栅栏技术在食品加工中的应用成果

栅栏技术在食品行业得到广泛应用，通过这种技术加工和贮存的食品也称为栅栏技术食品（HTF）。在拉丁美洲，栅栏技术食品在食品市场中占有很重要的位置。栅栏技术在美国、印度以及欧洲一些国家已经有较大发展，近年来，在我国食品加工业中的应用也已兴起。

（一）栅栏技术在肉类加工中的应用

1.传统肉制品的生产工艺及特点

中国的肉制品加工经过漫长的发展历史，形成了风味各异、丰富多彩的产品。依其加工方法和产品特性，可将其分类为腌腊制品、糟卤制品、肉干制品、香肠制品、火腿制品、烧烤制品、烟熏制品、罐头制品及其他制品等。传统的加工方法大多是利用高盐、低水分活度来延长其货架寿命。以腌腊制品为例，腌腊制品主要是以禽畜肉或其可食内脏为原料，辅以食盐、酱料、硝酸盐或亚硝酸盐、糖或香辛料等，经原料整理、腌制或酱渍、清洗造型、晾晒风干或烘烤干燥等工序加工而成。

2.肉类加工中常用栅栏因子分析

肉制品的腐败变质主要由微生物污染增殖和脂肪酸败造成。通过对原料肉、辅料及加工工艺流程中微生物消长情况的研究，可以确定保障肉制品卫生质量的各个关键控制点，然后据此对栅栏因子进行选择，从而既能使产品加工工艺过程简化，又能达到卫生标准。

（1）热加工 高温热处理是最安全和最可靠的肉制品保藏方法之一。加热处理就是利用高温对微生物的致死作用。从肉制品保藏的角度，热加工指的是两个温度范畴，即杀菌和灭菌。

（2）杀菌 杀菌是指将肉品的中心温度加热到65～75℃的热处理操作。在此温度下，肉制品内几乎全部酶类和微生物均被灭活或杀死，但细菌的芽孢仍然存活。因此，杀菌处理应与冷藏相结合，同时要避免肉制品的二次污染。

（3）灭菌 灭菌是指肉制品的中心温度超过100℃的热处理操作。其目的在于杀死细菌的芽孢，以确保产品在流通温度下有较长的保质期。但经灭菌处理的肉制品中仍存有一些耐高温的芽孢，只是量少并处于抑制状态。在偶然的情况下，经一定时间，仍有芽孢增殖导致肉制品腐败变质的可能。因此，应对灭菌之后的保存条件予以重视。

（4）低温保藏 低温保藏是控制肉类制品腐败变质的有效措施之一。低温可以抑制微生物生长繁殖的代谢活动，降低酶的活性和肉制品内化学反应的速度，延长肉制品的保藏期。如当温度降到—15～-10℃时，除了少数嗜冷菌外，大多数细菌都已停止发育。但温度过低，会破坏一些肉制品的组织或引起其他损伤，而且耗能较多。因此在选择低温保藏温度时，应从肉制品的种类和经济两方面来考虑。

肉制品的低温保藏包括冷藏和冻藏。冷藏就是将新鲜肉品保存在其冰点以上但接近冰点的温度，通常为—1～7℃。在此温度下可最大限度地保持肉品的新鲜度，但由于部分微生物仍可以生长繁殖，因此冷藏的肉品只能短期保存。冻藏是把肉进行深度冷冻（内部也结冰），使其中大部分汁液冻结成冰，中心温度一般降至—18℃为宜。在此温度下可阻止各种酶的活性，延缓氧化作用进程，可进行长期贮藏。

（5）水分活度 水分活度是肉品中的水的蒸气压与相同温度下纯水的蒸气压之比。当环境中的水分活度值较低时，微生物需要消耗更多的能量才能从基质中吸取水分。基质中的水分活度值降低至一定程度，微生物就不能生长。一般大部分细菌生长的最低水分活性均大于0.94，且最适宜水分活性均在0.995以上。如传统的中国腊肠就是通过降低水分活度为主要栅栏因子来保证产品质量的，其水分活度值为0.75左右。

随着食品科学技术的发展，食品水分活度的重要性愈来愈受到人们的重视，各国科学家正在研究通过控制水分活度来达到免杀菌保存食品的新途径。

3.栅栏技术在肉类加工应用中的发展

在常规栅栏因子之外，近年各国研究人员正在积极研究各种新型实用的栅栏因子，希望以更低的成本获得更合适的保鲜方式。

（1）气调技术 气调保鲜技术较多应用在鲜肉保鲜上，其机理是通过在包装内充入一定的气体，破坏或改变微生物赖以生存繁殖的条件，以达到保鲜的目的。气调包装用的气体通常为CO₂、O₂和N₂。每种气体对鲜肉的保鲜作用不同，通过这3种气体的不同配比，可达到相应的效果。

