Упаковка в Газовой Среде

        Для упаковывания свежих овощей, фруктов, пищевых продуктов, мясных, кулинарных, хлебобулочных, кондитерских изделий и др. в странах Западной Европы и США более 20 лет используют вакуумную упаковку с регулируемым и модифицированным составом газовой среды.
        Газообразная смесь любого состава внутри вакуумного пакета 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%.
        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.

        Рекомендуемые условия хранения пищевых продуктов и состав МГС:

Продукты питания	Температура, оС	Состав газовой смеси, %			Сохранность продукта
		О2	CО2	N2
"Дышащие"
Яблоки	0 - 5	2 - 3	1 - 2	равновесное	а - в
Клубника	0 - 5	10	15 - 20	равновесное	а
Лук зеленый	0 - 5	2 - 5	0 - 2	равновесное	в
Грибы	0 - 5		10 - 15	равновесное	в
Помидоры	8 - 12	3 - 5	0	равновесное	в
"Не дышащие"
Мясо в ломтиках	0 - 2	0	80	20	а
Мясо красное	0 - 2	30	30	40	а
Цыплята	0 - 2	0	30	70	в
Белая рыба	0 - 2	30	40	30	с - d
Жирная рыбы	0 - 2	0	60	40	в
Охлажденные блюда	0 - 2	0	20	80	в
Сыр	0 - 2	0	0	100	а
Выпечка	20 - 22	0	100	0	а
Пасты	0 - 5	0	60	40	а

Обозначения: а - имеется опыт использования, в - отлично; с - хорошо. d - удовлетворительно

        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 О₂ может появиться анаэробное дыхание и нежелательный аромат (вследствие накапливания молекул этанола и ацетальдегида), а повышенное содержание О₂ 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.).

        Проницаемость различных полимерных материалов для указанных выше газов:

Материал пленочный	Газопроницаемость (см3 х см/см2 х см.рт.ст)
	О2	CО2	N2
ПЭ	1,8*10-10	5,5*10-10	2,5*10-10
ПП	7,0*10-10	3,3*10-10	1,3*10-10
ПЭТ-ПЭ	1,1*10-10	2,0*10-10	6,0*10-10
ПЭТ-ПП	5,6*10-10	1,4*10-11	4,0*10-10
ПЭТ 20 мкм	1,6*10-11	4,0*10-12	1,2*10-10
ПЭТ металлизированный	2,4*10-12	5,0*10-13	1,5*10-13

        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 МТС 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 термоусадочных пакетов упрощает процесс упаковывания в МГС. 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 CО₂.
        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% CО₂ 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.