柵欄技術(shù)的原創(chuàng)為德國肉類研究中心的萊斯特教授（Prof. Dr.Lothar Leistner ）。柵欄技術(shù)自從1987年引入我國至今，已經(jīng)在食品加工領(lǐng)域受到廣為研究和廣泛應(yīng)用。我國食品加工業(yè)迅速發(fā)展，深化對柵欄技術(shù)的研究和應(yīng)用，對提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效，具有作用意義。

　　柵欄技術(shù)的基本概念

　　食品安全性、以及總的質(zhì)量特性取決于加工及流通過程所涉及的與產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)的技術(shù)和方法?，F(xiàn)今可用于食品保質(zhì)的技術(shù)和方法很多，但無論是傳統(tǒng)和現(xiàn)代法，萊斯特研究認(rèn)為，按其基本原理可歸結(jié)為少數(shù)幾個(gè)因子。也就是說，產(chǎn)品的質(zhì)量、保質(zhì)期、營養(yǎng)性等控制主要取決于少數(shù)幾個(gè)因子。

　　食品加工主要防腐保質(zhì)因子：t因子（溫度）、aw因子（水分活度）、pH因子（酸堿度）、Eh因子（氧化還原值）、c.f因子（菌群競爭）、Pres因子（防腐劑）。萊斯特教授（Leistner）將防腐保質(zhì)因子比擬為保證食品的微生物穩(wěn)定性、衛(wèi)生安全性以及總的質(zhì)量特性的“柵欄因子”或“障礙因子”。這既是柵欄因子（Hurdle Factors）的基本概念。

主要防腐保質(zhì)柵欄因子及其對應(yīng)的技術(shù)手段

　　在某一食品內(nèi)，如果存在的柵欄因子不足以有效抑菌防腐，也就是說食品內(nèi)柵欄過少或強(qiáng)度太弱，食品在加工或貯藏過程中不利微生物已成功逾越了這些柵欄，則產(chǎn)品為不可貯食品，很快腐敗或氧化變質(zhì)。因此食品的可貯與不可貯以及質(zhì)量的優(yōu)與劣取決于這些柵欄因子在食品內(nèi)的相互作用，這就是食品防腐保質(zhì)的柵欄效應(yīng)（Hurdle Effect）。

　　長期的研究揭示了不同食品內(nèi)抑菌、防腐和保質(zhì)的柵欄因子（Hurdle Factors）的相互作用的不同模式：

　　1)強(qiáng)度相等的柵欄因子互作；

　　2)Aw和Pres為主的因子互作；

　　3)初始菌量低的因子互作；

　　4)高初始菌量的因子互作；

　　5)富營養(yǎng)食品因子互作；

　　6)預(yù)熱處理食品因子互作；

　　7)發(fā)酵風(fēng)干香腸因子互作；

　　8)協(xié)同累加因子互作。

　　Leistner團(tuán)隊(duì)對食品內(nèi)柵欄效應(yīng)的防腐保質(zhì)機(jī)制進(jìn)行長期的探究，研究表明，不同的食品有獨(dú)特的防腐保質(zhì)柵欄的相互作用，兩個(gè)或兩個(gè)以上柵欄的作用不僅僅是其單一柵欄作用的累加。食品的可貯性可通過二個(gè)或更多個(gè)柵欄因子的相互作用而得到保證，這些因子中任一單一的存在不足以抑制腐敗性微生物或產(chǎn)毒性微生物。

　　對一種可貯而優(yōu)質(zhì)的食品，柵欄因子的復(fù)雜交互作用控制著微生物腐敗、產(chǎn)毒或有益發(fā)酵，氧化酸敗、風(fēng)味衰減等，這些因子互作對食品的聯(lián)合防腐保質(zhì)作用，Leistner教授將其名命為“ Hurdle Technology”，王衛(wèi)將其翻譯為“柵欄技術(shù)”。

柵欄因子防腐保質(zhì)機(jī)理

　　內(nèi)平衡

　　微生物的生長需要特定的t、pH、aw等條件，當(dāng)這些條件在小范圍變化，微生物可自身調(diào)控能力恢復(fù)其內(nèi)平衡，這些條件變動(dòng)過大，內(nèi)平衡受到不可恢復(fù)性破壞，導(dǎo)致微生物死亡。食品防腐就是施加可臨時(shí)或永久打破并使之難以恢復(fù)其內(nèi)平衡的柵欄因子。