（2）辐照技术 肉品辐射贮藏是利用放射性核素发出的射线，在一定剂量范围内辐照肉，杀灭其中的害虫，消灭病原微生物及其他腐败细菌，或抑制肉品中某些生物活性物质和生理过程，从而达到保藏或保鲜的目的。辐照杀菌又分消毒杀菌和完全杀菌，其主要区别是辐照剂量的差别，通过控制剂量，来达到部分或全部的杀菌效果。

（3）细菌素应用 乳酸链球菌素（Nisin）是第一个被发现的具有杀菌能力的细菌素，也是目前唯一被允许作肉类食品防腐保鲜剂的细菌素，是从链球菌属的乳酸链球菌发酵产物中提取的一类多肽化合物，又称乳酸链球菌肽。Nisin可抑制大多数革兰氏阳性菌（特别是可生成孢子的细菌），如乳杆菌、链球菌、明串珠菌、小球菌、葡萄球菌、李斯特菌芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌等。它能够有效地阻止肉毒梭状芽孢杆菌的孢子发芽，其在保鲜中的重要价值在于对芽孢杆菌的有效作用，这些孢子是食品腐败的主要微生物。Nisin已在国内外应用于肉制品加工中。

（4）超高压 超高压加工是指用100MPa以上（100～1000MPa）的静水压力对食品物料进行处理，达到灭菌、物料改性和改变食品的某些理化反应速度的效果。大部分应用的高压处理过程是纯物理过程，具有瞬间压缩、作用均匀、操作安全和耗能低的特点，其最大优越性在于这种技术是目前人们发现的能最好保持食物天然色、香、味和营养成分的加工技术，同时它也可用来改善食品的组织结构或生成新型食品。超高压技术作为一种新兴的食品处理技术，用于肉类加工可以实现成型、杀菌、嫩化，并可以在包装后进行处理，在改善肉品质、抑菌和节能等方面表现出独特的优势，同时也防止了产品的二次污染，为肉品的加工、贮藏和开发提供了新途径。

4.栅栏技术在肉制品设计和加工中的应用趋势

栅栏技术已经广泛应用于肉类食品的保藏，不过它与高新技术结合才是最有效的。现代肉类保藏中，将栅栏技术与关键危害点（HACCP）、良好生产规范（GMP）和微生物预报技术（PM）相结合。三者的结合应用尚需进一步研究，在结合应用中，可遵循以下的10个步骤：①确定需要改进或新开发产品的感官特性和货架寿命；②提出加工产品的技术要则和工艺流程；③分析产品的栅栏因素；④预报其微生物稳定性；⑤“恶劣”条件下进行产品主要致病菌和病源菌的接种试验；⑥从产品微生物内环境和产品总质量上全盘考虑，对设计的栅栏进行调整改进；⑦对改进后产品再进行微生物接种试验，必要时进一步调整改进栅栏，此阶段微生物预报技术的应用有助于对产品安全性的评估；⑧建立改进或新开发产品的准确栅栏（包括其范围和强度），确定出加工中的监测办法（最好采用物理法）；⑨将设计定型产品投入生产条件下试验，对其可行性予以证明；⑩建立工业化大规模生产的关键控制点和监控体系，应用HACCP管理法完善加工控制。

三者的结合可以有针对性地选择、调整栅栏因子，再利用HACCP的监控体系，保证产品的质量和安全。应用栅栏技术进行肉品设计和加工既可通过此技术预估加工肉品的可贮性和质量特性，也可以几个最重要的栅栏因子作为基础建立模式，较为可靠地预测出肉品内微生物生存情况。栅栏技术与现代新技术的有机结合是未来发展方向。

（二）栅栏技术在果蔬加工中的应用

1.栅栏技术在鲜切果蔬产品中的应用

随着生活水平的提高，人们对食品的方便性、新鲜度及风味要求也越来越高，按照传统方法加工、保藏的果蔬难以达到这一要求，鲜切果蔬产品应运而生。这种产品是以新鲜水果、蔬菜为原料，经过清洗、修整、切分等工序，最后用塑料薄膜袋包装的一种新型果蔬加工产品，具有品质新鲜、食用方便和营养卫生的特点。鲜切果蔬的加工操作（如去皮、切割及切片等）会使果蔬的组织结构破坏、营养成分外流，极有利于微生物生长繁殖。微生物污染可使鲜切产品品质降低，货架期缩短，从而影响产品的经济价值，也会产生食源性疾病，危害公共健康。因此，微生物控制是鲜切果蔬质量安全控制中的关键问题。

随着对鲜切果蔬杀菌技术研究的深入，人们逐渐认识到单一的杀菌措施通常存在一定的缺陷，采用栅栏技术科学合理地组合各种杀菌措施，发挥其协同效应，形成对微生物的多靶攻击，才能有效抑制微生物的生长繁殖，保证鲜切果蔬的卫生质量和食用安全。

