1、柵欄食品保藏技術的基本原理摘要：柵欄技術是一項被工業化國家以及發展中國家廣泛運用的能夠溫和且有效的食品保藏技術。早前的柵欄技術，即幾種保藏技術的結合，運用過程中主要以經驗為主，并無控制理論方面的知識。二十多年來，智能應用柵欄技術變得更加普遍，是因為人們對食品防腐幾大主要影響因素的作用原理(如，溫度、pH值、水分活度aw、氧化還原電位Eh值，競爭性菌群)以及他們之間的相互作用的影響有了較好的認識。最近，食品保存方法對食品中微生物的生理活動的影響，即微生物內平衡、代謝活動的耗竭、壓力反應等因素引起科學家們的重視，于是一個新概念即多靶向食物保藏出現了。現在對潛在的食品柵欄因子，柵欄效應和柵欄技術做一

2、個簡要的介紹。然而，重點強調與柵欄技術相關包括微生物內穩態，代謝耗竭，和壓力反應，以及對多靶向保存食物未來前景的展望。關鍵字：柵欄技術，內平衡，代謝活動耗竭，壓力反應，多靶向食品保藏1.前言食品中微生物的安全性和穩定性，以及大多數食品的感官和營養品質都建立在防腐因子的綜合運用的基礎上（叫做柵欄）。對與傳統的食品加之以經驗化柵欄技術處理，以及對新型產品科學的選擇柵欄因子再應用處理是非常合理的（Leister,1995）。1.1柵欄因子柵欄因子, 也稱保藏的方法, 防腐因子。在食品保藏中, 最重要的柵欄因子有溫度( 高溫或低溫) , 水分活度( Aw) ,氧化還原電勢( Eh) , 防腐劑( 如亞

3、硝酸鹽, 山梨酸酯, 亞硫酸鹽) 和競爭性微生物( 如乳酸菌) 。然而目前已經發現了能夠提高產品質量穩定性的 60 多種食品的柵欄因子, 但是可以用于食品保藏的因子并沒有完全被發現(Leister,1999)。并且一些柵欄因子在具有抑制微生物的特性時,還能夠改善產品的風味。另外, 同一柵欄因子對食品也會有消極和積極的影響, 主要取決于它們的強度。例如, 不合適的低溫冷藏會對一些食品有害( 凍傷) , 適宜的冷藏助于延長產品的貨架期。發酵型香腸的 pH值要足夠低, 這樣才可以抑制致病性微生物, 但不能過分的低, 會損壞口味。如果食品中有一種柵欄因子作用強度比較小, 那么就需要加強，如果它的強度已

4、經到了可以損壞食品質量的程度, 那么就需要減弱。通過這樣的調節, 食品的柵欄因子就可以控制在最佳的范圍,充分發揮作用, 有效的保證食品品質的穩定和安全（Leistner,1994）。對于每一種質量穩定的食品來說, 都有一套其固有的柵欄因子。依據不同的產品, 它們在其性質和強度上也是不同的, 但是在任何情況下, 柵欄因子都必須使食品中微生物的數量控制在正常的狀態下。在產品儲藏中, 食品中最初的微生物數量應當不能克服( 越過)最初的柵欄因子, 否則食品就會被損壞, 甚至引發食物有毒。這個理論最先是由 Leistner(1978)提出的，對于中含水量和高含水量食品保藏具有重大意義。2.柵欄技術柵欄技

5、術是由對柵欄效應的理解衍生而來（Leistner,1985），是多種技術的結合，用于提高微生物的穩定性，食物的感官品質以及他們的營養質量和經濟效益。因此，柵欄技術是多種技術的科學結合旨在于提高食品的總體質量。多年來，隨著人們對柵欄效應的認識不斷深入和拓展，使得柵欄技術的應用于更加廣闊的范圍內（Leistner and Gorris, 1994）。在工業化國家中，柵欄技術是當前微加工食品行業中最受歡迎的一種技術，它可以溫和加熱或發酵，為未來食品中微生物的穩定性和安全性奠定了基礎，如低脂或低鹽的綠色健康食品或者先進的只需要最低程度包裝的柵欄技術食品。對于冷凍食品，制冷溫度是最主要，有時甚至是唯一的

