栅栏技术的原创为德国肉类研究中心的莱斯特教授（Prof. Dr.Lothar Leistner ）。栅栏技术自从1987年引入我国至今，已经在食品加工领域受到广为研究和广泛应用。我国食品加工业迅速发展，深化对栅栏技术的研究和应用，对提升产业技术水平，实现提质增效，具有作用意义。
栅栏技术的基本概念
食品安全性、以及总的质量特性取决于加工及流通过程所涉及的与产品质量相关的技术和方法。现今可用于食品保质的技术和方法很多，但无论是传统和现代法，莱斯特研究认为，按其基本原理可归结为少数几个因子。也就是说，产品的质量、保质期、营养性等控制主要取决于少数几个因子。
食品加工主要防腐保质因子：t因子（温度）、aw因子（水分活度）、pH因子（酸碱度）、Eh因子（氧化还原值）、c.f因子（菌群竞争）、Pres因子（防腐剂）。莱斯特教授（Leistner）将防腐保质因子比拟为保证食品的微生物稳定性、卫生安全性以及总的质量特性的“栅栏因子”或“障碍因子”。这既是栅栏因子（Hurdle Factors）的基本概念。
主要防腐保质栅栏因子及其对应的技术手段
| 序号 | 因子 | 属性 | 相应的方法 |
| 1 | t | 温度 | 高温（巴氏热加工、高温或超高温灭菌）或低温（冷藏或冻结贮藏）。 |
| 2 | pH | 酸碱度 | 调节酸碱度（酸化或碱化）。 |
| 3 | Aw | 水分活动 | 干燥脱水或添加水分活度调节剂等。 |
| 4 | Eh | 氧化还原 | 真空、气调、活性包装、脱氧剂等。 |
| 5 | C.f | 竞争性菌群 | 自然发酵或添加发酵菌发挥乳酸菌等有益性优势菌群。 |
| 6 | Pres | 防腐剂 | 有机酸、乳酸盐、醋酸盐、山梨酸盐、抗坏血酸盐、异抗坏血酸盐、葡萄糖醛酸内酯、磷酸盐、丙二醇、联二苯、壳二糖、游离脂肪酸、碳酸、甘油月桂酸脂、螯合物、美拉德反应生成物、乙醇、香辛料、亚硝酸盐、硝酸盐、臭氧、次氯酸盐、匹马菌素、乳杆菌素Nisin、烟熏等。 |
| 7 | 其他（很少采用） | 高压或低压，紫外、微波、放射性辐照、阻抗热处理、高电场脉冲、高频能量、振动磁场、荧光灭活、超声、乳化、固态发酵等。 | |
在某一食品内，如果存在的栅栏因子不足以有效抑菌防腐，也就是说食品内栅栏过少或强度太弱，食品在加工或贮藏过程中不利微生物已成功逾越了这些栅栏，则产品为不可贮食品，很快腐败或氧化变质。因此食品的可贮与不可贮以及质量的优与劣取决于这些栅栏因子在食品内的相互作用，这就是食品防腐保质的栅栏效应（Hurdle Effect）。
长期的研究揭示了不同食品内抑菌、防腐和保质的栅栏因子（Hurdle Factors）的相互作用的不同模式：
1)强度相等的栅栏因子互作；
2)Aw和Pres为主的因子互作；
3)初始菌量低的因子互作；
4)高初始菌量的因子互作；
5)富营养食品因子互作；
6)预热处理食品因子互作；
7)发酵风干香肠因子互作；
8)协同累加因子互作。
Leistner团队对食品内栅栏效应的防腐保质机制进行长期的探究，研究表明，不同的食品有独特的防腐保质栅栏的相互作用，两个或两个以上栅栏的作用不仅仅是其单一栅栏作用的累加。食品的可贮性可通过二个或更多个栅栏因子的相互作用而得到保证，这些因子中任一单一的存在不足以抑制腐败性微生物或产毒性微生物。
对一种可贮而优质的食品，栅栏因子的复杂交互作用控制着微生物腐败、产毒或有益发酵，氧化酸败、风味衰减等，这些因子互作对食品的联合防腐保质作用，Leistner教授将其名命为“ Hurdle Technology”，王卫将其翻译为“栅栏技术”。
栅栏因子防腐保质机理
| 序号 | 机制类型 | 调节机理 |
| 1 | 内平衡（MB） | 微生物内平衡调节机制被栅栏因子打破 |
| 2 | 代谢衰竭（AE） | 微生物在不利栅栏因子环境自动衰竭 |
| 3 | 内环境竞争（IEC） | 一类微生物的存在对另一类微生物产生影响 |
