调保鲜包装技术的主要应用及趋势

食品商务网    2006-08-03 08:05:00

新鲜水产品及海产鱼类的变质主要有细菌使鱼肉的氧化三甲胺分解释放出腐败味的三甲胺、鱼肉脂肪氧化酸败、鱼体内酶降解鱼肉变软、鱼体表面细菌（需氧性大肠杆菌、厌氧性梭状芽孢杆菌）产生中毒毒素，危及人健康。用于鱼类气调包装的气体由CO2、O2、N2组成，其中CO2气体浓度高于50%，抑制需氧细菌、霉菌生长又不会使鱼肉渗出；O2浓度10%-15%抑制厌氧菌繁殖。鱼的鳃和内脏含大量细菌，在包装前需清除、清洗及消毒液处理。由于CO2易渗出塑料薄膜，因此鱼类气调包装的包装材料需用对气体阻隔性高的复合塑料薄膜，在0℃-4℃温度下可保持15-30天。英国金枪鱼采用35%-45%的CO2／55%-65%N2气体保鲜包装货架期6天。     从19世纪30年代起，国外已经开始将新鲜牛羊肉装在大包装袋保鲜贮运，但是这项技术大规模在商业上的应用是从1970年以后才开始。1979年英国Mark＆Spencer公司推出了MAP肉制品，两年后应用到了鱼类、火腿等方面。国外从1955年开始对果蔬气调保鲜进行研究。美国Gerhard国家研究中心植物生理实验室的马尔赛兰，开始研究各种PE膜贮藏苹果和梨，并对贮藏环境中的氧气和二氧化碳变化作了系统的研究，并于1960年发表了研究报告，并称之为生理包装贮藏。根据果品呼吸的生物模数来确定保鲜膜配方、厚度、规格，在特定的温度条件下，借助PE膜透过O2和CO2的双重效应，维持袋内的气体成分。     我国气调包装始于20世纪90年代，国家农产品保鲜工程技术中心于1988年开发了果蔬专用PVC保鲜膜24种配方，从中筛选出32个品种，47种规格用于黄瓜、芹菜、葡萄、苹果和鸭梨等保鲜膜袋的实际应用。最近几年，气调保鲜包装技术已经成为各方研究的热点。果蔬采用气调包装，不但安全、有效，而且操作简单，已成为近年来国内外研究的重点，应用十分广泛。     与气调包装技术同步发展的是气调包装设备。高效率气调包装生产设备食品气调包装生产的主要设备是真空气调包装机和气体比例混合器。目前，我国包装生产企业已能为食品企业提供各类袋式或盒式包装机、全自动真空气调包装机和气体比例混合器。例如：上海炬钢机械制造有限公司，该公司通过与上海大学机械工程及自动化学院以及上海水产大学食品学院的技术合作，在生产真空充气包装机械系列产品的基础上开发成袋式和盒式包装的系列气调包装机以及气体比例混合器产品。开发的产品有盒式包装ZQT-1。     D400型、MAP-200型全自动气调包装机，采用可编程(PLC)和内置气体质量流量比例混合器，各项包装参数如：气体混合比例、气体置换时间、热封温度与时间、封膜牵引与模具运动时间控制等均可通过液晶屏触摸设定后自动控制，操作简便。     最近，美国进一步加强了对新一代气调保鲜食品包装系统的研究。Ilapak公司新开发的高速气调包装Delta3000LD(LongDwell)流水线包装机，可以预编多达64种生产方案，以保证快速、简单地调整包装尺寸。其特色还在于能精密控制充气，高紧密度的密封口能长效保持，以及没产品时就不上包装袋的质量控制装置。     同时，Multivac公司针对家禽和包装即食肉产品，开发出一款新型托盘密封机。该新技术将产品气调后封装在浅浅的托盘里，在保证完全密封的同时，产品可获得更好的视觉效果。Rovema包装机械公司的系列气调软包装袋和枕式包装，适合咖啡、早餐谷类、烘烤食品等多种产品。其立式成型/填充/抽真空/充气/密封系统可处理液体、粘稠、颗粒或固体产品；枕式包装机的速度最快可达180包/分钟，从单份包装到大批食品包装量均可生产。     作为智能型包装技术的一种，气调包装技术在世界各国的应用才刚开始不久，有些技术还处于实验和研究阶段。可以说，这项技术同时处于起步阶段。如何抓住这个机遇，发展我国的包装事业，提升我国包装的技术含量，以适应新形式下国际经济形式的要求，是每一个包装人士所面临的问题。随着时代的变迁，商品种类更加繁多复杂，包装所肩负的功能也越来越多。高新技术的浪潮将包装推向了更高的发展境界，气调包装技术在智能化包装时代必将占有一席之地。

