张文敏 1，董庆利 1,*，宋筱瑜 2，刘 箐 1
（1.上海理工大学医疗器械与食品学院，上海 200093；2.国家食品安全风险评估中心，北京 100021）
摘 要：乳酸钠是一种天然、无毒、无甜度、低热量的食品防腐剂。由于我国冷藏运输各环节比较薄弱，在很大程度上限制了肉及肉制品的流通，因此添加无害添加剂处理以延长其货架期具有重要的现实意义。本文对乳酸钠的抑菌机理、乳酸钠和其他防腐措施联用对防腐保鲜效果的影响进行了详细综述，并指出未来的重点研究方向是将乳酸钠与物理作用联用以延长食品货架期，将乳酸钠整合在预测模型中预测腐败菌的生长或失活，进而对肉及肉制品腐败程度进行实时监控。
关键词：乳酸钠；防腐剂；肉及肉制品；保鲜
肉及肉制品在贮藏、运输和销售过程中易受到微生物侵染，微生物生长繁殖使肉中蛋白质分解、脂肪酸败、营养价值降低，引起鲜肉及肉制品的颜色、气味、质地等感官特性的变化，因此控制微生物生长繁殖是肉类保鲜的关键。目前，我国肉类加工行业普遍存在原料初始菌较高、冷链系统尚不健全的情况，而且化学防腐剂食用过量会引发人类过敏或其他副作用，因此为了减少能源消耗，满足人们对健康的需求，天然、廉价、无毒的防腐剂乳酸钠在延长肉及肉制品在非冷藏条件下的货架期应用已被人们所关注。
乳酸钠作为一种弱有机酸盐，目前尚未被列入食品天然防腐剂中。但早在2000年美国农业部就允许在食品中添加乳酸钠作为风味剂（添加量＜2%）和防腐剂（添加量＜4.8%） [1]，而且是美国食品药物监管局规定的“一般认为安全”（generally recognized as safe，GRAS）添加剂。乳酸钠最初应用在食品防腐领域大约在1988年，Miller等 [2]发现在未经冷冻的鲜猪肉中添加乳酸钠具有抑制细菌繁殖的作用。1989年Maas等 [3]将乳酸钠添加到其他肉制品中，发现乳酸钠能够抑制链球菌属、葡萄球菌属的生长。乳酸钠作为天然的调味剂、乳化剂、抗冻剂、防腐剂等，在国外食品行业已逐渐替代苯甲酸钠等化学防腐剂。本课题组曾对乳酸钠的抑菌机理、影响抑菌效果的因素、乳酸钠和多种防腐剂联用对防腐效果的影响进行过综述 [4]，但目前国内外对乳酸钠防腐作用的研究较多，新的研究成果不断出现，且并未涉及乳酸钠与外界物理作用联用（如高压、气调包装（modified atmosphere packaging，MAP）、微波）对防腐效果的影响以及将乳酸钠作为环境因子整合在预测模型中对肉及肉制品腐败程度进行实时监控等值得深入研究的几个方面。因此，本文对国内外对乳酸钠的最新研究进展做了进一步的详细介绍，并指出未来对乳酸钠的重点研究方向，以期为乳酸钠的研究及肉类防腐保鲜提供有益参考。
目前，对乳酸钠抑菌机理的了解非常有限，基于现有研究，起抑菌作用的成分有以下解释。
1.1 乳酸钠分子
Lappe等 [5]用透射电子显微镜观察到，用3 200 AU/mL cerein 8A和200 mmol/L乳酸钠处理沙门菌，细胞壁被破坏，原生质体外流，膜内外物质不能正常运输。姚远等 [6]进一步证明乳酸钠破坏细菌细胞膜结构完整性并抑制胞内ATP的正常合成。徐幸莲等 [7]认为乳酸钠进入细菌细胞内作用于无氧呼吸途径，细胞内能量合成减少，细菌生长繁殖受到抑制。
1.2 乳酸分子
Vasavada等 [8]认为细胞内阴离子的大量积累是抑制细菌生长的主要原因，而细胞内阴离子的浓度受胞外阴离子浓度及pH值的影响。因此乳酸钠溶液中的有效抑菌成分是未解离的酸，用乳酸钠处理细胞后，胞外环境阴离子增多，pH值降低。由于细胞膜具有通透性，导致胞内阴离子大量积累，环境酸化，新陈代谢作用迅速降低，从而抑制细菌生长。而Crist等 [9]认为乳酸钠具有弱的脂溶性酸的能力，以非解离形式通过细胞膜进入细胞内，然后在细胞内解离，并生成乳酸分子，酸化细胞质，细胞新陈代谢作用迅速降低，导致细菌生长缓慢甚至死亡。
1.3 乳酸根
