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頂空和氣調包裝的定義
食(shi)物有許多(duo)營養(yang)價值都(dou)與(yu)新鮮度密切(qie)相關，因此包(bao)裝的重點正從簡單(dan)地延長貨架期演變(bian)為要同時(shi)保持食(shi)品質量，讓(rang)新鮮度與(yu)安全度成為優先級別的重點。而當出售不經加工的新鮮食(shi)物時(shi)，這(zhe)一點變(bian)得更加重要。氣調包(bao)裝可以(yi)減緩食(shi)品質量惡化的過程(cheng)，這(zhe)也是氣調包(bao)裝銷(xiao)售額不斷增長的原因。
當購買到密封包裝的產品時，包裝內會(hui)存有(you)一些空(kong)(kong)間(jian)，這部分(fen)空(kong)(kong)間(jian)被(bei)通常(chang)稱(cheng)為(wei)頂空(kong)(kong)。氣(qi)調包裝的頂空(kong)(kong)氣(qi)體由氧氣(qi)、二氧化碳和氮氣(qi)三(san)種氣(qi)體的不(bu)同(tong)組合而成(cheng)，其比例不(bu)同(tong)于(yu)外部的自然空(kong)(kong)氣(qi)，是經過(guo)科學實(shi)(shi)驗得(de)出(chu)的可實(shi)(shi)施的保鮮混合氣(qi)體。
氣體(ti)的體(ti)積和(he)成分在氣調(diao)應用中都至關重(zhong)(zhong)要，了解(jie)每種食品(pin)的具體(ti)氣調(diao)要求是(shi)(shi)設(she)計和(he)選擇包裝(zhuang)材料的必(bi)要條件，為(wei)此考慮影(ying)響氣調(diao)的所有因(yin)素也是(shi)(shi)至關重(zhong)(zhong)要的。
影響頂空和氣調包裝的因素
頂空(kong)氣體是動態的，會因(yin)許(xu)多因(yin)素(su)而(er)變化：
包裝(zhuang)
影響頂空(kong)和氣調(diao)(diao)包(bao)裝的(de)主要因(yin)(yin)素是包(bao)裝材料的(de)滲(shen)(shen)透性(xing)，甚至塑料聚(ju)(ju)合物也(ye)是可滲(shen)(shen)透的(de)。然而因(yin)(yin)擴(kuo)散(san)速率不同，聚(ju)(ju)合物能讓二氧(yang)(yang)(yang)化碳擴(kuo)散(san)比(bi)氧(yang)(yang)(yang)氣多(duo) 3 - 7 倍。二氧(yang)(yang)(yang)化碳從包(bao)裝中移出是維護氣調(diao)(diao)有效(xiao)性(xing)的(de)最大(da)(da)挑(tiao)戰之一。當頂空(kong)內的(de)氧(yang)(yang)(yang)氣水平降低時，已知大(da)(da)氣中的(de)氧(yang)(yang)(yang)氣也(ye)會浸入到(dao)包(bao)裝中。
產品與(yu)頂空的(de)比例
頂(ding)空(kong)的(de)(de)量也(ye)會(hui)影響產品質量，尤其是(shi)肉制(zhi)品。對(dui)于豬肉和牛肉，氣體頂(ding)空(kong)與肉的(de)(de)比例(li)不應低于 2：3，否則質量會(hui)受到影響。較高的(de)(de)頂(ding)空(kong)對(dui)牛肉沒有區別，但(dan)會(hui)影響豬肉；因(yin)此包裝尺寸不宜過大。
氣體的溶解度
氣體會凝結并溶解到包裝食品中(zhong)，導致體積減(jian)少，這是(shi)肌(ji)肉(rou)食物(wu)的(de)主要問題之一(yi)，像魚就會存在這種問題。
呼(hu)吸速率
新鮮農產(chan)(chan)(chan)品采摘后仍能持(chi)續呼吸(xi)(xi)，呼吸(xi)(xi)速(su)率取決(jue)于(yu)氧(yang)氣的可用性。由于(yu)呼吸(xi)(xi)作(zuo)用，二(er)氧(yang)化碳(tan)濃(nong)度將增加(jia)，并產(chan)(chan)(chan)生熱量。此外生理和外部因素的結(jie)合會導致同(tong)一(yi)產(chan)(chan)(chan)品不同(tong)批次的呼吸(xi)(xi)速(su)率相差 10%。
外部溫度
