解析真空和充气包装的原理的方法

（一）真空包装

1.食品真空包装的意义　食品真空包装（vacuum packaging）是把被包装食品装入气密性包装容器，在密闭之前抽真空，使密封后的容器内达到预定真空度的一种包装方法。常用的包装容器有金属罐、玻璃瓶、塑料及其复合薄膜等软包装容器。

真空包装技术用于玻璃和金属罐的食品包装已有百余年的历史，这两种包装容器的气密性极好，只要封口的密封性可靠，就可以长期地贮存食品，但由于食品罐装技术所需的工艺设备复杂，包装材料重，玻璃瓶罐容易破损，金属罐易锈蚀，对食品的流通和消费带来了许多不便。20世纪50年代，开始采用塑料、塑料与纸和铝箔等的复合软包装材料进行真空包装，生产食品软罐头和袋装食品，这些新兴的软包装产品逐渐取代了许多种瓶装和罐装食品，特别是蒸煮袋食品和快餐食品，由于质量轻，贮运、流通、食用方便而得到很快发展。随着市场对包装食品的保质期和质量要求越来越高，食品的真空包装将会得到更广泛的应用。

2.真空包装保质机理　真空包装的目的是为了减少包装内氧气的含量，防止包装食品的霉腐变质，保持食品原有的色、香、味，并延长保质期。

附着在食品表面的微生物一般在有氧条件下才能繁殖，真空包装则使微生物的生长繁殖失去条件。图7-1为新鲜牛肉用薄膜进行真空包装和普通包装在不同贮藏温度下的细菌繁殖情况，可见两者的差异很大，贮藏温度对细菌繁殖影响也很大。图7-2说明了真空包装和普通包装新鲜牛肉贮藏过程中微生物相的变化情况：普通包装的牛肉在1℃下贮藏，假单胞杆菌仍在繁殖，21 d时便能看到有明显的腐败；真空包装首先是肠内细菌，其次是乳杆菌和链球菌的繁殖较为显著，贮藏28 d时能感知稍有臭味，可认为乳酸菌是造成腐败的主要原因。

图7-1　不同包装低温贮藏新鲜牛肉中微生物的繁殖情况

图7-2　不同包装牛肉在低温贮藏中微生物相的变化

Cor.棒杆菌　L.乳杆菌属　Str.链球菌属　M.微球菌属
Ps.假单胞菌属　Ac.无色杆菌属　F　黄杆菌属　E.肠杆菌属.

对微生物来说，当O2浓度≤1%时，它的繁殖速度急剧下降，在O2浓度为0.5%时，多数细菌将受到抑制而停止繁殖。另外，食品的氧化、变色和褐变等生化变质反应都与氧密切相关，当O2浓度≤ 1%时，也能有效地控制油脂食品的氧化变质。真空包装就是为了在包装内造成低氧条件而保护食品质量的一种有效包装方法。

食品真空包装的保质效果不仅取决于采用较高真空度的包装机械，也取决于采用正确合理的包装技术，包装后一般还需适当的杀菌和冷藏。加工食品经真空包装后还要经过80℃、15min以上的加热杀菌，生鲜食品在真空包装后应在低温状态（10℃以下）下流通和销售。

（二）充气包装

1.充气包装特点　充气包装（gas packaging）是在包装内充填一定比例理想气体的一种包装方法，目的与真空包装相似，通过破坏微生物赖以生存繁殖的条件，减少包装内部的含氧量及充入一定量理想气体来减缓包装食品的生物生化变质。区别在于真空包装仅是抽去包装内的空气来降低包装内的含氧量，而充气包装是在抽真空后立即充入一定量的理想气体如N2、CO2等，或者采用气体置换方法，用理想气体置换出包装内的空气。

经真空包装的产品，因内外压力不平衡而使被包装的物品受到一定的压力，容易黏结在一起或缩成一团；酥脆易碎的食品如油炸土豆片、油炸膨化风味食品等易被挤碎；形状不规则的生鲜食品，易使包装体表面皱褶而影响产品质量和商品形象；有尖角的食品则易刺破包装材料而使食品变质。充气包装既有效地保全包装食品的质量，又能解决真空包装的不足，使内外压力趋于平衡而保护内装食品，并使其保持包装形体美观。

食品包装采用气体充填技术已有较长的历史，欧美在20世纪30年代已开始研究使用CO2气体保存肉类食品；50年代研究开发了用N2和CO2气体置换空气的牛肉罐头和奶酪罐，有效延长了保质期；60年代由于各种气密性塑料包装材料的开发，很多食品如奶制品、肉食加工品、茶叶、花生、蛋糕等都成功地采用了气体充填包装技术；70年代生鲜肉的充气包装在欧美各国广泛应用。表7-3为部分生鲜食品和加工食品的充气包装情况。