气体在气调包装中的应用与气调包装检测仪器介绍

　　气调包装国外又称MAP或CAP、国内称气调包装或置换气体包装、充气包装。常用的气体有N2、O2、CO2、混合气体等。气调包装技术可广泛用于各类食品的保鲜，延长食品货架期，提升食品价值。本文主要对各种气体在气调包装中的作用以及气调包装的质量如何进行控制展开介绍
一、不同气体在气调包装中的作用
1、CO2在食品气调包装中的应用
   CO2气调包装在肉类包装中的应用效果较为明显，高浓度的CO2能阻碍需氧菌与霉菌等微生物的繁殖，延长微生物增长的停滞期及指数增长期，起防腐防霉作用。该方法尤其能使鲜肉类产品不需冷冻处理可保存120天。
2、氮气在食品包装中的应用
　充氮气调包装主要应用于油炸薯片及薯条、油烹调食品等。 氮气（N2）是理想的惰性气体，在食品包装中有特有功效：不与食品起化学反应与不被食品吸收，能减少包装内的含氧量，极大地抑制细菌、霉菌等微生物的生长繁殖，减缓食品的氧化变质及腐变，从而使食品保鲜。同时充氮包装食品还能很好地防止食品的挤压破碎、食品粘结或缩成一团，保持食品的几何形状、干、脆、色、香味等优点。
　　
3、复合（混合）气体在气调包装食品中的应用
复合气体主要以O2、N2混合或CO2、N2、O2的混合形式为主，利用不同气体的不同功用达到保质与保鲜的目的。复合气调保鲜包装国际上统称为MAP包装，所用的气调保鲜气体一般由CO2、N2、O2及少量特种气体组成。其中，CO2能抑制大多需氧腐败细菌和霉菌的生长繁殖；O2抑制大多厌氧的腐败细菌生长繁殖，保持鲜肉色泽、维持新鲜果蔬富氧呼吸及鲜度；N2作充填气。复合气体组成配比根据食品种类、保藏要求及包装材料进行恰当选择而达到包装食品保鲜质量高、营养成分保持好、能真正达到原有性状、延缓保鲜货架期的效果。　
例如：生鲜鱼虾的气调包装新鲜水产及海产鱼类的变质主要有细菌使鱼肉的氧化三甲胺分解释放出腐败味的三甲胺、鱼肉脂肪氧化酸败、鱼体内酶降解鱼肉变软、鱼体表面细菌（需氧性大肠杆菌、厌氧性梭状芽孢杆菌）产生中毒毒素，危及人健康。用于鱼类气调包装的气体由CO2、O2、N2组成，其中CO2气体浓度高于50％，抑制需氧细菌、霉菌生长又不会使鱼肉渗出；O2浓度10％―15％抑制厌氧菌繁殖。鱼的鳃和内脏含大量细菌，在包装前需清除、清洗及消毒液处理。由于CO2易渗出塑料薄膜，因此鱼类气调包装的包装材料需用对气体阻隔性高的复合塑料薄膜，在0℃―4℃温度下可保持15―30天。英国金枪鱼采用35％―45％的CO2／55％―65％N2气体保鲜包装货架期6天。　　
虾的变质主要由微生物引起。其内在酶作用导致虾变黑。采用气调包装可对草虾保鲜。先将虾浸泡在100mg／L溶菌酶和1．25％亚硫酸氢钠的保鲜液中处理后，采用40％的CO2和60％的N2混合气体灌充气调包装袋内，其保质期较对照样品延长22天，是对照样品保质期的6．5倍。

二、气调包装检测项目与检测仪器介绍
   刚才对气调包装的应用进行介绍，为确保气调包装的效果，就必须检测包装中的气体比例（顶空气体分析），同时需要从包装上做好质量控控制，避免包装破裂或阻隔性能差而导致包装内部气体的失调而出现质量问题。 Labthink兰光（www.labthink.cn）作为检测仪器与检验服务优秀的提供商，现结合检测仪器进行介绍，以期能使相关单位深入的解质量控制的项目与手段。
1、顶空气体分析
   顶空气体分析检测至关重要，检测时可以借助Labthink兰光的HAG-01顶空气体分析仪进行检测，以确保控制好包装容器内的氧气、二氧化碳、混合气体的比例。
2、 厚度检测：
薄膜厚度是否均匀一致，是气调包装膜各项性能的基础。厚度不均匀，不但会影响到薄膜各处的拉伸强度、阻隔性等，更会影响薄膜的后续加工。厚度检测应参照GB /T 6672 塑料薄膜和薄片厚度的测定机械测量法(GB/T 6672-2001,idt ISO 4593) 。
开展厚度检测可以采用Labthink兰光的CHY-C2和CHY-CA两款测厚仪，其均可满足抗菌活动性薄膜厚度检测要求的高精度测试仪。测试分辩率高达0.1微米。
3、抗摆锤冲击试验
气调包装耐冲击性能的控制能够防止因韧性不足而出现包装表面破损的情况，有效避免产品在流通环节中因包装材料的耐冲击或跌落性能差产生破损而导致产品泄漏或变质等问题。
抗摆锤冲击试验应执行GB /T 8809-1988 《塑料薄膜抗摆锤冲击试验方法》，Labthink兰光的FIT-01薄膜冲击试验仪则执行此标准，且该仪器与其它仪器相比在装夹方式与自动化程度、精度等方面都较为先进，满足高精度全自动测试要求的需要。
4、耐撕裂性能试验
    产品包装在储存和运输过程中有可能因外力作用被撕破，足够的抗撕裂扩展力可以减少撕裂的传递，从而避免泄漏带来的问题。
耐撕裂性能测试可参照埃莱门多夫法，应执行GB /T 11999-1989 （I SO 6383-2）塑料薄膜和薄片耐撕裂性试验方法。检测时可以采用Labthink兰光的SLY-S1撕裂度仪。该仪器采用计算机控制和显示、以及计算机水平调节技术，保证试验数据准确、可靠；独有的“三圆”分析技术可帮助用户直观地进行数据分析、评估。
5、密封性能检测
   密封性能检测对于气调包装极为重要，若出现泄漏，则对产品的包装保护功效将丧失。 
  常用的检测方法有两种方法：
1）水中减压法：该方法可按照GB/T 15171－94《软包装件密封性能试验方法》进行检测，在此以Labthink兰光的MFY-01为例，该仪器采用水中减压原理的设备，测试过程如下 ：在真空罐内放入适量蒸馏水，将包装放入真空罐内置于压板下侧使包装完全浸没入水中；然后设置试验的真空压力与时间，一般设置真空度为20、30、50、90 kPa等。到达一定真空度时停止抽真空，并保持该真空度的时间为 30秒。启动试验，对真空室抽真空，使浸在水中的试样产生内外压差，观测试样内气体外逸情况，以此判定试样的密封性能。
2）正压检测法：以Labthink兰光的LSSD-01泄漏与密封强度测试仪为例，该仪器即采用正压法测试。通过对包装内侧施加压力，检测软包装的抗压能力、密封程度以及泄露指标，从而达到检测其完整性和密封强度的目的。
 6、阻隔性能检测
   阻隔性是指包装材料对气体、液体等渗透物的阻隔作用。阻隔性能不好，外界的气体会渗透进入包装内侧，影响气体的比例，进而加快产品的变质，这与通过气调延长货架期及产品质量的初衷是完全背离的，所以要做好阻隔性能的检测。
检测阻隔性能应分别执行GB 1038《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法-压差法》与GB 1037 《塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法-杯式法》，可采用Labthink兰光的VAC系列压差法气体渗透仪或PERME OX2/230、OX2/231氧气透过率测试系统；水蒸汽阻隔性能则可采用Labthink兰光的TSY-T系列透湿性测试仪或PERME W3/330、W3/030、W3/060水蒸气透过率测试系统。
以上为气调包装材料的检测项目与检测仪器的简要介绍，对于具体的检测方法、规程、要求及测试数据在此不一一介绍，Labthink兰光希望借此文章抛砖引玉能够与行业同仁进行更多的沟通交流。

