气调包装的效果以及影响因素分析

一、气调包装的介绍

　　2000年后，人们的生活方式和生活理念的转变是显而易见的，对食物的追求从安全健康逐渐上升到新鲜、纯正，并要求随时随地保持一贯的品质。为了实现人们这些期望，一方面食物原材料要保证新鲜，另一方面借助有效的包装形式维持食物长距离运输的品质稳定性。对于某些易腐、易氧化的食物，如鱼肉海鲜、鲜嫩果蔬、烘焙点心等，自获取或制成之时，变质便以开始，期间或出于生化反应，或环境温湿度影响，或包装质量问题等种种因素，变质渐呈不可遏制之势。冷冻——这种有效延缓食物变质的方法运用的广泛而纯熟，但随着销售流通的全球化发展，冷冻成本不断上升，食品工业转而开发新的食品包装技术来解决这一问题。

　　气调包装是指在一定的封闭包装内，通过各种调节方式使得包装内气体不同于正常大气组成，以此来抑制引起食品品质劣变的生理生化反应、物理反应、氧化褐变作用等，从而达到延长食品保鲜和长期保存的目的。一般采用连续的热力充气机器将CO₂、N₂、O₂等一种或几种气体按一定比例充入包装内，经热压封口后完成充气包装。

二、气调包装的效果

　　大量的实践证明，应用合理的气调包装，尤其是合适比例的填充气体，不仅有助于限制包装内微生物的生长，对于缓解内容物的过度成熟和氧化也具有积极意义。鱼肉海鲜、新鲜果蔬和烘焙点心是三类适用于气调包装的典型食品，接下来针对这三种食物分别对填充气体CO₂、N₂、O₂的效果进行分析。

　　CO₂是气调包装中占据重要地位的气体成分，突出作用是其高效的抑菌效果。由于CO₂能穿透细菌的细胞，使细胞内的PH下降和酶的活性降低，因此抑制细胞的繁殖。并且CO₂低毒，对食品感官品质影响小，因而对于鱼肉海鲜、鲜嫩果蔬、烘焙点心等有防腐和防霉的作用。

　　N₂是一种无色无味的惰性气体，不会与食物发生化学反应，充N₂的目的是作为填充气体，并保持食物的色、香、味、脆、形，对于高油脂的烘焙食品，对油脂氧化也能起到缓解作用。

　　O₂是大部分生物体生长繁殖的重要条件，同时也是油脂类氧化变质的主要诱因。一般而言，气调包装中不填充O₂，但针对某些食物，一定的含量的O₂对于维持食物其他方面的性质具有良好的效果。例如，鱼肉海鲜类的食物，往往含有肌红蛋白，呈紫红色，O₂的作用即是与肌红蛋白结合生成氧合肌红蛋白，使肉质呈现鲜红色。但大量的氧同时也会加快肉中脂肪氧化和微生物的繁殖，因此这类食物的气调包装建议填充O₂和CO₂的混合气体，借助CO₂的抑菌作用实现双重效果。对于另一类新鲜果蔬食物，贮藏中应尽可能降低O₂的浓度，以此降低食物的呼吸强度和基质氧化损耗，延缓成熟，但O₂浓度过低，一方面会使果蔬发生无氧呼吸，导致缺氧障碍，另一方面会引起厌氧菌的发酵，如肉毒杆菌等。由于不同的果蔬具有不同的O₂临界浓度，因此在使用气调包装的时候需要根据果蔬种类特别设定填充的O₂量。

三、影响气调包装效果的因素分析

　　气调包装的效果主要体现在三个方面：（1）抑菌作用；（2）针对新鲜果蔬食品，抑制呼吸作用和成熟度；（3）保持食物原有的味道和形状，特别是烘焙食品，减少因油脂氧化产生的异味。从食物包装到运输贮藏，气调包装的效果受到诸多因素的制约，包括CO₂抑菌的选择性、CO₂的浓度、气调包装材料的性能等。

1、 CO₂抑菌的选择性对气调包装效果的影响

　　根据微生物代谢对氧的需求量，可分为好氧型、兼性厌氧型和厌氧型微生物。好氧型微生物是指生命体只有在有氧的条件下才能正常生长，其包含部分好氧细菌和霉菌，对于这些微生物，CO₂浓度低于10%即可抑制其生长。其中CO₂对不同菌属的霉菌的抑制效果也有所差异，例如青霉属比曲霉属对CO₂的耐受性更强。兼性厌氧型微生物是指在有氧和无氧环境下均可生存的微生物，比如酵母菌，当氧气缺乏时这类微生物通过将糖类转化为二氧化碳和乙醇来生存，因此CO₂对其的抑制作用将有所降低。厌氧型微生物指的是在无氧条件下比在有氧条件下生长好的微生物，比如梭状芽孢杆菌在无氧条件下繁殖迅速，可分解糖类，引起果蔬等食品的产气性变质和蛋白质变质。若此类微生物存在的情况下，向包装充入大量的CO₂，会促进包装系统中氧含量的降低，反而不利于抑制此类微生物的生长。

