準曲線則可估算待測物濃度。

（6）設備需求較低

主要設備為微量盤、洗滌裝置及酵素免疫分析儀或分光光度計，較大型分子分析設備容易建置。

4. 缺點

（1）抗體品質會直接影響結果

抗體若專一性不足，會與結構相近的物質產生交叉反應，造成假陽性；抗體親和力不足則會降低靈敏度。

（2）食品基質容易造成干擾

食品中的脂肪、蛋白質、多醣、色素、鹽分及加工添加物，可能影響抗原抗體結合、洗滌效率或呈色反應。

（3）前處理及萃取方法會影響檢測結果

待測物若被食品成分包覆、吸附、變性或萃取不完全，會造成假陰性或測值偏低。

（4）無法直接判定微生物是否存活

ELISA 檢測的是抗原、毒素或其他免疫反應物，若食品中存在已死亡的細胞或殘留抗原，也可能呈陽性。因此陽性結果不必然代表仍有活菌存在。

（5）定量準確度有限

若檢體濃度超出標準曲線範圍、抗原抗體反應不完全，或食品基質與標準液不同，定量結果可能產生偏差。

（6）試劑保存及操作條件需嚴格控制

抗體、酵素標記物及受質對溫度、光線及保存時間敏感；反應時間、洗滌次數、溫度及加樣誤差均會影響結果。

（7）通常需以確認試驗佐證

ELISA 適合作為快速篩檢法。對於法規判定或爭議檢體，通常需配合培養分離、化學分析或分子生物學方法進行確認。

5. 解題技巧與常見陷阱

• 看到 ELISA，第一關鍵詞應寫「抗原—抗體專一性結合」。
• 第二關鍵詞應寫「酵素標記」及「加入受質產生顏色」。
• 優點不可只寫「快速」，須補充專一性高、適合大量檢體及可定量。
• 缺點不可誤寫成「一定能判斷活菌」。ELISA 多數情況下無法區分死菌與活菌。
• 競爭型 ELISA 的判讀方向要特別注意：待測物濃度越高，顏色訊號通常越低。

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（二）聚合酶鏈鎖反應法 PCR【13 分】

1. 核心原理

PCR 是在體外利用耐熱 DNA 聚合酶、DNA 模板、引子、四種脫氧核苷三磷酸及適當緩衝液，針對特定 DNA 片段進行大量複製的方法。

PCR 的專一性主要來自兩條引子：

• 引子必須與目標 DNA 的兩端互補。
• 兩引子所夾住的區域即為擴增片段。
• 每一循環理論上可使目標 DNA 數量加倍，因此經多循環後呈指數增加。

理論上，若初始模板數量為 $N_0$，擴增循環數為 $n$，擴增效率為百分之百，則：

$$N_n=N_0\times 2^n$$

2. 反應組成

PCR 反應通常包含：

核心觀念

本題考查食品保存中的「欄柵技術」（hurdle technology）。其核心不是依賴單一強烈加工條件，而是將數個強度較溫和的保存因子組合，使微生物必須連續突破多重障礙，因而達到抑制生長、降低存活率及延長保存期限的目的。

欄柵技術主要達成下列效果：

1. 抑制病原菌及腐敗菌生長。
2. 降低微生物耐受性及繁殖速度。
3. 兼顧食品安全、風味、色澤及營養品質。
4. 透過多重欄柵的加成或協同作用，減少單一處理過度強烈所造成的品質損失。

常見的欄柵因子包括溫度、水活性、酸鹼值、氧化還原狀態、包裝氣氛、防腐劑及有益微生物等。

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解題方法

作答時可依下列架構：

1. 先定義欄柵技術：數種保存因子組合形成多重障礙。
2. 再按題目指定的三類，各列出三種方法，並簡述其作用。
3. 最後以一種食品為例，指出該食品使用了哪些欄柵，以及各欄柵如何共同抑制微生物。

分類時應注意：

• 「物理性欄柵」偏重溫度、熱處理、乾燥及包裝等加工或環境條件。
• 「物理化學性欄柵」偏重酸鹼值、水活性、防腐劑、氧化還原狀態等食品內在或化學條件。
• 「微生物欄柵」則利用有益微生物、代謝產物或微生物間競爭抑制有害菌。

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（一）欄柵技術的定義【5 分】

欄柵技術是指在食品保存過程中，綜合運用兩種以上強度較溫和的保存因子，形成多重且相互配合的「欄柵」，使食品中的微生物難以適應、存活或繁殖，藉以提高食品安全性並延長保存期限。

各欄柵的作用可能包括：

• 破壞微生物細胞。
• 抑制微生物的代謝及繁殖。
• 降低微生物對其他保存條件的耐受性。
• 阻止微生物重新污染或於食品中恢復生長。

例如，單獨使用低濃度防腐劑的抑菌效果有限，但若同時配合低水活性、低 pH 值及冷藏，微生物便須同時克服多項不利條件，整體保存效果會顯著提高。

欄柵技術的重點是「多重障礙的整合」，並非單純將多種加工方法並列使用；各欄柵之間應具有加成或協同作用。

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（二）三類欄柵及其應用方法【15 分】

1. 物理性欄柵

（1）加熱處理

利用巴氏殺菌、商業殺菌或其他適當熱處理降低食品中的營養細胞及部分孢子數量。

其主要作用為：

• 直接殺死或降低微生物數量。
• 降低食品初始菌數，使後續欄柵較容易發揮效果。

熱處理強度必須配合食品特性及目標微生物，過度加熱會造成色澤、風味及營養損失。

（2）冷藏或冷凍

冷藏可降低微生物的生長速率；冷凍則藉由低溫及部分水分形成冰晶，降低微生物可利用的液態水分。

其作用包括：

• 抑制多數細菌的生長。
• 延緩酵母菌及黴菌繁殖。
• 降低食品中酵素反應速率。

冷藏並不等於完全殺菌，部分嗜冷性微生物仍可生長，因此通常須與其他欄柵配合。

（3）乾燥或脫水

藉由熱風乾燥、冷凍乾燥或其他脫水方式移除食品中的水分，使微生物可利用的水分降低。

乾燥後食品的水活性降低，微生物因缺乏可利用水分而無法正常進行代謝及繁殖。乾燥食品仍須搭配防潮包裝，避免吸濕後水活性上升。

其他可列入物理性欄柵的方法包括：

• 真空包裝或氣調包裝。
• 高壓處理。
• 食品照射。
• 過濾除菌。

2. 物理化學性欄柵

（1）降低 pH 值

利用醋酸、乳酸、檸檬酸等有機酸，或藉由乳酸發酵降低食品酸鹼值。

低 pH 值可：

• 抑制多數腐敗菌及病原菌。
• 干擾微生物酵素活性。
• 破壞細胞膜功能及物質運輸。
• 增加有機酸未解離型分子進入細胞後的抑菌作用。

低 pH 值對酵母菌及黴菌的抑制效果通常較細菌弱，因此常需配合低水活性、加熱或防腐劑。

（2）降低水活性

食品水活性可表示為：

$$a_w=\frac{P}{P_0}$$

其中 $P$ 為食品中水分的蒸氣壓，$P_0$ 為相同溫度下純水的蒸氣壓。