乳酸钠对肉及肉类食品中腐败菌和致病菌的抑制作用研究进展*

姚远，董庆利

（上海理工大学 医疗器械与食品学院，上海 200093）

化学防腐剂，例如山梨酸钾和苯甲酸钠，一直被用来延长亚洲一些地区加工肉制品的货架期。然而，当食物中的化学防腐剂过量时，会引发人类过敏或者其他的一些副作用[1]。近年来，许多食品中限制化学防腐剂的添加量，更多的添加一些天然成分。因此，许多研究者开始开发一些可以在食物中添加的自然抗氧化和抗菌成分。

乳酸钠(NaL)是由L(＋)乳酸和NaOH反应而制得的。L(＋)乳酸是由糖自然发酵而制得的。乳酸钠pH值呈中性，适合添加到所有肉制品中。乳酸钠是美国食品药品监督管理局(FDA)规定的“一般认为安全(GRAS)”类添加剂。2000年美国农业部(USDA)和食品安全检测局(FSIS)允许在加工肉制品中添加乳酸钠(含量60%，W/W)作为风味改善剂和防腐剂，乳酸钠作为防腐剂在食品中的添加限量为4.8%[2]。大量研究表明乳酸钠作为防腐剂可延迟肉及肉制品中腐败微生物和食源性致病菌的生长[3-4-5-6]。1992年FSIS和USDA推荐屠宰场用乳酸等有机酸喷淋去内脏前的胴体，以减少污染。它已经被用来控制禽肉贮藏期某些微生物的生长，例如出现在肉制品中的假单胞菌和单增李斯特菌[7-8]。迄今为止，乳酸钠已成为抑制肉制品中细菌性腐败微生物最常用的化合物之一。

国外已将乳酸钠作为一种防腐剂，其在减少胴体污染、降低细菌总数方面具有明显的效果，在肉制品中添加一定量的乳酸钠可明显延长肉制品的货架期。本文综述了乳酸钠的抑菌机理和影响因素，乳酸钠单独使用及与其他防腐剂联用对肉及肉制品中常见腐败菌和致病菌的抑制作用，以及对乳酸钠作为一种新型生物防腐剂的未来展望。

1 乳酸钠的抑菌机理及其抑菌效果影响因素

1.1 乳酸钠的抑菌机理

目前，乳酸钠的抑菌作用机理尚未明确，基于现有研究从以下几方面解释乳酸钠的抑菌作用：(1)乳酸钠的添加可降低产品的水分活性，从而阻止微生物的生长[9]。(2)乳酸根离子有抑菌官能团[9],乳酸根离子影响了电化学质子梯度的形成，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阻碍，微生物需耗用更多能量，使其能量缺乏而影响其生长繁殖[10]。(3)破坏细胞膜结构与功能完整性，使膜出现穿孔、破裂，导致胞内外物质不正常运输[11]抑制胞内ATP正常合成的作用[12]；(4)酸化胞内环境，引起新陈代谢紊乱[13-14]。

在用培养基进行的模拟试验中，将乳酸钠和氯化钠作对比试验。结果表明，这两种盐将水分活度降低到0.958时，乳酸钠对鼠伤寒菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌的抑制作用比氯化钠强。这表明乳酸根本身对微生物的生长繁殖具有特殊的阻止作用[9]。徐幸莲等[15]比较了Nisin、乳酸钠和微波对盐水鸭货架期的影响，发现Nisin与乳酸钠具有协同作用，Nisin作为阳离子表面活性剂作用于细胞膜，使孢子不能萌发，乳酸钠则进入细胞内作用于无氧呼吸途径，两者形成对孢子和细菌的多靶攻击。蜡样杆菌素(cerein 8A)对沙门氏菌的抑制作用显著低于蜡样杆菌素与乳酸钠的协同作用，添加乳酸钠后，沙门氏菌细胞出现明显的穿孔现象，胞内物质外流、脱水导致质壁分离[11]。Carpenter等[13]、Hunter等[14]认为乳酸钠作为一种盐，其有效抑菌成分是未解离的酸，酸分子通过细胞膜酸化胞内环境，其结果是胞内pH值降低，新陈代谢作用迅速降低，甚至导致细胞死亡。