白炽明等 [10]将乳酸钠和氯化钠作对比实验，结果表明，用这两种盐使水分活度降低到同一水平，乳酸钠对沙门氏菌和金黄色葡萄球菌的生长抑制作用更强，这表明乳酸根对微生物的生长繁殖具有特殊的阻止作用。王卫等 [11]进一步证明乳酸根离子影响了沙门氏菌和金黄色葡萄球菌的电化学质子梯度形成，而此形成对微生物代谢起着重要作用；由于电化学质子梯度形成的障碍，微生物需消耗更多能量，使其能量缺乏而影响其生长繁殖。
抑菌剂种类很多，不同抑菌剂的抗菌特性和理化性质不同，对不同微生物生长繁殖的抑制程度也不相同。国内外学者在对肉类保鲜的研究中发现，由于每种抑菌剂仅能抑制一种或几种细菌，它们在单独使用时，不仅需要较高的浓度，抑菌效果也不理想。而且姚远等 [12]研究表明高浓度的乳酸钠溶液会导致猪肉的肌动蛋白和肌球蛋白重链发生变性，低浓度乳酸钠溶液对猪肉的蛋白质表达则基本无影响。所以根据栅栏效应的原理，将不同种类的抑菌剂联合使用，发挥多种抑菌剂的互补增效作用，不仅可以增强抑菌效果，而且可以降低单一防腐剂的使用量，从而减少其对食品品质的影响，提高其应用安全性。
2.1 乳酸钠与天然防腐剂Nisin联用对防腐保鲜效果的影响
Nisin即乳酸链球菌素，是从乳酸链球菌的发酵产物中提取的一类多肽类化合物，食用后在消化道内可很快被蛋白水解酶分解成氨基酸，不会产生如其他抗菌素出现的抗性和过敏现象，并对革兰氏阳性菌有很强的抑制作用 [13]，近年来颇受关注。乳酸钠是一种弱酸盐，在减少胴体污染和降低细菌总数方面有明显效果，特别是对革兰氏阴性菌抑制效果很强。将两种具有协同作用的防腐剂联用得到复合防腐剂以延长肉类食品货架期在国内外已有较多研究。
早在1999年，Phillips [14]研究不同浓度的乳酸钠及Nisin单独或联合使用时对布氏弓形菌生长的影响，结果发现各浓度乳酸钠和Nisin均有一定的抑菌作用，但是在Nisin 0.5 g/kg、乳酸钠质量分数2%水平下联合使用抑菌效果显著增强，且抑菌持续时间比单独使用时明显要长。Lappe等 [5]分别用3 200 AU/mL cerein 8A和200 mmol/L乳酸钠单独及联合使用处理沙门氏菌，90 min后观察其在600 nm波长处的光密度值，发现单独及联合使用时光密度值均有下降，联合使用时光密度值下降幅度更大。并用电子透射显微镜观察细胞，发现二者联合使用时细胞壁破损程度最大，原生质体大量外流，导致细胞死亡。Silva等 [15]分别用质量分数为 3%的乳酸钠、0.5%的Nisin单独及联合使用处理猪肉香肠，然后真空包装，贮藏在4 ℃条件下，一段时间后测菌落总数、乳酸菌数及肠杆菌科菌数并分析物理化学指标，研究表明，乳酸钠和Nisin联合使用起协同作用，能显著延长食品货架期。
大量研究表明，在一定浓度下乳酸钠和Nisin具有协同作用，特别是随着Nisin剂量的加大所发挥的稳定微生物的协同作用更加明显。这一协同作用产生的原因：一方面因为Nisin与乳酸钠对细菌的作用机制不同，Nisin主要作为阳离子表面活性剂作用于细胞膜，而乳酸钠则进入细胞内作用于无氧呼吸途径，两者形成对细菌的多重攻击；另一方面乳酸钠可对革兰氏阴性菌抑制，在低浓度时对乳酸菌作用弱，Nisin则主要对革兰氏阳性菌有效；还可能因为乳酸钠作用持久，Nisin作用快但易失去活性，由此形成互补效应 [16]。Nisin与乳酸钠的协同效应，其重要意义在于通过Nisin的添加降低乳酸钠的使用浓度，在增强防腐效果的同时，又不影响肉及肉制品的感官品质。
2.2 乳酸钠与有机酸及其盐联用对防腐保鲜效果的影响
1992年，美国食品安全监测局和美国农业部推荐用乳酸等有机酸喷淋去内脏前的胴体，以减少污染。有机酸天然存在于各种食品中，它们不仅是食品组成成分，也是微生物新陈代谢的产物 [17]。肉制品保鲜中使用的有机酸主要包括乳酸、醋酸衍生物、山梨酸及盐、磷酸盐等。有机酸是基于降低环境中的pH值而起抑菌作用的，与化学保鲜液相比，有机酸可以参与人体正常的新陈代谢，对人体无害 [18]。
