氣調(diào)包裝設(shè)計(jì)原理及選擇方法

氣調(diào)包裝也稱置換氣體包裝，國(guó)際上稱為MAP包裝（即ModifiedAtmospherePackaging），是在真空包裝以及充氮包裝的基礎(chǔ)上發(fā)展改進(jìn)所得到的一種保鮮包裝，主要用于食品保鮮。

氣調(diào)包裝的包裝原理是采用氣調(diào)保鮮氣體（2～4種氣體按食品特性配比混合），對(duì)包裝盒或包裝袋的空氣進(jìn)行置換，改變盒（袋）內(nèi)食品的外部環(huán)境，抑制細(xì)菌（微生物）的生長(zhǎng)繁衍，減緩新鮮果蔬新陳代謝的速度，從而延長(zhǎng)食品的保鮮期或貨架期。以果蔬保鮮為例：新鮮果蔬在采摘后仍然進(jìn)行呼吸作用，消耗O2產(chǎn)生CO2，逐漸增加環(huán)境中的CO2含量并降低O2的濃度，采用高透性的塑料薄膜可與大氣進(jìn)行氣體交換，補(bǔ)充所消耗的O2并排出CO2。

當(dāng)氣體對(duì)薄膜滲透的速度與果蔬呼吸速度相等時(shí)，包裝袋內(nèi)的氣體達(dá)到某一平衡濃度，可以使果蔬維持微弱的呼吸速度而不產(chǎn)生厭氧呼吸，從而延緩果蔬的成熟而得到保鮮。采用氣調(diào)包裝能夠?qū)崿F(xiàn)在不采用防腐劑、添加劑的前提下確保食品的口感、營(yíng)養(yǎng)成份和保鮮期。

氣調(diào)保鮮氣體一般由二氧化碳（CO2）、氮?dú)猓∟2）、氧氣（O2）及少量特種氣體（NO2、SO2、Ar等）組成。各種氣體的作用如下：CO2氣體具有抑制大多數(shù)腐敗細(xì)菌和霉菌生長(zhǎng)繁殖的作用，是保鮮氣體中主要的抑菌劑；O2具有抑制大多數(shù)厭氧腐敗細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖、保持生鮮肉的色澤、以及維持新鮮果蔬生鮮狀態(tài)的呼吸代謝的作用；N2是惰性氣體，一般不與食品發(fā)生化學(xué)作用，也不被食品所吸收，在氣調(diào)包裝中用做填充氣體，防止由于CO2等氣體從包裝內(nèi)逸出而使包裝塌落。對(duì)于不同的食品果蔬，保鮮氣體的成分及比例也不相同，對(duì)農(nóng)作物氣調(diào)包裝的關(guān)鍵是保持包裝材料的氧氣滲透性與產(chǎn)品的呼吸速度相匹配。

氣調(diào)包裝在一些產(chǎn)品上的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，如小食品包裝、咖啡包裝、加工肉制品等，現(xiàn)在它也越來越多的應(yīng)用在冷藏的、預(yù)處理的方便食品上，尤其是在新鮮切片的農(nóng)產(chǎn)品、特制干酪和預(yù)包裝的三明治等產(chǎn)品的包裝上大量采用。

不同氣體對(duì)材料的滲透性

氣調(diào)包裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮多方面的因素，其中最重要的因素是包裝內(nèi)CO2和O2的相對(duì)含量，這主要是由包裝內(nèi)氣體濃度和包裝材料的透氣性決定，即是氣調(diào)保鮮氣體的比例控制精度及包裝材料的氣體置換率。與真空包裝或是充氮包裝不同的是，氣調(diào)包裝材料大多是低阻隔材料，具有較大的氣體透過性。

材料透氣性出現(xiàn)差異與材料高分子的聚集狀態(tài)（結(jié)晶性）、聚合物結(jié)構(gòu)對(duì)氣體的擴(kuò)散性和溶解性、采用添加劑的影響等因素有關(guān)。但是不同的氣體對(duì)同種材料的滲透性也不相同，對(duì)同種材料而言，一般是N2的透過性最小，O2稍大一些，CO2的最大，這與氣體分子的大小（動(dòng)力學(xué)直徑，參見表1）以及氣體分子的形狀有關(guān)。

分子的動(dòng)力學(xué)直徑越小，在聚合物中擴(kuò)散越容易、擴(kuò)散系數(shù)越大。但氣體分子直徑的大小并不是決定滲透性的唯一因素，因?yàn)闈B透性還與氣體在聚合物中的溶解度有關(guān)。另外分子的形狀也能影響滲透性，有研究表明，長(zhǎng)條形分子的擴(kuò)散能力和滲透能力最強(qiáng)，而且分子形狀的微小變化會(huì)引起滲透性的很大變化。

如何選擇合適的氣調(diào)包裝材料

毫無(wú)疑問，要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行氣調(diào)包裝，就必須根據(jù)產(chǎn)品的特性進(jìn)行包裝材料透氣性的合理選擇。一般用于氣調(diào)包裝的氣體是O2、CO2、N2的混合氣體，或是O2、CO2的混合氣體，因此在選擇氣調(diào)包裝材料時(shí)必須對(duì)材料的O2透過性、CO2透過性、N2透過性進(jìn)行精確測(cè)試，決不能對(duì)各種氣體的檢測(cè)厚此薄彼，或是僅僅檢測(cè)材料的O2透過率再按經(jīng)驗(yàn)比例進(jìn)行折算，必須進(jìn)行全面檢測(cè)。
可以想象，如果由于指標(biāo)檢測(cè)失誤，或是未經(jīng)全面檢測(cè)而導(dǎo)致氣調(diào)包裝材料選擇有失，不但會(huì)給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且也會(huì)造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

目前，世界上普遍使用的透氣性測(cè)試方法有壓差法和等壓法兩大類。整體上看，等壓法設(shè)備測(cè)試對(duì)象非常單一，目前僅能檢測(cè)材料的O2透過性（如LabthinkTOY-C1透氧滲透儀）或者CO2透過性，至今尚未有公司能夠提供用于檢測(cè)N2透過性的等壓法設(shè)備。而對(duì)于壓差法設(shè)備就完全不同了，因?yàn)檫@種方法本身就對(duì)測(cè)試氣體沒有選擇性，可以進(jìn)行O2、N2、CO2等常規(guī)氣體的測(cè)試，測(cè)試成本低，還可實(shí)現(xiàn)測(cè)試環(huán)境自控溫（如LabthinkVAC-V1氣體滲透儀）。

另外由于膜技術(shù)理論的支持，利用真空壓差法設(shè)備不僅能夠檢測(cè)各種常見氣體對(duì)試樣的透過性，還能同時(shí)給出測(cè)試氣體對(duì)試樣的擴(kuò)散系數(shù)及溶解度系數(shù)。相對(duì)于等壓法設(shè)備，壓差法透氣性測(cè)試設(shè)備更適合氣調(diào)包裝材料的研究機(jī)構(gòu)以及使用廠家對(duì)材料進(jìn)行全面檢測(cè)并進(jìn)行綜合分析。