107年第二次食品技師

食品微生物

申論題

擬答
詳見志聖107食品微生物課本A02, p.65, p.73，命中率100%
  1. 動物、禽類食品中，其主要污染微生物存在部位與微生物種類：
    健康禽畜動物的活體內，一般僅含少量的微生物在其組織內部，因為健康動物其入侵體內的微生物，會被其免疫系統消滅。禽畜肉污染微生物的部位，由外至內為毛髮、皮膚、淋巴結及腸道系統。
    禽畜肉的微生物分布種類與範圍，因肉品被進行不同的加工處理過程，將導致其原有的微生物呈現不同分布狀態的改變。
    1. 健康新鮮禽畜動物肉品微生物分布：
      動物外部毛髮、皮膚、腳蹄部位通常含有大量微球菌屬 (Micrococcus)、葡萄球菌屬 (Staphylococcus)、鏈球菌屬 (Streptococcus)。
    2. 動物內部組織：
      1. 動物呼吸道與外部皮膚組織相似，分布以前述三種球菌為主。(微球菌屬、葡萄球菌屬、鏈球菌屬)
      2. 腸胃消化道細菌之分布含革蘭氏陰性的腸道菌如：大腸桿菌屬、沙門桿菌屬(Salmonella)及志賀桿菌屬(Shigella)等，以及假單胞菌屬(Pseudomonas)。
        革蘭氏陽性菌則以厭氧且能產生內生孢子的梭孢芽孢桿菌屬(Clostridium)、乳酸菌（如Streptococcus及Lactobacillus等）、以及李斯特菌等在腸道系統中繁殖為主。
  2. 海鮮類食品中，其主要污染微生物存在部位與微生物種類：
    1. 水產品包括溫水域或冷水域之海水和淡水中的魚類、蝦蟹貝類及軟體動物。
      一般而言，新鮮水產品上的微生物來自水域中的微生物，魚類中微生物存在於外層黏液、鰓及腸道中。
    2. 淡水或溫帶水域魚類之細菌主要為中溫的革蘭氏陽性菌，寒帶水域魚類主要由革蘭氏陰性菌組成。
    3. 水生動物生長之水域衛生狀況影響最終水產品之微生物品質，除了水源外，加工過程如去皮、剝殼、去除內臟、裹麵包屑等操作可能導致微生物的污染。
    4. 新鮮冰藏魚類之腐敗主要由細菌所造成，而鹽醃魚及乾製魚則可能由真菌造成。魚類腐敗之微生物主要為非產孢性之革蘭氏陰性菌，例如：假單胞菌Pseudomonas、鮑氏不動桿菌Acinetobacter、奈瑟菌莫拉菌屬Moraxella。
    5. 淡水魚和海水魚之腐敗現象相同，但微生物種類不同。
    6. 蝦蟹貝類和魚類組成不同，主要是含有0.5%碳水化合物，蝦類的游離胺基酸含量比魚類高，細胞自溶酵素含量也較高，故其蛋白質會迅速被分解。
    7. 許多新鮮魚類中存在的微生物亦存於甲殼類中，例如：假單胞菌Pseudomonas、不動桿菌屬(Acinetobacter)、莫拉克斯氏桿菌屬(Moraxella)及酵母菌為主要腐敗菌，其腐敗現象也與魚類相似。
擬答
詳見志聖107食品微生物課本A02, pages 199-204，命中率100%
利用有機酸控制因微生物引起之食品腐敗已有多年歷史，這些有機酸部分是自然存在於食品中，有些是發酵聚積的終產物，有些則是故意添加於配方中，但作用通常只達到靜菌而非殺菌程度。
目前已實際應用於食品而一般被認為是安全(general recognized as safe, GRAS)之有機酸多為脂溶性弱酸。
一般認為弱酸之抑菌效果直接與未解離酸分子之多寡有關，而大部分有機酸之pKa值介於3~5，因此降低pH值能增加未解離酸之濃度，增加抗菌效果。
見有機酸對微生物抑菌效果之比較如表。
微生物／有機酸細菌酵母菌黴菌
醋酸＋＋＋＋＋
丙酸＋＋＋＋＋＋＋＋
乳酸＋－－
己二烯酸＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
苯甲酸＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
  1. 苯甲酸及其鹽類：