| 4 | 多靶共效（EEA） | 不同因子针对微生物不同的“靶子”发挥作用 |
| 5 | 天平调控（BR） | 通过因子微调对产品产生大的天平式影响 |
| 6 | 魔方调控（RR） | 每一因子的变化对产品特性产生多维影响 |
| 7 | 序列调控（SR） | 不同阶段不同的因子顺序发挥作用 |
内平衡
微生物的生长需要特定的t、pH、aw等条件，当这些条件在小范围变化，微生物可自身调控能力恢复其内平衡，这些条件变动过大，内平衡受到不可恢复性破坏，导致微生物死亡。食品防腐就是施加可临时或永久打破并使之难以恢复其内平衡的栅栏因子。
被破坏的内环境的修复需要耗费更多的能量，例如降低Eh值（真空、气调等包装）可阻断微生物修复内环境时所需能量，而能量提供的限制阻止了微生物的修复机制，使得防腐保质栅栏因子间的协同效应成为可能。因此低aw值、低pH值、和低Eh值之间具协同作用性。类似的微生物及其菌群内环境的扰乱为食品防腐技术的研发提供了潜在的可能。
代谢衰竭
在一些具有特定栅栏因子的食品内，残存的受到一定损害的微生物通过可能的修复机制以适应其内环境，以便在不利于微生物的条件下生存，但可能在贮藏过程中耗尽能量而代谢衰竭死亡。因此在某些肉制品的贮藏过程中，当其内外环境的t、aw、Eh或pH处于不利于有害微生物和酶类时，有害微生物可能发生自动衰竭死亡或酶类失去活性，结果是食品的“自动杀菌”。
简装贮藏的肉干，aw低于0.7时，残留或污染的金黄色葡萄球菌等可因“饥渴”而不断减少；防腐剂处理的水果：常温比冷链更利于微生物的衰竭死亡； 含丰富益生菌的发酵香肠：由于竞争性微生物作用，沙门氏菌在常温下比冷藏下更易死亡；人造黄油：乳化态和贮藏温度越高，微生物衰竭越快；巴氏杀菌肉制品：栅栏因子过多不利于微生物的衰竭，低温和气调（t和Eh因子）成为经典组合。
内环境竞争
微生物的生长需要能量、营养等基础物质，在一个特定食品的内环境内，有限的基础物质只能满足有限的微生物需求，不同类型和数量的微生物之间必然形成生存竞争。
在火腿、腊肠等发酵肉制品风干进程中，以及豆豉、豆瓣、腐乳等菜肴调味品发酵进程中，乳酸菌、微球菌、霉菌、酵母菌等益生菌大量生长，通过分解蛋白、脂肪、碳水化合物产生鲜美的风味物，同时这些微生物在产品中处于群体绝对竞争优势甚至产生抑制其他有害菌的物质，其他有害菌就失去了生存空间，产品安全性就得到保障。
应激反应
微生物在应激状态下某些可产生抗应激蛋白（stress shock protein），变得对环境条件（例如高温）更强的抵抗力或更强的毒性。保护性抗应激蛋白是细菌在t（热处理）、pH、aw、pres (乙醇)等不利环境，或者处于饥饿状态的诱导下产生。这一反应有可能影响食品的防腐性，且为应用栅栏技术防腐保质带来问题。这就是在一些食品中不当或过度的的防腐手段更不利于产品保质期的延长。
但在另一些食品中，如果微生物同时面临多种应激，微生物就需产生更多的抗应激蛋白而需耗用更多的能量，如果施加的栅栏因子有效阻止了能量的提供，微生物抗应激蛋白的基因活性将处于更为艰难的状态，这也就可能导致上面所述的微生物代谢衰竭“自动杀菌”的出现。
多靶共效
食品内的不同栅栏是有效针对微生物细胞内不同目标，既不同靶子，例如是针对细胞膜、DNA或酶系统、以及针对pH、aw或Eh等内环境条件，从数方面打破其内环境平衡，使细菌抗应激蛋白的形成更为困难，则可实现有效的栅栏交互作用，实现产品的质量稳定和优质可贮。
山梨酸钾类：抑制微生物的脱氢酶系统；迷迭香等：终止自由基,抑制单线态氧；尼泊金酯类：破坏微生物的细胞膜；食盐、乳酸钠等：降低水分活度尼生素；Nisin：抑制微生物DNA、RNA蛋白质和多糖等的生物合成；紫外线等辐照：抑制微生物DNA复制与转录。
栅栏技术应用于食品防腐，其可能性不仅仅是根据食品内不同栅栏所发挥的累加作用，而进一步是这些栅栏因子的交互作用与协同效应性。因此在食品内应用不同强度和缓和的防腐栅栏，通过这些栅栏的互作效应使食品达到微生物稳定性，比应用单一而高强度栅栏更为有效，更益于食品防腐保质，这就是建立与栅栏技术之上的“多靶共效防腐”技术，已成为未来最具挑战性最具应用前景的领域。