气调包装

气调包装简称MAP(Modified Atmosphere Packaging)，国内称置换气体包装、充气包装，是用适合食品保鲜的保护气体置换包装容器内的空气，以抑制细菌繁殖，达到长期保存和保鲜的一种包装方式。气调包装的一个重要性是贮藏初始调节包装内的气体组合，以达到抑制食品腐烂和变质，维持易腐烂食品正常货架期内的品质或延长其货架寿命的目的。常用的气体有N2、O2、CO2、混合气体O2+N2或CO2+N2+O2。气调包装技术可广泛用于各种肉类、鱼类、海鲜、烘焙食品、乳制品、预制食品等的保鲜，延长食品货架期，提升食品价值。



食品会因为细菌活动变质，在各种细菌中，假单胞菌是最主要的一种，它会使食品发臭；氧化肌红蛋白一旦发生氧化反应，会使食品失去原先新鲜的颜色。此外，油炸食品内含的油会氧化食品表面。高脂鱼类的不饱和脂肪酸如果发生氧化，会使鱼肉发臭。烘焙食品会发霉、变干。烘焙食品的水分一般而言低于aw 0.9，微生物并不是导致其变质的主要原因。预制食品的变质，主要是由微生物活动、酵母、霉菌或氧化引起的。乳制品也是由微生物、假单胞菌和乳杆菌引起的，导致乳制品发臭、霉变。
 
以前人们为了延长食品的保存期限，主要采用加热、盐浸、烟熏及添加防腐剂、消毒剂、抗氧化剂等手段对食品进行预处理，这些方法对食品或多或少会有一些影响，随着人们生活质量的逐渐提高，人们开始寻找其它的食品保存方法，气调包装就是其中之一。

气调包装的主要作用

• 延长货架期，减少销售环节中由于“过期”造成的损失；
  
• 保存食品原有的风味、质感和外观形象；
  
• 提高生产效率，延长生产周期。

气调包装已成为一种应用广泛的食品保存方法，其特点是能有效地保持食品新鲜而产生的副作用最小。英国在肉类及肉制品的气调包装方面居于领先地位，法国紧随其后。保藏期相当长的无菌包装米饭在日本超级市场中已成为畅销产品，它采用充氮系统包装、超高温灭菌，并采用氧阻隔性能极高和抗氧化性相当于金属容器的材料包装，使产品不需冷藏而能达到6个月的保藏期。

在挪威，气调包装平均延长了鱼类、鱼制品和贝类的保藏期达1.5倍，使在超级市场中就可以买到用气调包装的新鲜鲑鱼。美国的超级市场和食品店中十分流行方便的半成品和可直接食用的新鲜食品、面食和色拉，现在多半都用气调包装。气调包装正在影响肉类、干酪、鱼、禽肉和其他新鲜和预制食品的包装以及这些食品在全球市场的销售。
 

气调包装的包装原理

气调包装系统结构图

气调包装的包装原理是采用气调保鲜气体（2-4种气体按食品特性配比混合），对包装盒或包装袋的空气进行置换，改变盒（袋）内食品的外部环境，抑制细菌（微生物）的生长繁衍，减缓新鲜果蔬新陈代谢的速度，从而延长食品的保鲜期或货架期。以果蔬保鲜为例：新鲜果蔬在采摘后仍然进行呼吸作用，消耗O2产生CO2，逐渐增加环境中的CO2含量并降低O2的浓度，采用高透性的塑料薄膜可与大气进行气体交换，补充所消耗的O2并排出CO2。当气体对薄膜渗透的速度与果蔬呼吸速度相等时，包装袋内的气体达到某一平衡浓度，可以使果蔬维持微弱的呼吸速度而不产生厌氧呼吸，从而延缓果蔬的成熟而得到保鲜。采用气调包装能够实现在不采用防腐剂、添加剂的前提下确保食品的口感、营养成份和保鲜期。
 
气调保鲜气体一般由二氧化碳（CO2）、氮气（N2）、氧气（O2）及少量特种气体（NO2、SO2、Ar等）组成。各种气体的作用如下：CO2气体具有抑制大多数腐败细菌和霉菌生长繁殖的作用，是保鲜气体中主要的抑菌剂；O2具有抑制大多数厌氧腐败细菌的生长繁殖、保持生鲜肉的色泽、以及维持新鲜果蔬生鲜状态的呼吸代谢的作用；N2是惰性气体，一般不与食品发生化学作用，也不被食品所吸收，在气调包装中用做填充气体，防止由于CO2等气体从包装内逸出而使包装塌落。对于不同的食品果蔬，保鲜气体的成分及比例也不相同，对农作物气调包装的关键是保持包装材料的氧气渗透性与产品的呼吸速度相匹配。




为了将不同比例的二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)送入包装容器内，一般将CO2、N2、O2气体按一定比例送进混合室（贮气室）混合后，再注入到包装容器内，从而根据被包装食品特性需要，改变包装容器内食品周围的气体环境，达到保鲜的目的。可以采用如下两种方式进行气体混合和配送：控制气压复合气体混合配送系统和等气压复合气体混合配送系统。

