一、前言 人類自古以來即面臨了食物的腐敗問題，因此便利用一些方法來保存食品，好比說以煙燻、鹽醃漬、日光曝曬等方法保存肉品；以冷藏、清洗、包裝等方法保存蔬果。以現今的科學技術，已能瞭解大部分的食品品質劣化多由微生物所引起，而食品的微生物穩定性和衛生安全性取決於產品內不同抑菌防腐因子的交互作用，所以在食品加工過程或貯存期間必須有效控制微生物的繁殖，產品的品質才有所保障。為了滿足消費者對食品具天然、新鮮、安全、好吃、經濟之要求，柵欄技術因應而生(Leistner, 1995)。
我們若將這些食品的防腐抑菌因子，視為抑制腐敗菌和病原菌的”柵欄”。那麼食品中的「柵欄因子」 (Hurdle Factor)即為加工中各種防腐保鮮方法所包含，不同種類的產品有其特有抑菌柵欄相互作用著，兩個或兩個以上之柵欄因子的作用不僅僅是單一柵欄作用的累加，這即是「柵欄效應」(Hurdle Effect)的原理。其處理溫和，可產生口感好、營養佳之高品質食品。因此，我們即以食品中傳統的柵欄效應為基礎，探討在食品上之品質改進及衛生、貯存安全性之評估，以延長產品之保存性，提高產品之經濟效益。
二、柵欄技術的簡介 近來，Leistner及Rodel (1976)提出所謂”柵欄觀念”(hurdle concept)，對抑制微生物之生長十分有意義。什麼是柵欄技術呢？Leistner認為柵欄技術亦可稱為組合式的抑菌技術，是結合一種以上食品保藏因子共同保障食品的穩定性和安全性(Leistner, 1994)。如果將每一種食品保藏因子看成是一個阻礙微生物跨越的柵欄，那麼微生物是否能跨越柵欄將是決定食品保存性的關鍵。在一個食品體系中，微生物是可以連續跨越許多個柵欄。如果我們適度的提高某些保藏因子的強度(亦即將某個柵欄的高度提高)，微生物便無法逾越，如此便確保了產品的品質(Leistner and Gorris, 1995)。
Scott(1989)指出，以數個處理系統組合，如水活性、pH、電位、熱處理、保鮮劑等五種不同處理條件，可避免單一處理條件較強，而傷害產品的情形。即為柵欄觀念。其間若強度相同，微生物越至最後一關，已十分衰弱，因此可以達到抑制的效果。若彼此為不同強度之柵欄，則較強的兩種柵欄間具加成性效果，微生物便不易跨越。
Leistner(1989)也舉出九個例子來解釋柵欄的觀念:
(1) 食品中含有六種強度相同的柵欄，微生物可以跨越五個柵欄(即高溫殺菌、低溫貯存、水活性、pH值和氧化還原電位)，卻無法跨越最後一個柵欄(保藏劑)，因此達到穩定和安全的效果。
(2) 食品中有五種強度不同的柵欄，其中水活性和保藏劑為主要的因子，即使在常溫貯存，食品的品質也不會很快劣化。
(3) 若食品中原有的起始菌量很低，則柵欄的強度不需要太高便可以抑制微生物的生長。
(4) 若是起始菌量太高，則無論多強的柵欄終將失效而產生食品腐敗或中毒。
(5) 營養強化的食品本身提供微生物一個良好的生長環境，因此必須增加柵欄的強度，才能有效抑制微生物的活動。
(6) 原本在食品中存在許多的細菌孢子，但不利的環境條件下孢子並不萌發，所以食品的品質得以保障。
(7) 在罐裝肉品中，保藏劑的強度會隨時間而逐漸減弱，終使微生物可以跨越柵欄而開始生長、腐敗或產毒。
(8) 以pH值、殺菌溫度和水活性三種柵欄的效應確保食品的品質。
(9) 柵欄與柵欄之間有相乘的效果。
三、柵欄的種類 控制微生物生長的柵欄不外乎殺菌、低溫貯存、水活性和pH值等傳統的保藏因子。根據Leistner和Gorris(1995)指出在法規安全的考量下，目前可應用的柵欄計有50多種，茲將其分類分如下:
1. 物理性柵欄:包括溫度(殺菌、殺菁、冷凍、冷藏)；照射(UV 、微波、離子)；電磁能(高電場脈衝、振動磁場脈衝)；超音波；壓力(高壓、低壓)；氣調包裝(真空包裝、充氮包裝、CO2包裝)；活性包裝；包裝材質(積層袋、可食性包膜)。
2. 物理化學柵欄:包括水活性(高或低)；pH值(高或低)；氧化還原電位(高或低)；煙燻；氣體(CO2、O2、O3)；保藏劑(有機酸、醋酸鈉、磷酸鈉、己二烯酸鉀…等等)
3. 微生物柵欄:包括有益的優勢菌；保護性培養基：抗菌素、抗生素。
4. 其他柵欄:包括游離脂肪酸；脫乙醯穀多醣(chitosan)；氯化物。
四、柵欄技術在食品加工與保存上之應用 事實上，在食品的加工過程中不可能每一種柵欄都使用，此外，同一種柵欄對食品品質具有正反面兩種效果，當柵欄強度超過某一種閾值時，反而會對食品的品質造成不良的影響，因而必須挑選適合食品實際狀況的柵欄，並調整到適當的強度，以達到保存之最佳效果，就成為食品加工上最重要的關鍵。針對食品中腐敗的主要因子、應用柵欄的種類及產品的來源做說明。以下僅列舉沙丁魚肉和截切蔬果的例子作為說明。
(1) 在遠洋魚肉方面