    此類添加物在中性pH值環境下對微生物的作用性不大，於低pH值時，抗微生物的活性較大，主要是因低pH值時，非解離度較高，如苯甲酸在pH 4.0時，60%為非解離態；pH 6.0時，非解離態只有1.5%。
    非解離態愈高，抗微生物活性愈大的現象，主要是因質子移動力之故。
    在正常的微生物細胞，其細胞膜內外會形成電位差，因此一些營養素（如胺基酸）可藉主動運輸(active transport)的方式進入細胞內以供利用。
    當細胞外有非解離態苯甲酸等有機酸存在時，會以擴散作用通過細胞膜後，在細胞內解離而降低細胞內的pH值，結果改變細胞膜內外的電位差，導致不利於主動運輸的進行，因而限制了微生物從外界獲得營養的途徑。
    苯甲酸的作用機制為阻礙葡萄糖和丙酮酸氧化成乙酸，當被進行呼吸作用的微生物吸收時，會增加氧的消耗。另外，苯甲酸鹽會抑制微生物細胞攝取養分。
  2. 己二烯酸：
    己二烯酸及其鉀鹽、鈉鹽、鈣鹽均為我國允許使用的食品添加物，其允許添加量較苯甲酸鹽高。主要應用於乳酪、果汁、脫水水果、飲料等食品。對酵母菌、黴菌的抑制能力較佳，但對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、腸炎弧菌及沙門桿菌屬亦有抑制效果。
    己二烯酸對黴菌的作用，可能是抑制了脫氫酵素系統，此外亦會抑制內孢子的萌發。對微生物的抑制作用機制亦與質子移動力的改變有關。
    己二烯酸在pH 4.0時，86%為非解離態；pH 6.0時，非解離態為6%，因此，在pH 6.0以下的抑制能力最好，通常pH值高於6.5以上即無效用。在pH 4.0~6.0之間，己二烯酸的效果比苯甲酸鹽好。
  3. 亞硫酸鹽：
    亞硫酸鹽在「食品添加物使用範圍及用量標準」中屬於漂白劑，除此作用之外，亞硫酸鹽及二氧化硫對部分微生物亦有抑制效果。在果汁及飲料中添加100~200 ppm之二氧化硫時，對醋酸菌及乳酸菌有靜菌效果。沙門氏菌Salmonella對亞硫酸鹽最敏感，在 pH 7.0下只要15~110 ppm即被抑制。
    亞硫酸鹽及二氧化硫對微生物的作用機制，有以下幾種可能：
    1. 非解離態的作用：亞硫酸鹽及二氧化硫在低pH值時，非解離態較多，對微生物的作用效果愈佳。
    2. 降低pH值：如同加酸到食品中，藉由降低pH值而達到保存的效果。
    3. 將氧還原，使氧的壓力低到無法被好氣菌利用。
    4. 亞硫酸鹽($SO_{3 ^{2－}}$)與雙硫鍵作用，使得酵素受到抑制。
  4. 丙酸鹽：
    丙酸及其鈣鹽、鈉鹽一般應用在麵包及糕餅，我國的用量標準為2.5 g/kg（以丙酸計算），主要作為黴菌抑制劑。
    丙酸鹽在pH 4.0時有88%為非解離態，因此其作用pH值與苯甲酸鹽及己二烯酸鹽相同，均為對低pH值食品才有較佳的抑菌活性。
    研究指出，在漢堡麵包中添加0.33%丙酸鈣即具抑菌效果，且在室溫下儲存六天，黴菌及總生菌數仍符合衛生品質要求。
擬答
詳見志聖107食品微生物課本A01:page 149-155, A02:p.131-131，命中率100%
  1. 總好氧菌數之測定：
    • 標準平板計數法是食品檢驗中最常用來測定細菌數量的方法，將樣品打碎均質後，經一系列稀釋，再塗於滅菌的平板計數培養基(plate count agar, PCA)上培養，計算活菌菌落述的方法。因培養細菌時通常置於有氧環境下，故又稱為好氧性平板計數 (aerobic plate count, APC)。
      測得總平板菌落數(total plate count, TPC)，一般稱為總菌數、生菌數。
    • 標準平板計數的原理：
      1. 將樣品適當稀釋後，
      2. 接種在固體洋菜培養基上，