复合气调保鲜包装在食品行业的应用

CVP公司A-200包装机

生鲜鱼虾的气调包装



新鲜水产及海产鱼类的变质主要有细菌使鱼肉的氧化三甲胺分解释放出腐败味的三甲胺、鱼肉脂肪氧化酸败、鱼体内酶降解鱼肉变软、鱼体表面细菌（需氧性大肠杆菌、厌氧性梭状芽孢杆菌）产生中毒毒素，危及人健康。

用于鱼类气调包装的气体由CO2、O2、N2组成，其中CO2气体浓度高于50％，抑制需氧细菌、霉菌生长又不会使鱼肉渗出；O2浓度10％-15％抑制厌氧菌繁殖。鱼的鳃和内脏含大量细菌，在包装前需清除、清洗及消毒液处理。由于CO2易渗出塑料薄膜，因此鱼类气调包装的包装材料需用对气体阻隔性高的复合塑料薄膜，在0℃-4℃温度下可保持15-30天。英国金枪鱼采用35％-45％的CO2／55％-65％N2气体保鲜包装货架期6天。

虾的变质主要由微生物引起。其内在酶作用导致虾变黑。采用气调包装可对草虾保鲜。先将虾浸泡在100mg／L溶菌酶和1．25％亚硫酸氢钠的保鲜液中处理后，采用40％的CO2和60％的N2混合气体灌充气调包装袋内，其保质期较对照样品延长22天，是对照样品保质期的6．5倍。

禽畜生鲜肉类气调包装

生鲜猪、羊、牛的肉的气调保鲜包装既要保持鲜肉原有红色又能防腐保鲜，气调包装的气体由O2和CO2组成，根据肉种类不同，气体组成分各异。猪肉气调包装的气体组成为60％-70％O2和30％-40％的CO2，于0℃-4℃的货架期一般7-10天（包括宰杀后在0℃-4℃温度下冷却24h使ATP活性物质失去、质地变得有柔软及香味、适口性好的冷却猪肉）。家禽肉气调包装主要是防腐保鲜，保鲜用气体由CO2和N2组成，禽肉用50％-70％CO2／50％―30％O2包装在0℃-4℃的货架期达14天。

在肉类气调保鲜包装中，使用高浓度O2可使鲜肉保持鲜红色更鲜艳，在缺氧环境下则肉质呈淡紫色，如用CO2、N2等保鲜气体，肉色泽呈淡紫色，保鲜期可达30天左右。生鲜肉类包装材料也要求使用对气体有高阻隔性的复合塑料包装材料。

烘烤食品与熟食制品的气调保鲜包装

烘烤食品包括糕点、蛋糕、饼干、面包等，主成分为淀粉。由细菌霉菌等引起的腐变、脂肪氧化引起的酸败变质、淀粉分子结构老化硬变等造成食品变质。应用于这类食品气调保鲜包装的气体由CO2及N2组成。不含奶油的蛋糕在常温下保鲜20-30天，月饼、布丁蛋糕采用高阻隔性复合膜常温下保鲜期可达60-90天。

微波菜肴、豆制品及畜禽熟肉制品充入CO2和N2能有效抑止大肠菌群繁殖。在常温20℃-25℃下保鲜5-12天，经85℃-90℃调理杀菌后常温下保鲜30天左右，在0℃-4℃冷藏温度下保鲜60-90天。

新鲜果蔬气调保鲜包装

果蔬收获后仍能保持吸收氧气排出CO2的新陈代谢作用，同时消耗营养。果蔬保鲜是通过降低环境中O2含量和低温贮存降低呼吸进度，排除呼吸产生的CO2延缓果蔬成熟衰老从而达到保鲜效果。果蔬的气调包装气体由O2、CO2、N2组成，用透气性薄膜包装果蔬，充入低O2与高CO2和混合气体置换后密封，使包装内的O2含量低于空气而积累CO2高于空气，通过薄膜进行气体交换，达到利于果蔬保鲜环境、保持微弱需氧呼吸的气调平衡。

大多数果蔬用5％O2、5％CO2、90％N2混合比例包装，在6℃-8℃低温下有较长的保鲜期。气调包装用于荔枝保藏保鲜，用10％CO2＋90％N2及20％CO2＋80％N2处理荔枝果实24hr，既能达到保鲜目的，还能提高果实的好果率，保持果皮红色，并不影响营养成分，以高CO2和低氧条件结合臭氧处理（4．3mg／M3浓度）并采用可食性薄涂膜，可延长草莓货架期8-10天。

美国科学家对芒果采用气调包装试验，将芒果剥皮、切块，分别采用氧气包装，混合气（N286％、CO210％、O24％）包装及真空包装，结果经混合气包装的芒果货架期最长，在贮存期间，芒果的色泽、质地等外观效果好，微生物造成的损害最小。

气调包装也适用于净菜保鲜。净菜又称切割果蔬、半处理加工果蔬，为迎合上班族的新兴食品加工产品，有安全、新鲜、营养、方便等特点，但经切割后易褐变。采用气调包装降低氧含量能最大限度延长货架期。例如美国的切丝莴苣以1％-3％的O2、5％―6％的CO2和90％N2阻止褐变。气调保鲜包装还适用于去皮和切片的苹果、马铃薯、叶菜类蔬菜等果蔬保鲜。开发适合果蔬气调包装保鲜效果的包装膜是拓宽果蔬保鲜途径的关键。 

气调包装与材料的透气性

气调包装系统的设计应考虑多方面的因素，其中最重要的因素是包装内CO2和O2的相对含量，这主要是由包装内气体浓度和包装材料的透气性决定，即是气调保鲜气体的比例控制精度及包装材料的气体置换率。与真空包装或是充氮包装不同的是，气调包装材料大多是低阻隔材料，具有较大的气体透过性。 
  
材料透气性出现差异与材料高分子的聚集状态（结晶性）、聚合物结构对气体的扩散性和溶解性、采用添加剂的影响等因素有关。但是不同的气体对同种材料的渗透性也不相同，对同种材料而言，一般是N2的透过性最小，O2稍大一些，CO2的最大，这与气体分子的大小以及气体分子的形状有关。分子的动力学直径越小，在聚合物中扩散越容易、扩散系数越大。但气体分子直径的大小并不是决定渗透性的唯一因素，因为渗透性还与气体在聚合物中的溶解度有关。另外分子的形状也能影响渗透性，有研究表明，长条形分子的扩散能力和渗透能力最强，而且分子形状的微小变化会引起渗透性的很大变化.
 