表7-3　生鲜食品和加工食品的充气包装

2.充气包装保质机理　充气包装常用的充填气体主要有CO2、N2、O2及其混合气体，其他很少用的气体有CO、NO2、SO2、Ar等。(www.xing528.com)

（1） CO2空气中CO2的正常含量为0.3%。低浓度CO2能促进许多微生物的繁殖，但高浓度CO2却能阻碍大多数需氧菌、霉菌等微生物的繁殖，延长微生物增长的停滞期和延缓其指数增长期，因而对食品有防霉和防腐作用，但CO2不能抑制厌氧菌和酵母菌的繁殖生长，若存在这类微生物时还需采用其他气体或方法抑制其增长。在混合气体中CO2的浓度超过30%就足以抑制细菌增长，在实际应用中，因CO2易通过塑料包装材料逸出并被食品中水分和脂肪吸收，所以，混合气体中CO2的浓度一般超过50%。图7-3说明了在4℃下用不同充填气体包装的猪肉的细菌繁殖情况，结果表明，充填CO2包装能有效地抑制微生物的生长繁殖。

CO2溶于水中会产生弱酸性的碳酸，因pH的降低而对微生物产生抑制作用，同时，CO2对油脂及碳水化合物等有较强的吸附作用而减少氧化保护食品，有利于食品贮藏。一般认为真空包装是防止食品腐变的有效方法，但往往难以达到预期效果，究其原因，包装内残存的微量氧也会使微生物生存，当温度较高时则会繁殖，如果采用CO2充气包装，其保藏效果会得到明显改善。

图7-3　在4℃下用不同充填气体包装的猪肉的细菌数

（2） N2　N2在空气中占78%，作为一种理想惰性气体一般不与食品发生化学作用，包装中提高N2浓度，则相对减少O2浓度，就能产生防止食品氧化和抑制细菌生长的作用。N2不直接与食品中的微生物作用，它在充气包装中的作用有两个：一是抑制食品本身和微生物的呼吸；二是作为一种充填气体，保证产品在呼吸包装内的O2后仍有完好外形。

N2充气包装的抗氧化效果如图7-4所示：玉米油的AOM（活性氧试验法）稳定性差（稳定时间16 h），充氮包装后油脂氧化的总羰基值有明显降低，说明充氮能抑制玉米油的氧化；猪油的AOM稳定性较大（85 h），充N2包装也能抑制猪油氧化，但光照明显地加快了油脂的氧化过程；椰子油的稳定性很好，其稳定时间为172h，充氮包装与含气包装对油脂氧化影响几乎没有差别，其总羰基值的变化受光照影响较显著。由此可见，对极易氧化变质的食品，充氮包装能有效地延缓食品的氧化变质。

图7-4　阳光照射对添加油脂的小麦粉充氮包装的影响

（3）O2O2在空气中占21%，是生物赖以生存不可缺少的气体。O2的个性活跃，会引起食品变质和加速腐败细菌的生长，一般食品包装内都不允许存在。

生鲜的肉类和鱼贝类，如果处于无氧状态下保存，则维持组织新鲜的氧合肌红蛋白就会还原变成暗褐色而使产品失去生鲜状态乃至商品价值。因此，维持新鲜肉类稳定的生鲜状态必须采用有氧包装。

含氧充气包装特别适用于生鲜果蔬的保鲜包装。不同果蔬要维持其正常代谢而保持其新鲜所需的氧浓度是不同的，这主要取决于果蔬的品种、成熟度等许多因素。采用适当的包装材料和包装方法，控制其果蔬贮存环境的氧分压和呼吸速度，这就是近代开发的果蔬气调保鲜包装（CAP）技术。O2常与CO2和N2混合成理想气体用于生鲜食品的充气包装，其作用是维持生鲜食品内部细胞一定的活性，延缓其生命过程，保持一定程度的生鲜状态。

在应用充气包装技术时，根据被包装食品的性能特点，可选用单一气体或上述3种不同气体组成的理想气体充入包装内，以达到理想的保质效果。一般情况下，N2的稳定性最好，可单独用于食品的充气包装而保持其干燥食品的色、香、味；对于那些有一定水分活度、易发生霉变等生物性变质的食品，一般用CO2和N2的混合气体充填包装；对于有一定保鲜要求的生鲜食品，则需用一定氧气浓度的理想混合气体充填包装。

对于同一种薄膜，三种气体的透过比例：N2∶O2∶CO2=1∶3∶15～30，可见N2是食品充气包装的一种理想气体。