г. Москва, ул. Озерная, д. 42, стр.22
Пн-Пт: с 9:00 до 18:00
Сб-Вс: выходной
Заказать звонок

Состав газа для упаковки в газомодифицированной атмосфере (МГС)

Описание

В середине XX века для сохранения свежих продуктов начали применять специальный газ, при помощи которого создавалась особая атмосфера вокруг продукта, препятствовавшая развитию бактерий и окислению жиров. Вначале такой способ использовали в основном при перевозке крупных партий продуктов, в частности мяса. Позднее эта технология сохранения продуктов была успешно перенесена на продукты в упаковке для розничной торговли.

Исходя из задач, которые возникают при хранении тех или иных пищевых продуктов, различают несколько разновидностей упаковки с измененной внутренней газовой атмосферой:
упаковка с модифицированной газовой атмосферой (modified atmosphere packaging — MAP);
вакуумированная упаковка (vacuum packaging— VP);
изобарическая упаковка (isobaric packaging—IP);
газонаполненная упаковка (gas packaging — GP);
упаковка с контролируемой газовой атмосферой (controlled atmosphere packaging — CAP);
упаковка с саморегулируемой газовой атмосферой ( self- control gas atmosphere packaging — SGAP);
упаковка с активно регулируемой газовой атмосферой (actively-control gas atmosphere packaging — AGAP).

Начиная с 90-х годов прошлого века, именно технология MAP стала самым часто применяемым способом сохранения качества и свежести продуктов питания. Она является формой активного упаковывания продукта, при которой воздух удаляется из упаковки и заменяется одним газом или смесью газов. Смесь газов выбирают в зависимости от типа продукта. Они призваны "оберегать" продукты от контакта с кислородом, который участвует в процессах окисления, а также необходим аэробным микроорганизмам для дыхания. Таким образом, использование защитных газов предохраняет пищевые продукты и от окислительной порчи, и от микробиологической.

Однако в пищевых продуктах, обработанных по МАР-технологии, угнетаются только аэробные микроорганизмы. На развитие патогенных анаэробных микроорганизмов, вызывающих инфекции и интоксикации, защитные газы не влияют.

Газообразная смесь любого состава внутри упаковки приводит к резкому снижению скорости процесса "дыхания" продукта (газообмен с окружающей средой), замедлению роста микроорганизмов и подавлению процесса гниения, вызванного энзиматическими спорами, следствием чего является увеличение срока хранения продукта в несколько раз. Различают следующие способы упаковывания в газовой среде:

- в среде инертного газа (N2, СО2, Аr);

- в регулируемой газовой среде (РГС), когда состав газовой смеси должен изменяться только в заданных пределах, что требует значительных капиталовложений в оборудование и больших расходов на обеспечение оптимальных условий хранения продукции;

- в модифицированной газовой среде (МТС), когда в начальный период в качестве окружающей среды используется обычный воздух, а затем в зависимости от природы хранящихся продуктов и физических условий окружающей среды, устанавливаются модифицированные условия хранения, но в довольно широких пределах по составу газа.

В технологии упаковывания из соображений технологичности, экономичности и сохранности продукта большее распространение получило упаковывание в МТС.

Основными газами, применяемыми для упаковки в МТС, являются кислород, углекислый газ и азот, соотношение которых, особенно О2, зависит от типа упаковываемого продукта. Кислород является основным газом и его содержание для упаковывания различных продуктов может колебаться от 0 до 80% (см. табл. 6.4.).

Инертный газ азот используется как наполнитель газовой смеси внутри упаковки, так как он не изменяет цвета мяса и не подавляет рост микроорганизмов. Очевидно, его можно использовать взамен вакуумирования.

Углекислый газ подавляет рост бактерий, и при использовании его на ранних стадиях развития микроорганизмов срок хранения упаковываемого продукта может значительно увеличиться.



Следует отметить, что на протяжении срока хранения продукта газообразная атмосфера внутри упаковки постоянно меняется. Это происходит вследствие таких факторов, как «дыхание» упакованного продукта (поглощение кислорода и выделение углекислого газа), биохимические изменения в продукте и связанные с ними выделения паров и газов, а также постепенное проникновение в свободное пространство над продуктом атмосферных газов и паров через стенки упаковки и через микроотверстия в сварных швах.



Основными газами, применяемыми для упаковки в MAP, являются кислород, углекислый газ и азот, при этом каждый из них практически не используется индивидуально, а только в смеси. Соотношение газов в смеси выбирается с учетом многих факторов, в том числе таких, как тип и количество микроорганизмов, активность воды, кислотность, дыхание клеток, состав продукта, температура и особенности технологического процесса изготовления.



