民國115年 普通考試 食品衛生檢驗 食品微生物學概要考古題
民國115年 普通考試 食品衛生檢驗 食品微生物學概要收錄考選部官方試題，共 4 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
請說明微生物二次生長（Diauxic Growth）現象，對食品發酵有何影響，
請提出解決方案。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、定義：二次生長（diauxic growth，雙峰生長）是指批次培養中，微生物優先利用葡萄糖等易利用碳源，待其耗盡後出現短暫停滯，再誘導利用乳糖、半乳糖等次要碳源，形成兩段生長曲線。其機制涉及分解代謝物抑制（catabolite repression）與誘導物排除。
- 二、對食品發酵的影響：乳、蔬果、穀物等混合糖原料中，乳酸菌或酵母常先消耗葡萄糖，造成發酵延遲、停滯、殘糖偏高與批次品質不一；代謝途徑轉換可能生成雙乙醯、乙醛等風味物質，亦可能造成酸敗、產氣或保存性下降。
- 三、製程層面：二次生長會延長發酵時間、降低設備利用率，且起酵菌數與活力難以標準化；若殘留還原糖，後續汙染酵母、黴菌的風險增加；在高糖或高酸環境下，菌體反覆適應亦可能降低產酸速率。
- 四、解決方案一：採用混合或序列接種（co-culture／sequential starter），選用能同時利用多種糖的菌株；以馴化、預培養或固定化細胞縮短適應期，並依原料糖譜調整菌種比例與接種量。
- 五、解決方案二：以饋料批次（fed-batch）控制葡萄糖添加速率，避免高濃度葡萄糖造成抑制；搭配糖化酶水解、氮源與微量營養補充、pH 與溫度控制，以及線上監測產酸、二氧化碳與殘糖，必要時以菌株選育解除碳分解代謝物抑制。
請定義原生菌（Indigenous bacteria）、益生菌（Probiotics）、伺機性病原
菌（Opportunistic pathogens），說明此三者在腸道之交互作用。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、原生菌（indigenous bacteria）：指長期定殖於腸道、與宿主共同演化的常駐菌群（autochthonous microbiota），以嚴格厭氧菌為主，包括擬桿菌門與厚壁菌門等；其組成受年齡、飲食、抗生素影響，具屏障、代謝與免疫訓練功能。
- 二、益生菌（probiotics）：依聯合國糧農組織與世界衛生組織定義，為攝取適量時對宿主有益的活菌，常見乳酸桿菌（Lactobacillus）、雙歧桿菌（Bifidobacterium）與布拉氏酵母菌（Saccharomyces boulardii）；須能耐胃酸膽鹽、能定殖或暫存，並具菌株特異性證據。
- 三、伺機性病原菌（opportunistic pathogens）：平時毒力低或屬正常菌叢，當宿主免疫低下、黏膜破損、抗生素造成菌相失衡或留置醫療管路時，大量增殖、轉位並致病，如大腸桿菌（Escherichia coli）、腸球菌（Enterococcus）與白色念珠菌（Candida albicans）。
- 四、交互作用一：原生菌與益生菌藉占據黏附受體、競爭營養、產生短鏈脂肪酸與細菌素（bacteriocins）降低腸道 pH，形成定殖抵抗（colonization resistance），抑制伺機菌過度生長；益生菌亦可修復腸道屏障並調節免疫反應。
- 五、交互作用二：抗生素或壓力造成菌相失衡時，原生菌中的潛在病原可能大量增殖；免疫不全者使用益生菌仍有菌血症、轉位風險。故應依菌株、劑量與宿主狀態評估，不宜將原生菌或益生菌一概視為無害。
請說明以下列方式處理食品，達到延長食品保存期的機制：
（每小題5 分，共25 分）
加酸
加糖
脈衝電場
靜水壓
乳酸鏈球菌素（Nisin）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、加酸：添加醋酸、乳酸、檸檬酸等降低食品 pH，改變細胞膜內外質子梯度；未解離有機酸可穿透細胞膜，於胞內解離酸化細胞質、抑制酵素與 DNA 複製，並降低微生物耐熱性。惟黴菌、酵母及耐酸菌仍可生長，須搭配冷藏與低水活性。
- 二、加糖：高濃度糖與水結合，降低水活性（water activity, aw），使微生物無法取得自由水而脫水、質壁分離，抑制細菌與酵母生長；糖液亦可提高滲透壓。惟嗜滲透酵母與黴菌仍可存活，糖度不足或表面凝結水會使其失效。
- 三、脈衝電場（pulsed electric field, PEF）：以短暫高電壓脈衝造成細胞膜電穿孔（electroporation），形成不可逆孔洞，破壞膜完整性與胞內恆定，使微生物失活；屬非熱或低熱加工，適合果汁等液體食品。對芽孢與含顆粒食品效果有限，需控制場強、脈寬與溫度。
- 四、靜水壓（high hydrostatic pressure, HHP）：以水為介質施加 400–600 MPa 的均勻壓力，破壞細胞膜、蛋白質構型與酵素，導致營養細胞死亡並降低酵素活性；對熱敏感食品較能保留風味。細菌芽孢耐壓，須結合加熱、低 pH、抗菌肽或循環加壓。
- 五、乳酸鏈球菌素（nisin）：由乳酸鏈球菌（Lactococcus lactis）產生之羊毛硫抗生素（lantibiotic），與細胞壁前驅物 lipid II 結合，抑制肽聚醣合成並形成孔洞，主要作用於革蘭氏陽性菌（如 Listeria、Clostridium、Bacillus），亦可抑制芽孢萌發；對革蘭氏陰性菌效果有限，且易被蛋白酶分解，宜與其他柵欄技術併用。
請比較黴菌孢子與細菌孢子之差異。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、本質與功能：黴菌孢子多為繁殖構造，包括無性分生孢子（conidia）、孢囊孢子（sporangiospores）及有性孢子，用於傳播與繁衍；細菌孢子通常指內生孢子（endospore），是營養細胞在逆境下形成的休眠構造，並非繁殖方式，一個細胞僅形成一個芽孢。
- 二、形成與構造：黴菌孢子由菌絲分化、產孢構造產生，孢子壁含幾丁質、葡聚醣與黑色素，位於菌絲外部；細菌內生孢子於胞內形成，具核心（core）、皮層（cortex）、外殼（coat），部分具外孢膜（exosporium），並含吡啶二羧酸（DPA）與小酸溶性蛋白（SASPs）。
- 三、抗性與存活：細菌內生孢子耐熱、耐輻射、耐化學消毒與乾燥，可存活數年，是罐頭食品殺菌的重要指標；黴菌孢子對濕熱較敏感，但耐乾燥、耐低 pH 與低水活性，且可產生黴菌毒素。兩者均可附著於設備，形成汙染源。
- 四、萌發與食品意義：細菌芽孢在營養、熱激活等條件下萌發為營養細胞，於厭氧罐頭造成肉毒桿菌（Clostridium botulinum）風險；黴菌孢子萌發形成菌絲，造成食品腐敗、黴斑與毒素累積。檢測上，黴菌常以黴菌酵母計數，細菌芽孢需加熱激活後培養。
- 五、管制策略：針對細菌芽孢採高壓滅菌、商業滅菌、柵欄技術與冷鏈；針對黴菌孢子則控制水活性、防潮包裝、清潔消毒與通風。因兩者抗性不同，不能以同一殺菌條件互推，應依目標微生物制定製程與監測標準。