Yuk等 [19]提出乳酸和柠檬酸对抑制猪肉中大肠杆菌效果极佳，在10 d贮藏时间里，能使大肠杆菌减少两个对数数量级；Sallam [20]也指出有机酸的钠盐对于像鱼类、肉类等食品有很好的保鲜效果。Ogden等 [21]曾报道，采用乳酸和丙酸混合处理猪肉可显著延长产品的货架期，其抗菌效果随酸液浓度的增加而提高，在贮藏12 d后，仍能保持可接受的颜色和气味；Viera等 [22]在牛被屠宰24 h后分别将质量分数为2%的乳酸和5%的乳酸钠及其混合溶液作用于牛背最长肌，然后在4 ℃条件下贮藏，测定不同贮藏时期肌肉表面细菌菌落总数，发现将乳酸钠和乳酸混合使用抑菌效果更好。Bradley等 [23]将质量分数为2.5%的乳酸钠和2.5%的醋酸衍生物单一防腐剂和混合所得复合防腐剂分别应用于新鲜的猪肉香肠中，并作对比研究。测定不同贮藏时间的香肠的感官品质、微生物、理化指标。结果表明：防腐效果从强到弱为复合防腐剂＞乳酸钠＞醋酸衍生物，另外复合防腐剂除了能延长货架期到14～18 d外，在保持香肠颜色、感官品质等方面亦有很好的作用。Crist等 [24]做了相似的实验，并详细测定了不同贮藏时期香肠的颜色、风味、硫代巴比妥酸、蒸煮损失、水分活度、菌落总数等，同样证明了上述结论。
目前，多项研究证实有机酸的使用对肉品的色泽和感官食用品质有一定的提升作用，乳酸钠和有机酸及其盐之间有明显的协同作用，且防腐剂浓度及配比变化对保鲜效果有显著影响，合理调整防腐剂浓度及配比，肉及肉制品可以获得十分理想的防腐保鲜效果 [25]。
2.3 乳酸钠与无机盐联用对防腐保鲜效果的影响
目前常用的无机盐防腐剂为硝酸盐、亚硝酸盐和氯化钠。在许多国家的肉品产业中，亚硝酸盐广泛用于肉产品的发色、护色及防腐抑菌。然而，向肉制品中添加过多亚硝酸盐，它会与肉品蛋白质分解产生的胺结合生成容易引发癌症的亚硝胺，同时可引起摄入者的急性亚硝酸盐中毒，为了保障摄食者的食用安全，许多国家都制定了亚硝酸盐限量标准，我国的GB 2760—2014《食品添加剂使用标准》 [26]强制规定，亚硝酸钠（或亚硝酸钾）在肉制品中的最大添加量为150 mg/kg。Kuo等 [27]发现在肉制品如火腿、香肠中加入壳聚糖和乳酸钠能够显著降低亚硝酸盐的残留量。因此，将亚硝酸盐和乳酸钠等防腐剂联用，既可使产品保持良好色泽风味，又可最大限度保障消费者食用安全。
氯化钠通过脱水作用和渗透作用使肉制品中的水分含量降低，从而显著降低肉品中的水分活度 [27-29]，进而抑制肉品中微生物的生长和繁殖，达到防止肉品腐败、延长货架期的目的。有研究指出当肉中氯化钠质量分数达到5%时，厌氧菌的生长可以完全被抑制，达到10%时，大部分细菌的生长都会受抑制 [30-32]。然而，现代医学研究表明，长期过量食用食盐可导致高血压等心血管疾病，并加重肾脏的负担 [33]。Sallam等 [34]分别用不同质量分数的乳酸钠和氯化钠单独或联用后处理碎牛肉，真空包装后贮藏在2 ℃条件下，测定不同贮藏时间碎牛肉的感官品质、菌落总数、理化指标，结果发现乳酸钠和氯化钠联合使用可以在较低浓度下显著抑制碎牛肉中微生物生长、保持其化学品质、延长货架期。因此，在防腐保鲜中，氯化钠多与其他防腐剂联用以减少其用量，并起到更好的保鲜防腐作用。
高压、微波、加热、气调包装等物理作用广泛应用于食品保鲜防腐，早在1999年，Benito等 [35]就发现高压处理碎牛肉抑制大肠杆菌O157:H7菌株的生长，Black等 [36]进一步研究发现高压处理对处于迟滞期的大肠杆菌O157:H7菌株生长影响最大。高压处理已经用于延长肉类食品的货架期 [37-39]，但是高压处理作用于肉品，会引起不可预想的颜色和质构变化，因此市场上很少直接用高压处理后冷冻来保鲜食物。Marcelo等 [40]用乳酸钠（1%和3%）和高压（400 MPa和600 MPa）联合处理鲜牛肉，24 h后进行微生物计数和理化分析，结果表明3%乳酸钠和压力600 MPa组检测出的大肠杆菌O157:H7和其他腐败菌菌落总数最少，且牛肉的质构、风味较其他组最好。