Азот как инертный газ используется в MAP и других видах упаковки для пищевых продуктов для замещения атмосферного воздуха, особенно кислорода, что продлевает срок годности продуктов, сохраняет их вкус и аромат. Азот не оказывает прямого бактериостатического воздействия и не влияет непосредственно на стабильность упакованного продукта. Он используется в качестве "разбавителя" смеси как средство для вытеснения из упаковки кислорода, что позволяет максимально полно удалить остатки кислорода, а значит, ограничить развитие анаэробных бактерий. Азот предохраняет жиры от окисления и замедляет рост микроорганизмов анаэробного гниения. Тем самым он предотвращает разрушение пищевых продуктов. Из-за низкой растворимости N2 в воде и жировой составляющей продуктов он практически не изменяет их вкуса и запаха. Дешевизна азота и легкость поддержания его высокой концентрации в смеси газов внутри упаковки обеспечили широкое применение этого газа в МАР-упаковке. При высоком содержании азота в упаковке легче поддерживать постоянную консистенцию смеси газов в связи с тем, что молекулярное давление в упаковке и в атмосферном воздухе ближе к состоянию равновесия. Для упаковки сухих продуктов (например, кофе и всевозможных снэков — чипсов, орехов, сухариков и т. д.) используется чистый азот. Такой вариант близок к идеальному для арахиса и картофельных чипсов.



Диоксид углерода, или углекислый газ, обладает бактериостатическими свойствами, в частности он замедляет жизнедеятельность аэробных бактерий, которые вызывают изменение вкуса и запаха мяса, птицы и рыбы. Этот газ имеет высокий уровень растворимости в водной составляющей пищевых продуктов и таким образом снижает рН, подкисляя их вследствие образования угольной кислоты. При высоких концентрациях СО2 может происходить разрушение мясных продуктов, появляется посторонний привкус в жирах и маслах, изменяется естественный цвет свежих продуктов. Углекислый газ также имеет некоторое антибактериальное воздействие. Он препятствует «дыханию» фруктов и овощей при концентрациях выше 1%. Однако чрезмерная концентрация углекислого газа ведет к повреждению растительных тканей, снижению давления в упаковке (из-за растворимости С02 в продукте) и усаживанию пленки. Этот эффект может быть уравновешен введением азота.



В состав газовых смесей очень часто входит и кислород, наличие которого позволяет сохранить свежесть и натуральный цвет охлажденного мяса, предотвратить развитие ботулизма при упаковке рыбы, а также поддержать процесс «дыхания» для фруктов и овощей и, наоборот, подавить рост анаэробных организмов в некоторых видах рыб и овощной продукции. С одной стороны, именно кислород является виновником процессов окисления и прогоркания жиров, порчи продуктов в результате роста аэробных бактерий. С другой стороны — без его помощи не обойтись, если вы хотите сохранить ярко-красный цвет говядины, который ассоциируется у потребителя с ее свежестью. В газовой смеси для упаковки свежего мяса содержание кислорода может доходить до 80%.


Пищевые продукты можно условно разделить на две группы: "дышащие" (с биохимической метаболической активностью) и "не дышащие" (приготовленные блюда, пасты и др.). В зависимости от этого рекомендуют условия хранения продукта и состав МГС.

При упаковке "дышащих" и "не дышащих" продуктов состав газовой среды существенно отличается: для свежих мясных продуктов с целью сохранения исходного красного цвета в смеси указанных, газов должно быть повышенное содержание О2 и СО2; (например, 80-90% и 20-10% соответственно), а при упаковывании свежих фруктов и овощей пониженное содержание О2 (до 3-8%) и повышенное содержание СО2 (до 15-20%), так как снижение содержания кислорода и повышение содержания углекислого газа замедляют созревание фруктов, задерживают появление мягкости и снижают скорость химических реакций, сопровождающих созревание. Однако при сверхнизком содержании O2 может появиться анаэробное дыхание и нежелательный аромат (вследствие накапливания молекул этанола и ацетальдегида), а повышенное содержание O2 приводит к появлению ожогов на фруктах и коричневых пятен на другом растительном сырье.

Опыты показали, что оптимальный состав газовой среды для разной свежей продукции индивидуален, но необходимо соблюдать соотношение Рсо2 : Ро2 > 1,6, которое зависит от сорта. Для этого упаковочный материал должен обладать некоторой кислородопроницаемостью для проникновения О2 внутрь упаковки со скоростью, обеспечивающей концентрацию O2 внутри упаковки значительно ниже, чем снаружи, во избежание анаэробного заражения и порчи продукта. При этом проницаемость упаковки по отношению СО2 не имеет существенного значения, поскольку оптимальная концентрация углекислого газа поддерживается внутри упаковки за счет процесса "дыхания".

Задачу более высокой проницаемости материала по отношению к О2 при его поступлении и более низкой по отношению к СО2 при его отводе путем подбора индивидуального материала решить очень сложно. Для сохранения газовой среды внутри упаковки при хранении свежих плодов используют селективно-проницаемые мембраны с высокой проницаемостью (из силоксановых каучуков), поглотители СО2 и паров воды, перфорированные пленочные материалы, мембранные приспособления различной конструкции (в виде окошек разной площади, клапанов, патрубков и т.д.).


Таким образом, выбор упаковочного материала для хранения овощей и фруктов в МГС определяется скоростью "дыхания" продукта и его проницаемостью по отношению к атмосферным газам, а также температурой хранения.

