乳酸鈉對肉及肉制品防腐保鮮作用的研究進展

張文敏，董慶利,*，宋筱瑜，劉 箐

乳酸鈉對肉及肉制品防腐保鮮作用的研究進展

張文敏1，董慶利1,*，宋筱瑜2，劉 箐1

（1.上海理工大學醫療器械與食品學院，上海 200093；2.國家食品安全風險評估中心，北京 100021）

乳酸鈉是一種天然、無毒、無甜度、低熱量的食品防腐劑。由于我國冷藏運輸各環節比較薄弱，在很大程度上限制了肉及肉制品的流通，因此添加無害添加劑處理以延長其貨架期具有重要的現實意義。本文對乳酸鈉的抑菌機理、乳酸鈉和其他防腐措施聯用對防腐保鮮效果的影響進行了詳細綜述，并指出未來的重點研究方向是將乳酸鈉與物理作用聯用以延長食品貨架期，將乳酸鈉整合在預測模型中預測腐敗菌的生長或失活，進而對肉及肉制品腐敗程度進行實時監控。

乳酸鈉；防腐劑；肉及肉制品；保鮮

肉及肉制品在貯藏、運輸和銷售過程中易受到微生物侵染，微生物生長繁殖使肉中蛋白質分解、脂肪酸敗、營養價值降低，引起鮮肉及肉制品的顏色、氣味、質地等感官特性的變化，因此控制微生物生長繁殖是肉類保鮮的關鍵。目前，我國肉類加工行業普遍存在原料初始菌較高、冷鏈系統尚不健全的情況，而且化學防腐劑食用過量會引發人類過敏或其他副作用，因此為了減少能源消耗，滿足人們對健康的需求，天然、廉價、無毒的防腐劑乳酸鈉在延長肉及肉制品在非冷藏條件下的貨架期應用已被人們所關注。

乳酸鈉作為一種弱有機酸鹽，目前尚未被列入食品天然防腐劑中。但早在2000年美國農業部就允許在食品中添加乳酸鈉作為風味劑（添加量＜2%）和防腐劑（添加量＜4.8%）[1]，而且是美國食品藥物監管局規定的“一般認為安全”（generally recognized as safe，GRAS）添加劑。乳酸鈉最初應用在食品防腐領域大約在1988年，Miller等[2]發現在未經冷凍的鮮豬肉中添加乳酸鈉具有抑制細菌繁殖的作用。1989年Maas等[3]將乳酸鈉添加到其他肉制品中，發現乳酸鈉能夠抑制鏈球菌屬、葡萄球菌屬的生長。乳酸鈉作為天然的調味劑、乳化劑、抗凍劑、防腐劑等，在國外食品行業已逐漸替代苯甲酸鈉等化學防腐劑。本課題組曾對乳酸鈉的抑菌機理、影響抑菌效果的因素、乳酸鈉和多種防腐劑聯用對防腐效果的影響進行過綜述[4]，但目前國內外對乳酸鈉防腐作用的研究較多，新的研究成果不斷出現，且并未涉及乳酸鈉與外界物理作用聯用（如高壓、氣調包裝（modified atmosphere packaging，MAP）、微波）對防腐效果的影響以及將乳酸鈉作為環境因子整合在預測模型中對肉及肉制品腐敗程度進行實時監控等值得深入研究的幾個方面。因此，本文對國內外對乳酸鈉的最新研究進展做了進一步的詳細介紹，并指出未來對乳酸鈉的重點研究方向，以期為乳酸鈉的研究及肉類防腐保鮮提供有益參考。

1 乳酸鈉的抑菌機理

目前，對乳酸鈉抑菌機理的了解非常有限，基于現有研究，起抑菌作用的成分有以下解釋。

1.1 乳酸鈉分子

Lappe等[5]用透射電子顯微鏡觀察到，用3 200 AU/mL cerein 8A和200 mmol/L乳酸鈉處理沙門菌，細胞壁被破壞，原生質體外流，膜內外物質不能正常運輸。姚遠等[6]進一步證明乳酸鈉破壞細菌細胞膜結構完整性并抑制胞內ATP的正常合成。徐幸蓮等[7]認為乳酸鈉進入細菌細胞內作用于無氧呼吸途徑，細胞內能量合成減少，細菌生長繁殖受到抑制。