2.鲜切果蔬中应用的栅栏因子

（1）初始带菌量 初始带菌量是指鲜切加工前原料果蔬的含菌量。初始菌量越低，越有利于其他杀菌因子发挥作用，因此有必要采取措施降低鲜切果蔬的初始带菌量。在原料果蔬生长期间，使用完全腐熟的有机肥，避免使用受粪便污染、含菌量多的水灌溉；采收后可以运用空气冷却、冰冷却、真空冷却等方式将果蔬预冷处理，进而除去田间热，降低微生物的侵染程度；在加工前要仔细清洗，清洗不仅能清除果蔬表面的污垢，还能除去表面大量微生物；有些果蔬鲜切后仍需进行二次清洗，洗除切面上的微生物和果蔬汁液，可抑制贮后微生物生长繁殖。为了加强清洗的效果，在水中常加入柠檬酸、电解水、次氯酸钠等杀菌剂或采用超声波等辅助清洗，可以杀死部分微生物，延长鲜切产品货架期及改善其感官质量。(www.xing528.com)

（2）温度 微生物的生长、代谢和繁殖与环境温度具有直接相关性。适度的热处理可以在保证杀菌效果的基础上，降低鲜切果蔬呼吸率，延长货架期，且不会破坏产品的感官和营养品质。低温可以抑制微生物的生长繁殖。在生产实践中，控制合理的温度对于鲜切果蔬加工很有必要。通常原料果蔬收获后多置于5℃冷藏；在修整和剥皮过程中，环境温度一般保持在10～15℃；加工后的鲜切产品冷却到2～5℃贮藏为宜。

（3）pH微生物的生长、繁殖都需要一定的pH条件，过高或过低的pH环境都会抑制微生物的生长。一般来说，把食品体系的pH降低到3.0～5.0就可以限制能够生长的微生物种类。鲜切果蔬常采用柠檬酸、苯甲酸、山梨酸、醋酸等有机酸抗菌剂降低pH，再联合气调包装等栅栏因子来有效控制微生物污染。

（4）化学杀菌措施 液体杀菌剂可以添加在原料果蔬的清洗去污及鲜切后的二次洗涤用水中，处理方式可以是浸泡、喷雾或喷淋等，也可以涂擦在原料果蔬或鲜切产品的表面，起到杀菌的作用。目前食品工业常用的液体杀菌剂主要是传统含氯杀菌剂（氯水、次氯酸钠、次氯酸钙等），这些杀菌剂价格低廉且具有较好的杀菌效果，但在使用的过程中容易产生对人体有害的副产物，许多欧洲国家严令禁止将次氯酸钠用于鲜切果蔬的杀菌中。因此，安全高效的杀菌剂应该是未来鲜切果蔬微生物控制的发展趋势。气体杀菌剂可以以气态形式高浓度熏蒸杀菌或在贮藏室以低浓度间断循环进行空气环境杀菌，也可以溶于水形成杀菌溶液用于原料果蔬的清洗去污及鲜切后果蔬的二次洗涤。目前鲜切果蔬微生物控制中常用的气体杀菌剂主要有臭氧和二氧化氯等。

（5）气调包装 气调包装是当前较先进的可广泛应用的贮藏保鲜技术，它根据不同果蔬产品的生理特性，用2种或多种气体组成的混合气体取代包装体内的气体，借助果蔬产品的呼吸作用与包装材料的选择性渗透，构造更适合产品保藏的环境气氛，有效地降低果蔬的生理消耗，防止无氧呼吸所引起的发酵、腐烂，以延长果蔬产品的保鲜贮运周期。

（三）栅栏技术在乳品工业中的应用

1.温度因子在乳品工业中的应用

与地球生物圈中的各种生物一样，微生物的生长、代谢、繁殖与温度具有直接相关性，又由于哺乳动物的乳汁是各种微生物的完全培养基，所以在乳品工业中对温度的控制就显得至关重要。无论是在乳牛养殖，原料乳的收购、运输、暂存，还是在加工线上的预热、杀菌、灌装及后续工艺上的包装、贮藏，以及销售环节的运输、贮存（即乳从生产到消费的每一个环节），人们对温度的控制始终贯穿于各个环节之中。原料乳的贮藏和运输一般在5℃下进行，此外，巴氏杀菌和UHT杀菌是栅栏技术在乳品工业中成功应用的典型实例。