毫无疑问，要对产品进行气调包装，就必须根据产品的特性进行包装材料透气性的合理选择。一般用于气调包装的气体是O2、CO2、N2的混合气体，或是O2、CO2的混合气体，因此在选择气调包装材料时必须对材料的O2透过性、CO2透过性、N2透过性进行精确测试，决不能对各种气体的检测厚此薄彼，或是仅仅检测材料的O2透过率再按经验比例进行折算，必须进行全面检测。可以想象，如果由于指标检测失误，或是未经全面检测而导致气调包装材料选择有失，不但会给企业造成巨大的经济损失，而且也会造成资源的严重浪费。

Labthink TOY-C1透氧渗透仪

目前，世界上普遍使用的透气性测试方法有压差法和等压法两大类。整体上看，等压法设备测试对象非常单一，目前仅能检测材料的O2透过性（如Labthink TOY-C1透氧渗透仪）或者CO2透过性，至今尚未有公司能够提供用于检测N2透过性的等压法设备。而对于压差法设备就完全不同了，因为这种方法本身就对测试气体没有选择性，可以进行O2、N2、CO2等常规气体的测试，测试成本低，还可实现测试环境自控温（如Labthink VAC-V1气体渗透仪）。另外由于膜技术理论的支持，利用真空压差法设备不仅能够检测各种常见气体对试样的透过性，还能同时给出测试气体对试样的扩散系数及溶解度系数。相对于等压法设备，压差法透气性测试设备更适合气调包装材料的研究机构以及使用厂家对材料进行全面检测并进行综合分析。
 
常用MAP材料的英文缩写：
 
ABS Acrylonitrile butadiene styrene
Al Aluminium
APET Amorphous polyester
AlOX Aluminum oxide
CPET  Crystalline polyester
EPP Expanded polypropylene
EPS Expanded polystyrene
EVA Ethylene vinyl acetate
EVOH Ethylene vinyl alcohol copolymer
HDPE High density polyethylene
HIPS High impact polystyrene
LDPE Low density polyethylene
LLDPE Linear low density polyethylene
MOPP Metallised orientated polypropylene
MP Microperforated film
MPET Metallised polyester
MPOR Microporous film
OPA Orientated polyamide (nylon)
OPP Orientated polypropylene
OPS Orientated polystyrene
PA  Polyamide (nylon)
PC  Polycarbonate
PE Polyethylene
PET-P  Polythene terephthalate (commonly known as polyester)
PLA Polylactic acid
PP Polypropylene
PS  Polystyrene
PSHT Polystyrene (high temperature)
PVC Polyvinyl chloride
PVdC Polyvinylidene chloride
UPVC Unplasticised polyvinyl chloride



CVP公司Z-2500气调包装机视频展示



 

1、气调包装 
　　气调包装也称置换气体包装，国际上称为MAP包装（即Modified Atmosphere Packaging），是在真空包装以及充氮包装的基础上发展改进所得到的一种保鲜包装，主要用于食品保鲜。 
                
　　气调包装的包装原理是采用气调保鲜气体（2～4种气体按食品特性配比混合），对包装盒或包装袋的空气进行置换，改变盒（袋）内食品的外部环境，抑制细菌（微生物）的生长繁衍，减缓新鲜果蔬新陈代谢的速度，从而延长食品的保鲜期或货架期。以果蔬保鲜为例：新鲜果蔬在采摘后仍然进行呼吸作用，消耗O2产生CO2，逐渐增加环境中的CO2含量并降低O2的浓度，采用高透性的塑料薄膜可与大气进行气体交换，补充所消耗的O2并排出CO2。当气体对薄膜渗透的速度与果蔬呼吸速度相等时，包装袋内的气体达到某一平衡浓度，可以使果蔬维持微弱的呼吸速度而不产生厌氧呼吸，从而延缓果蔬的成熟而得到保鲜。采用气调包装能够实现在不采用防腐剂、添加剂的前提下确保食品的口感、营养成份和保鲜期。
            
　　气调保鲜气体一般由二氧化碳（CO2）、氮气（N2）、氧气（O2）及少量特种气体（NO2、SO2、Ar等）组成。各种气体的作用如下：CO2气体具有抑制大多数腐败细菌和霉菌生长繁殖的作用，是保鲜气体中主要的抑菌剂；O2具有抑制大多数厌氧腐败细菌的生长繁殖、保持生鲜肉的色泽、以及维持新鲜果蔬生鲜状态的呼吸代谢的作用；N2是惰性气体，一般不与食品发生化学作用，也不被食品所吸收，在气调包装中用做填充气体，防止由于CO2等气体从包装内逸出而使包装塌落。对于不同的食品果蔬，保鲜气体的成分及比例也不相同，对农作物气调包装的关键是保持包装材料的氧气渗透性与产品的呼吸速度相匹配。             
                 
　　气调包装在一些产品上的应用已经比较成熟，如小食品包装、咖啡包装、加工肉制品等，现在它也越来越多的应用在冷藏的、预处理的方便食品上，尤其是在新鲜切片的农产品、特制干酪和预包装的三明治等产品的包装上大量采用。             
            