　　被破壞的內(nèi)環(huán)境的修復(fù)需要耗費(fèi)更多的能量，例如降低Eh值（真空、氣調(diào)等包裝）可阻斷微生物修復(fù)內(nèi)環(huán)境時(shí)所需能量，而能量提供的限制阻止了微生物的修復(fù)機(jī)制，使得防腐保質(zhì)柵欄因子間的協(xié)同效應(yīng)成為可能。因此低aw值、低pH值、和低Eh值之間具協(xié)同作用性。類似的微生物及其菌群內(nèi)環(huán)境的擾亂為食品防腐技術(shù)的研發(fā)提供了潛在的可能。

　　代謝衰竭

　　在一些具有特定柵欄因子的食品內(nèi)，殘存的受到一定損害的微生物通過可能的修復(fù)機(jī)制以適應(yīng)其內(nèi)環(huán)境，以便在不利于微生物的條件下生存，但可能在貯藏過程中耗盡能量而代謝衰竭死亡。因此在某些肉制品的貯藏過程中，當(dāng)其內(nèi)外環(huán)境的t、aw、Eh或pH處于不利于有害微生物和酶類時(shí)，有害微生物可能發(fā)生自動(dòng)衰竭死亡或酶類失去活性，結(jié)果是食品的“自動(dòng)殺菌”。

　　簡裝貯藏的肉干，aw低于0.7時(shí)，殘留或污染的金黃色葡萄球菌等可因“饑渴”而不斷減少；防腐劑處理的水果：常溫比冷鏈更利于微生物的衰竭死亡； 含豐富益生菌的發(fā)酵香腸：由于競爭性微生物作用，沙門氏菌在常溫下比冷藏下更易死亡；人造黃油：乳化態(tài)和貯藏溫度越高，微生物衰竭越快；巴氏殺菌肉制品：柵欄因子過多不利于微生物的衰竭，低溫和氣調(diào)（t和Eh因子）成為經(jīng)典組合。

　　內(nèi)環(huán)境競爭

　　微生物的生長需要能量、營養(yǎng)等基礎(chǔ)物質(zhì)，在一個(gè)特定食品的內(nèi)環(huán)境內(nèi)，有限的基礎(chǔ)物質(zhì)只能滿足有限的微生物需求，不同類型和數(shù)量的微生物之間必然形成生存競爭。

　　在火腿、臘腸等發(fā)酵肉制品風(fēng)干進(jìn)程中，以及豆豉、豆瓣、腐乳等菜肴調(diào)味品發(fā)酵進(jìn)程中，乳酸菌、微球菌、霉菌、酵母菌等益生菌大量生長，通過分解蛋白、脂肪、碳水化合物產(chǎn)生鮮美的風(fēng)味物，同時(shí)這些微生物在產(chǎn)品中處于群體絕對競爭優(yōu)勢甚至產(chǎn)生抑制其他有害菌的物質(zhì)，其他有害菌就失去了生存空間，產(chǎn)品安全性就得到保障。

　　應(yīng)激反應(yīng)

　　微生物在應(yīng)激狀態(tài)下某些可產(chǎn)生抗應(yīng)激蛋白（stress shock protein），變得對環(huán)境條件（例如高溫）更強(qiáng)的抵抗力或更強(qiáng)的毒性。保護(hù)性抗應(yīng)激蛋白是細(xì)菌在t（熱處理）、pH、aw、pres (乙醇)等不利環(huán)境，或者處于饑餓狀態(tài)的誘導(dǎo)下產(chǎn)生。這一反應(yīng)有可能影響食品的防腐性，且為應(yīng)用柵欄技術(shù)防腐保質(zhì)帶來問題。這就是在一些食品中不當(dāng)或過度的的防腐手段更不利于產(chǎn)品保質(zhì)期的延長。

　　但在另一些食品中，如果微生物同時(shí)面臨多種應(yīng)激，微生物就需產(chǎn)生更多的抗應(yīng)激蛋白而需耗用更多的能量，如果施加的柵欄因子有效阻止了能量的提供，微生物抗應(yīng)激蛋白的基因活性將處于更為艱難的狀態(tài)，這也就可能導(dǎo)致上面所述的微生物代謝衰竭“自動(dòng)殺菌”的出現(xiàn)。