      3. 經培養後，根據培養基上長出的可見菌落(colony)數來推算樣品中所含細菌量，並以菌落形成單位(colony forming unit，CFU)來做為計算的單位。
    • 將稀釋檢液與洋菜培養基製成平板的方式，常見的方式有：
      1. 傾注平板法(pour plate method)
      2. 塗佈平板法(spread plate method)
      3. 螺旋平板法 (Spiral plate method)。
    • 正常菌落的計數與樣品含菌量之計算：
      菌落的計數除以肉眼直接計算之外，亦可使用菌落計數器(colony counter)或暗視野(dark field)計數器輔助之。平板計數法的單位是CFU/g 或CFU/mL，CFU全名是colony forming units (菌落形成數)。
      培養後，取稀釋倍數的菌落數為25~250 CFU／平板來計數，小於25菌落數，可能有4%汙染誤差(因此不採計)。 記錄菌數時 取二位有效數字，並以CFU/g、CFU/ml或CFU/cm2表示。
      每毫升細菌數 (CFU/ml) = 菌落數/稀釋液濃度
  2. 總厭氧菌數之測定：
    總厭氧菌數之測定與好氧性平板計數 ( APC)差異在於厭氧培養。
    1. 製備厭氧培養基：設法除去培養基中的氧氣，並使之與空氣隔絕，厭氧菌即能生長。
    2. 厭氧培養： 造成無氧環境的方法很多，如下：
      1. 化學試劑：
        利用pyrogallic acid與NaOH作用會消耗氧氣之原理，在密閉容器中，促使此反應進行而造成厭氧條件，但須避免NaOH接觸菌體。
      2. 特殊裝置：
        1. Gas-Pak system
          加水至GasPak發生器：內附產氣包、金屬鈀(palladium)及氧化還原指示劑甲烯藍，H2能在常溫下將缸中的$O_2$經由金屬鈀的催化作用，形成水氣，藉由指示劑甲烯藍的顏色改變，有氧狀況(藍色)→無氧狀況(白色)，瞭解缸中含氧狀況。
        2. Brewer無氧瓶
          瓶內通入H2後密閉，再通電流促使下列反應：
          $2H_2 + O_2→H_2O$，消耗氧而生成之水以$CaC_{l2}$吸收。
          在厭氧培養基與厭氧培養後，同樣進行菌落的計數與樣品含菌量之計算。
擬答
詳見志聖107食品微生物課本A02, pages140-143命中率100%
  1. 食品生物技術之定義：生物技術(biotechnology)係指利用生物 (動物、植物或微生物) 或其產物，來生產對人類醫學或農業有用的物質或生物。在生物技術中之植物生物技術、動物生物技術、酵素生物技術與微生物生物技術等領域，應用於食品科技者稱為食品生物技術(Food biotechnology)。
    1. 應用在食品上的生物技術，至少應包含下列條件之一：
      1. 使用微生物或微生物產物作為食品或食品添加劑。
      2. 使用以DNA或蛋白質為基礎的方法檢測食品中微生物或微生物的產物。
    2. 根據上述條件，食品生物技術所包括的範疇如下
      1. 基因工程技術。
      2. 酵素的應用。
      3. 食品安全相關檢驗技術。
      4. 細胞工程 (cell culture)。
      5. 食品廢棄物的處理。
  2. 食品生物技術在確保食品品質、衛生安全與延長儲存期限之應用：
    1. 確保食品品質
      1. 改進發酵產品的品質: 傳統發酵食品之改良、發酵工業產品之改良、基因改造商品化微生物。
      2. 發展新加工技術
      3. 開發新產品: 利用微生物生物技術開發出的新產品，未來將在人類的生活中扮演重要角色。
    2. 衛生安全與延長儲存期限
      1. 改進食品的安全：利用微生物生物技術於食品加工上，可改進食品安全。
