深入探讨MAP和CAP技术的优越性

（一）MA和CA气调系统原理

MA （modified atmosphere）即改善气氛，指采用理想气体组分一次性置换，或在气调系统中建立起预定的调节气体浓度，在随后的贮存期间不再受到人为的调整。

CA （controlled atmosphere）即控制气氛，指控制产品周围的全部气体环境，即在气调贮藏期间，选用的调节气体浓度一直受到保持稳定的管理或控制。

对于具有生理活性的食品，减少O2含量，提高CO2浓度，可抑制和降低生鲜食品的需氧呼吸并减少水分损失，抑制微生物繁殖和酶反应，但如果过度缺氧，则会难以维持生命必需的新陈代谢，或造成厌氧呼吸，产生变味或不良生理反应而变质腐败。CA或MA不是单纯的排除O2·而是改善或控制食品贮存的气氛环境，以尽量显著地延长食品的包装有效期。判断一个气调系统是CA型还是MA型，关键是看对已建立起来的环境气氛是否具有调整和控制功能。

薄膜气调包装系统模式可用图7-9来描述，系统中同时存在着两种过程：一是产品（包括微生物）的生理生化过程，即新陈代谢的呼吸过程；二是薄膜透气作用导致产品与包装内气体的交换过程，这两个过程使薄膜气调系统成为一个动态系统，在一定条件下可实现动态平衡，即产品与包装内环境气体交换速率与包装内环境气体透过薄膜与大气的交换速率相等。各种薄膜气调系统的差异表现在：能否在气调期内出现动态平衡点，能否有保持动态平衡相对稳定的能力。这种差异的存在，也就被定性为CA型或MA型。

图7-9　气调系统模式图

（二）薄膜气调系统设计原理

1.薄膜透气理论　气体通过薄膜介质的渗透作用与扩散作用一样，遵守费克-亨利定律，即

式中　dQ/dt——气体的渗透速度（cm3/s）；

A——薄膜的有效面积（cm2）；

Po——气体的渗透系数［cm3·cm/（cm2·s·0.1 MPa）］；

dp/dx——气体的压力梯度（0.1MPa/cm）。

当气体渗透处于稳态时，则式（7-11）：

式中　p1—p2——薄膜两侧气体的分压（0.1 MPa）；

d——薄膜厚度。

由此可见，某种气体在单位时间内通过薄膜的渗透量与有效面积成正比，与膜的厚度成反比，与膜两侧气体的分压差成正比，并且混合气体中各种气体的渗透方向和速度彼此独立，互不干扰。

2.薄膜气调系统设计原理　对于一个薄膜封闭的气调系统来说，式（7-12）实际上表示了包装内气体与包装外气体的交换情况。

如果将系统内产品产气或耗气速率表示为Q'/t，而气体通过包装膜的渗透速率为Q/t，则可分两种情况加以讨论。

（1）CA自动调气系统　必须使包装系统满足：

即产品在控制气氛（气调）状态下的产气或耗气速率等于气体对包装膜的渗透速率：

式中p1实际上是包装体内某一被调气体的分压，而p2则是这一气体在大气中的分压。从式（7-14）可见，除（p1—p2）受客观环境条件制约不可变，其他几个因素在一定范围内都有一定的选择自由度。因此要满足CA控制条件，可通过多种途径实现：如果初步设计的系统产品呼吸作用产生的气体速度Q'/t过大，为满足CA控制条件，可减少包装系统内产品量，使Q'/t变小，也可增加薄膜有效面积，降低薄膜厚度，或选择透气性更好的薄膜。

若选用上述方法得到的结果还是：Q'/t＞Q/t，则须考虑在包装系统中引入人为的控制或调节气体手段：如加入气体吸附剂，选用一透气性强的薄膜（硅橡胶）配合使用，以使包装系统的结果调整为Q'/t=Q/t。

（2） MA气调系统　呼吸强度大的生鲜食品一般很难达到CA效果，对于呼吸强度小的生鲜食品，或者没有必要达到自动调气效果。从气调的基本原理来看，为了延长气调保鲜效果，MA气调系统能使包装系统尽快达到气体状态相对稳定，并使p1变得慢些。

在MA系统中，由于引起被气调气体分压变化的主要因素因产品类型不同而异，因此必须加以区别对待：对果蔬类产品，由于呼吸作用较强，也即Q'/t较大，在设计包装系统时必须考虑选用透气率大的薄膜。对于气调贮存期间不产生大量气体的产品（如肉禽鱼类产品），则应选用对被调气体阻隔性好的包装材料。

（三）MAP和CAP

改善和控制气氛包装也称气调包装，是最有发展前景的食品保鲜包装技术，其特点是：以小包装形式将产品封闭在塑料包装容器内，其内部环境气体可以是封闭时提供的，或者是封闭后靠内部产品呼吸作用自发调整形成。封闭后包装内的理想气氛一般不再用人为方式进行维持管理，对于较大的包装件，在贮藏期间也可实施适当的换气管理。