1.2 乳酸分子

Vasavada等[8]認為細胞內陰離子的大量積累是抑制細菌生長的主要原因，而細胞內陰離子的濃度受胞外陰離子濃度及pH值的影響。因此乳酸鈉溶液中的有效抑菌成分是未解離的酸，用乳酸鈉處理細胞后，胞外環境陰離子增多，pH值降低。由于細胞膜具有通透性，導致胞內陰離子大量積累，環境酸化，新陳代謝作用迅速降低，從而抑制細菌生長。而Crist等[9]認為乳酸鈉具有弱的脂溶性酸的能力，以非解離形式通過細胞膜進入細胞內，然后在細胞內解離，并生成乳酸分子，酸化細胞質，細胞新陳代謝作用迅速降低，導致細菌生長緩慢甚至死亡。

1.3 乳酸根

白熾明等[10]將乳酸鈉和氯化鈉作對比實驗，結果表明，用這兩種鹽使水分活度降低到同一水平，乳酸鈉對沙門氏菌和金黃色葡萄球菌的生長抑制作用更強，這表明乳酸根對微生物的生長繁殖具有特殊的阻止作用。王衛等[11]進一步證明乳酸根離子影響了沙門氏菌和金黃色葡萄球菌的電化學質子梯度形成，而此形成對微生物代謝起著重要作用；由于電化學質子梯度形成的障礙，微生物需消耗更多能量，使其能量缺乏而影響其生長繁殖。

2 乳酸鈉與其他防腐劑聯用對防腐保鮮效果的影響

抑菌劑種類很多，不同抑菌劑的抗菌特性和理化性質不同，對不同微生物生長繁殖的抑制程度也不相同。國內外學者在對肉類保鮮的研究中發現，由于每種抑菌劑僅能抑制一種或幾種細菌，它們在單獨使用時，不僅需要較高的濃度，抑菌效果也不理想。而且姚遠等[12]研究表明高濃度的乳酸鈉溶液會導致豬肉的肌動蛋白和肌球蛋白重鏈發生變性，低濃度乳酸鈉溶液對豬肉的蛋白質表達則基本無影響。所以根據柵欄效應的原理，將不同種類的抑菌劑聯合使用，發揮多種抑菌劑的互補增效作用，不僅可以增強抑菌效果，而且可以降低單一防腐劑的使用量，從而減少其對食品品質的影響，提高其應用安全性。

2.1 乳酸鈉與天然防腐劑Nisin聯用對防腐保鮮效果的影響

Nisin即乳酸鏈球菌素，是從乳酸鏈球菌的發酵產物中提取的一類多肽類化合物，食用后在消化道內可很快被蛋白水解酶分解成氨基酸，不會產生如其他抗菌素出現的抗性和過敏現象，并對革蘭氏陽性菌有很強的抑制作用[13]，近年來頗受關注。乳酸鈉是一種弱酸鹽，在減少胴體污染和降低細菌總數方面有明顯效果，特別是對革蘭氏陰性菌抑制效果很強。將兩種具有協同作用的防腐劑聯用得到復合防腐劑以延長肉類食品貨架期在國內外已有較多研究。

早在1999年，Phillips[14]研究不同濃度的乳酸鈉及Nisin單獨或聯合使用時對布氏弓形菌生長的影響，結果發現各濃度乳酸鈉和Nisin均有一定的抑菌作用，但是在Nisin 0.5 g/kg、乳酸鈉質量分數2%水平下聯合使用抑菌效果顯著增強，且抑菌持續時間比單獨使用時明顯要長。Lappe等[5]分別用3 200 AU/mL cerein 8A和200 mmol/L乳酸鈉單獨及聯合使用處理沙門氏菌，90 min后觀察其在600 nm波長處的光密度值，發現單獨及聯合使用時光密度值均有下降，聯合使用時光密度值下降幅度更大。并用電子透射顯微鏡觀察細胞，發現二者聯合使用時細胞壁破損程度最大，原生質體大量外流，導致細胞死亡。Silva等[15]分別用質量分數為 3%的乳酸鈉、0.5%的Nisin單獨及聯合使用處理豬肉香腸，然后真空包裝，貯藏在4 ℃條件下，一段時間后測菌落總數、乳酸菌數及腸桿菌科菌數并分析物理化學指標，研究表明，乳酸鈉和Nisin聯合使用起協同作用，能顯著延長食品貨架期。