　　多靶共效

　　食品內(nèi)的不同柵欄是有效針對微生物細(xì)胞內(nèi)不同目標(biāo)，既不同靶子，例如是針對細(xì)胞膜、DNA或酶系統(tǒng)、以及針對pH、aw或Eh等內(nèi)環(huán)境條件，從數(shù)方面打破其內(nèi)環(huán)境平衡，使細(xì)菌抗應(yīng)激蛋白的形成更為困難，則可實(shí)現(xiàn)有效的柵欄交互作用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定和優(yōu)質(zhì)可貯。

　　山梨酸鉀類：抑制微生物的脫氫酶系統(tǒng)；迷迭香等：終止自由基,抑制單線態(tài)氧；尼泊金酯類：破壞微生物的細(xì)胞膜；食鹽、乳酸鈉等：降低水分活度尼生素；Nisin：抑制微生物DNA、RNA蛋白質(zhì)和多糖等的生物合成；紫外線等輻照：抑制微生物DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄。

　　柵欄技術(shù)應(yīng)用于食品防腐，其可能性不僅僅是根據(jù)食品內(nèi)不同柵欄所發(fā)揮的累加作用，而進(jìn)一步是這些柵欄因子的交互作用與協(xié)同效應(yīng)性。因此在食品內(nèi)應(yīng)用不同強(qiáng)度和緩和的防腐柵欄，通過這些柵欄的互作效應(yīng)使食品達(dá)到微生物穩(wěn)定性，比應(yīng)用單一而高強(qiáng)度柵欄更為有效，更益于食品防腐保質(zhì)，這就是建立與柵欄技術(shù)之上的“多靶共效防腐”技術(shù)，已成為未來最具挑戰(zhàn)性最具應(yīng)用前景的領(lǐng)域。

　　在多靶效應(yīng)上醫(yī)學(xué)領(lǐng)域早已走在前列，例證之一對殺菌劑殺菌機(jī)理的研究，至少已有12類殺菌劑對微生物細(xì)胞的多靶效應(yīng)作用被揭示。細(xì)胞膜常常是受到進(jìn)攻的第一個(gè)靶子，使細(xì)菌變得千瘡百孔甚至四分五裂，同時(shí)殺菌劑又可阻止酶、蛋白質(zhì)和DNA等的合成。多靶效應(yīng)性藥劑已在抗細(xì)菌性傳染?。ㄈ绮际蠗U菌?。┖筒《拘詡魅静。ㄈ绨滩。┥系玫匠晒?yīng)用。其柵欄調(diào)控原理在防腐保質(zhì)上上的應(yīng)用已受到特別關(guān)注。

　　各種食品內(nèi)都有其不同的柵欄因子的共同作用，達(dá)到一種保證微生物、內(nèi)源酶等穩(wěn)定性的平衡。這一平衡如同天平式一樣，那怕是其中一個(gè)柵欄發(fā)生微小變化，都可能打破平衡，對食品可貯性和總體質(zhì)量產(chǎn)生影響。

　　例如對于真空包裝巴氏處理的高水分肉制品安全可貯的條件是：F 0.3～0.4, aw 0.970～0.975, pH 6.2～6.4，其中每個(gè)因子的微小變化都對產(chǎn)品質(zhì)量安全的天平發(fā)揮影響。對不同產(chǎn)品中影響其微生物穩(wěn)定性的關(guān)鍵因子的數(shù)量化，或?qū)⒊蔀楦挥懈偁幮蕴魬?zhàn)性的研究領(lǐng)域。對食品中t，aw，pH和Eh等各柵欄微調(diào)的實(shí)現(xiàn)，可能在實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)生重大成果，帶來顯著效益。