1.2 乳酸钠抑菌作用影响因素

影响乳酸钠抑菌作用的因素主要有pH值、乳酸钠浓度、细菌污染程度和介质理化性质等。

1.2.1 pH值 在一定的pH值范围内，防腐剂表现出相应的防腐效果。如山梨酸钾的作用范围为pH<6.5，苯甲酸钠pH<4.0，同样，乳酸钠在不同的pH值溶液中的解离程度不同，防腐效果也不一样，pH值越低，乳酸分子解离程度越低，乳酸钠的防腐效果越好，反之，则需要增加乳酸钠的浓度才能达到与低pH值相同的效果。Hü lya等[16]向培养基中加入85.6 mmol/L的乳酸钠，构建关于不同pH值的蜡状芽孢杆菌生长动力学模型，结果表明：pH=6.8时，指示菌生长速度明显慢于pH=7.3的水平。Houstma[17]、熊成[7]认为pH值是影响乳酸钠抑菌效果的重要因素，pH值越低，乳酸钠抑菌效果越强，同时熊成指出pH≤4.6时，静置培养36h铜绿假单胞菌检出数为0，pH≤5.6时，细菌检出数≤初始水平细菌数。罗欣等[18]指出有机酸的非解离成分是有机酸保鲜剂的有效成分，低pH值有利于NaL解离平衡向乳酸分子形成方向移动，提高乳酸分子浓度，从而影响细菌生长，解释了熊成[8]提出的理论。Young和Foegeding[19]观测到同样浓度的未解离的酸在较低的pH值条件下发挥较好的作用。

1.2.2 乳酸钠浓度 为保证食品安全，通常防腐剂都有一定的使用量，在使用量范围内，防腐剂浓度愈高，防腐效果愈好。介质中乳酸钠的浓度不同，乳酸分子浓度亦不同，未电解的乳酸分子愈多，进入到细菌细胞内部的乳酸根离子愈多，产生的抑菌效果也更好。Vijay等[20]在关于乳酸钠延迟产气荚膜杆菌生长的研究中指出，25℃，1.5%(W/W)乳酸钠可有效延迟迟滞期29h；4.8%(W/W)乳酸钠可有效延迟480h以上。熊成等[错误！未定义书签。]证实了乳酸钠浓度越高，对铜绿假单胞菌的抑制效果越强。

1.2.3 细菌污染程度 防腐剂在原料污染程度低时，有良好的抑菌效果，一旦原料受微生物污染严重，防腐剂将起不到应有的作用，同样乳酸钠作为防腐剂，其产生作用也有一定的细菌污染程度范围。

1.2.4 介质理化特性 相同质量或体积的液体与固体在其它条件均相同的情况下，所需要添加的防腐剂的有效浓度不同；介质所处的环境温度、湿度、其它防腐剂的协同与拮抗作用、内部化学成分及含量等都会不同限度地影响防腐效果，因此在考虑防腐剂的防腐效果时需综合讨论。

2 乳酸钠单独使用及与其它防腐剂联用的防腐作用

2.1 乳酸钠单独使用对腐败菌和致病菌生长的影响

乳酸钠作为一种防腐剂可以抑制多种腐败菌和致病菌的生长。乳酸钠被广泛应用在肉类工业中来降低肉制品中的细菌总数，延长微生物的迟滞期，延迟某些微生物毒素的产生，从而延长肉制品的货架期。