結合了pH、Sorbate、NaCl這三種食品保藏的因子，觀察其在沙丁魚肉中微生物的情形，探討其穩定性。以微熱、低酸、己二烯酸鹽以及NaCl等方式，處理經水洗或不經水洗的細切沙丁魚肉，觀察其穩定性，結果以添加6%鹽類和0.2%己二烯酸鹽，在pH 5.7時有最佳的品質，且當伴隨著熱處理(80℃, 10分鐘)，微生物在15℃s可以穩定品質至少15天。而經過水洗及微熱處理(80℃, 2分鐘)會促進起始菌數減少的情形。由此可見，結合數種柵欄對於魚肉製品是有可以減少菌數並維持較佳的品質(Aguilera et al., 1992)。
(2)在截切蔬果方面
對截切蔬果微生物及酵素控制，也可以引用微生物柵欄觀念，以達保持產品新鮮及安全品質(Wiley，1994)，例如水果類產品，可利用本身或外加酸，使pH值為4.6或小於4.6，以降低微生物性，增加抗氧化性；同時加入氧化劑、抑制PPO作用；若能再加上微熱處理(殺菁)，可降低酵素活性，減少微生物數目；接著再包裝、冷藏、儲存、分銷及販售。或是蔬菜產品，經過短時間熱處理，同時加酸降低pH值；再加防腐劑，降低微生物活性；加抗氧化劑，以減少酵素性褐變；然後以冷藏做最後柵欄。如果產品以MA包裝，適當照射處理，同時添加防腐劑及抗氧化劑，以降低微生物活性及褐變程度，最後以冷藏方式保存。
茲以馬鈴薯為例，馬鈴薯內的Lipoxygenase、Polyphenol、及Peroxidase之Z值分別為3.6℃、7.8℃及35℃，顯然單獨以熱來控制截切蔬果組織內酵素活性，因低溫時D值很大，而無法降低酵素活性。如果加熱時同時調整pH值，使酵素遠離等電點以降低熱穩定度，可大幅降低D值。好比說豌豆脂氧之等電點為pH5.8，65℃時之D值為400分鐘，但若pH值為4.0時，65℃之D值僅為一分鐘(Svensson，1977)。因此，對截切屬果酵素方面之重，應對酵素與pH值、熱、水活性等交互作用有所了解。
五、未來發展方向 過去僅以傳統的保藏技術來保存食品，如今可以利用柵欄技術與之結合以抑制微生物的活動、達到保存食品的目的。好比說如果希望製造自然的食品(不希望添加防腐劑)，就必須要加強其他柵欄的強度以維持食品的品質。
此外，亦可應用在HACCP觀念上。利用加強製程中對於微生物的控制，或者模擬其生長的情形，都是未來柵欄技術更進一步的發展方向(McClure, 1993)。
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| 六、參考文獻 Aguilera, J. M., Francke, A., Figueroa, G., Cifuentes, A. and Bornhardt, C. 1991. Preservation of minced pelagic fish by combined methods. Int. J. Food Sci. Technol. 27: 171-177. Leistner, L. 1989a. Hurdle technology for shelf-stable foods. Food Review. 15(6): 27-28. Leistner, L. 1989b. Hurdle method. Food Engineer. 61(2): 40-41. Leistner, L. 1992. Food preservation by combined methods. Food Res. Int. 25:151-158. Leistner, L. 1994. Further developments in the utilization of hurdle technology for food preservation. Leistner, L. and Gorris, L. G. M. 1995. Food preservation by hurdle technology. Trends Food Sci. Technol. 6(2): 41-46. McClure, P. I., Baranyi, J., Boogard, E., Kelly, T. M. and Roberts, T. A. 1993. A predictive model for the combined effect of pH, sodium chloride and storage temperature on the growth of Brochothrix thermosphacta. Int. J. Food Microbiol. 19: 161-178. Scott, V. N. 1989. Interaction of factors to control microbial spoilage of refrigerated foods. J. Food Prot. 52: 431-435. Wiley, R. C. 1994. Minimally Processed Refrigerated Fruits & Vegetables. Published by Chapman & Hall, London, printed In New York.
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