2、 CO₂的含量对气调包装效果的影响

　　根据上述对气调包装效果的分析，包装内容物的不同，填充CO₂的作用也不尽相同：对于鱼肉海鲜类的食物，重点在于抑制微生物的繁殖；而果蔬食品则以抑制呼吸作用、减缓成熟度为目的。以往研究结果表明，提高CO₂的含量能加强其抑制微生物繁殖的能力，而且随着含量的提高，抑制作用会逐渐增强。同时，应视内容物的初始微生物种类、数量具体确定填充浓度。若内容物的初始微生物以好氧细菌或霉菌为主，填充低于10%的CO₂即可表现出抑制作用，20%~30%的CO₂能较好的抑制多数好氧微生物，当CO₂含量达到50%以上，其抑制效果的增强便不再显著。针对果蔬等食品，提高CO₂含量能降低成熟速率，抑制叶绿素的分解，以保持果蔬新鲜的品质。但若CO₂含量过高反而会引起果蔬的呼吸障碍，缩短保存期。一般来说，水果气调包装填充2~3%CO₂为佳。

　　笔者通过多种渠道获得鱼、肉、蔬菜、水果、面制品的气调包装产品，利用实验室配备的HGA-02顶空气体分析仪分别进行了CO₂和O₂含量的检测，结果见表1。测试结果展示了当前各类产品气调包装中O₂和CO₂成分的含量。

表1 各类产品气调包装O₂和CO₂含量测试数据

3、 包装材料对气调包装效果的影响

　　气调包装完成后，内部气体构成和含量会在一段时间内保持稳定，随着产品储存时间的延长，包装内部的O₂、CO₂或N₂的含量逐渐变化，从而影响原有包装效果，甚至产品的品质。一般情况下，气体含量变化的原因主要来自气体的渗透和泄漏。气体渗透是指气体从高浓度侧进入包装材料表面，通过扩散至低浓度侧。通过这种渠道渗入/渗出的气体，对包装内气体构成的影响是长久缓慢的，其渗透速率取决于包装材料的阻隔性能。泄漏是指气体通过包装热封部位的微小孔隙或裂缝进入或逸出，造成气体含量的急剧变化。

　　不论是气体渗透或是泄漏，都会影响气调包装内的各气体成分含量的变化，从而影响产品的保质效果。因此，企业也采取了多种气体控制方法，比如采用高阻隔包装材料来减缓气体的渗透。由于气调包装中CO₂发挥主要作用，所选包装材料应对CO₂表现出较好的阻隔效果。笔者选取了4种气调包装常用的材料，分别为PET、KPET、BOPP、VMBOPP，借助VAC-V2压差法气体渗透仪进行了CO₂的渗透测试，测试结果如下：

表2 四类材料CO₂透过率测试数据

　　从表2可以看出，厚度相差不大的四种材料中KPET的CO₂阻隔效果最好，其次为VMBOPP和PET，BOPP效果最差。通过比较发现，KPET的CO₂透过率仅为PET的2.37%，这是由于KPET是在PET基材上涂布一层PVDC而制成，PVDC因其分子间凝聚力强，结晶度高，其分子中的氯原子有疏水性，不会形成氢键，氧分子、水分子和二氧化碳分子很难在PVDC有机大分子中移动，因而PVDC具有优良的阻氧性、阻湿性和二氧化碳阻隔性。VMBOPP也是较为优良的CO₂阻隔材料，它是一种真空镀铝的双向拉伸聚丙烯薄膜，镀铝层的加入，使VMBOPP具有优良的耐折性、阻气性、阻湿性、遮光性和保香性，因此其CO₂透过率较BOPP有了大幅的下降。

　　除了采用高阻隔材料作为包装材料，针对包装热封部位易出现泄漏的情况，企业在严格生产工艺的同时加强包装质量检测，根据检测数据对工艺进行及时的调整。例如，热封的高温操作会使附近的包装材料的机械强度降低，从而成为包装密封的薄弱点。对此需要对包装整体进行密封性测试，可采用“正压法”，即向包装内充气增压，使包装内外形成压力差来模拟包装的受压状态，以进行包装封口强度和整体包装胀破压力的量化测试。

四、结语

　　随着气调包装的使用日渐广泛，针对不同的内容物填充合适的气体，使其发挥最佳的效果是如今气调包装生产和应用的重中之重。在气调包装的应用中，填充气体尤其是CO₂，其抑菌选择性和浓度，以及包装材料的选择都会对气调包装的效果产生影响，需要包装生产企业和使用方多加重视。