大量研究表明，在一定濃度下乳酸鈉和Nisin具有協同作用，特別是隨著Nisin劑量的加大所發揮的穩定微生物的協同作用更加明顯。這一協同作用產生的原因：一方面因為Nisin與乳酸鈉對細菌的作用機制不同，Nisin主要作為陽離子表面活性劑作用于細胞膜，而乳酸鈉則進入細胞內作用于無氧呼吸途徑，兩者形成對細菌的多重攻擊；另一方面乳酸鈉可對革蘭氏陰性菌抑制，在低濃度時對乳酸菌作用弱，Nisin則主要對革蘭氏陽性菌有效；還可能因為乳酸鈉作用持久，Nisin作用快但易失去活性，由此形成互補效應[16]。Nisin與乳酸鈉的協同效應，其重要意義在于通過Nisin的添加降低乳酸鈉的使用濃度，在增強防腐效果的同時，又不影響肉及肉制品的感官品質。

2.2 乳酸鈉與有機酸及其鹽聯用對防腐保鮮效果的影響

1992年，美國食品安全監測局和美國農業部推薦用乳酸等有機酸噴淋去內臟前的胴體，以減少污染。有機酸天然存在于各種食品中，它們不僅是食品組成成分，也是微生物新陳代謝的產物[17]。肉制品保鮮中使用的有機酸主要包括乳酸、醋酸衍生物、山梨酸及鹽、磷酸鹽等。有機酸是基于降低環境中的pH值而起抑菌作用的，與化學保鮮液相比，有機酸可以參與人體正常的新陳代謝，對人體無害[18]。

Yuk等[19]提出乳酸和檸檬酸對抑制豬肉中大腸桿菌效果極佳，在10 d貯藏時間里，能使大腸桿菌減少兩個對數數量級；Sallam[20]也指出有機酸的鈉鹽對于像魚類、肉類等食品有很好的保鮮效果。Ogden等[21]曾報道，采用乳酸和丙酸混合處理豬肉可顯著延長產品的貨架期，其抗菌效果隨酸液濃度的增加而提高，在貯藏12 d后，仍能保持可接受的顏色和氣味；Viera等[22]在牛被屠宰24 h后分別將質量分數為2%的乳酸和5%的乳酸鈉及其混合溶液作用于牛背最長肌，然后在4 ℃條件下貯藏，測定不同貯藏時期肌肉表面細菌菌落總數，發現將乳酸鈉和乳酸混合使用抑菌效果更好。Bradley等[23]將質量分數為2.5%的乳酸鈉和2.5%的醋酸衍生物單一防腐劑和混合所得復合防腐劑分別應用于新鮮的豬肉香腸中，并作對比研究。測定不同貯藏時間的香腸的感官品質、微生物、理化指標。結果表明：防腐效果從強到弱為復合防腐劑＞乳酸鈉＞醋酸衍生物，另外復合防腐劑除了能延長貨架期到14～18 d外，在保持香腸顏色、感官品質等方面亦有很好的作用。Crist等[24]做了相似的實驗，并詳細測定了不同貯藏時期香腸的顏色、風味、硫代巴比妥酸、蒸煮損失、水分活度、菌落總數等，同樣證明了上述結論。

目前，多項研究證實有機酸的使用對肉品的色澤和感官食用品質有一定的提升作用，乳酸鈉和有機酸及其鹽之間有明顯的協同作用，且防腐劑濃度及配比變化對保鮮效果有顯著影響，合理調整防腐劑濃度及配比，肉及肉制品可以獲得十分理想的防腐保鮮效果[25]。

