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頂空和氣調(diào)包裝的定義
食物有許多營養(yǎng)價值都與新鮮度密切相關(guān)，因此包裝的重點正從簡單地延長貨架期演變?yōu)橐瑫r保持食品質(zhì)量，讓新鮮度與安全度成為優(yōu)先級別的重點。而當出售不經(jīng)加工的新鮮食物時，這一點變得更加重要。氣調(diào)包裝可以減緩食品質(zhì)量惡化的過程，這也是氣調(diào)包裝銷售額不斷增長的原因。
當購買到密封包裝的產(chǎn)品時，包裝內(nèi)會存有一些空間，這部分空間被通常稱為頂空。氣調(diào)包裝的頂空氣體由氧氣、二氧化碳和氮氣三種氣體的不同組合而成，其比例不同于外部的自然空氣，是經(jīng)過科學實驗得出的可實施的保鮮混合氣體。
氣體的體積和成分在氣調(diào)應用中都至關(guān)重要，了解每種食品的具體氣調(diào)要求是設計和選擇包裝材料的必要條件，為此考慮影響氣調(diào)的所有因素也是至關(guān)重要的。
影響頂空和氣調(diào)包裝的因素
頂空氣體是動態(tài)的，會因許多因素而變化：
包裝
影響頂空和氣調(diào)包裝的主要因素是包裝材料的滲透性，甚至塑料聚合物也是可滲透的。然而因擴散速率不同，聚合物能讓二氧化碳擴散比氧氣多 3 - 7 倍。二氧化碳從包裝中移出是維護氣調(diào)有效性的最大挑戰(zhàn)之一。當頂空內(nèi)的氧氣水平降低時，已知大氣中的氧氣也會浸入到包裝中。
產(chǎn)品與頂空的比例
頂空的量也會影響產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是肉制品。對于豬肉和牛肉，氣體頂空與肉的比例不應低于 2：3，否則質(zhì)量會受到影響。較高的頂空對牛肉沒有區(qū)別，但會影響豬肉；因此包裝尺寸不宜過大。
氣體的溶解度
氣體會凝結(jié)并溶解到包裝食品中，導致體積減少，這是肌肉食物的主要問題之一，像魚就會存在這種問題。
呼吸速率
新鮮農(nóng)產(chǎn)品采摘后仍能持續(xù)呼吸，呼吸速率取決于氧氣的可用性。由于呼吸作用，二氧化碳濃度將增加，并產(chǎn)生熱量。此外生理和外部因素的結(jié)合會導致同一產(chǎn)品不同批次的呼吸速率相差 10%。
外部溫度
溫度影響新鮮農(nóng)產(chǎn)品的呼吸速率，溫度直接影響食物的質(zhì)量和微生物的生長，包裝材料的氣體傳輸和氣體的溶解也取決于溫度。即使在氣調(diào)應用中，也得是較低的溫度才能維持理想的保鮮狀態(tài)，并且在產(chǎn)品的搬運、運輸和儲存過程中要全程得到冷鏈控制。穩(wěn)態(tài)氣體濃度只有在特殊條件下才有可能，特別是這些呼吸產(chǎn)品。波動或更高的溫度會導致厭氧呼吸，產(chǎn)生不良的味道和乙醇。
相對濕度
相對低濕度或波動會導致水分流失。在包裝內(nèi)，水蒸氣沒有辦法逸出，這可能會導致冷凝并產(chǎn)生霧狀條件。如果溫度下降到露點以下，水蒸氣就會液化，促發(fā)微生物生長。
光照
產(chǎn)品對光的反應取決于包裝材料、食品和光的質(zhì)量。在光飽和的條件下，多葉蔬菜會進行光合作用，造成進一步的并發(fā)癥。因此綠色蔬菜在二氧化碳含量高的黑暗中儲存效果好，但由于高二氧化碳和低氧氣會導致厭氧呼吸，保持平衡對監(jiān)測很重要。牛肉和火腿由于脂質(zhì)的光氧化而受到光的負面影響。
運輸時間
為了計算頂空和氣調(diào)包裝的體積，必須考慮運輸距離，以補償通過可滲透包裝和溶解的氣體損失。
不同食物的頂空和氣調(diào)包裝重要性
各種易腐物品，如新鮮農(nóng)產(chǎn)品、乳制品、海鮮和肉制品，都受益于氣調(diào)技術(shù)，不過每種食物的氣調(diào)實操都會有所不同。不同的食物規(guī)定了不同水平的氧氣和二氧化碳濃度，高濃度的二氧化碳被用作抗菌措施來保存所有食物。
新鮮農(nóng)產(chǎn)品
