Модифицированная атмосфера

Модифицированная атмосфера — это газовая среда, состав которой искусственно изменён относительно нормального состава воздуха (78 % азота, 21 % кислорода, 0,9 % аргона, 0,04 % углекислого газа, незначительное количество других газов) путём удаления, добавления или замены одного или нескольких газовых компонентов. Технология создания модифицированной атмосферы (МА) применяется для замедления процессов окисления, дыхания, созревания, размножения микроорганизмов и других биохимических реакций, что позволяет продлить срок хранения продуктов, защитить материалы от коррозии или создать особые условия для проведения технологических процессов.

История

Первые научные наблюдения за влиянием состава воздуха на сохранность продуктов относятся к началу XIX века. В 1819 году французский химик Жозеф Луи Гей-Люссак опубликовал результаты опытов, показавших, что фрукты и овощи, помещённые в атмосферу с пониженным содержанием кислорода, сохраняются дольше. В 1877 году английский учёный Бенджамин Уорд Ричардсон предложил использовать углекислый газ для хранения мяса, однако практического применения эта идея не получила из-за отсутствия герметичной упаковки.

Массовое внедрение технологии началось во второй половине XX века. В 1960-х годах в Великобритании и США появились первые промышленные установки для вакуумной упаковки мяса и рыбы, а затем и для создания модифицированной атмосферы. В 1970-е годы были разработаны газовые смеси для хранения хлебобулочных изделий, молочных продуктов и готовых блюд. В СССР исследования в этой области велись с 1980-х годов, в первую очередь в институтах пищевой промышленности и холодильной техники. К концу XX века технология МА стала стандартом для многих видов упакованных продуктов.

Физико-химические основы

Модифицированная атмосфера изменяет парциальное давление газов, окружающих продукт. Основные механизмы действия:

• Снижение концентрации кислорода — замедляет окислительные процессы (прогоркание жиров, потемнение мяса, разрушение витаминов) и подавляет рост аэробных микроорганизмов (плесневых грибов, бактерий рода Pseudomonas).
• Повышение концентрации углекислого газа — обладает бактериостатическим и фунгистатическим действием, угнетает дыхание растительных тканей, снижает активность ферментов. Растворимость CO₂ в воде и жирах увеличивает его эффективность при низких температурах.
• Использование азота — инертный газ, не вступающий в химические реакции; он служит наполнителем, предотвращая сжатие упаковки при поглощении CO₂, и вытесняет кислород.
• Добавление других газов — аргон (замедляет окисление), оксид углерода (II) (стабилизирует красный цвет мяса, но токсичен), озон (обеззараживает, но разрушает упаковку).

Классификация видов модифицированной атмосферы

По составу газовой смеси

• Азотная атмосфера — 100 % N₂. Используется для продуктов, чувствительных к окислению, но не требующих бактериостатического действия (орехи, сухофрукты, кофе, чипсы). Азот вытесняет кислород, но не подавляет рост анаэробных микроорганизмов.
• Углекислотная атмосфера — 100 % CO₂ или смесь с азотом (например, 30 % CO₂ + 70 % N₂). Применяется для мяса, рыбы, птицы, сыров, хлеба. CO₂ активно угнетает микрофлору, но может вызывать изменение вкуса (кисловатый привкус) и консистенции (размягчение тканей).
• Кислородсодержащая атмосфера — 70–80 % O₂ + 20–30 % CO₂. Используется для красного мяса (говядина, баранина), чтобы сохранить ярко-красный цвет миоглобина. Высокий уровень кислорода предотвращает образование метмиоглобина, но ускоряет окисление жиров.
• Смешанные составы — варьируются в зависимости от продукта. Например, для свежей зелени (салат, шпинат) — 5–10 % O₂, 5–10 % CO₂, остальное N₂; для сыров — 0 % O₂, 30–60 % CO₂, остальное N₂.

По способу создания

• Активная модификация — газ вводится в упаковку после удаления воздуха (вакуумирование или продувка). Осуществляется на специальных упаковочных машинах (термоформеры, трейсилеры).
• Пассивная модификация — состав атмосферы изменяется за счёт дыхания продукта внутри герметичной упаковки с газопроницаемой мембраной. Применяется для «дышащих» продуктов (фрукты, овощи) в упаковке с регулируемой газообменной плёнкой.

По типу упаковки

• Газовая упаковка (MAP — Modified Atmosphere Packaging) — продукт помещается в герметичный контейнер (трей, пакет, банку) с заданным составом газов. Наиболее распространённый вариант.
• Вакуумная упаковка — удаление воздуха без последующего введения газа. Фактически является частным случаем МА (0 % O₂), но часто рассматривается отдельно.
• Упаковка с регулируемой газовой средой (CAP — Controlled Atmosphere Packaging) — поддержание заданного состава газов в течение всего срока хранения с помощью сорбентов, мембран или активных систем. Используется в крупных холодильных камерах и контейнерах.