　　2、不同气体对材料的渗透性                 
　　气调包装系统的设计应考虑多方面的因素，其中最重要的因素是包装内CO2和O2的相对含量，这主要是由包装内气体浓度和包装材料的透气性决定，即是气调保鲜气体的比例控制精度及包装材料的气体置换率。与真空包装或是充氮包装不同的是，气调包装材料大多是低阻隔材料，具有较大的气体透过性。               
                
　　材料透气性出现差异与材料高分子的聚集状态（结晶性）、聚合物结构对气体的扩散性和溶解性、采用添加剂的影响等因素有关。但是不同的气体对同种材料的渗透性也不相同，对同种材料而言，一般是N2的透过性最小，O2稍大一些，CO2的最大，这与气体分子的大小以及气体分子的形状有关。分子的动力学直径越小，在聚合物中扩散越容易、扩散系数越大。但气体分子直径的大小并不是决定渗透性的唯一因素，因为渗透性还与气体在聚合物中的溶解度有关。另外分子的形状也能影响渗透性，有研究表明，长条形分子的扩散能力和渗透能力最强，而且分子形状的微小变化会引起渗透性的很大变化.
               
　　3、如何选择合适的气调包装材料             
　　毫无疑问，要对产品进行气调包装，就必须根据产品的特性进行包装材料透气性的合理选择。一般用于气调包装的气体是O2、CO2、N2的混合气体，或是O2、CO2的混合气体，因此在选择气调包装材料时必须对材料的O2透过性、CO2透过性、N2透过性进行精确测试，决不能对各种气体的检测厚此薄彼，或是仅仅检测材料的O2透过率再按经验比例进行折算，必须进行全面检测。可以想象，如果由于指标检测失误，或是未经全面检测而导致气调包装材料选择有失，不但会给企业造成巨大的经济损失，而且也会造成资源的严重浪费。
            
　　目前，世界上普遍使用的透气性测试方法有压差法和等压法两大类。整体上看，等压法设备测试对象非常单一，目前仅能检测材料的O2透过性（如Labthink TOY-C1透氧渗透仪）或者CO2透过性，至今尚未有公司能够提供用于检测N2透过性的等压法设备。而对于压差法设备就完全不同了，因为这种方法本身就对测试气体没有选择性，可以进行O2、N2、CO2等常规气体的测试，测试成本低，还可实现测试环境自控温（如Labthink VAC-V1气体渗透仪）。另外由于膜技术理论的支持，利用真空压差法设备不仅能够检测各种常见气体对试样的透过性，还能同时给出测试气体对试样的扩散系数及溶解度系数。相对于等压法设备，压差法透气性测试设备更适合气调包装材料的研究机构以及使用厂家对材料进行全面检测并进行综合分析。

气调包装技术在食品行业中的应用

 

气调包装国外又称MAP或CAP、国内称气调包装或置换气体包装、充气包装。常用的气体有N2、O2、CO2、混合气体O2＋N2或CO2＋N2＋O2（即MAP）。气调包装技术可广泛用于各类食品的保鲜，延长食品货架期，提升食品价值。

　　一、CO2在食品包装中的应用

　　瑞典一公司推出采用充满100％CO2气体的包装袋、容器、贮藏室来贮藏肉类。高浓度的CO2能阻碍需氧细菌与霉菌等微生物的繁殖，延长微生物增长的停滞期及指数增长期，起防腐防霉作用。该法能使猪肉不需冷冻处理可保存120天，如再加压处理，贮藏时间更长。这一方法引起美国、澳大利亚等肉类输出国的极大关注。

　　最近，美国专家采用新技术，用CO2制塑料包装材料。即使用特殊的催化剂，将CO2和环氧乙烷（或环氧丙烷）等量混合，制成新的塑料包装材料，其特点具有玻璃般的透明度和不通气性；类似聚碳酸酯和聚酰胺树脂；在240℃温度下不会完全分解成气体；有生物分解性能不会污染环境与土壤等特点。

　　我国已研究成功利用纳米技术，高效催化CO2合成可降解塑料。即利用CO2制取塑料的催化剂“粉碎”到纳米级，实现催化分子与CO2聚合，使每克催化剂催化130克左右的CO2，合成含42％CO2的新包装材料。其作为降解性优异的环保材料，应用前景广阔。

　　二、氮气在食品包装中的应用

　　氮气（N2）是理想的惰性气体，在食品包装中有特有功效：不与食品起化学反应与不被食品吸收，能减少包装内的含氧量，极大地抑制细菌、霉菌等微生物的生长繁殖，减缓食品的氧化变质及腐变，从而使食品保鲜。充氮包装食品还能很好地防止食品的挤压破碎、食品粘结或缩成一团，保持食品的几何形状、干、脆、色、香味等优点。目前充氮包装正快速取代传统的真空包装，已应用于油炸薯片及薯条、油烹调食品等。受到消费者特别是儿童、青年的喜爱，充氮包装可望应用于更多的食品包装。

　　美国应用N2增加薄铝材料的饮料罐强度，在饮料装罐前，将氮气溶解在饮料中；在饮料罐密封后，氮气就从饮料中释放出来，对罐壁形成一种压力，使饮料罐相当于一个充气罐，从而增加了饮料罐强度，效果显著。该罐装饮料在运输、堆放中或在货架上都不会造成破损，也不影响饮料品质。此法也可用于聚酯类塑料制成的饮料包装。

　　在N2应用时必须重视N2的纯度与质量。通过膜分离或变压吸附方式从压缩空气中将其分离出的氮气纯度可达99．9％以上。食品包装中使用的N2纯度必须达到纯氮级（即安全级）。

　　三、复合气体在包装食品中的应用

　　复合气调保鲜包装国际上统称为MAP包装，所用的气调保鲜气体一般由CO2、N2、O2及少量特种气体组成。CO2能抑制大多需氧腐败细菌和霉菌的生长繁殖；O2抑制大多厌氧的腐败细菌生长繁殖；保持鲜肉色泽、维持新鲜果蔬富氧呼吸及鲜度；N2作充填气。复合气体组成配比根据食品种类、保藏要求及包装材料进行恰当选择而达到包装食品保鲜质量高、营养成分保持好、能真正达到原有性状、延缓保鲜货架期的效果。