Wit等[21]用营养肉汤培养基模拟乳酸钠的抑菌效果，结果表明5%乳酸钠对各种乳酸菌，金黄色葡萄球菌以及沙门氏伤寒菌均有抑制作用，但是对大肠杆菌的抑制作用不明显。据报道，Anders等[22]以1.5% ～3.5%的浓度向鱼、鸡、和家禽中加入乳酸钠（含量60%），肉毒杆菌的生长受到明显抑制。在火鸡中添加乳酸钠，火鸡中肉毒杆菌产生的肉毒毒素会延迟出现，该结果与Maas等[23]得出的试验结论一致。Lamkey等[24]研究表明，乳酸钠会抑制微生物的生长，与空白组相比，添加乳酸钠的样品的货架期会延长两个星期。Miller和Acuff[25]在熟牛肉中添加4%的乳酸钠，试验组中鼠伤寒沙门菌、单增李斯特菌和大肠杆菌O157:H7的出芽繁殖受到抑制，而对照组中添加2%的乳酸钠却没有起到相同的抑制作用。另有Murano等[26]研究表明，在肉馅中添加3.3%乳酸钠的法兰克福香肠比空白组有更低的乳酸菌含量（P＜0.05）。Bloukas等[27]在试验中发现，低脂肪的法兰克福香肠中添加2%的乳酸钠会将香肠货架期延长到6个星期，而不添加乳酸钠的低脂肪或者正常脂肪含量的香肠货架期分别是3个星期或者是4个星期。Unda等[28]向食品中添加2%(W/W)的乳酸钠，在1～7℃的温度范围可有效抑制单增李斯特菌生长。然而，Weaver等[29]用2%(W/W)乳酸钠处理5℃贮藏的猪肝肠，效果不明显，当浓度提高到3%时能有效抑制致病菌生长。王萌萌等[30]将乳酸钠溶液配成保鲜液喷涂在包装纸上制成抑菌纸来包装道口烧鸡，结果表明用5%的乳酸钠溶液处理的抑菌纸能有效抑制烧鸡中细菌生长，具有良好的保鲜效果。董庆利等[31]构建了铜绿假单胞菌的温度、pH和乳酸钠主参数模型，该模型中验证了随着乳酸钠浓度的增大和pH值的降低，铜绿假单胞菌生长的迟滞期延长，同时较准确的预测了铜绿假单胞菌的相关生长参数，为实际食品中控制铜绿假单胞菌生长提供理论参考。

2.2 乳酸钠与乳酸对腐败菌和致病菌生长的影响

乳酸是有机酸，具有很强的防腐保鲜功效，可用于果酒、饮料、肉类、食品、糕点制作、蔬菜腌制以及罐头加工、粮食加工、水果的贮藏，具有调节pH值、抑菌、延长保质期、调味、保持食品色泽、提高产品质量等作用。刘国祥等[32]进行了乳酸控制猪感染沙门氏菌的研究，实验数据表明，饲料中加入2.8%的乳酸能有效地控制沙门氏菌临床和亚临床感染。乳酸对金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌等致病菌也有较强的抑制作用，其抑菌机理是通过延长致病菌的代时及破坏正常的细胞膜电位[33]。

楼明等[34]研究表明用乳酸和乳酸钠混合液进行的鲜肉保鲜处理，其理化指标与感官特性与不添加任何添加物的肉相比，基本上达到了延长保鲜期的目的，试验组在30℃、湿度85% ～95%条件下保鲜4d，而对照组仅1d，0.21%乳酸、2.79%乳酸钠为最佳保鲜浓度比。王光华等[35]研究了乳酸和乳酸钠在肉及肉制品中的抑菌作用，结果表明适当浓度的乳酸钠可有效地杀死肉及肉制品表面的细菌，而对肉的感官特性无负作用。乳酸钠可抑制肉制品中腐败菌的生长，稳定保藏过程中的pH值，改进肉品颜色，增强产品风味。

2.3 乳酸钠与Nisin对腐败菌和致病菌生长的影响

Nisin是在乳酸链球菌代谢过程中合成并分泌到环境中的一类对革兰氏阳性菌(尤其是亲缘性较近的细菌)具有抑制作用的杀菌蛋白或多肽,大多对热稳定。近几年,关于乳酸菌防腐的研究较多,这是由于乳酸菌产生的乳酸菌素被认为是一种“天然”的食品添加剂而容易为人们接受。Klaen-hammer[36]曾把乳酸菌素分为窄抗菌谱和广抗菌谱两类, 在此基础上Nes等[37]将乳酸菌素分为4类：羊毛硫抗生素(Ⅰ)、肽类乳酸菌素(Ⅱ)、蛋白类乳酸菌素(Ⅲ)、复合型乳酸菌素(Ⅳ)。