溫(wen)(wen)度(du)影響新鮮農產(chan)品的(de)(de)呼(hu)(hu)吸速率，溫(wen)(wen)度(du)直(zhi)接影響食物的(de)(de)質量和微(wei)生(sheng)物的(de)(de)生(sheng)長(chang)，包裝材料的(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)傳輸(shu)和氣(qi)(qi)(qi)體(ti)的(de)(de)溶解也(ye)取決于溫(wen)(wen)度(du)。即使在(zai)氣(qi)(qi)(qi)調(diao)應用(yong)中，也(ye)得(de)是較低的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)才(cai)能(neng)維持理想的(de)(de)保(bao)鮮狀(zhuang)態(tai)，并且在(zai)產(chan)品的(de)(de)搬運(yun)、運(yun)輸(shu)和儲(chu)存過程中要全(quan)程得(de)到冷鏈控制。穩(wen)態(tai)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)濃(nong)度(du)只有(you)(you)在(zai)特殊條件下才(cai)有(you)(you)可(ke)能(neng)，特別(bie)是這些呼(hu)(hu)吸產(chan)品。波動(dong)或更高的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)會導致(zhi)厭氧呼(hu)(hu)吸，產(chan)生(sheng)不良的(de)(de)味道和乙醇。
相對濕度
相對低濕度或波動會導致(zhi)水(shui)分流失。在(zai)包(bao)裝內，水(shui)蒸(zheng)氣沒有(you)辦法(fa)逸(yi)出，這可能會導致(zhi)冷凝并產生(sheng)(sheng)霧(wu)狀條件。如(ru)果溫度下降到露(lu)點以下，水(shui)蒸(zheng)氣就會液化，促發微(wei)生(sheng)(sheng)物生(sheng)(sheng)長。
光照
產品(pin)對光的反(fan)應取決于包裝材料、食品(pin)和光的質量(liang)(liang)。在(zai)(zai)光飽(bao)和的條件(jian)下，多(duo)葉蔬(shu)菜會進行光合(he)作用，造成進一(yi)步的并發(fa)癥。因此(ci)綠(lv)色蔬(shu)菜在(zai)(zai)二氧(yang)化(hua)碳含量(liang)(liang)高的黑暗中儲存效果好，但(dan)由于高二氧(yang)化(hua)碳(tan)和(he)低(di)氧(yang)氣(qi)會導致厭氧(yang)呼吸(xi)，保持平(ping)衡對監測很重要(yao)。牛肉和(he)火腿由于脂質的光氧(yang)化(hua)而受到光的負面影響。
運輸時(shi)間(jian)
為了(le)計算頂空和(he)氣調包裝(zhuang)的體(ti)積，必須考慮運(yun)輸距離，以(yi)補償(chang)通過可滲透包裝(zhuang)和(he)溶解的氣體(ti)損(sun)失。
不同食物的頂空和氣調包裝重要(yao)性(xing)
各種易腐(fu)物(wu)品(pin)，如新(xin)鮮(xian)(xian)農產品(pin)、乳制(zhi)品(pin)、海鮮(xian)(xian)和肉制(zhi)品(pin)，都(dou)受益于氣(qi)調技術，不過每種食物(wu)的(de)氣(qi)調實操都(dou)會有所不同。不同的(de)食物(wu)規定了(le)不同水平的(de)氧(yang)氣(qi)和二(er)氧(yang)化(hua)碳濃(nong)度，高濃(nong)度的(de)二(er)氧(yang)化(hua)碳被用作抗菌措施來保(bao)存所有食物(wu)。
新鮮農產品
在新鮮農(nong)產品(pin)中，由于果蔬是會呼吸(xi)的產品(pin)，所以即使(shi)采摘后有多生理過(guo)程仍(reng)在發生：
高阻隔性(xing)材料導致產品質量下降(jiang)
乙(yi)烯的(de)產(chan)生(sheng)最(zui)終會(hui)導致(zhi)(zhi)成(cheng)熟、過(guo)度成(cheng)熟，并最(zui)終導致(zhi)(zhi)衰老
物理損傷也會損害新鮮(xian)農產(chan)品(pin)。
這三個(ge)生(sheng)(sheng)理(li)過程(cheng)可(ke)以同時發生(sheng)(sheng)，由于(yu)乙(yi)(yi)烯(xi)的產生(sheng)(sheng)，呼吸速率(lv)會上(shang)升，而乙(yi)(yi)烯(xi)又是在(zai)果(guo)(guo)實成熟(shu)過程(cheng)中產生(sheng)(sheng)的，或者是對物理(li)損傷和(he)其他壓力的反應(ying)。結(jie)果(guo)(guo)顏色和(he)香味都會發生(sheng)(sheng)變化(hua)。
為了(le)降(jiang)低呼吸速(su)率，氣(qi)調包裝(zhuang)中(zhong)(zhong)的氧(yang)氣(qi)水平要比大氣(qi)中(zhong)(zhong)的低，二氧(yang)化碳(tan)水平比大氣(qi)中(zhong)(zhong)的高，這也(ye)控制(zhi)了(le)乙(yi)烯(xi)和微(wei)生(sheng)(sheng)物的作用。然而即使在高二氧(yang)化碳(tan)環境下，也(ye)不(bu)可能控制(zhi)所有的微(wei)生(sheng)(sheng)物感染，因為許多微(wei)生(sheng)(sheng)物也(ye)會(hui)在厭氧(yang)條(tiao)件(jian)下生(sheng)(sheng)長。如果在正確的平衡和限制下使用二氧化碳和氧氣，顏色、氣味都會得到理想狀態。但要注意確保氧氣水平不會下降，防止產生厭氧條件下的發酵和fubai。