在多靶效应上医学领域早已走在前列，例证之一对杀菌剂杀菌机理的研究，至少已有12类杀菌剂对微生物细胞的多靶效应作用被揭示。细胞膜常常是受到进攻的第一个靶子，使细菌变得千疮百孔甚至四分五裂，同时杀菌剂又可阻止酶、蛋白质和DNA等的合成。多靶效应性药剂已在抗细菌性传染病（如布氏杆菌病）和病毒性传染病（如艾滋病）上得到成功应用。其栅栏调控原理在防腐保质上上的应用已受到特别关注。
天平式效应
各种食品内都有其不同的栅栏因子的共同作用，达到一种保证微生物、内源酶等稳定性的平衡。这一平衡如同天平式一样，那怕是其中一个栅栏发生微小变化，都可能打破平衡，对食品可贮性和总体质量产生影响。
例如对于真空包装巴氏处理的高水分肉制品安全可贮的条件是：F 0.3～0.4, aw 0.970～0.975, pH 6.2～6.4，其中每个因子的微小变化都对产品质量安全的天平发挥影响。对不同产品中影响其微生物稳定性的关键因子的数量化，或将成为富有竞争性挑战性的研究领域。对食品中t，aw，pH和Eh等各栅栏微调的实现，可能在实际生产中产生重大成果，带来显著效益。
对于实现食品生产的天平式控制，需加工工程师、微生物学专家、营养学家的密切合作，例如在使用添加剂提高食品中抑制微生物生长的栅栏时，必须判断此法从毒理学，感官质量，营养特性及饮食习惯等上考虑是否可行。又如多种添加剂对肉制品aw有影响，乳化性香肠的aw可通过添加脂肪（约30%）和食盐（2.0%左右）而调节到低于0.96，这一添加量是可接受的，而在低盐产品开发中，食盐量的降低导致aw的变化无疑对产品安全性带来极大风险。
魔方式效应
食品中的各种栅栏因子，包括pH、t，aw、Eh等，如魔方式变幻构成了肉制品的微生物稳定性，这些因素通常是食品的必需栅栏，每一栅栏的变化均如同魔方变幻对整体产生重大影响。根据魔方式控制原理设计肉品生产，调节控制其最佳的栅栏因子，就需要可靠的有关其数量化资料。
以工业化菜肴制品红烧肉软罐头为例，在室温下贮藏时这类产品达到可贮的栅栏相互作用条件是F大于0.4，pH低于6.5，以及Eh应在很低（真空灌装），如果产品存在pres栅栏亚硝酸盐，则aw小于0.97即可；但无硝产品aw需小于0.96。在低硝、低盐、低脂等肉制品开发中，需探究涉及每一具体产品的各栅栏因子的变化，在栅栏因子强度的下降甚至消失，必须有相应的“顶替”因子，以维持保证产品微生物稳定性和优质可贮性的天平的而平衡，以及弥补aw栅栏的变化对整体魔方变幻的影响。
对于发挥pres因子关键作用的硝盐，除了出色的抑菌防腐抗氧功能，还可赋予产品良好发色和增香作用。过多添加和残留导致的安全隐患受到关注。使用原则是严格控制其添加量和使用范围，尽可能少而又能达必需的发色、防腐、增香等作用。例如NaNO2添加量20～40ppm足以满足发色所需，30～50ppm增香，可发挥防腐功能则需60～150ppm，控制在此范围，食品的卫生安全性完全可得到保证。
在无硝产品开发中，植物提取物或冷链控制替代抑菌防腐抗氧，色素替代发色，调味剂替代增香，但至仍然未找到更为安全、有效、廉价的替代物，而其副作用在临床医学及营养学领域甚至被过于放大了，在欧洲添加亚硝或微烟熏甚至允许应用于有机肉制品。
从理论和实践的观点出发，应用栅栏技术对经热加工的熟肉制品的t，aw和Eh栅栏进行调节，是最有现实意义的，这样可开发出经中热处理而可非冷保存的耐贮存产品（SSP产品）。很多扁平状包装巴氏处理的酱卤、香肠、工业化菜肴均可以此为原理加工。这类产品只经过中热处理（F值约为0.4），能有效抑制所有营养性微生物的活性，而对细菌芽胞尚未造成致命性损伤，但这些受损的杆菌芽胞再发芽的繁殖力减小，只需通过aw和pH两道栅栏已能将其抑制，而无损于肉制品的感官质量，辅以真空包装，即可实现产品优质可贮和有效抑制风味衰减。