气调包装是至今国际上公认的能够有效延长冷却猪肉货架期，并能够赋予猪肉良好感官品质的包装之一 [41]。它是将包装内部的气体排空并置换其他气体，后经高阻性包装材料密封而成 [42]。目前最常用并且最有效的气调包装气体为CO 2+O 2+N 2 [43]。但Boysen等 [44]研究发现如果在气调包装组分中含有O 2，需氧腐败菌就会生长繁殖，从而缩短食品货架期。有研究表明如果首先用乳酸或乳酸钠缓冲液处理生鲜肉，然后再真空包装，可以减少需氧腐败菌的生长繁殖，显著延长食品货架期 [45-48]。Andreja等 [49]将6（lg（CFU/g））空肠弯曲杆菌接种于鲜鸡腿中，经乳酸/乳酸钠缓冲液处理后分别用80% O 2+20% N 2、80% CO 2+20% N 2不同组分气调包装，4 ℃贮藏13 d，测定空肠弯曲杆菌菌落数，结果表明将乳酸/乳酸钠缓冲液配合以80% O 2+20% N 2气调包装，能够显著抑制鲜鸡腿中空肠弯曲杆菌的生长，进而延长其货架期。
微波、加热都是通过热效应使物质温度升高，进而使微生物内的蛋白质、核酸等分子结构改性或者失活，从而杀灭微生物。徐幸莲等 [7]探讨了Nisin、乳酸钠和微波综合应用于盐水鸭腿后对其货架寿命的影响。结果表明，Nisin（400 mg/kg ）、乳酸钠（质量分数3.5%）浸泡处理后，经真空包装，微波间歇照射2 次，可使盐水鸭腿在常温（22～28 ℃）下货架寿命超过20 d。周雁等 [50]通过对真空包装的糟卤制品进行微波处理以减少制品的初始带菌数，同时添加化学防腐剂山梨酸钾、乳酸钠，并且把制成品存放在4 ℃的环境下以减缓制品中微生物生长繁殖的速率，从而达到延长保质期的目的。
综上，目前延长肉及肉制品货架期常用高压处理、微波、冷藏、罐藏、气调包装、真空包装以及添加防腐剂等方法，但是将防腐剂乳酸钠与上述物理作用联用使肉及肉制品得到更好的防腐保鲜效果，国内外研究还比较少，尤其是将气调包装与防腐剂乳酸钠联用以维持食品新鲜度、延长食品货架期值得深入研究。
运用预测微生物学可以在不进行任何检测的情况下，通过已构建的数学模型预测微生物的生长 [51]。它提高了传统微生物检测的效率，同时也为货架期的研究提供了便利 [52]。在实际生产过程中，任何水平的环境因子都不能完全控制微生物的生长，只有通过添加防腐剂才能达到此目的，那么将防腐剂作为一个环境因子会使得预测模型更为实用。将乳酸钠整合到预测模型，在不进行微生物检测的前提下，预测腐败菌的生长规律在国外已有较多研究。
Skandamis等 [53]运用Logistic回归模型拟合了单增李斯特菌在乳酸钠（0～10%）、双乙酸钠（0～0.5%）、氯化钠（0或2.5%）、pH值（3.82～7.42）、温度（4～30 ℃）条件下的生长/不生长模型，本模型对以后的危害分析与关键控制点（hazard analysis and critical control point，HACCP）和定量微生物风险评估（quantitative microbial risk assement，QMRA）提供了科学依据。Juneja等 [54]研究了在60～73.9 ℃，氯化钠（0～4.5%），焦磷酸钠（0～0.5%）和乳酸钠（0～4.5%）条件下单增李斯特菌的热失活模型，一级模型采用Weibull生存模型，二级模型采用响应面方程。结果表明：温度和氯化钠质量分数对单增李斯特菌的失活影响最大，而乳酸钠和氯化钠的交互作用对模型影响很大，乳酸钠主要影响氯化钠的用量，焦磷酸钠对单增李斯特菌的失活并没有影响。董庆利等 [55]以营养肉汤为基质，研究温度、pH 值和乳酸钠质量分数对铜绿假单胞菌迟滞期的影响，由此建立铜绿假单胞菌的一级生长模型和二级主参数模型，并验证用此数学模型预测假单胞菌在营养肉汤上生长的有效性，为实际食品中控制铜绿假单胞菌生长提供了理论参考。Aran等 [56]建立了蜡样芽孢杆菌关于温度、pH值、乳酸钠、氯化钠的生长动力学模型，结果表明这些因素对蜡样芽孢杆菌的生长均有显著影响。
传统的检测是对肉品进行抽样检查，不但费时费力，且结果具有一定的滞后性，起不到预知的作用，使用数学模型预测可以克服这些限制且有利于采取有效的预防措施。将乳酸钠及其他防腐剂作为环境因子应用到预测微生物数学建模中，可以掌握腐败菌在不同环境下的生长规律 [57]，根据微生物生长规律判断和实时监控肉及肉制品的腐败程度，更好地控制产品的安全。