Указанным требованиям по проницаемости отвечают следующие полимерные пленочные материалы: ПЭВД, ориентированный ПП, ПВХ, ПС, ПЭТФ, ПА, саран, СЭВ и др., а также различные ламинаты. Первые два чаще всего используют для упаковки свежих фруктов и овощей. Низкая общая газопроницаемость полиэфирных пленок и пленки "саран" (сополимер винилхлорида с винилиденхлоридом - ПВДХ) обуславливает их использование для упаковывания тех продуктов, которые обладают низкими скоростями газообмена.

Высокие барьерные свойства по кислородо- и влагонепроницаемости достигаются при использовании комбинированных, ламинированных и соэкструзионных материалов.

В качестве селективно-проницаемых упаковок для некоторых сортов овощей и фруктов применяют полимерные пленки с микропористыми отверстиями диаметром от 5 до 500 мкм, изготовляемые холодной штамповкой или лазерным способом. Повышению качества и срока сохранения продуктов, упаковываемых в МТС и РГС, служит использование поглотителей (газопоглощающих веществ), вводимых в состав полимерной упаковки или укладываемых внутрь нее вместе с пищевыми продуктами. В качестве поглотителей используют вещества, абсорбирующие молекулы О2, СО2 или этилена (гашеная известь, активированный древесный уголь, MgO - для поглощения СО2, порошкообразное железо - для поглощения О2, KMnO4, порошок строительной глины, фенилметилсиликон - для поглощения этилена и др.). Подбирая состав и количество поглотителей, можно точно регулировать состав газовой среды, создавая лучшие условия внутри упаковки.

Этим целям служит и предварительная обработка продукта и его подбор. Закладываемые на длительное хранение продукты должны быть качественными, чистыми и хорошо подготовленными вплоть до индивидуальной упаковки или обработки химическим способом (напылением, окунанием). Для повышения срока хранения свежих пищевых продуктов используют еще одну прогрессивную технологию - облучение запечатанных упаковок потоком ионизирующих лучей.

Упаковывание в среде МГС производится на автоматических упаковочных линиях, работающих по схеме: изготовление - заполнение - запечатывание. Линии имеют несколько рабочих узлов: нагрев полотна упаковочного материала, термоформование упаковки, заполнение полостей упаковки продуктом, вакуумирование упаковки, заполнение свободного объема МТС, запечатывание упаковки. Машина обеспечивается системой подачи МТС.

Применение термоусадочной пленки упрощает процесс упаковывания в МГС, так как исключает приготовление пакетов и лотков заранее. Усаживаемая при нагреве пленка обладает высокой кислородонепроницаемостью даже в атмосфере с повышенным содержанием O2 (до 70 - 80%) и высокой ароматонепроницаемостью, хорошо сохраняет первичный цвет свежего мяса и витамин С в сухих концентратах фруктовых соков.

Этот способ упаковывания стал одним из основных, так как охватывает большой ассортимент продуктов, эффективен и экономичен в ряде случаев, позволяет создавать МГС внутри индивидуальной упаковки с различными порционными блюдами, транспортной тары и целых хранилищ, значительно повышая срок хранения продуктов. Основной проблемой массового распространение упаковок в МГС является невозможность изменения размера упаковки без изменения при этом общего бактериостатического действия углекислого газа и, соответственно, без повышения срока хранения упакованного пищевого продукта. Для решения этой проблемы в Италии был запатентован двухстадийный процесс хранения продуктов, основанный на использовании известного количества газообразного и твердого CO2.

Принцип упаковывания по этому способу, названный "двухфазным", состоит в том, что в упаковку с МГС дополнительно вкладывается некоторое количество "сухого льда", достаточное для насыщения продукта и установления равновесного состояния между содержимым упаковки и газовой средой внутри нее, при этом избыточное давление уравновешивается растворенной фазой.

Впервые этот новый способ был применен в 1989 г. для упаковывания свежих цыплят. Процесс упаковывания состоит из следующих операций: получение лотков термоформованием, укладка на лоток пищевого продукта и таблетки "сухого льда", замена воздуха на МГС и запечатывание упаковки.

Твердый углекислый газ внутри упаковки начинает возгоняться и давление повышается (гибкая крышка вспучивается), через 12 часов абсорбция газа прекращается и упаковка возвращается к своей первоначальной форме. При t=2-3°C продукт может храниться в течение 50 суток с сохранением высокого уровня гигиенических и органолептических свойств.

Пример расчета веса таблетки при "двухфазном" способе упаковывания в МГС: цыпленок массой 700 г упаковывается в среде, содержащей 50% CO2 и 50% N2 . Упакованный продукт поглощает 650 см3 углекислого газа на 1 кг массы, что в перерасчете на 700 г составляет 455 см3. Температура хранения продукта 2-3°С. 1 моль идеального газа занимает объем 22,4 л, так как молекулярная масса СО2 составляет 44 г/моль, а 455 см3 газа весят 0,9 г. Таблетку такой массы необходимо добавить внутрь упаковки.