108 年 國立臺灣大學食品科技研究所丙組《食品微生物學》

此題主要考驗對食品儲存條件、微生物生長影響因子以及食品添加物作用的理解。

第一部分：調味豆干儲存期限較長的原因與配料影響

調味豆干相較於一般豆干，其儲存期限較長，主要歸因於在製作過程中添加了多種具有抑菌作用的配料。這些配料能有效抑制微生物的生長，從而延長食品的保存時間。

可能相關的配料包括：

• 鹽 (Salt): 高濃度的鹽能透過滲透壓原理，使微生物細胞脫水，抑制其生長。
• 糖 (Sugar): 類似於鹽，高濃度的糖也能產生滲透壓，降低水分活性（$a_w$），不利於微生物生長。
• 醋 (Vinegar) 或酸性物質: 調味豆干常會加入醋或檸檬酸等酸性物質，降低 pH 值。大多數微生物在酸性環境下生長緩慢或受抑制。
• 香辛料 (Spices): 如辣椒、薑、蒜、花椒等，許多香辛料本身含有抗菌成分，例如蒜素（allicin）、薑辣素（gingerol）等，能直接抑制微生物生長。
• 己二烯酸鉀 (Potassium sorbate) 或苯甲酸鈉 (Sodium benzoate) 等防腐劑: 雖然題目未明確提及，但部分調味豆干為延長保質期，可能會合法添加這些化學防腐劑，它們能有效抑制黴菌、酵母菌及部分細菌的生長。

第二部分：調味豆干儲存後最可能生長的微生物類別

雖然調味豆干有抑菌配料，但若儲存條件不當（如溫度升高、包裝破損），仍可能發生微生物生長。考量到調味豆干通常水分活性相對較低，且可能經過加熱處理，最有可能在其上生長的微生物類別會是：

• 黴菌 (Molds): 黴菌對水分活性的要求相對較低，且許多黴菌能在較低 pH 值和高鹽、高糖的環境下生長。它們通常是調味食品中常見的劣變菌。
• 酵母菌 (Yeasts): 酵母菌也比多數細菌更能耐受較低的水分活性、高糖和高酸的環境。

此題考查「指標微生物」的概念及其在食品安全與品質管制中的重要性，以及選擇指標微生物的標準。

第一部分：「指標微生物」的重要性

「指標微生物」(Indicator organism)是指食品中並非直接致病，但其存在能顯示食品受到糞便污染、衛生條件不良或處理不當的微生物。其重要意義在於：

1. 評估食品安全風險: 指標微生物的存在，通常意味著可能同時存在致病菌。例如，糞便指標菌（如大腸桿菌群）的存在，暗示該食品可能被糞便污染，進而可能存在沙門氏菌、彎曲桿菌等致病菌。
2. 監測衛生條件: 指標微生物可用來評估食品生產過程的衛生狀況，例如設備清潔度、操作人員衛生習慣、水源品質等。若指標微生物含量過高，表示生產環境或過程存在衛生漏洞。
3. 作為品質管制工具: 指標微生物的檢測可以作為食品廠自主管理的一部分，用於監控生產流程的穩定性，確保產品質量。
4. 經濟且快速的檢測: 相較於檢測所有可能的致病菌，指標微生物的檢測方法通常較為簡單、快速且成本較低，能提供及時的預警。

第二部分：作為「指標微生物」應具備的條件

一個理想的指標微生物應具備以下條件：

此題考查對弧菌 Vibrio parahaemolyticus 的微生物特性、生態學及在食品領域的意義的掌握。

核心觀念: 了解弧菌的典型特徵、生長條件、自然界分布及在食品中毒中的角色。

(a) 革蘭氏染色反應、對氧氣、溫度、鹽度的需求

• 革蘭氏染色反應 (Gram staining): Vibrio parahaemolyticus 是革蘭氏陰性 (Gram-negative) 的細菌。
• 對氧氣的需求 (Oxygen requirement): Vibrio parahaemolyticus 是兼性厭氧菌 (Facultative anaerobe)，表示它在有氧或無氧的環境下都能生長，但在有氧條件下生長更佳。
• 對溫度的需求 (Temperature requirement): 它是一種喜溫菌 (Mesophile)，最適合的生長溫度範圍約為 $30 \sim 37^\circ\text{C}$，但也能在 $15 \sim 42^\circ\text{C}$ 的較寬範圍內生長。其生長溫度下限較高，這使得在冷藏條件下生長緩慢，但在室溫或高溫下則生長迅速。
• 對鹽度的需求 (Salinity requirement): Vibrio parahaemolyticus 是喜鹽菌 (Halophile)，特別是中度喜鹽菌 (Moderately halophilic)。它需要在含有一定濃度鹽（NaCl）的環境中才能良好生長，最適合的鹽濃度約為 $2\% \sim 3\%$，但能在 $0.5\% \sim 8\%$ 的鹽濃度範圍內生長。