陈韬等[38]采用四因素三水平的正交试验，将不同浓度的乳酸钠、Nisin和乳铁蛋白（LF）混合后对冷却猪胴体进行喷淋处理，通过对菌落总数和大肠杆菌的检测分析，对最佳浓度配比进行优选。结果表明，各水平组合均有一定的抑菌作用，各因素对抑菌效果影响的效应顺序为乳铁蛋白＞乳酸钠＞Nisin，最佳浓度配比为乳酸钠4.0%、Nisin0.2%、乳铁蛋白2.0mg/mL。江芸[39]等研究了Nisin与NaL联合作用对冷却肉中菌落总数变化的交互效应，结果表明，单独使用Nisin、乳酸钠均可显著抑制菌落总数的产生，且浓度越高抑菌效果越好；且贮藏前期Nisin抑菌效果较好，贮藏后期3%乳酸钠抑菌效果较好；Nisin和乳酸钠联合使用比单独使用效果要好，而且两者在整个贮藏期间均显示显著的交互效应。原因是Nisin抑菌谱表明Nisin对革兰氏阳性菌有抑制作用，主要作用于细胞膜，并抑制芽孢萌发，而对绝大多数革兰氏阴性菌则没该作用；而乳酸钠能进入细胞内，对革兰氏阴性和阳性菌均有一定的抑制作用，所以两者联合应用可以发挥一定的互补效应，因此两者联合应用的抑菌作用比单独使用效果要好。

值得注意的是，张德权[40]研究发现在冷鲜羊肉的保鲜处理中，当Nisin的浓度小于0.25%,乳酸钠的浓度小于1.20%时,两者存在显著的协同作用,菌落总数随着Nisin和乳酸钠的添加量的增加而减少；当Nisin浓度为0.30%,乳酸钠浓度为2.4%时,两者的协同作用达到最大。当Nisin的浓度大于0.40%,乳酸钠的浓度大于3.43%时,菌落总数随着Nisin和乳酸钠的添加量的增加而增加,两者存在明显的拮抗作用。由研究表明，Nisin和乳酸钠联合使用发挥协同作用需要在一定量的范围内，若超过此范围，可能就会导致两者之间发挥拮抗作用。

徐幸莲等[15]研究了Nisin、乳酸钠和微波对盐水鸭货架期的影响，结果表明盐水鸭经Nisin(400 mg/kg)和乳酸钠(3.5%)浸泡处理，并经真空包装后的微波处理，在常温(22～28℃)下，货架期达20d以上。且从试验中得出，Nisin与乳酸钠的联合，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。Belfiore等[41]发现，在乳酸链球菌素(Nisin)、乳杆菌素、500和1000 mmol/L EDTA、800 mmol/L乳酸钠作用下，大肠杆菌的生长受到抑制。Rosiele等[11]研究发现蜡样杆菌素单独作用沙门氏菌时，细菌细胞出现的穿孔较少，当加入乳酸钠后细胞破损与细胞质外渗现象明显增加。

2.4 乳酸钠与其它有机酸及其盐类对腐败菌和致病菌生长的影响

研究较多的有机酸（盐）防腐保鲜剂有柠檬酸、双乙酸、醋酸、三聚磷酸、抗坏血酸等,William等[42]认为这些有机酸盐应用面广、价格经济、安全无毒。武运等[43]参考Fabuan和Graham研究结果并指出柠檬酸在抑制嗜热菌生长方面比醋酸和乳酸更有效。柠檬酸可抑制从西红柿汁中分离出来的平酸细菌，而且对沙门氏菌的抑制作用优于乳酸和盐酸。Thomson等[44]证明在0.3%的低浓度下，柠檬酸便可有效减少禽酮体的活沙门氏菌数。Notermans等[45]报道了柠檬酸与抗坏血酸联合作用可抑制真空包装的熟土豆中的B型肉毒梭状杆菌的生长及毒素产生。柠檬酸亦可有效减少白煮蛋中微生物数量。研究表明柠檬酸的抗微生物活性的主要原因是pH值降低，远离微生物最适生长条件，生长受到抑制，同时柠檬酸与微生物生长所必需的金属离子发生了螯合作用，导致微生物生长缓慢甚至死亡。另外，柠檬酸会阻碍单纯棒状节杆菌对葡萄糖的利用[46]。