2.pH控制在乳品工业中的应用

作为乳品质量的一个重要衡量指标，pH的控制在乳品的加工中尤为重要。由于牛乳是一个较为复杂的包含真溶液、高分子溶液、胶体悬浮液、乳浊液及其过渡状态的分散体系，其pH的变化直接关系到整个体系的稳定性。正常新鲜乳的pH为6.4～6.8，一般酸败乳或初乳的pH在6.4以下，低酸度乳的pH在6.8以上。但由于滴定酸度可以反映出乳中乳酸的产生程度，在生产时常采用滴定酸度来反映乳的新鲜程度。在乳品加工中，针对不同的产品，对原料乳的要求也不同：发酵酸乳、UHT乳、巴氏杀菌乳等产品的原料乳的滴定酸度要求在16°T以下；中性含乳饮料原料乳滴定酸度在16～18°T；炼乳和奶粉的原料乳滴定酸度在20～22 °T。

3.照射因子在乳品工业中的应用

食品辐照是指利用射线照射食品（包括原材料），延迟新鲜食物某些生理过程（发芽和成熟）的发展，或对食品进行杀虫、消毒、杀菌、防霉等处理，达到延长保藏时间，稳定提高食品质量的目的的操作过程。辐射线主要包括紫外线、X射线和γ射线等，其中紫外线穿透力弱，只有表面杀菌作用，而X射线和γ射线（比紫外线波长更短）是高能电磁波，能激发被辐照物质的分子，使之引起电离作用，进而影响生物的各种生命活动。紫外线依据不同的波长范围，被分割为A、B、C三种波段，其中的C波段紫外线波长在240～260nm，为最有效的杀菌波段，波段中波长最强点是253.7nm。现代紫外线消毒技术是基于现代防疫学、光学、生物学和物理化学的基础上，利用特殊设计的高效率、高强度和长寿命的C波段紫外光发生装置，产生的强紫外C光照射流水（空气或固体表面），当水（空气或固体表面）中的各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其他病原体受到一定剂量的紫外C光辐射后，其细胞的部分氨基酸和核酸吸收紫外线，产生光化学作用，引起细胞内成分，特别是核酸、原浆蛋白、酯的化学变化，使细胞质变性，同时空气受紫外线照射后产生微量臭氧，共同杀菌作用，从而导致微生物的死亡，达到不使用任何化学药物的情况下消毒和净化的目的。

辐照因子以其物理化作用于食品加工过程中，而可以最大限度保持食品原有的营养成分受到广大科技工作者的青睐，但由于辐照食品的安全性受到广大消费者的质疑，因此其在现代食品加工中的应用还十分有限。在现有的乳品加工业，辐照技术大多只是应用在乳品仓库、车间的消毒卫生控制方面。但随着辐照食品的安全性得到消费群体的认可，辐照技术必然应用于乳品的许多加工和贮藏过程中。如对原料乳的保存；乳品加工中的冷杀菌处理；乳品包材的灭菌；乳品成品的贮藏等方面。

4.压力因子在乳品工业中的应用

食品高压加工技术被认为是未来最具潜力、最有希望的食品保鲜加工方法。高压食品的加工处理技术就是将食品在100MPa以上的压力，在常温或较低温（＜60℃）下，达到杀菌效果，而食品的保存期、味道、风味和营养价值不受或很少受影响的一种加工方法。高压食品与传统的烹调食品相比具有很多优越性，其主要作用是延长食品味道鲜美的时间、延长食品的保藏时间、防止微生物对食品的污染、使食品中的有害蛋白质失活、开发新的21世纪高质量食品。现在乳品加工中，压力因子多和温度因子联合控制使用，如在巴杀鲜牛乳生产线上常采用70℃，1.5～1.8MPa来均质，在发酵酸乳的生产线上常采用25℃，2.0MPa左右压力来均质。

5.气调技术在乳品工业中的应用

气调技术大多是应用在对果蔬产品的贮藏方面，但随着气调技术的不断发展和完善，气调技术也被利用在乳品加工和贮藏方面。在乳品加工过程中，利用填充碳酸气来制得充气酸乳，在奶油冻的生产方面加入充气机来制得充气甜食，在奶粉的包装上采用抽真空技术延长产品的货架期，在干酪的成熟过程中采用气调技术改善其成熟环境和成熟时间，在干酪制品包装上采用活性气调（50%的N₂和50%的CO₂，75%的N₂和25%的CO₂）包装技术延长干酪制品的保质期，还可以利用气调技术延长牛乳酒的货架期。这些气调技术在乳品工业中的应用还只是冰山一角，相信随着科技的发展和气调技术的不断完善，气调技术在乳品工业中的应用将愈来愈广。

思考题

1.食品辐照技术的概念和特点是什么？

2.影响食品辐照效果的因素有哪些？

3.简述食品辐照技术在食品中的应用。

4.超高静压技术的概念和特点是什么？

5.简述超高静压技术在食品工业中的应用。

6.食品工业中常用的栅栏因子有哪些？

7.什么是栅栏技术？

8.栅栏技术的原理是什么？

9.肉类加工中常用的栅栏因子有哪些？