乳酸钠不仅是一种无毒无害的生物防腐剂，同时乳酸钠的添加可以改善肉及肉制品的嫩度、风味、颜色、质构等，大量文献表明乳酸钠和其他防腐剂或外界物理作用联用对肉及肉制品防腐保鲜效果更好。原因如下：一是乳酸钠只对革兰氏阴性菌有抑制作用，对革兰氏阳性菌无效，将乳酸钠和其他对革兰氏阳性菌有较强抑制效果的防腐剂（如Nisin）联用，发挥多种防腐剂的互补增效作用，可以扩大防腐剂的抑菌谱，获得十分理想的防腐保鲜效果；二是乳酸钠单独使用时所需浓度较高，但是高浓度的乳酸钠会影响猪肉中蛋白质的表达和稳定性，将乳酸钠与其他具有协同作用的防腐剂、外界物理作用联用，既可以减少单一防腐剂的用量，防止蛋白质变性，还可以有更广的抑菌谱及抑菌强度，能够更长地延长其货架期。另外，将乳酸钠作为环境因子整合在预测微生物学模型中，在没有进行微生物检测的前提下，预测腐败微生物的生长规律，在肉及肉制品贮藏流通过程中实时监控其腐败程度，对肉及肉制品的质量和安全做出合理判断，大大增加了产品货架期预测的可信度。目前，虽然国内外对乳酸钠的防腐作用研究都比较多，但还需要在以下几个方面进行深入研究：1）乳酸钠的抑菌机理至今没有权威的解释，是有待研究的重点课题；2）已有研究表明，高浓度的乳酸钠可以使冷却猪肉蛋白质变性，说明乳酸钠可以扩散至冷却猪肉中，但是国内外尚未有关于乳酸钠扩散规律的深入研究；3）乳酸钠结合高压处理肉及肉制品有很好的防腐保鲜效果，但二者联用对微生物的抑菌机理及其对肉及肉制品品质影响的机制尚未明确；4）乳酸钠和气调包装具有安全的特点，且二者联用可显著延长肉及肉制品的货架期，目前国内外对此研究较少，后续可深入研究气调生物保鲜剂的保鲜工艺及保鲜机理；5）将乳酸钠整合到预测模型中预测腐败菌的生长规律，进而对肉及肉制品腐败程度进行实时监控，为提前采取有效的预防措施以延长肉及肉制品的货架期提供可能。
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Progress of Sodium Lactate as a Preservative in Meat and Meat Products
ZHANG Wenmin
1, DONG Qingli
1,*, SONG Xiaoyu
2, LIU Qing
1
(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)
Abstract：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.
Key words：sodium lactate; preservative; meat and meat products; quality preservation
DOI：10.7506/spkx1002-6630-201601041
中图分类号：TS251.5
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2016）01-0235-06
引文格式：
张文敏, 董庆利, 宋筱瑜, 等. 乳酸钠对肉及肉制品防腐保鲜作用的研究进展[J]. 食品科学, 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
收稿日期：2015-03-09
基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目（2015BAK36B04）；国家自然科学基金面上项目（31271896；31371776）；
上海市科委重点支撑项目（13430502400）；上海市科委长三角联合攻关领域项目（15395810900）；
国家食品安全风险评估中心委托项目（2015）
作者简介：张文敏（1991—），女，硕士研究生，研究方向为畜产品安全与质量控制。E-mail：zhangwenmin111@126.com
*通信作者：董庆利（1979—），男，副教授，博士，研究方向为畜产品安全与质量控制。E-mail：dongqingli@126.com