Sallam[47]研究了醋酸钠、乳酸钠和柠檬酸钠对冷藏鱼片（salmon）的抑菌作用和抗氧化作用，结果显示三种有机酸盐均能显著延长各种腐败菌的迟滞期，这些腐败菌包括好氧嗜冷菌、假单胞菌、产硫化氢菌、乳酸菌和肠杆菌。然而，Rhee等[48]分别用3%乳酸钠、0.05%抗坏血酸、0.5%柠檬酸及0.5%三聚磷酸钠处理有氧冷藏的牛肉，结果发现只有乳酸钠起到了良好的抑菌作用。为了探讨乳酸钠和有机酸对禽肉保鲜的作用，李清秀等[49]首次将乳酸钠和醋酸作为食品保鲜剂应用于鸡肉保鲜中，通过测定鸡肉在4±0.5℃贮藏期的感官品质、微生物和理化指标评价保鲜效果的好坏。结果表明，以3%乳酸钠和2%醋酸保鲜效果最佳，乳酸钠的保鲜效果比醋酸的保鲜效果好。何瑞琪等[50]研究了乳酸和醋酸钠对冰鲜鸡保鲜效果的影响，结果表明乳酸和醋酸钠对冰鲜鸡有明显的保鲜作用。Soon在两组正常脂肪含量的法兰克福香肠中分别添加0.05%山梨酸钾和1.0%的苯甲酸钠，另两组不添加防腐剂，但是其中一组添加3.3%的乳酸钠。该研究得出结论，乳酸钠（含量60%）在3.3%水平下能替代0.05%的山梨酸钾或者苯甲酸钠，它们在香肠中都有相似的抗菌作用，因此，与对照组比较，它延误了李斯特菌的生长迟滞期2个星期[8]。因此，高效安全的有机酸（盐）将会在食品防腐中发挥更大的作用。

Byelashov等[51]用乳酸钠和双乙酸钠的混合物处理熏牛肉和烤牛肉，使得李斯特菌生长率降低、迟滞期延长。Hwang等[52]发现乳酸钠对火腿片中李斯特菌生长也具有延迟作用。Necla Aran等[53]研究了乳酸钠和乳酸钙对真空包装的巴氏杀菌酱牛肉中蜡样芽孢杆菌和产气荚膜梭菌孢子生长的抑制作用，结果发现乳酸钠和乳酸钙具有良好的抑制作用。Blom[54]等研究发现2.5%乳酸钠和0.25%的醋酸盐混合液能延长香肠和火腿切片的货架期，即食肉制品经真空包装后可保存4-6周。Qvist等[55]用2%(W/W）乳酸钠和0.25%(W/W)葡萄糖酸-δ-内酯混合液比单独使用以上两种成分具有更好的抑制李斯特菌的作用。在关于乳酸钠与醋酸盐对热鲜肉香肠馅饼品质影响的试验中，Bradley等[56]发现乳酸钠的保护效果显著。