　　复合气调保鲜包装在国内外已广泛应用。

　　▲生鲜鱼虾的气调包装新鲜水产及海产鱼类的变质主要有细菌使鱼肉的氧化三甲胺分解释放出腐败味的三甲胺、鱼肉脂肪氧化酸败、鱼体内酶降解鱼肉变软、鱼体表面细菌（需氧性大肠杆菌、厌氧性梭状芽孢杆菌）产生中毒毒素，危及人健康。

　　用于鱼类气调包装的气体由CO2、O2、N2组成，其中CO2气体浓度高于50％，抑制需氧细菌、霉菌生长又不会使鱼肉渗出；O2浓度10％―15％抑制厌氧菌繁殖。鱼的鳃和内脏含大量细菌，在包装前需清除、清洗及消毒液处理。由于CO2易渗出塑料薄膜，因此鱼类气调包装的包装材料需用对气体阻隔性高的复合塑料薄膜，在0℃―4℃温度下可保持15―30天。英国金枪鱼采用35％―45％的CO2／55％―65％N2气体保鲜包装货架期6天。

　　虾的变质主要由微生物引起。其内在酶作用导致虾变黑。采用气调包装可对草虾保鲜。先将虾浸泡在100mg／L溶菌酶和1．25％亚硫酸氢钠的保鲜液中处理后，采用40％的CO2和60％的N2混合气体灌充气调包装袋内，其保质期较对照样品延长22天，是对照样品保质期的6．5倍。

　　▲禽畜生鲜肉类气调包装

　　生鲜猪、羊、牛的肉的气调保鲜包装既要保持鲜肉原有红色又能防腐保鲜，气调包装的气体由O2和CO2组成，根据肉种类不同，气体组成分各异。猪肉气调包装的气体组成为60％―70％O2和30％―40％的CO2，于0℃―4℃的货架期一般7―10天（包括宰杀后在0℃―4℃温度下冷却24h使ATP活性物质失去、质地变得有柔软及香味、适口性好的冷却猪肉）。家禽肉气调包装主要是防腐保鲜，保鲜用气体由CO2和N2组成，禽肉用50％―70％CO2／50％―30％O2包装在0℃―4℃的货架期达14天。

　　在肉类气调保鲜包装中，使用高浓度O2可使鲜肉保持鲜红色更鲜艳，在缺氧环境下则肉质呈淡紫色，如用CO2、N2等保鲜气体，肉色泽呈淡紫色，保鲜期可达30天左右。生鲜肉类包装材料也要求使用对气体有高阻隔性的复合塑料包装材料。

　　▲烘烤食品与熟食制品的气调保鲜包装

　　烘烤食品包括糕点、蛋糕、饼干、面包等，主成分为淀粉。由细菌霉菌等引起的腐变、脂肪氧化引起的酸败变质、淀粉分子结构老化硬变等造成食品变质。应用于这类食品气调保鲜包装的气体由CO2及N2组成。不含奶油的蛋糕在常温下保鲜20―30天，月饼、布丁蛋糕采用高阻隔性复合膜常温下保鲜期可达60―90天。

　　微波菜肴、豆制品及畜禽熟肉制品充入CO2和N2能有效抑止大肠菌群繁殖。在常温20℃―25℃下保鲜5―12天，经85℃―90℃调理杀菌后常温下保鲜30天左右，在0℃―4℃冷藏温度下保鲜60―90天。

　　▲新鲜果蔬气调保鲜包装果蔬收获后仍能保持吸收氧气排出CO2的新陈代谢作用，同时消耗营养。果蔬保鲜是通过降低环境中O2含量和低温贮存降低呼吸进度，排除呼吸产生的CO2延缓果蔬成熟衰老从而达到保鲜效果。果蔬的气调包装气体由O2、CO2、N2组成，用透气性薄膜包装果蔬，充入低O2与高CO2和混合气体置换后密封，使包装内的O2含量低于空气而积累CO2高于空气，通过薄膜进行气体交换，达到利于果蔬保鲜环境、保持微弱需氧呼吸的气调平衡。

　　大多数果蔬用5％O2、5％CO2、90％N2混合比例包装，在6℃―8℃低温下有较长的保鲜期。气调包装用于荔枝保藏保鲜，用10％CO2＋90％N2及20％CO2＋80％N2处理荔枝果实24hr，既能达到保鲜目的，还能提高果实的好果率，保持果皮红色，并不影响营养成分，以高CO2和低氧条件结合臭氧处理（4．3mg／M3浓度）并采用可食性薄涂膜，可延长草莓货架期8―10天。

　　美国科学家对芒果采用气调包装试验，将芒果剥皮、切块，分别采用氧气包装，混合气（N286％、CO210％、O24％）包装及真空包装，结果经混合气包装的芒果货架期最长，在贮存期间，芒果的色泽、质地等外观效果好，微生物造成的损害最小。

　　气调包装也适用于净菜保鲜。净菜又称切割果蔬、半处理加工果蔬，为迎合上班族的新兴食品加工产品，有安全、新鲜、营养、方便等特点，但经切割后易褐变。采用气调包装降低氧含量能最大限度延长货架期。例如美国的切丝莴苣以1％―3％的O2、5％―6％的CO2和90％N2阻止褐变。气调保鲜包装还适用于去皮和切片的苹果、马铃薯、叶菜类蔬菜等果蔬保鲜。开发适合果蔬气调包装保鲜效果的包装膜是拓宽果蔬保鲜途径的关键。

　　此文作者出自上海水产大学徐文达教授（上海炬钢机械制造有限公司顾问）


 