6、柵欄因子。然而如果食品在運輸過程中過分暴露于不適的溫度下，那么這個柵欄因子便失去效果，食品也就開始腐敗。因此，額外的柵欄因子應該被合并作為冷藏食品的保障措施，這種方法叫做“無形技術”（Leistner,1999）。在發展中國家，在無制冷條件下欲保持存儲食品的穩定，安全和口感，柵欄技術有著舉足輕重的地位，隨著新型微加工和高水分含量水果產品的發展，這項技術邁出了驕人的一步，尤其是在拉丁美洲。然而，在中國的肉制品以及印度的牛奶制品中體現出了柵欄技術的極大受歡迎程度。從發展中國家大體的趨勢來看，半干食品會漸漸的被淘汰，因為相對于高水分食品而言，半干食品往往太甜或者太咸，其外觀和質地都不如高水分食品有吸

7、引力，而柵欄技術則使得這一目標得到了實現。Leistner在1999年評價了先進的柵欄技術的使用在拉丁美洲，中國，印度和非洲取得的進展。3.基本原理食品保藏意味著把微生物放到一個不利的環境中, 抑制它們的生長, 降低它們的存活率或者促使它們死亡。微生物對于不利的環境, 可能出現的反應是死亡或停止生長。目前幾乎所有的食品保藏, 都是若干種方法的結合, 而這些方法就是所謂的柵欄因子。具有防腐的柵欄因子, 通過相互的協同作用, 干擾保持食品穩定的一個或多個平衡機制, 抑制微生物的生長繁殖, 甚至導致其死亡, 這就是柵欄技術保藏食品的原理所在。3.1內穩態內穩態是生物體內部狀態均一穩定的一種趨勢。例如

8、，對于活細胞內環境來說，維持在一個固定的pH范圍內是至關重要的，這一觀點從高等生物到低等微生物都是同樣適用的（Haussinger,1988）。在醫藥學領域，高等生物在分子、亞細胞、細胞以及系統層面上對生物內穩態有較多的研究和了解。這一項知識引入到微生物學中將對食品污染和食品腐敗有重大的意義。在食品保藏中，微生物的內穩態是一關鍵現象，應該被高度重視，因為，一旦微生物的內穩態被防腐因子（柵欄因子）破壞，它們便不會再增殖，也就是說在恢復穩態之前它們將保持在停止生長的狀態甚至死亡。所以, 食品的防腐作用就是通過暫時或永久的干擾食品中生物體的內平衡而達到的。Gould(1988,1995)是第一位注意

9、到微生物內穩態的表現對食品產生影響的科學家，保證了在這一方向上的更長遠的研究。3.2新陳代謝的耗竭另一具有現實意義的現象是微生物的新陳代謝的耗竭，它可引起食品的“自動滅菌”。這是首次在溫和加熱（96中心溫度）肝腸實驗中添加鹽和油脂以調整成不同的水分活度被觀察到這一現象，其中實驗中的肝腸被灌輸以芽胞梭菌并保藏在37下。產品狀態穩定的前提下在熱處理中存活的梭菌的孢子會在儲藏過程中殆盡，隨后這些梭菌和桿菌的孢子在穩定保藏的肉類食品中被定期的觀察到。對于這種現象最合理的解釋可能是相比于在可生長環境下才能增殖的細菌而言，在熱加工過程中存活的細菌的孢子在極少有利條件下也能生長。（Leistner,1992

10、）。因此，這些孢子，包括穩定的柵欄技術制品內的實際上在儲藏過程中大大減少了，尤其是在非冷凍食品中。而且在我們的實驗室對于中國干燥的肉制品的研究中也發現了微生物相同的表現。如果這些肉制品在加工后被葡萄狀球菌，沙門氏菌或者酵母菌類污染，穩定產品中的這些微生物的數量在儲藏過程中下降的非常快，尤其是水活度接近于微生物生長的臨界值的這些肉類食品。拉丁美洲的研究員們發現同樣的現象發生在高水分含量的水果制品上，因為在溫和熱加工存活下來的大量的細菌，酵母菌和霉菌的數量在提供的柵欄因子不適于生長的非冷藏保藏過程中飛速下降。綜上所述，微生物這一驚人的行為可能是無性繁殖型細菌不能生長將會死亡，在穩定性接近于生長臨界

11、值，儲藏溫度升高，有殺菌劑的存在，以及細菌遭到非致命的傷害時，它們將會死亡的更快。很顯然在穩定的柵欄技術的食品制品中的微生物會竭盡可能的修復還原內環境的穩態去克服惡劣的外在環境條件，而此時倘若它們的新陳代謝耗竭它們將會耗盡自身的能量然后死去。這便是所謂的自動滅菌（Leister,1995）。由于柵欄技術食品的自動滅菌功能具有微生物穩定性，使得儲藏的食品更加安全，尤其是在室溫下。例如，在香腸熟化過程中存活下來的沙門氏菌在常溫儲藏時會突然很快消失，而在冷凍儲藏時，由于食源性中毒它們會存活的更久（Leister,1995）。眾所周知的是沙門氏菌在冷凍的蛋黃醬比室溫下的能存活的更好。聯合利華在弗拉爾丁