2.3 乳酸鈉與無機鹽聯用對防腐保鮮效果的影響

目前常用的無機鹽防腐劑為硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯化鈉。在許多國家的肉品產業中，亞硝酸鹽廣泛用于肉產品的發色、護色及防腐抑菌。然而，向肉制品中添加過多亞硝酸鹽，它會與肉品蛋白質分解產生的胺結合生成容易引發癌癥的亞硝胺，同時可引起攝入者的急性亞硝酸鹽中毒，為了保障攝食者的食用安全，許多國家都制定了亞硝酸鹽限量標準，我國的GB 2760—2014《食品添加劑使用標準》[26]強制規定，亞硝酸鈉（或亞硝酸鉀）在肉制品中的最大添加量為150 mg/kg。Kuo等[27]發現在肉制品如火腿、香腸中加入殼聚糖和乳酸鈉能夠顯著降低亞硝酸鹽的殘留量。因此，將亞硝酸鹽和乳酸鈉等防腐劑聯用，既可使產品保持良好色澤風味，又可最大限度保障消費者食用安全。

氯化鈉通過脫水作用和滲透作用使肉制品中的水分含量降低，從而顯著降低肉品中的水分活度[27-29]，進而抑制肉品中微生物的生長和繁殖，達到防止肉品腐敗、延長貨架期的目的。有研究指出當肉中氯化鈉質量分數達到5%時，厭氧菌的生長可以完全被抑制，達到10%時，大部分細菌的生長都會受抑制[30-32]。然而，現代醫學研究表明，長期過量食用食鹽可導致高血壓等心血管疾病，并加重腎臟的負擔[33]。Sallam等[34]分別用不同質量分數的乳酸鈉和氯化鈉單獨或聯用后處理碎牛肉，真空包裝后貯藏在2 ℃條件下，測定不同貯藏時間碎牛肉的感官品質、菌落總數、理化指標，結果發現乳酸鈉和氯化鈉聯合使用可以在較低濃度下顯著抑制碎牛肉中微生物生長、保持其化學品質、延長貨架期。因此，在防腐保鮮中，氯化鈉多與其他防腐劑聯用以減少其用量，并起到更好的保鮮防腐作用。

3 乳酸鈉與外界物理作用聯用對防腐保鮮效果的影響

高壓、微波、加熱、氣調包裝等物理作用廣泛應用于食品保鮮防腐，早在1999年，Benito等[35]就發現高壓處理碎牛肉抑制大腸桿菌O157:H7菌株的生長，Black等[36]進一步研究發現高壓處理對處于遲滯期的大腸桿菌O157:H7菌株生長影響最大。高壓處理已經用于延長肉類食品的貨架期[37-39]，但是高壓處理作用于肉品，會引起不可預想的顏色和質構變化，因此市場上很少直接用高壓處理后冷凍來保鮮食物。Marcelo等[40]用乳酸鈉（1%和3%）和高壓（400 MPa和600 MPa）聯合處理鮮牛肉，24 h后進行微生物計數和理化分析，結果表明3%乳酸鈉和壓力600 MPa組檢測出的大腸桿菌O157:H7和其他腐敗菌菌落總數最少，且牛肉的質構、風味較其他組最好。

氣調包裝是至今國際上公認的能夠有效延長冷卻豬肉貨架期，并能夠賦予豬肉良好感官品質的包裝之一[41]。它是將包裝內部的氣體排空并置換其他氣體，后經高阻性包裝材料密封而成[42]。目前最常用并且最有效的氣調包裝氣體為CO2+O2+N2[43]。但Boysen等[44]研究發現如果在氣調包裝組分中含有O2，需氧腐敗菌就會生長繁殖，從而縮短食品貨架期。有研究表明如果首先用乳酸或乳酸鈉緩沖液處理生鮮肉，然后再真空包裝，可以減少需氧腐敗菌的生長繁殖，顯著延長食品貨架期[45-48]。Andreja等[49]將6（lg（CFU/g））空腸彎曲桿菌接種于鮮雞腿中，經乳酸/乳酸鈉緩沖液處理后分別用80% O2+20% N2、80% CO2+20% N2不同組分氣調包裝，4 ℃貯藏13 d，測定空腸彎曲桿菌菌落數，結果表明將乳酸/乳酸鈉緩沖液配合以80% O2+20% N2氣調包裝，能夠顯著抑制鮮雞腿中空腸彎曲桿菌的生長，進而延長其貨架期。