果蔬气调包装的理论研究

0　引　言

    自1917 年英国科学与工业研究所食品调查委员会首先观察到更换气体组成可使苹果延长货架寿命这一结果以来, 已促使许多研究者去认识改善气体成分对储存新鲜果蔬产品的机理研究。目前气调包装已成为新鲜果蔬产品或半成品保鲜包装的有效技术手段而得到国内外学者的高度重视。

    气调包装根据不同果蔬产品的生理特性, 用二种或多种气体组成的混合气体取代包装体内的气体, 借助果蔬产品的呼吸作用与包装材料的选择性渗透, 构成一更适合产品保藏的环境气氛, 以有效地降低果蔬的生理消耗, 防止无氧呼吸所引起的发酵、腐烂, 延长果蔬产品的保鲜贮运周期。

    气调包装的效果和质量取决于包装容器内气体成分、温湿度的调节。它受多种因素的影响, 主要包括果蔬产品的呼吸速率、产品质量和尺寸、原始气体组成、包装薄膜的特性、包装容量大小以及贮藏温度、湿度等。同时气体成分的调节是一个动态过程, 它包括果蔬的呼吸和气体对薄膜的渗透两个环节, 气调包装的机理、果蔬包装理论模型的建立和表征是气调包装的关键。本文主要对现已研究建立的果蔬呼吸模型、呼吸速率的测定方法、包装内外气体交换模型、包装内温度与湿度变化数学模型等进行评述。

1　产品呼吸理论模型

    在气调包装模型中, 呼吸速率的表征与测定至关重要。它是气调包装技术机理的基础。自从20 世纪60 年代起, 国外开始建立模型来分析气调包装中的微气氛动力过程。但由于果蔬产品整个呼吸过程的复杂性、潜在的实验误差以及实所需的时间等因素, 都限制了理论模型的建立。因此有时人们认为产品的呼吸速率是一个常数, 然而这只能作为一种简化模型被接受。但是实际气调包装建模中要把呼吸过程中所有的因素都考虑进去是很困难的, 甚至是不可能的。因此通常采用的办法是对每一种产品建立经验模型。一些学者针对具体的果蔬产品进行了研究, 并提出了表征这些产品呼吸过程的具体方程。但都只限制在解释产品的呼吸过程, 而缺乏理论基础。直到20 世纪80 年代后期人们应用酶动力理论与L angm u ir 吸收理论来建立果蔬产品的呼吸模型。

1. 1　以酶动力理论为基础建立的模型

    1988 年Yang 和Ch innan[ 1 ] 首先提出动力酶原理可适用于模拟产品呼吸的推想。但未作进一步的研究。1991 年L ee 等[ 2 ] 认为新鲜果蔬可能受到酶反应、allo steric酶的催化作用及反馈抑制的限制, 植物组织中的O 2 和CO 2 的可溶性和扩散性可能限制了呼吸速率。因此推断果蔬呼吸与微生物呼吸具有相似性, 继而提出M ichaelis2M en ten 式方程可用于模拟果蔬的呼吸。在不考虑CO 2 抑制情况下, 依赖O 2 的呼吸速率可表示为:

 





    同时M ak ino 等将此模型应用于切制莴苣、花椰菜、香蕉等的气调包装, 理论计算与实验结果符合的较好。但这一模型未得到其他学者的研究证实。

气调包装就是用适合食品保鲜的保护气体置换包装容器内的空气，以抑制细菌繁殖，达到长期保存和保鲜的一种包装方式。
 

气调包装已成为一种应用广泛的食品保存方法，其特点是能有效地保持食品新鲜而产生的副作用最小。英国在肉类及肉制品的气调包装方面居于领先地位，法国紧随其后。保藏期相当长的无菌包装米饭在日本超级市场中已成为畅销产品，它采用充氮系统包装、超高温灭菌，并采用氧阻隔性能极高和抗氧化性相当于金属容器的材料包装，使产品不需冷藏而能达到6个月的保藏期。

 

在挪威，气调包装平均延长了鱼类、鱼制品和贝类的保藏期达1.5倍，使在超级市场中就可以买到用气调包装的新鲜鲑鱼。美国的超级市场和食品店中十分流行方便的半成品和可直接食用的新鲜食品、面食和色拉，现在多半都用气调包装。气调包装正在影响肉类、干酪、鱼、禽肉和其他新鲜和预制食品的包装以及这些食品在全球市场的销售。



    我国对气调包装保鲜肉的研究始于80年代后期，但在生产和商业中的应用仅是近几年的事。目前，也只有在北京、上海等少数几个大城市的市场上看到这类气调包装保鲜肉产品。近几年，随着国外先进的连续式真空/充气包装机的引进，才使气调包装保鲜肉的生产成为可能。

 

气调包装已成为一种利用广泛地食品保存方式，其特色是能存在效地保证食品新鲜而产生地副目地最小。英国在肉类及肉制品地气调包装方面居于领先地位，法国紧随其后。保藏期相当长地无菌包装米饭在日本超级市场中已成为畅销产品，它应用充氮系统包装、超高温灭菌，并应用氧阻隔功能极高和抗氧化性相当于金属容器地材料包装，使产品不需冷藏而能达到六个月地保藏期。在挪威，气调包装平均延长拉鱼类、鱼制品和贝类地保藏期达一.五倍，使在超级市场中就可以买到用气调包装地新鲜鲑鱼。美国地超级市场和食品店中十分流行便利地半成品和可直接食用地新鲜食品、面食和色拉，现在多半都用气调包装。气调包装正在涉及肉类、干酪、鱼、禽肉和其他新鲜和预制食品地包装以及这些食品在全球市场地销售。俺国对气调包装保鲜肉地研究始于八零年代后期，但在生产和商业中地利用仅是近几年地事。当前，也只存在在北京、上海等少数几个大城市地市场上看到这类气调包装保鲜肉产品。近几年，随着国外先进地连续式真空/充气包装机地引进，才使气调包装保鲜肉地生产成为好象