      2. 基因轉殖乳酸桿菌：含有轉殖之細菌素合成基因'可用於乳製品生產、無汙染物質生產。
      3. 基因轉殖乳酸球菌
      4. 含有轉殖溶菌酶合成基因，於乾酪生產時，可預防雜菌感染。
      5. 避免噬菌體感染，提高菌種穩定性。
      6. 生物技術應用於食品安全檢驗：食品微生物的檢驗，是要確保食品的衛生、品質與安全，傳統檢驗方法要相當長時間才知道結果，為此，生物技術用於食品微生物的檢測上，利用微生物菌種的特異性生理生化反應，作為菌種的測定，經濟、快速、準確。
      7. 利用轉基因技術，延長蔬果果膠水解，延長儲存期限與延長運輸時間水果軟化。
擬答
詳見志聖107食品化學課本A02, p.114, p.195，命中率100%
D value、Z value、F value 及12-D concept都是評定微生物耐熱的數值，
是為了解食品保存與有關微生物之熱致死的一些基本概念。
  1. D value：
    D值是測定微生物的耐熱性。在特定溫度下(121℃尸)使細菌死滅一對數值(90%)所需要的時間 (以分鐘計)。所以D值是是在某一溫度下，細菌死滅的快慢，溫度越高，細菌死滅越快，D值越小。細菌耐熱性大D值大。同一細菌，在不同溫度下，D值不同: $D_{70oC} =14$; $D_{110oC }=5$。
  2. Z value
    若以某一細菌孢子之D值的常用對數為縱軸，加熱處理溫度為橫軸，則可製作成該細菌的耐熱性曲線（thermal resistance curve）。 細菌耐熱性曲線穿過一對數週期所需溫度的差距稱為Z值(Z-value)，亦即某細菌的D值變化10倍或1/10時之溫度差距，通常以℉表示。
    在某一特定的加熱致死時間曲線中，通過一個對數週期所需改變的溫度，亦稱為Z值。
    Z值所代表的意義如下：
    1. 代表細菌的D值會因加熱溫度的上升而減少（亦即細菌的耐熱能力會因殺菌溫度的提高而減弱）。
    2. 代表細菌加熱致死速率D值的溫度係數。
    3. 代表細菌對不同致死溫度之相對抵抗力，Z值愈大，表示耐熱性愈高。
    4. 不同微生物之Z值不同﹔相同微生物在不同食品中，Z值不同。
  3. F value
    F值是指在一定致死溫度下(121oC)，殺死所有細菌或孢子，所需要時間(min)。目前所用之F 值為比較性數值，以$F_0$值為1當標準。所謂F0值係指以121℃殺死Z值等於10℃之一定數目微生物所需的分鐘數。不同溫度下，加熱不同的時間，也具有相同的致死力(lethality)。
    一般為高溫短時間，而低溫則需長時間，但以高溫短時間的加熱處理較能確保食品之品質。食品應加熱至何種程度，須視加熱處理前瞬間微生物之含量（initial count代號為a），以及預期達成之殘留微生物含量（survival count代號為b）而定，其關係如下：F＝D (log a－log b) 。因此，F值可用來測定熱處理之殺菌能力。
  4. 12-D concept：
    12D的熱處理法，即將每ml含$10^{12}$個孢子減至($10^0$)1個孢子。12-D Concept 為12D概念，用於低酸性(pH4.6)罐頭食品中肉毒桿菌(C. botulinum)耐熱孢子控制的概念： 在121oC (250oF)加熱過程中，需要將每mL中含有$10^12$的耐熱孢子降低$10^0$個孢子 ($10^0=1$) 的概念。因此12-D concept：Fo=Dr(log a-log b); Dr=0.21 &
    log a–log b=12-0 = 12，在121oC (250oF)加熱過程中，由$10v^{12}$的耐熱孢子降到1孢子的時間為：Fo=2.52 min。

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