　　對于實(shí)現(xiàn)食品生產(chǎn)的天平式控制，需加工工程師、微生物學(xué)專家、營養(yǎng)學(xué)家的密切合作，例如在使用添加劑提高食品中抑制微生物生長的柵欄時(shí)，必須判斷此法從毒理學(xué)，感官質(zhì)量，營養(yǎng)特性及飲食習(xí)慣等上考慮是否可行。又如多種添加劑對肉制品aw有影響，乳化性香腸的aw可通過添加脂肪（約30%）和食鹽（2.0%左右）而調(diào)節(jié)到低于0.96，這一添加量是可接受的，而在低鹽產(chǎn)品開發(fā)中，食鹽量的降低導(dǎo)致aw的變化無疑對產(chǎn)品安全性帶來極大風(fēng)險(xiǎn)。

　　魔方式效應(yīng)

　　食品中的各種柵欄因子，包括pH、t，aw、Eh等，如魔方式變幻構(gòu)成了肉制品的微生物穩(wěn)定性，這些因素通常是食品的必需柵欄，每一柵欄的變化均如同魔方變幻對整體產(chǎn)生重大影響。根據(jù)魔方式控制原理設(shè)計(jì)肉品生產(chǎn)，調(diào)節(jié)控制其最佳的柵欄因子，就需要可靠的有關(guān)其數(shù)量化資料。

　　以工業(yè)化菜肴制品紅燒肉軟罐頭為例，在室溫下貯藏時(shí)這類產(chǎn)品達(dá)到可貯的柵欄相互作用條件是F大于0.4，pH低于6.5，以及Eh應(yīng)在很低（真空灌裝），如果產(chǎn)品存在pres柵欄亞硝酸鹽，則aw小于0.97即可；但無硝產(chǎn)品aw需小于0.96。在低硝、低鹽、低脂等肉制品開發(fā)中，需探究涉及每一具體產(chǎn)品的各柵欄因子的變化，在柵欄因子強(qiáng)度的下降甚至消失，必須有相應(yīng)的“頂替”因子，以維持保證產(chǎn)品微生物穩(wěn)定性和優(yōu)質(zhì)可貯性的天平的而平衡，以及彌補(bǔ)aw柵欄的變化對整體魔方變幻的影響。

　　對于發(fā)揮pres因子關(guān)鍵作用的硝鹽，除了出色的抑菌防腐抗氧功能，還可賦予產(chǎn)品良好發(fā)色和增香作用。過多添加和殘留導(dǎo)致的安全隱患受到關(guān)注。使用原則是嚴(yán)格控制其添加量和使用范圍，盡可能少而又能達(dá)必需的發(fā)色、防腐、增香等作用。例如NaNO2添加量20～40ppm足以滿足發(fā)色所需，30～50ppm增香，可發(fā)揮防腐功能則需60～150ppm，控制在此范圍，食品的衛(wèi)生安全性完全可得到保證。

　　在無硝產(chǎn)品開發(fā)中，植物提取物或冷鏈控制替代抑菌防腐抗氧，色素替代發(fā)色，調(diào)味劑替代增香，但至仍然未找到更為安全、有效、廉價(jià)的替代物，而其副作用在臨床醫(yī)學(xué)及營養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域甚至被過于放大了，在歐洲添加亞硝或微煙熏甚至允許應(yīng)用于有機(jī)肉制品。

　　從理論和實(shí)踐的觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)用柵欄技術(shù)對經(jīng)熱加工的熟肉制品的t，aw和Eh柵欄進(jìn)行調(diào)節(jié)，是最有現(xiàn)實(shí)意義的，這樣可開發(fā)出經(jīng)中熱處理而可非冷保存的耐貯存產(chǎn)品（SSP產(chǎn)品）。很多扁平狀包裝巴氏處理的醬鹵、香腸、工業(yè)化菜肴均可以此為原理加工。這類產(chǎn)品只經(jīng)過中熱處理（F值約為0.4），能有效抑制所有營養(yǎng)性微生物的活性，而對細(xì)菌芽胞尚未造成致命性損傷，但這些受損的桿菌芽胞再發(fā)芽的繁殖力減小，只需通過aw和pH兩道柵欄已能將其抑制，而無損于肉制品的感官質(zhì)量，輔以真空包裝，即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)可貯和有效抑制風(fēng)味衰減。