aw和pH是肉制品的关键因子，当然Eh因子，即有效含氧量也是影响产品的微生物稳定性因素，当Eh值低时，不仅好气菌，甚至兼性厌氧菌也不会很好的生长，因此在Eh值很低的情况下，一些aw耐受性高，在实验室培养基上中度有氧条件下，aw为0.86时仍生长的杆菌，在产品中aw为0.97～0.96时可受到抑制，基于降低氧化还原值（Eh）对产品中好气性芽胞杆菌起到重要的抑制作用。pH栅栏因子，以及与pH直接或间接相关的F，aw和Eh因子，如魔方式变幻构成了肉制品的微生物稳定性，这4个因素通常是食品的必需栅栏，每一栅栏的变化均如同魔方变幻对整体产生重大影响。
栅栏效应与食品总质量
从栅栏技术概念上理解食品防腐技术，似乎仅侧重于保证食品的微生物稳定性，然而栅栏技术还与食品的总质量密切相关。正如动物或植物细胞胞脂质氧化受大量正负性内在和外在因素景响结果一样。栅栏技术不仅仅适用于保证食品卫生安全性，也保证其总质量。有的栅栏，例如在美拉德产品中的美拉德反应，就对产品的可贮性和质量都具重要性。食品中可能存在的栅栏将影响其可贮性，感官质量，营养性，工艺特性和经济效益。
而栅栏对产品的总质量可能是正影响，也可能是负影响，同一栅栏强度不同对产品的作用也可能是相反的。例如t（低温冷藏）作为水果的防腐保质栅栏时，过快过低有损于水果质量，而和缓冷却则有利。又如在可以调酸的产品中，pH值的降低能抑制腐败菌，但过低则对感官不利。为保证产品总质量，栅栏及其强度应调控在最佳范围。
栅栏作用交互作用序列性
在一些肉制品中，其栅栏序列按一定程序固定不变，在这些产品品加工和贮藏的各阶段，各栅栏因子相继发挥作用或消失。例如对于风干浅发酵腊肠的栅栏序列，在这类产品加工的某一阶段，某一栅栏能最有效的抑制使产品腐败的微生物（沙门氏杆菌，肉毒杆菌，金色葡萄球菌）以及其他导致食物中毒的细菌，酵母菌和霉菌的繁殖，同时又能有利于对香肠的风味和可贮性起重要作用的aw和竞争性菌落（乳酸杆菌，微球菌等的生长。
防腐保质栅栏因子调控
| 序号 | 因子 | 调控机理 | 产品举例 |
| 1 | 初始菌量因子（M） | 原料卫生控制是保障产品质量和安全的首要因素 | 原料总菌数在103-104CFU/g的生鲜调制肉制品比总菌数在105CFU/g的保质期长30%以上 |
| 2 | 温度阈值因子（t） | 加工贮运不中断冷链，以及充分的杀菌温度是最佳的防腐保鲜手段 | 2～4℃下贮藏的酱卤肉比在常温下贮藏的保质期延长3倍以上；121℃杀菌肉品比在110℃的货架寿命长4倍以上 |
| 3 | 水分活度因子（aw） | 脱水或添加食盐等天然调节剂尽可能降低水分活度，是保障产品安全最有效的方法 | aw值0.90以下的肉品可在常温下非制冷贮藏，0.92以下的肉品需要严格的低温冷藏条件 |
| 4 | 氧化还原因子（Eh） | 真空、气调等包装降低Eh可有效阻止肉品脂肪氧化酸败和霉变包安全 | 腊肉常温贮藏1个月即出现氧化和霉菌滋生，真空包装可3个月以上保质 |
| 5 | 酸碱度因子（pH） | 发酵或食用酸调低pH值可在一定程度上稳定产品质量提升安全性 | 添加柠檬酸调节pH值至5.0以下的泡椒凤爪保质期可比常规pH值5.4以上的保质期长2倍以上 |
| 6 | 物料抑菌因子（Pr） | 天然植物提取物或食品防腐剂可有效抑制病菌和腐败菌的生长 | 添加迷迭香提取物、乳酸钠等防腐剂可将酱卤肉制品7天的保质期延长至14天以上 |
结语
肉制品的卫生安全性及其总的质量特性，取决于产品加工及贮运流通中采用的方法和技术，按其基本原理归结为几个栅栏因子（Hurdle Factors），产品的安全可贮性和总体质量特性，主要取决于这些因子互作的栅栏效应（Hurdle Effect），而栅栏因子作用机制涉及到内平衡、内环境竞争、自动衰竭、多靶效应、天平式或魔方式调控等。以现代技术手段为支撑，构建“原料减菌保鲜、关键点标准值控制、多因子联合防腐”等栅栏技术体系，通过栅栏因子调控实现产品的安全、优质、营养和可贮，即是栅栏技术（Hurdle Technology）的核心内容。