此題考查食品中影響微生物生長的四大關鍵因子（水分活性、溫度、氧氣、pH值）對三種重要微生物（大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、肉毒桿菌）生長的影響。

核心觀念: 了解各環境因子對微生物生長曲線的影響，以及不同微生物對這些因子的耐受性差異。

1. 水分活性 ($a_w$)

水分活性是指食品中自由水的含量，是影響微生物生長最重要的因素之一。

• 大腸桿菌 (Escherichia coli): 屬於腸道菌，對水分活性要求較高，通常需要 $a_w > 0.95$ 才能良好生長。在 $a_w < 0.85$ 時生長受到顯著抑制，但部分菌株可能在更低 $a_w$ 下存活。
• 金黃色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus): 是一種常見的食源性病原菌，與大腸桿菌類似，也需要較高的水分活性，最佳生長範圍在 $a_w > 0.97$。它比大腸桿菌對較低水分活性有稍好的耐受性，能在 $a_w$ 約 $0.86$ 的條件下生長，這也是其在某些高鹽食品（如醃製肉品）中潛在風險的原因。
• 肉毒桿菌 (Clostridium botulinum): 這是嚴格厭氧菌，且其某些菌株（尤其是 B 型和 E 型）對水分活性的要求相對較低。特別是 肉毒桿菌 E 型，其生長所需最低水分活性約為 $a_w = 0.97$。然而，肉毒桿菌 A 型和 B 型 的生長最低水分活性約為 $a_w = 0.94$。最重要的是，產毒的肉毒桿菌有形成耐熱的孢子 (spores)，這些孢子在極低水分活性下也能存活（儘管不生長）。

2. 貯藏溫度 (Storage Temperature)

微生物的生長速率與溫度密切相關，不同微生物有不同的最適生長溫度和耐受範圍。

• 大腸桿菌: 屬於喜溫菌 (Mesophile)，最佳生長溫度約為 $37^\circ\text{C}$。可以在 $7 \sim 48^\circ\text{C}$ 的範圍內生長，但低溫（如冷藏 $4^\circ\text{C}$）會顯著減緩其生長，高溫（如 $50^\circ\text{C}$ 以上）則會導致死亡。
• 金黃色葡萄球菌: 也是喜溫菌，最佳生長溫度約為 $37^\circ\text{C}$。其生長範圍與大腸桿菌相似，約在 $7 \sim 48^\circ\text{C}$。與大腸桿菌相比，它對溫度變化的耐受性稍強，且其產生的毒素（腸毒素）對高溫有一定耐受性。
• 肉毒桿菌: 大部分肉毒桿菌（A 型、B 型）是喜溫菌 (Mesophile)，最佳生長溫度約為 $30 \sim 37^\circ\text{C}$，生長範圍約為 $10 \sim 50^\circ\text{C}$。E 型肉毒桿菌 則屬於嗜冷菌 (Psychrotroph)，其最適生長溫度較低，約為 $20 \sim 25^\circ\text{C}$，且能在 $0 \sim 30^\circ\text{C}$ 的範圍內生長，這使得冷藏食品（如真空包裝的魚、肉）成為 E 型肉毒桿菌的潛在風險。肉毒桿菌的孢子則非常耐熱，需經高壓滅菌才能殺滅。

3. 氧氣含量 (Oxygen Content)

氧氣的存在與否影響微生物的代謝方式和生長。

• 大腸桿菌: 是兼性厭氧菌 (Facultative anaerobe)，在有氧（好氧）和無氧（厭氧）條件下都能生長，但在有氧條件下生長最快。
• 金黃色葡萄球菌: 是兼性厭氧菌 (Facultative anaerobe)，與大腸桿菌類似，有氧時生長較佳。
• 肉毒桿菌: 是專性厭氧菌 (Obligate anaerobe)，絕對需要在無氧環境下才能生長。這也是為什麼在真空包裝或罐頭食品中，若殺菌不完全，肉毒桿菌容易滋生並產生毒素。