12、恩的實驗室確定了在灌輸了無害李斯特菌的油包水乳劑（類似人造奶油）中的代謝耗竭現象。在這些產品中李斯特菌在室溫下（25）消失殆盡得比在冷卻溫度下（7）要快得多（PH 4.25PH 4.3pH 6.0），在良好的乳化劑中要快于粗糙的乳化劑中，缺氧條件下快于有氧條件下。從這些實驗中我們得出結論，即在更多的柵欄因子控制的條件下生物的代謝耗竭會加速，這可能是因為在微壓條件下，為保持內穩態生物對能量的需求增加了。因此，可以得出結論，也就是說冷藏并不總是有利于食品中的微生物安全性和穩定性。然而，唯一可以肯定的是，在非冷凍的條件下柵欄因子的存在抑制了微生物的增殖，而在其他條件冷藏則是有利的。確切的說，在非冷藏

13、的穩定的柵欄技術食品中微生物存活時間更短。3.3 壓力反應一些細菌變得抗性越來越強，甚至在一定壓力下毒性也更強，因為它們產生了應激蛋白。應激蛋白的合成受到了溫度，pH，水分活度，酒精，氧化物等以及匱乏的誘導。壓力反應可能產生不明確的效果，因為在某個特定壓力下微生物的耐性可能比在另一個壓力下更強，也就是說它們具有交叉耐受性。在壓力下微生物多種多樣的響應會妨礙食品的保藏，造成柵欄技術的應用的不確定性。在另外一方面，有助于生物體對付應激環境的應激蛋白基因的活化在同時接收不同的壓力環境下變得更加困難。同時暴露在不同的壓力環境下將會需要消耗更多的能量來合成幾種或者更具保護作用的應激蛋白，這樣反過來會造成

14、微生物的代謝耗竭。因此，多靶向食品儲藏則是避免合成應激蛋白的關鍵措施，否則將會威脅到柵欄技術食品中微生物的穩定性和安全性（Leistner,1995）。3.4 多靶向食品保藏多靶向食品保藏的概念是最近是由Leistner于1995年引進。它是一個雄心勃勃的且能更加溫和并有效的儲藏食品的目標。有段時間這項技術被懷疑是因為不同的柵欄因子對微生物的穩定性也許不會只有一種累加效應，而是具有相互的協同作用。這些柵欄因子的協同作用會干擾保持食品穩定的一個或多個平衡機制，例如影響細胞膜, DNA, pH,Eh 和水分活度等生物體的平衡體系。這樣內穩態的修復以及應激蛋白的合成會變得更加困難。因此，在某種特定的

15、食品保藏中同時使用不同的柵欄因子能夠獲得最佳的微生物穩定性。因此在實際的應用中, 聯合使用強度低一點的防腐因子比只單獨使用強度高的單一防腐因子, 在影響不同微生物平衡系統時更加有效，因為不同的防腐因素（柵欄因子）之間都可能有協同作用（Leister,1994）。不同的柵欄因子的在微生物中相應的作用靶位是預先闡明，這樣柵欄因子就可以根據靶子的不同被歸納成不同的類別。一種溫和有效的保藏食品的方法，即在柵欄因子的協同效應的作用前提下，建立在科學選用目標類并結合各柵欄因子的基礎上。這種方法不僅對傳統的食品保藏有效，對于現代加工方法如食品輻照，超高壓處理以及脈沖技術等都是可行的。食品微生物學家可以向藥理

16、學家借鑒這方面的經驗知識，因為滅菌劑的作用機制在藥物領域中已被廣泛深入的研究。至少有十二種滅微生物劑分別作用在微生物細胞內的靶上都已被知曉，而且有時這些靶不止一個。通常，細胞膜是初始靶，破壞它的通透性，擾亂微生物的內平衡，而滅微生物藥劑能抑制酶，蛋白質和DNA的合成。這種多重攻擊的方法已被證明在醫藥領域，如對抗細菌感染疾病（如肺結核）以及病毒性傳染病（如艾滋病）都是成功有效的，因此對微生物多靶向攻擊的方法在食品微生物領域中應該也是前途無量的。4.結論微生物在食品保藏表現出來的生理反應（如它們的內穩態，代謝耗竭以及壓力反應）是運用先進的柵欄技術的基礎。破壞微生物的內穩態是食品保藏中的一個關鍵點，微生物的壓力反應或許會使食