肉
頂空分配適當的氣調包裝可以在不添(tian)加(jia)化學食品添(tian)加(jia)劑的情況下延長貨架期。將與包裝形式、肉(rou)類脂(zhi)肪含量、外部溫(wen)度以及微生(sheng)物菌(jun)群和(he)負荷相互作用，宰后水分活度和(he)非蛋白質的(de)數量將(jiang)反(fan)過(guo)來決定微生(sheng)物的(de)活性。
肉制品的質量由它們的顏色、保水性、脂肪成分和微生物活性決定。消費者更喜歡肉的紅色。包裝中的氧氣濃度決定了肉品中肌紅蛋白的氧化狀態和產品的微生物保質期。傳統上對于鮮肉，需要氧濃度大于 70% 才能產生較為理想的鮮紅色。但存在氧氣就足以使肉中的需氧fubai菌群生長，所以在氣體混合物中加入 20-30% 的二氧化碳可以延緩它們的生長。
氣調技(ji)術已被用(yong)(yong)于將家禽產品的(de)貨架期延長一倍。它用(yong)(yong)于控制微生(sheng)物的(de)活動，應用(yong)(yong) 40 - 100% 的(de)高二氧(yang)化碳(tan)水平與氮氣結合(he)使用(yong)(yong)，不過厭氧(yang)菌(jun)會產生(sheng)粘(zhan)液和不良氣味(wei)。
海(hai)鮮
在海鮮產品(pin)中(zhong)，由于脂質氧(yang)化、微生(sheng)物fubai和酶活性，質量會下降。微生物降解會影響風味、質地和外觀。由于高水分含量、氣體成分和氯化鈉等添加劑，海鮮*的fubai菌大量繁殖。海鮮*的fubai菌會(hui)導致不良風味、貨(huo)架期變短并產生三甲胺，魚腥味就(jiu)這么來(lai)的(de)。
氣(qi)調包裝可以(yi)減少海鮮*的fubai菌生長，避免腥味，還可以限制脂質氧化。低脂肪魚類、扇貝，推(tui)薦使用 40% 二氧(yang)化碳 + 30% 氮(dan)氣 + 30% 氧(yang)氣；鮭魚、鱒魚、煙熏海鮮制品，推薦使用 40% 二氧化碳+60% 氮氣。
高水平的(de)二(er)(er)氧化碳通(tong)過溶(rong)解在魚肌肉中形(xing)成碳酸(suan)(suan)來降低(di)酸(suan)(suan)堿度。二(er)(er)氧化碳被添(tian)加(jia)到包裝中，以(yi)保持適當的(de)氣調條(tiao)件，但碳酸(suan)(suan)會使蛋白質變性致損。另(ling)一個風險是(shi)厭(yan)氧菌引起的(de)肉毒中毒，這只(zhi)能通(tong)過將氣調包裝的(de)魚冷藏在 3.5℃ 以(yi)下(xia)來解決。
頂空分(fen)析的應用
通過氣(qi)調技術改善食(shi)品供應和(he)質量，加(jia)上包裝變化帶來的挑戰(zhan)，使得頂空和(he)氣(qi)調分(fen)析(xi)在研究和(he)工(gong)業(ye)中都很重要。
確保食品(pin)質(zhi)量
目前正在進行廣泛的研究，以檢查(cha)不(bu)同(tong)氣調包裝條(tiao)件下新鮮(xian)(xian)和鮮(xian)(xian)切食品中的微生物活性。
包裝和質量控制
在工業中(zhong)，頂空和(he)氣調分析在包裝過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)至關重要，在運輸和(he)儲存過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)也(ye)是(shi)質(zhi)量控制(zhi)的關鍵。
處理(li)
在頂空創(chuang)造理(li)想的氣調條(tiao)件不(bu)僅(jin)僅(jin)局限于(yu)包裝(zhuang)，還(huan)可以(yi)應用于(yu)收獲(huo)后的預處理(li)。熱處理(li)被廣(guang)泛用于(yu)降(jiang)低呼(hu)吸(xi)速率、微生物感染(ran)和低溫傷(shang)害。
埃幸(xing)關于(yu)氣(qi)調包(bao)裝應用過程中的建議：確定合適的大氣(qi)條件和(he)設計(ji)包(bao)裝的研究依賴于(yu)將頂空中的氣(qi)體、溫度、相對濕度和(he)儲(chu)存時間的各種組(zu)合進(jin)行(xing)比較。以下(xia)幾(ji)種測(ce)試方式是氣(qi)調質(zhi)量控制中常見(jian)方案：
① 便攜(xie)式頂(ding)空分析
② 臺式頂空分析
③ 在線(xian)頂空分析
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