2.5 乳酸钠与多种防腐剂联用对腐败菌和致病菌生长的影响

根据栅栏理论，采用栅栏技术延长冷却肉货架期是目前冷却肉保鲜研究的热点之一，而保鲜剂处理是常用的一种栅栏因子。目前，苯甲酸(盐），山梨酸（盐）、对羟基苯甲酸酯类是常用的食品保鲜剂[57]。近年来随着人们生活质量的提高和对健康的重视，天然、无毒、高效的保鲜剂成为研究的热点。Nisin、溶菌酶、茶多酚、壳聚糖、甘露聚糖、海藻糖、果胶、有机酸、香辛料等都具有一定的抑菌作用，是天然的保鲜剂。将多种防腐剂复配使用是当今的研究热点，不仅能减少单一防腐剂的使用量，同时还可以增强抑菌效果，不同的防腐剂对革兰氏阳性菌和阴性菌有不同的抑菌效果，例如，Nisin能有效地抑制引起食品腐败的许多革兰氏阳性菌的生长和繁殖，对细菌芽孢的萌发也有一定的抑制作用[58].溶菌酶能分解芽孢细菌的活细胞，对革兰氏阳性菌有较强的溶菌作用[59].茶多酚对细菌中的革兰氏阴性的好氧杆菌和球菌、兼性厌氧细菌等都有明显的抑制作用。乳酸钠对革兰氏阳性和阴性菌均有较强的抑制作用[39]。

宋萌[60]采用Nisin结合壳聚糖、乳酸及乳酸钠对冷却肉进行处理，通过测定冷却肉的细菌总数、理化及感官指标，确定复合防腐剂的最佳配方为250mg/LNisin+0.25%壳聚糖+1%乳酸钠+1%乳酸。刘丽莉[61]研究了Nisin为主防腐剂，以乳酸钠、柠檬酸钠和EDTA为复合防腐剂，应用到低温灌肠肉制品中以延长其保质期，筛选出防腐效果最佳的实验组和为Nisin 0.5g、乳酸钠40mL、柠檬酸钠3.0g、EDTA0.5g。李悦潇[62]的试验表明，0.250%壳聚糖+250mg/kg Nisin+1%乳酸+1%乳酸钠能显著延长猪通脊肉的货架期。Long[63]研究了乳酸钠、柠檬酸钠和Nisin单独使用和将其中两者联合对鸡肉中布氏弓形菌NCTC 12481的影响，结果表明2%乳酸钠(w/w)+500 IUg-1Nisin和1.5%乳酸钠(w/w)+1.5%柠檬酸钠联合使用比单独使用能显著减少布氏弓形菌的数量(P＜0.05)。姚远[64]以铜绿假单胞菌为研究对象，通过常量肉汤稀释法和琼脂扩散法探讨乳酸钠和茶多酚、壳聚糖复配后对铜绿假单胞菌是否有协同抑制效果，并利用响应面方法对3种复合防腐剂的抑菌效果进行优化，结果表明乳酸钠和壳聚糖存在明显的协同作用，而乳酸钠和壳聚糖存在明显的拮抗作用。值得注意的是，Camelia[65]等用D值来反映乳酸钠、双乙酸钠和片球菌素对腊肠中李斯特菌生长的影响时，得出结论腊肠中单独添加乳酸钠对单增李斯特菌有保护效应，会增大D值，双乙酸钠随温度的上升D值呈先降后升的现象，三种添加剂在较低温度共同作用有利于降低D值，另外D值随片球菌素浓度增加而降低。

3 结论与展望

大量文献表明乳酸钠对肉及肉类食品中常见腐败菌和致病菌有较强的抑制作用，从而可以延长肉及肉类食品的货架期。乳酸钠单独使用时需要较高的浓度才能较好的抑制肉类食品中的腐败菌和致病菌。当乳酸钠与其他防腐剂协同使用时因为抑菌机理的不同会减少单一防腐剂的使用量，同时对腐败微生物有更强的抑制作用，具有更好的保鲜效果。乳酸钠在低的pH值条件下能发挥更好的抑菌作用，pH越低，乳酸分子解离程度越低，乳酸钠的防腐效果越好，因此，将乳酸钠应用于酸性基质中防腐效果较好。

文献表明，乳酸钠作为防腐剂多应用于肉及肉制品中，在其他基质方面能否应用还需进一步探索。国内研究乳酸钠抑制微生物生长的文章相对较少，尤其对乳酸钠作用机理以及应用方面的研究仍是有待研究的课题。

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制品的风味、颜色、嫩度、多汁性等等，乳酸钠因其无毒无害，正越来越受到食品行业的重视。

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