Модифицированная газовая среда
Модифицированная газовая среда (МГС) — это технологический метод хранения и транспортировки скоропортящихся продуктов, при котором естественная атмосфера в упаковке или контейнере заменяется на газовую смесь с заданным составом, отличным от состава воздуха. Основная цель применения МГС — замедление биохимических процессов (дыхания, созревания, окисления) и подавление развития микроорганизмов, что позволяет значительно продлить срок годности продукции без использования консервантов или замораживания. Метод широко используется в пищевой промышленности, фармацевтике, медицине и сельском хозяйстве.
История развития
Первые эксперименты по замене воздуха в контейнерах для хранения продуктов проводились ещё в XIX веке. В 1821 году французский изобретатель Жак-Антуан Шапталь обнаружил, что мясо, хранящееся в атмосфере углекислого газа, портится медленнее, чем на воздухе. Однако практическое применение технологии началось только в 1930-х годах, когда в Австралии и Новой Зеландии стали использовать контролируемую атмосферу (КА) для длительного хранения яблок и груш в холодильных камерах. В 1960-х годах, с развитием полимерных упаковочных материалов, метод был адаптирован для индивидуальной упаковки продуктов — так появилась модифицированная газовая среда в потребительской упаковке. В СССР исследования в этой области велись с 1970-х годов, а промышленное внедрение началось в 1980-х, в первую очередь для хранения мяса и рыбы. К концу XX века МГС стала стандартом для многих категорий продуктов в развитых странах.
Физико-химические основы
Атмосфера Земли состоит примерно из 78 % азота, 21 % кислорода и 0,04 % углекислого газа, а также следовых количеств других газов. Кислород является активным окислителем и необходим для дыхания аэробных микроорганизмов и самих продуктов (например, фруктов и овощей). Удаление или значительное снижение концентрации кислорода замедляет окислительные процессы (прогоркание жиров, потемнение мяса) и рост аэробной микрофлоры (плесени, бактерий). В то же время полное отсутствие кислорода может стимулировать развитие анаэробных патогенов, таких как Clostridium botulinum, поэтому состав газовой смеси тщательно балансируется.
Основные газы, используемые в МГС:
- Азот (N₂) — инертный газ, не вступающий в реакции с продуктами. Используется как наполнитель для вытеснения кислорода и предотвращения сжатия упаковки. Не влияет на вкус и запах.
- Углекислый газ (CO₂) — подавляет рост большинства бактерий и плесневых грибов, особенно на поверхности продукта. Растворим в воде и жирах, что может приводить к подкислению среды и изменению вкуса (например, в газированных напитках). Эффективен при концентрациях от 10 до 80 %.
- Кислород (O₂) — в некоторых случаях добавляется в малых количествах (до 5 %) для сохранения красного цвета мяса (миоглобин) или для дыхания живых продуктов (овощи, цветы).
- Аргон (Ar) — инертный газ, иногда используется вместо азота для лучшего вытеснения кислорода из-за большей плотности. Применяется реже из-за высокой стоимости.
- Оксид углерода (CO) — в малых концентрациях (до 0,5 %) используется для стабилизации красного цвета мяса, но его применение ограничено в ряде стран из-за токсичности.
Классификация методов
Технологии МГС делятся на два основных типа:
Контролируемая атмосфера (КА)
Применяется для хранения больших объёмов продукции (фруктов, овощей, зерна) в герметичных холодильных камерах. Состав газовой среды (обычно пониженное содержание O₂ и повышенное CO₂) поддерживается автоматически с помощью газоанализаторов и систем вентиляции. КА позволяет хранить яблоки до 12 месяцев, а груши — до 8 месяцев без потери качества. В России технология КА активно используется в агропромышленных комплексах Краснодарского края и Центрального региона.
Модифицированная газовая среда в упаковке (МГС-упаковка)
Применяется для индивидуальной упаковки потребительских товаров. Продукт помещается в герметичную упаковку (обычно полимерный лоток или пакет), из которой удаляется воздух и вводится заданная газовая смесь. Различают два подпроцесса:
- Активная МГС — газовая смесь вводится принудительно после вакуумирования.
- Пассивная МГС — состав газа изменяется за счёт дыхания самого продукта (например, в упаковке с «дышащими» плёнками для свежих овощей).
Применение в пищевой промышленности
МГС используется для широкого спектра продуктов. Ниже приведены типичные составы газовых смесей и сроки хранения для различных категорий:
| Категория продукта | Типичная газовая смесь | Срок хранения (при +2…+4 °C) |
|---|---|---|
| Свежее мясо (говядина) | 70 % O₂ + 30 % CO₂ | 5–10 дней |
| Свежее мясо (птица) | 30 % CO₂ + 70 % N₂ | 6–14 дней |
| Рыба и морепродукты | 40 % CO₂ + 60 % N₂ | 7–12 дней |
| Молочные продукты (сыр) | 100 % CO₂ или 30 % CO₂ + 70 % N₂ | 30–60 дней |
| Хлебобулочные изделия | 100 % N₂ или 50 % CO₂ + 50 % N₂ | 15–30 дней |
| Фрукты и овощи | 5 % O₂ + 5 % CO₂ + 90 % N₂ | 7–21 день |
| Готовые блюда | 30 % CO₂ + 70 % N₂ | 10–21 день |
Для каждого продукта состав смеси подбирается экспериментально, с учётом его физико-химических свойств и микробиологической уязвимости.