微波、加熱都是通過熱效應使物質溫度升高，進而使微生物內的蛋白質、核酸等分子結構改性或者失活，從而殺滅微生物。徐幸蓮等[7]探討了Nisin、乳酸鈉和微波綜合應用于鹽水鴨腿后對其貨架壽命的影響。結果表明，Nisin（400 mg/kg ）、乳酸鈉（質量分數3.5%）浸泡處理后，經真空包裝，微波間歇照射2 次，可使鹽水鴨腿在常溫（22～28 ℃）下貨架壽命超過20 d。周雁等[50]通過對真空包裝的糟鹵制品進行微波處理以減少制品的初始帶菌數，同時添加化學防腐劑山梨酸鉀、乳酸鈉，并且把制成品存放在4 ℃的環境下以減緩制品中微生物生長繁殖的速率，從而達到延長保質期的目的。

綜上，目前延長肉及肉制品貨架期常用高壓處理、微波、冷藏、罐藏、氣調包裝、真空包裝以及添加防腐劑等方法，但是將防腐劑乳酸鈉與上述物理作用聯用使肉及肉制品得到更好的防腐保鮮效果，國內外研究還比較少，尤其是將氣調包裝與防腐劑乳酸鈉聯用以維持食品新鮮度、延長食品貨架期值得深入研究。

4 乳酸鈉作為環境因子的預測微生物學應用

運用預測微生物學可以在不進行任何檢測的情況下，通過已構建的數學模型預測微生物的生長[51]。它提高了傳統微生物檢測的效率，同時也為貨架期的研究提供了便利[52]。在實際生產過程中，任何水平的環境因子都不能完全控制微生物的生長，只有通過添加防腐劑才能達到此目的，那么將防腐劑作為一個環境因子會使得預測模型更為實用。將乳酸鈉整合到預測模型，在不進行微生物檢測的前提下，預測腐敗菌的生長規律在國外已有較多研究。

Skandamis等[53]運用Logistic回歸模型擬合了單增李斯特菌在乳酸鈉（0～10%）、雙乙酸鈉（0～0.5%）、氯化鈉（0或2.5%）、pH值（3.82～7.42）、溫度（4～30 ℃）條件下的生長/不生長模型，本模型對以后的危害分析與關鍵控制點（hazard analysis and critical control point，HACCP）和定量微生物風險評估（quantitative microbial risk assement，QMRA）提供了科學依據。Juneja等[54]研究了在60～73.9 ℃，氯化鈉（0～4.5%），焦磷酸鈉（0～0.5%）和乳酸鈉（0～4.5%）條件下單增李斯特菌的熱失活模型，一級模型采用Weibull生存模型，二級模型采用響應面方程。結果表明：溫度和氯化鈉質量分數對單增李斯特菌的失活影響最大，而乳酸鈉和氯化鈉的交互作用對模型影響很大，乳酸鈉主要影響氯化鈉的用量，焦磷酸鈉對單增李斯特菌的失活并沒有影響。董慶利等[55]以營養肉湯為基質，研究溫度、pH 值和乳酸鈉質量分數對銅綠假單胞菌遲滯期的影響，由此建立銅綠假單胞菌的一級生長模型和二級主參數模型，并驗證用此數學模型預測假單胞菌在營養肉湯上生長的有效性，為實際食品中控制銅綠假單胞菌生長提供了理論參考。Aran等[56]建立了蠟樣芽孢桿菌關于溫度、pH值、乳酸鈉、氯化鈉的生長動力學模型，結果表明這些因素對蠟樣芽孢桿菌的生長均有顯著影響。

傳統的檢測是對肉品進行抽樣檢查，不但費時費力，且結果具有一定的滯后性，起不到預知的作用，使用數學模型預測可以克服這些限制且有利于采取有效的預防措施。將乳酸鈉及其他防腐劑作為環境因子應用到預測微生物數學建模中，可以掌握腐敗菌在不同環境下的生長規律[57]，根據微生物生長規律判斷和實時監控肉及肉制品的腐敗程度，更好地控制產品的安全。