此題考查不同儲存溫度對鮮奶中微生物生長速率及腐敗過程的影響。

核心觀念: 溫度是影響微生物生長速率和代謝活動的最關鍵因素之一。低溫（冰箱）能顯著抑制微生物生長，而室溫則加速其繁殖和產毒。

鮮奶在室溫下的微生物腐敗 (Room Temperature Spoilage)

1. 微生物生長快速: 鮮奶在室溫下（例如 $20 \sim 30^\circ\text{C}$）提供了許多常見的乳品腐敗菌（如乳酸菌、假絲酵母菌、某些腸桿菌科細菌）理想的生長溫度。這些微生物的繁殖速率非常快，數量呈指數級增長。
2. 代謝產物豐富且快速產生: 隨著微生物數量的快速增加，它們會大量代謝產生各種產物，例如：
   • 酸 (Acids): 乳酸菌分解乳糖產生乳酸，導致 pH 值快速下降，使鮮奶凝固（酸敗），產生酸味。
   • 蛋白酶 (Proteases): 某些細菌或黴菌產生的蛋白酶會分解牛奶中的酪蛋白，產生多肽和胺基酸，進而產生不良的風味（如苦味、腐敗味）和質地改變（如變稀、產生泡沫）。
   • 其他代謝物: 可能產生硫化物（產生臭雞蛋味）、酮類、醛類、胺類等，共同造成鮮奶的腐敗。
3. 腐敗速度快，易產生毒素: 在室溫下，除了造成感官風味和質地改變的腐敗，一些條件致病菌（如金黃色葡萄球菌、沙門氏菌，若存在於原奶中或加工過程中污染）也可能在短時間內大量繁殖並產生毒素（如金黃色葡萄球菌腸毒素），即使後續將其冷藏，毒素也通常不會被破壞，從而引發食物中毒。
4. 感官變化明顯且迅速: 鮮奶在室溫下很快會出現明顯的凝固、產生酸味、發酵味、甚至腐臭味，外觀也會改變。

鮮奶在冰箱中的微生物腐敗 (Refrigerated Spoilage)

1. 微生物生長緩慢: 冰箱的低溫（通常 $0 \sim 4^\circ\text{C}$）能顯著降低大多數微生物的生長速率。雖然鮮奶中可能存在一些嗜冷菌 (psychrophiles) 或嗜冷性細菌 (psychrotrophs)（如某些假單胞菌 Pseudomonas spp.、乳酸菌、酵母菌），但它們的生長速度遠慢於在室溫下。
2. 代謝產物緩慢產生: 由於微生物數量增長緩慢，其代謝產物的產生量也較少，腐敗過程所需時間大大延長。

此題考查對食品安全管理系統 HACCP 的基本認識，包括其全名和核心的七大原則。

核心觀念: HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points) 是一個系統性的預防性食品安全管理工具。

HACCP 全名:

HACCP 的全名是 Hazard Analysis and Critical Control Points。
中文常譯為「危害分析重要管制點」。

HACCP 的七大原則 (Seven Principles of HACCP):

HACCP 系統由以下七項原則組成，這些原則是建立和實施 HACCP 計畫的基礎：

1. 進行危害分析 (Conduct a Hazard Analysis):

   • 目的：識別出在食品生產的每一個環節（從原料採購到最終消費）可能發生的所有潛在的生物性（如細菌、病毒）、化學性（如農藥殘留、清潔劑）和物理性（如玻璃碎片、金屬屑）危害。
   • 方法：評估這些危害發生的可能性及其嚴重性，並確定哪些危害是顯著的，需要透過 HACCP 計畫來控制。

2. 確定重要管制點 (Determine Critical Control Points, CCPs):

   • 目的：根據危害分析的結果，識別出食品生產過程中能夠、並且必須進行控制，以預防、消除或將食品危害降低至可接受水準的步驟或點。
   • 方法：使用決策樹 (decision tree) 等工具來判斷一個步驟是否為 CCP。CCP 是指如果在此點控制失敗，將導致無法接受的食品安全風險。

3. 建立重要管制極限 (Establish Critical Limits):

   • 目的：為每一個 CCP 設定可接受的標準或準則（例如溫度、時間、pH 值、水分活性、化學添加劑的量等），以確保危害被有效控制。
   • 方法：這些極限必須是科學的、可測量的，並能保證危害不會超出可接受的水平。

此題考查對三種不同類型微生物（一種常見的腐敗菌，一種重要的致病菌，一種產生致命毒素的厭氧菌）在肉品腐敗和食品中毒中的作用的理解。

核心觀念: 區分不同微生物的致病性、腐敗性以及它們在特定食物（肉品）中的行為模式。

1. Pseudomonas spp. (假單胞菌屬)

• 在肉品腐敗中的角色:

  • Pseudomonas spp. 是最常見的肉品腐敗菌之一，尤其是在冷藏條件下。它們是嗜冷性細菌 (psychrotrophs)，能在低溫（如 $4^\circ\text{C}$）下快速生長繁殖。
  • 它們能分解肉品中的蛋白質、脂肪和碳水化合物，產生硫化物 (如硫化氫 H₂S)、胺類 (amines)、酮類、醇類等揮發性代謝產物。
  • 這些代謝產物會導致肉品產生明顯的腐敗氣味（如硫磺味、腐蛋味、油耗味）、黏滑感（由於其產生的胞外多醣或生物膜）以及變色（如產生綠色或藍色的螢光色素，或導致肉色暗淡）。
  • Pseudomonas spp. 通常不被認為是主要的致病菌，其引起食物中毒的案例非常罕見。它們主要影響肉品的品質和感官接受度。

• 在食品中毒中的角色:

  • 幾乎不扮演主要角色。雖然某些菌株可能在極端情況下引起機會性感染，但在一般食源性疾病中，它不是一個重要的致病因子。

2. Salmonella typhimurium (傷寒沙門氏菌)

• 在肉品腐敗中的角色:

  • Salmonella typhimurium 主要是一種致病菌，而不是腐敗菌。它不會顯著地分解肉品中的蛋白質或脂肪來產生明顯的腐敗氣味或質地改變。
  • 在肉品中，它的存在主要意味著污染，而不是腐敗的指標。它可能在肉品中存活一段時間，但其數量增加通常不是由肉品腐敗所驅動。
  • 相反，如果肉品開始腐敗，高溫和厭氧環境可能對沙門氏菌不利，但其耐受性使其能在一定程度上存活。

• 在食品中毒中的角色:

  • Salmonella typhimurium 是引起沙門氏菌病 (Salmonellosis) 的主要病原菌之一，是最常見的食源性細菌性疾病之一。
  • 感染途徑通常是食用了被糞便污染的、未徹底煮熟的肉品（尤其是禽肉、豬肉、牛肉）、蛋類、或受污染的蔬菜水果。
  • 症狀包括腹瀉、腹痛、發燒、噁心、嘔吐，通常在攝入後 6 至 72 小時出現，病程約 4 至 7 天。
  • 它通過侵入腸道上皮細胞並引起炎症反應來致病。

3. Clostridium botulinum (肉毒桿菌)

• 在肉品腐敗中的角色:
  • Clostridium botulinum 是專性厭氧菌，且其孢子廣泛存在於土壤和水體中，因此經常污染肉品原料。
  • 在真空包裝或罐頭肉品中，由於氧氣被移除，營造了有利於肉毒桿菌生長的厭氧環境。
  • 在適當的溫度（非低溫冷藏）和 pH 值（非高酸性）條件下，肉毒桿菌的孢子會萌發成營養細胞並大量繁殖。
  • 然而，肉毒桿菌本身通常不產生明顯的腐敗產物，例如它不大量分解蛋白質產生惡臭。相比之下，其他腐敗菌（如假單胞菌）產生的腐敗氣味和質地改變通常比肉毒桿菌產生的更明顯。
  • 因此，肉毒桿菌中毒的食品可能沒有明顯的腐敗跡象，這使得其風險更加隱蔽。

此題考查對一種特定食品添加劑——二醋酸鈉（Sodium Diacetate）——的認識，包括其作為防腐劑的應用和使用限制。

核心觀念: 了解二醋酸鈉的化學性質、作為防腐劑的作用機制、適用範圍以及法規上的使用劑量限制。

二醋酸鈉 (Sodium Diacetate)

二醋酸鈉是一種化合物，化學式為 $\text{CH}_3\text{COONa} \cdot \text{CH}_3\text{COOH}$，它是醋酸鈉和醋酸的複合物，呈結晶狀，具有醋酸的氣味。在食品中，它主要被用作酸度調節劑、調味劑和抗菌劑（防腐劑）。

作為食品防腐劑的作用機制:

二醋酸鈉的主要防腐作用來自於其抗菌性，這主要與其醋酸成分有關。醋酸在水中會解離出醋酸根離子（$\text{CH}_3\text{COO}^-$）和氫離子（$\text{H}^+$），從而降低食品的 pH 值。大多數細菌、黴菌和酵母菌在酸性環境下的生長都會受到抑制。此外，醋酸分子本身也可能穿透微生物細胞膜，干擾細胞內的代謝活動。