Применение в других отраслях
Медицина и фармацевтика
МГС используется для хранения медицинских инструментов, перевязочных материалов и некоторых лекарственных препаратов, чувствительных к кислороду. Например, газовые смеси с низким содержанием кислорода применяются для упаковки стерильных хирургических перчаток и имплантатов. В трансплантологии органы (почки, сердце) временно хранят в специальных растворах с насыщением кислородом, что можно рассматривать как вариант МГС.
Сельское хозяйство
Контролируемая атмосфера применяется для хранения зерна в элеваторах — снижение содержания кислорода до 2–3 % и повышение CO₂ до 15–20 % предотвращает развитие насекомых-вредителей и плесени. Метод также используется для длительного хранения семян и посадочного материала.
Электроника и металлургия
В промышленности МГС применяется для защиты от окисления при пайке и сварке (аргон, азот), а также для хранения чувствительных электронных компонентов в атмосфере инертных газов.
Оборудование и упаковочные материалы
Для реализации МГС-упаковки требуется специализированное оборудование:
- Газосмесители — устройства, смешивающие газы из баллонов в заданной пропорции. Бывают статические (для малых партий) и динамические (для непрерывного производства).
- Упаковочные машины — термоформовочные, камерные или ленточные аппараты, которые создают герметичную упаковку и вводят газовую смесь.
- Газоанализаторы — приборы для контроля состава среды в упаковке или камере.
Упаковочные материалы должны обладать низкой газопроницаемостью. Наиболее распространены многослойные полимерные плёнки (ПЭТ/ПЭ, ПА/ПЭ, EVOH-слои) и лотки из вспененного полистирола или полипропилена. Для продуктов с высоким содержанием влаги используются барьерные плёнки с алюминиевым покрытием.
Преимущества и недостатки
Преимущества
- Увеличение срока годности в 2–5 раз по сравнению с хранением на воздухе.
- Сохранение органолептических свойств (цвета, вкуса, текстуры) без замораживания.
- Снижение потребности в химических консервантах.
- Возможность транспортировки продуктов на большие расстояния.
Недостатки
- Высокие затраты на оборудование и газы (особенно для малых предприятий).
- Необходимость строгого контроля температуры — при нарушении холодовой цепи МГС теряет эффективность.
- Риск развития анаэробных патогенов (например, ботулизма) при неправильном подборе смеси.
- Ограниченная применимость для некоторых продуктов (например, для мягких фруктов, которые легко повреждаются).
Нормативное регулирование
В России применение МГС регулируется Техническим регламентом Таможенного союза «О безопасности пищевой продукции» (ТР ТС 021/2011) и «Пищевая продукция в части её маркировки» (ТР ТС 022/2011). Упаковка с МГС должна содержать маркировку «Упаковано в модифицированной газовой среде» или аналогичную. В Европейском союзе действует Директива 94/62/EC об упаковке и упаковочных отходах, а также регламент (ЕС) № 1169/2011 о предоставлении информации о пищевых продуктах. В США требования устанавливаются Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) и Министерством сельского хозяйства (USDA).
Интересные факты
- Первое коммерческое применение МГС в упаковке для мяса было осуществлено в 1970-х годах в Великобритании компанией Marks & Spencer.
- В Японии МГС используется для хранения живых морепродуктов (например, устриц) в атмосфере с высоким содержанием кислорода.
- В космической промышленности МГС применяется для хранения продуктов питания на орбитальных станциях — вакуумная упаковка с заменой воздуха на азот позволяет экономить место и вес.
- В России крупнейшим производителем оборудования для МГС является компания «Пакс» (Москва), выпускающая газосмесители и упаковочные линии.
Источники
- Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции».
- ГОСТ Р 54607–2011 «Упаковка. Модифицированная газовая среда. Термины и определения».
- Parry, R. T. (1993). Principles and Applications of Modified Atmosphere Packaging of Foods. Blackie Academic & Professional.
- Church, I. J., & Parsons, A. L. (1995). «Modified atmosphere packaging technology: A review». Journal of the Science of Food and Agriculture, 67(2), 143–152.
- Brody, A. L., Zhuang, H., & Han, J. H. (2011). Modified Atmosphere Packaging for Fresh-Cut Fruits and Vegetables. Wiley-Blackwell.
- Материалы конференции «Современные технологии упаковки пищевых продуктов» (Москва, 2020).
BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.
На главную BFOmetr →