5 結 語

乳酸鈉不僅是一種無毒無害的生物防腐劑，同時乳酸鈉的添加可以改善肉及肉制品的嫩度、風味、顏色、質構等，大量文獻表明乳酸鈉和其他防腐劑或外界物理作用聯用對肉及肉制品防腐保鮮效果更好。原因如下：一是乳酸鈉只對革蘭氏陰性菌有抑制作用，對革蘭氏陽性菌無效，將乳酸鈉和其他對革蘭氏陽性菌有較強抑制效果的防腐劑（如Nisin）聯用，發揮多種防腐劑的互補增效作用，可以擴大防腐劑的抑菌譜，獲得十分理想的防腐保鮮效果；二是乳酸鈉單獨使用時所需濃度較高，但是高濃度的乳酸鈉會影響豬肉中蛋白質的表達和穩定性，將乳酸鈉與其他具有協同作用的防腐劑、外界物理作用聯用，既可以減少單一防腐劑的用量，防止蛋白質變性，還可以有更廣的抑菌譜及抑菌強度，能夠更長地延長其貨架期。另外，將乳酸鈉作為環境因子整合在預測微生物學模型中，在沒有進行微生物檢測的前提下，預測腐敗微生物的生長規律，在肉及肉制品貯藏流通過程中實時監控其腐敗程度，對肉及肉制品的質量和安全做出合理判斷，大大增加了產品貨架期預測的可信度。目前，雖然國內外對乳酸鈉的防腐作用研究都比較多，但還需要在以下幾個方面進行深入研究：1）乳酸鈉的抑菌機理至今沒有權威的解釋，是有待研究的重點課題；2）已有研究表明，高濃度的乳酸鈉可以使冷卻豬肉蛋白質變性，說明乳酸鈉可以擴散至冷卻豬肉中，但是國內外尚未有關于乳酸鈉擴散規律的深入研究；3）乳酸鈉結合高壓處理肉及肉制品有很好的防腐保鮮效果，但二者聯用對微生物的抑菌機理及其對肉及肉制品品質影響的機制尚未明確；4）乳酸鈉和氣調包裝具有安全的特點，且二者聯用可顯著延長肉及肉制品的貨架期，目前國內外對此研究較少，后續可深入研究氣調生物保鮮劑的保鮮工藝及保鮮機理；5）將乳酸鈉整合到預測模型中預測腐敗菌的生長規律，進而對肉及肉制品腐敗程度進行實時監控，為提前采取有效的預防措施以延長肉及肉制品的貨架期提供可能。

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Progress of Sodium Lactate as a Preservative in Meat and Meat Products

ZHANG Wenmin1, DONG Qingli1,*, SONG Xiaoyu2, LIU Qing1
(1. School of Medical Instrument and Food Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China; 2. China National Center for Food Safety Risk Assessment, Beijing 100021, China)

Sodium lactate is a natural, non-toxic, no sweetness and low calorie food preservative. The cold chain in China is relatively weak, largely limiting the transportation and distribution of meat and meat products. The addition of harmless additives to meat to extend its shelf-life has important practical significance. The antibacterial mechanisms of sodium lactate and its effectiveness when combined with other preservatives are reviewed in this paper. Moreover, future research will be focused on combining sodium lactate with physical treatment to extend food shelf-life and to predict the inactivation of spoilage bacteria by sodium lactate, as well as to monitor the spoilage level of meat and meat products in real time.

sodium lactate; preservative; meat and meat products; quality preservation

10.7506/spkx1002-6630-201601041

TS251.5

A

1002-6630（2016）01-0235-06

張文敏, 董慶利, 宋筱瑜, 等. 乳酸鈉對肉及肉制品防腐保鮮作用的研究進展[J]. 食品科學, 2016, 37(1): 235-240.

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201601041. http://www.spkx.net.cn

ZHANG Wenmin, DONG Qingli, SONG Xiaoyu, et al. Progress of sodium lactate as a preservative in meat and meat products[J]. Food Science, 2016, 37(1): 235-240. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201601041. http://www.spkx.net.cn

2015-03-09

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2015BAK36B04）；國家自然科學基金面上項目（31271896；31371776）；

上海市科委重點支撐項目（13430502400）；上海市科委長三角聯合攻關領域項目（15395810900）；

國家食品安全風險評估中心委托項目（2015）

張文敏（1991—），女，碩士研究生，研究方向為畜產品安全與質量控制。E-mail：zhangwenmin111@126.com

*通信作者：董慶利（1979—），男，副教授，博士，研究方向為畜產品安全與質量控制。E-mail：dongqingli@126.com