Применение

Пищевая промышленность

Модифицированная атмосфера является одним из основных методов продления сроков годности скоропортящихся продуктов. Примеры:

• Мясо и птица — упаковка в смесь CO₂ (20–30 %) и N₂ (70–80 %) или с добавлением O₂ (для красного мяса). Срок хранения увеличивается с 2–3 дней до 7–14 дней при температуре 0–4 °C.
• Рыба и морепродукты — обычно 30–40 % CO₂ + 60–70 % N₂, без кислорода. Срок хранения — до 10–12 дней.
• Молочные продукты — твёрдые сыры (100 % CO₂ или смесь с N₂), творог (0 % O₂, 30 % CO₂). Срок хранения — до 30–60 дней.
• Хлебобулочные изделия — 100 % CO₂ или смесь с N₂. Предотвращает плесневение, сохраняет мягкость. Срок хранения — до 20–30 дней.
• Фрукты и овощи — низкое содержание O₂ (2–5 %) и повышенное CO₂ (3–10 %) замедляют дыхание и созревание. Используется как в упаковке, так и в крупных хранилищах (контролируемая атмосфера).
• Готовые блюда и салаты — 0 % O₂, 30–50 % CO₂, остальное N₂. Срок хранения — до 10–14 дней.

Медицина и биотехнологии

• Хранение биологических образцов — кровь, ткани, органы для трансплантации хранятся в атмосфере с пониженным содержанием кислорода и повышенным CO₂.
• Культивирование микроорганизмов — создание анаэробных условий (100 % N₂ или CO₂) для выращивания строгих анаэробов.
• Терапия — использование газовых смесей (например, карбоген — 95 % O₂ + 5 % CO₂) для стимуляции дыхания.

Промышленность и логистика

• Хранение металлов и сплавов — инертная атмосфера (аргон, азот) предотвращает окисление при сварке, термообработке, хранении.
• Электроника — монтаж и хранение чувствительных компонентов в атмосфере азота или аргона для исключения коррозии контактов.
• Транспортировка — контейнеры с контролируемой атмосферой (рефрижераторы, танкеры) используются для перевозки фруктов, мяса, цветов на большие расстояния.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Увеличение срока хранения в 2–5 раз по сравнению с обычной упаковкой.
• Сохранение органолептических свойств (вкус, запах, цвет, текстура) лучше, чем при замораживании или консервировании.
• Снижение потерь от порчи и списания продуктов.
• Возможность отказа от консервантов или снижения их дозировки.
• Удобство для потребителя — продукт готов к употреблению, не требует дополнительной обработки.

Недостатки

• Высокая стоимость оборудования (упаковочные машины, газовые смесители, анализаторы).
• Необходимость герметичной упаковки — любое повреждение сводит на нет эффект.
• Зависимость от температуры — при нарушении холодовой цепи рост микроорганизмов ускоряется.
• Ограниченная применимость для некоторых продуктов (например, для яблок с высоким содержанием этилена).
• Экологические проблемы — упаковка часто состоит из многослойных пластиков, которые сложно перерабатывать.

Критика и безопасность

Технология модифицированной атмосферы не вызывает принципиальных возражений со стороны органов здравоохранения. Газы, используемые в пищевой промышленности (N₂, CO₂, O₂, Ar), признаны безопасными (GRAS — Generally Recognized as Safe) Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) и Европейским агентством по безопасности продуктов питания (EFSA). Однако существуют следующие ограничения:

• Оксид углерода (II) — в ряде стран (США, Канада) разрешён для стабилизации цвета мяса, но в ЕС и России его использование в упаковке запрещено из-за токсичности и возможной маскировки признаков порчи.
• Потребительское восприятие — часть потребителей считает упаковку с МА «искусственной» или «химической», хотя газы являются природными компонентами воздуха.
• Экологический след — производство и утилизация упаковки, а также добыча газов (особенно аргона) требуют энергозатрат.

Интересные факты

• В 2019 году мировой рынок упаковки с модифицированной атмосферой оценивался в 18,5 млрд долларов США, с прогнозом роста до 27 млрд к 2027 году.
• Крупнейшими производителями газовых смесей для МА являются компании Linde, Air Liquide, Praxair (Linde plc), Air Products.
• В России технология МА активно внедряется с 2000-х годов, в первую очередь для упаковки мясной и молочной продукции. Доля упакованных продуктов с МА в розничной торговле превышает 40 % для мяса и 30 % для сыров.

Источники

• ГОСТ Р 57477–2017 «Упаковка. Упаковка в модифицированной газовой среде. Общие требования».
• Руководство по упаковке в модифицированной атмосфере. — М.: ВНИИМП, 2018.
• Blakistone B. A. Principles and Applications of Modified Atmosphere Packaging of Foods. — Springer, 1999.
• Parry R. T. Principles and Applications of Modified Atmosphere Packaging of Foods. — Blackie Academic & Professional, 1993.
• Материалы конференции «Технологии хранения пищевых продуктов», Москва, 2021.