適用範圍:

二醋酸鈉因其抗菌性，主要用於抑制黴菌 (molds) 和酵母菌 (yeasts) 的生長，對細菌也有一定的抑制作用，特別是對一些對酸敏感的細菌。其應用範圍廣泛，常見於：

1. 烘焙食品 (Baked goods): 如麵包、蛋糕、糕點等，特別是需要延長貨架期、防止黴菌生長的產品。

此題考查對食物在不當溫度下儲存時，微生物如何繁殖並導致食物中毒的理解。

核心觀念: 微生物生長有其最適溫度範圍，當食物處於此範圍內（即「危險溫度帶」）時，微生物會快速繁殖。

詳細說明:

1. 「危險溫度帶」(Temperature Danger Zone):
   大多數致病菌和腐敗菌的生長最適溫度範圍大致在 $4^\circ\text{C}$ 至 $60^\circ\text{C}$ (約 $40^\circ\text{F}$ 至 $140^\circ\text{F}$) 之間。這個範圍被稱為「危險溫度帶」。

   • 保溫 (Keeping warm): 當將剩餘飯菜「保溫」以備隔餐食用時，如果保溫溫度低於 $60^\circ\text{C}$，就可能落入這個危險溫度帶。
   • 冷卻不徹底 (Inadequate cooling): 如果飯菜在食用後沒有被迅速冷卻到 $4^\circ\text{C}$ 以下（例如，只是放在室溫下一段時間後才放入冰箱，或者放入冰箱後沒有快速降溫），那麼在冷卻過程中，食物也會長時間處於這個危險溫度帶。

2. 微生物的快速繁殖:

   • 初始污染: 飯菜在烹調過程中，即使經過高溫處理，仍可能會有少量微生物存活，或者在盛裝、儲存過程中受到二次污染（例如，未清潔的餐具、空氣中的塵埃、操作人員的手部等）。
   • 在危險溫度帶的生長: 當這些殘存或新污染的微生物處於 $4^\circ\text{C}$ 至 $60^\circ\text{C}$ 的溫度範圍內時，它們的繁殖速度會非常快。例如，某些細菌每 20 分鐘就可以分裂一次，數量呈指數級增長。

此題考查對非洲豬瘟 (African Swine Fever, ASF) 的傳播途徑及防治措施的認識。雖然 ASF 是一種病毒性疾病，但題目問「病媒」，可能意指傳播媒介或主要傳播方式。

核心觀念: 了解非洲豬瘟的傳播機制，並掌握相應的預防和控制策略。

引起本次非洲豬瘟之「病媒」為何？

嚴格來說，非洲豬瘟 (ASF) 沒有傳統意義上的「病媒」（vector），例如蚊子傳播瘧疾。ASF 的傳播主要是通過直接或間接接觸受感染的豬隻或其分泌物、排泄物，以及受污染的環境、飼料、設備等。

然而，若將「病媒」廣義理解為主要的傳播媒介或途徑，則以下幾點尤為重要：

1. 受感染的豬隻及其產品: 這是最主要的傳播源。
   • 活豬及其活動物: 感染的豬隻及其糞便、尿液、唾液、血液等體液都帶有病毒。
   • 豬肉及其加工品: 感染豬隻的肉、內臟等產品，即使經過部分處理，若未徹底滅活病毒，也可能成為傳播源，尤其是在生食或未徹底煮熟食用的情況下。
2. 人為因素 (Human factors): 這是 ASF 在全球範圍內快速擴散的關鍵。
   • 受污染的飼料: 尤其是一些來自疫區的廚餘（餵豬），如果未經高溫處理，可能帶有活病毒。
   • 受污染的交通工具和設備: 運輸豬隻的車輛、屠宰設備、飼餵器具等，如果沒有徹底消毒，會將病毒帶到新的地點。
   • 人員活動: 進入疫區或與受感染豬隻接觸過的人員，若未採取嚴格的清潔消毒措施，其衣物、鞋子、手都可能攜帶病毒，將病毒帶往新的豬場。
3. 軟蜱 (Soft ticks) - 軟蜱屬 (Ornithodoros spp.):
   • 在 ASF 的原產地非洲，軟蜱屬的某些種類被認為是 ASF 病毒的生物媒介。這些蜱蟲可以從感染的野豬或家豬身上吸血，並將病毒傳播給健康的豬隻，同時病毒也能在蜱蟲體內長期存活並繁殖。