根据包装后包装材料对内部气氛的控制程度而分为CAP （controlled atmosphere packaging）和MAP （modified atmosphere packaging）。但无论是哪一种，其包装体内的气体组分不同于正常的大气环境，最常见的变化是氧分压下降，而CO2浓度升高。MAP和CAP不同之处在于对包装内部环境气体是否具有自动调节作用，从这个意义上，传统的真空和充气包装属MAP范畴。

1.CAP　即控制气氛包装，主要特征是包装材料对包装内的环境气氛状态有自动调节作用，这要求包装材料具有适合的气体可选择透过性，以适应内装产品的呼吸作用。生鲜果蔬产品自身的呼吸特性要求包装材料具有气调功能，能保持稳定的理想气氛状态，以避免因呼吸而可能造成的包装缺氧和CO2含量过高。

果蔬包装体系是一个典型的薄膜封闭气调系统，存在着呼吸作用和气体渗透控制作用，在这个动态系统中，产品呼吸代谢过程要放出CO2、乙烯、水蒸气和其他挥发性气体，同时，这些气体会透过包装与外界发生受限制的交换作用。影响包装内部气氛动态的因素：产品种类品种、成熟度、质量及温度、O2和CO2分压、乙烯浓度、光线、包装膜的渗透性、结构、厚度、面积等。

任何CAP系统都应该在低氧和高CO2浓度条件下达到以这两种气体平衡为主体的状态，这时产品的呼吸速率基本等于气体对包装膜的进出速率，系统中的任何因素发生变化都将影响系统的平衡或建立稳定态所需的时间。对果蔬而言，包装膜对CO2和O2渗过系数的比例O2/CO2也应合理，以适应果蔬的呼吸速度并能维持包装体内一定的　O2和CO2浓度。表7-6为几种适合新鲜果蔬CAP的包装膜透气性能。(www.xing528.com)

表7-6　几种适合新鲜果蔬CAP的包装膜透气性能

包装内的理想气氛状态可由包装后产品的呼吸作用自发形成，也可在包装时人为提供（配气），一般说来，对本来就有较长贮藏寿命，且气调是为了延长产品贮藏期的产品，可用自发形成的方式，而对那些只有很短贮存寿命的产品，则可考虑人工提供理想环境气氛，使包装系统很快进入气调稳定状态。

除了维持适宜的包装体内气氛状态稳定外，还可在包装内引用活性炭之类的吸附剂，以吸附由产品呼吸代谢而产生的乙烯等有害气体。对生鲜果蔬，CAP与低温贮存并用可获得非常好的保鲜效果。

2.MAP　即改善气氛包装，指用一定理想气体组分充入包装，在一定温度条件下改善包装内环境的气氛，并在一定时间内保持相对稳定，从而抑制产品的变质过程，延长产品的保质期。MAP适用于呼吸代谢强度较小的产品包装。表7-7为几种产品MAP使用的典型气体混合组成。

表7-7　某些产品MAP使用的典型气体混合组成

（续）

生鲜冷却肉品的MAP可获得良好的保鲜包装效果，图7-10为生鲜猪肉用50%CO2、25%O2和25%N2组成的理想气氛包装与单纯空气中在1℃贮存条件下的对照结果，两周后理想气氛包装的生鲜冷却肉保持良好的原有气味和色泽，而空气中贮存的肉品开始腐败，二者细菌总数相差6个数量级。

经MAP包装贮存过的产品还具有一定程度的后抑菌效应。图7-11为猪肉经50%CO2气体比例MAP包装在1℃下贮存4d，打开包装贮存于7℃条件下的抑菌效应。

图7-10　生鲜猪肉MAP的保鲜包装效果

图7-11　猪肉经MAP包装的后抑菌效应

MAP材料必须能控制所选用的混合气体的渗透速率，同时应能控制水蒸气的渗透速率。一般而言，果蔬类产品的MAP应选用具较好透气性能的材料，并注意材料O2/CO2的透过之比（适宜范围1∶8～10）。用于肌肉食品和焙烤制品的MAP包装材料，应选用具有较高阻隔性的包装材料，以较长时间维持包装内部的理想气氛。

食品MAP后的贮藏温度对保鲜包装效果影响很大，一般需在0～4℃温度条件下贮藏和流通。

（四）MAP保鲜包装设备

图7-12为GM型气体比例混合装置，可对N2、O2和CO2进行设定比例的自动混合。

图7-13为国内研究开发的MAP气调保鲜包装机，该机采用微机触摸屏控制，集微机控制、光磁感应、真空气动及复合气体混合技术于一体，可实现人机对话、理想气氛条件和工作参数任意设定、工作状态显示，适用于大型超市、农副产品配送中心、食品加工企业的农副产品、食品保鲜包装，也能适应农副产品气调保鲜包装研究。

图7-12　GM型气体比例混合装置

1.气体瓶　2.配气数字设置控制器　3、4、5、9.电磁阀　6.压力传感器
7.放气阀　8.平衡罐　10.单向阀　11.混合气体出口阀　12.气体混合罐

图7-13　间歇和连续式MAP气调保鲜包装机系列（苏州森瑞保鲜设备有限公司）