在新鮮農(nóng)產(chǎn)品中，由于果蔬是會呼吸的產(chǎn)品，所以即使采摘后有多生理過程仍在發(fā)生：
高阻隔性材料導致產(chǎn)品質(zhì)量下降
乙烯的產(chǎn)生最終會導致成熟、過度成熟，并最終導致衰老
物理損傷也會損害新鮮農(nóng)產(chǎn)品。
這三個生理過程可以同時發(fā)生，由于乙烯的產(chǎn)生，呼吸速率會上升，而乙烯又是在果實成熟過程中產(chǎn)生的，或者是對物理損傷和其他壓力的反應。結(jié)果顏色和香味都會發(fā)生變化。
為了降低呼吸速率，氣調(diào)包裝中的氧氣水平要比大氣中的低，二氧化碳水平比大氣中的高，這也控制了乙烯和微生物的作用。然而即使在高二氧化碳環(huán)境下，也不可能控制所有的微生物感染，因為許多微生物也會在厭氧條件下生長。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(tài)。但要注意確保氧氣水平不會下降，防止產(chǎn)生厭氧條件下的發(fā)酵和fubai。
肉
頂空分配適當?shù)臍庹{(diào)包裝可以在不添加化學食品添加劑的情況下延長貨架期。將與包裝形式、肉類脂肪含量、外部溫度以及微生物菌群和負荷相互作用，宰后水分活度和非蛋白質(zhì)的數(shù)量將反過來決定微生物的活性。
肉制品的質(zhì)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(tài)和產(chǎn)品的微生物保質(zhì)期。傳統(tǒng)上對于鮮肉，需要氧濃度大于 70% 才能產(chǎn)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(diào)技術(shù)已被用于將家禽產(chǎn)品的貨架期延長一倍。它用于控制微生物的活動，應用 40 - 100% 的高二氧化碳水平與氮氣結(jié)合使用，不過厭氧菌會產(chǎn)生粘液和不良氣味。
海鮮
在海鮮產(chǎn)品中，由于脂質(zhì)氧化、微生物fubai和酶活性，質(zhì)量會下降。微生物降解會影響風味、質(zhì)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菌會導致不良風味、貨架期變短并產(chǎn)生三甲胺，魚腥味就這么來的。
氣調(diào)包裝可以減少海鮮*的fubai菌生長，避免腥味，還可以限制脂質(zhì)氧化。低脂肪魚類、扇貝，推薦使用 40% 二氧化碳 + 30% 氮氣 + 30% 氧氣；鮭魚、鱒魚、煙熏海鮮制品，推薦使用 40% 二氧化碳+60% 氮氣。
高水平的二氧化碳通過溶解在魚肌肉中形成碳酸來降低酸堿度。二氧化碳被添加到包裝中，以保持適當?shù)臍庹{(diào)條件，但碳酸會使蛋白質(zhì)變性致?lián)p。另一個風險是厭氧菌引起的肉毒中毒，這只能通過將氣調(diào)包裝的魚冷藏在 3.5℃ 以下來解決。
頂空分析的應用
通過氣調(diào)技術(shù)改善食品供應和質(zhì)量，加上包裝變化帶來的挑戰(zhàn)，使得頂空和氣調(diào)分析在研究和工業(yè)中都很重要。
確保食品質(zhì)量
目前正在進行廣泛的研究，以檢查不同氣調(diào)包裝條件下新鮮和鮮切食品中的微生物活性。
包裝和質(zhì)量控制
在工業(yè)中，頂空和氣調(diào)分析在包裝過程中至關(guān)重要，在運輸和儲存過程中也是質(zhì)量控制的關(guān)鍵。
處理
在頂空創(chuàng)造理想的氣調(diào)條件不僅僅局限于包裝，還可以應用于收獲后的預處理。熱處理被廣泛用于降低呼吸速率、微生物感染和低溫傷害。
埃幸關(guān)于氣調(diào)包裝應用過程中的建議：確定合適的大氣條件和設計包裝的研究依賴于將頂空中的氣體、溫度、相對濕度和儲存時間的各種組合進行比較。以下幾種測試方式是氣調(diào)質(zhì)量控制中常見方案：
① 便攜式頂空分析
② 臺式頂空分析
③ 在線頂空分析
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