　　aw和pH是肉制品的關(guān)鍵因子，當(dāng)然Eh因子，即有效含氧量也是影響產(chǎn)品的微生物穩(wěn)定性因素，當(dāng)Eh值低時(shí)，不僅好氣菌，甚至兼性厭氧菌也不會(huì)很好的生長，因此在Eh值很低的情況下，一些aw耐受性高，在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)基上中度有氧條件下，aw為0.86時(shí)仍生長的桿菌，在產(chǎn)品中aw為0.97～0.96時(shí)可受到抑制，基于降低氧化還原值（Eh）對產(chǎn)品中好氣性芽胞桿菌起到重要的抑制作用。pH柵欄因子，以及與pH直接或間接相關(guān)的F，aw和Eh因子，如魔方式變幻構(gòu)成了肉制品的微生物穩(wěn)定性，這4個(gè)因素通常是食品的必需柵欄，每一柵欄的變化均如同魔方變幻對整體產(chǎn)生重大影響。

　　柵欄效應(yīng)與食品總質(zhì)量

　　從柵欄技術(shù)概念上理解食品防腐技術(shù)，似乎僅側(cè)重于保證食品的微生物穩(wěn)定性，然而柵欄技術(shù)還與食品的總質(zhì)量密切相關(guān)。正如動(dòng)物或植物細(xì)胞胞脂質(zhì)氧化受大量正負(fù)性內(nèi)在和外在因素景響結(jié)果一樣。柵欄技術(shù)不僅僅適用于保證食品衛(wèi)生安全性，也保證其總質(zhì)量。有的柵欄，例如在美拉德產(chǎn)品中的美拉德反應(yīng)，就對產(chǎn)品的可貯性和質(zhì)量都具重要性。食品中可能存在的柵欄將影響其可貯性，感官質(zhì)量，營養(yǎng)性，工藝特性和經(jīng)濟(jì)效益。

　　而柵欄對產(chǎn)品的總質(zhì)量可能是正影響，也可能是負(fù)影響，同一柵欄強(qiáng)度不同對產(chǎn)品的作用也可能是相反的。例如t（低溫冷藏）作為水果的防腐保質(zhì)柵欄時(shí)，過快過低有損于水果質(zhì)量，而和緩冷卻則有利。又如在可以調(diào)酸的產(chǎn)品中，pH值的降低能抑制腐敗菌，但過低則對感官不利。為保證產(chǎn)品總質(zhì)量，柵欄及其強(qiáng)度應(yīng)調(diào)控在最佳范圍。

　　柵欄作用交互作用序列性

　　在一些肉制品中，其柵欄序列按一定程序固定不變，在這些產(chǎn)品品加工和貯藏的各階段，各柵欄因子相繼發(fā)揮作用或消失。例如對于風(fēng)干淺發(fā)酵臘腸的柵欄序列，在這類產(chǎn)品加工的某一階段，某一柵欄能最有效的抑制使產(chǎn)品腐敗的微生物（沙門氏桿菌，肉毒桿菌，金色葡萄球菌）以及其他導(dǎo)致食物中毒的細(xì)菌，酵母菌和霉菌的繁殖，同時(shí)又能有利于對香腸的風(fēng)味和可貯性起重要作用的aw和競爭性菌落（乳酸桿菌，微球菌等的生長。

防腐保質(zhì)柵欄因子調(diào)控

　結(jié)語

　　肉制品的衛(wèi)生安全性及其總的質(zhì)量特性，取決于產(chǎn)品加工及貯運(yùn)流通中采用的方法和技術(shù)，按其基本原理歸結(jié)為幾個(gè)柵欄因子（Hurdle Factors），產(chǎn)品的安全可貯性和總體質(zhì)量特性，主要取決于這些因子互作的柵欄效應(yīng)（Hurdle Effect），而柵欄因子作用機(jī)制涉及到內(nèi)平衡、內(nèi)環(huán)境競爭、自動(dòng)衰竭、多靶效應(yīng)、天平式或魔方式調(diào)控等。以現(xiàn)代技術(shù)手段為支撐，構(gòu)建“原料減菌保鮮、關(guān)鍵點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)值控制、多因子聯(lián)合防腐”等柵欄技術(shù)體系，通過柵欄因子調(diào)控實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的安全、優(yōu)質(zhì)、營養(yǎng)和可貯，即是柵欄技術(shù)（Hurdle Technology）的核心內(nèi)容。