Упаковка в модифицированной газовой среде (МГС/MAP): что это и как работает

Что такое упаковка в модифицированной газовой среде MAP/МГС

Упаковка в модифицированной газовой среде - это технология, при которой обычный воздух внутри упаковки удаляют или вытесняют и заменяют чистым газом либо специально подобранной газовой смесью. В международной практике используется сокращение MAP - Modified Atmosphere Packaging, в России - МГС, то есть модифицированная газовая среда.

Чаще всего в пищевой упаковке применяют три газа:

·   кислород O₂;

·   диоксид углерода CO₂;

·   азот N₂.

Их используют по отдельности или смешивают в различных пропорциях в зависимости от продукта, упаковочного материала, требуемого срока годности и условий хранения.

Изменение состава атмосферы внутри упаковки позволяет замедлить нежелательные химические и биохимические процессы, ограничить развитие некоторых микроорганизмов и дольше сохранять вкус, цвет, запах и структуру продукта. Технология применяется для мяса, птицы, рыбы, сыров, молочной продукции, хлеба, готовых блюд, свежих овощей и фруктов, кофе, снеков и многих других категорий.

Чем MAP отличается от обычной упаковки

Обычный атмосферный воздух содержит приблизительно 21% кислорода, около 78% азота и небольшое количество других газов. Для многих продуктов такое содержание кислорода нежелательно.

Кислород способствует:

·   окислению жиров;

·   прогорканию продукта;

·   изменению цвета;

·   разрушению некоторых витаминов и ароматических веществ;

·   развитию аэробных бактерий и плесени.

При упаковке в МГС состав атмосферы изменяют так, чтобы замедлить наиболее значимые для конкретного продукта процессы порчи. Например, из упаковки кофе или снеков стараются максимально удалить кислород и заменить его азотом. В упаковке хлебобулочных изделий может использоваться повышенная концентрация CO₂ для ограничения развития плесени. Для свежего красного мяса, наоборот, применяют смеси с высоким содержанием кислорода, поскольку он помогает сохранять привлекательный красный цвет.

Таким образом, универсальной газовой смеси для всех пищевых продуктов не существует. Состав МГС подбирают под конкретный продукт и технологический процесс. Необходимое соотношение газов зависит как минимум от вида продукта, требуемого срока годности и задач микробиологического контроля.

Какие задачи решает упаковка в МГС

Увеличение срока годности

Изменение концентраций O₂ и CO₂ может замедлить окисление и развитие чувствительной к газовой среде микрофлоры. Конкретный эффект зависит от продукта и должен подтверждаться испытаниями срока годности.

Сохранение качества и внешнего вида

MAP помогает дольше сохранять цвет, аромат, консистенцию и другие органолептические характеристики продукта. Например, высокий уровень кислорода поддерживает красный цвет свежего мяса, а отсутствие кислорода снижает риск прогоркания кофе, орехов и снеков.

Снижение потерь продукции

Более стабильный срок хранения позволяет уменьшить количество списаний, упростить складскую логистику и перевозить скоропортящуюся продукцию на большие расстояния.

Сокращение применения консервантов

В некоторых продуктах MAP позволяет уменьшить количество консервантов или отказаться от отдельных добавок. Однако газовая среда не заменяет санитарные меры, охлаждение и подтверждение безопасности продукта.

Защита продукта от механического повреждения

Азот может выполнять функцию газа-наполнителя. Например, газовая подушка в упаковке чипсов не только вытесняет кислород, но и защищает хрупкий продукт от повреждения.

Ограничения технологии MAP

Упаковка в модифицированной газовой среде имеет не только преимущества. Это сравнительно сложный технологический процесс, чувствительный к качеству сырья, параметрам оборудования, упаковочным материалам, настройкам упаковочных линий и организации производственного контроля.

Сравнительно высокая сложность процесса

Причинами нестабильного результата могут стать неправильный состав газовой смеси, негерметичная упаковка, неверное распределение температуры или давления при запайке, загрязнение либо износ упаковочного инструмента, попадание продукта в зону шва, повреждение плёнки или лотка. Даже при использовании современного оборудования ошибки полностью исключить нельзя, поэтому процесс требует системного контроля.

Дополнительные затраты

MAP требует расходов на пищевые газы, барьерные упаковочные материалы, измерительное оборудование и работу персонала, выполняющего контроль качества. Эти затраты можно снижать за счёт рационального расхода газа, правильного выбора упаковки, автоматизации и предупреждения брака, но полностью исключить их нельзя.

Возможное влияние на свойства продукта

Слишком высокая концентрация CO₂ может привести к его поглощению продуктом, появлению кислого привкуса, уменьшению объёма газовой подушки и деформации упаковки. Для свежего красного мяса применяются смеси с высоким содержанием кислорода, позволяющие сохранять яркий цвет. При этом влияние очень высоких концентраций O₂ на отдельные показатели качества мяса остаётся предметом обсуждения. Профессионалы отмечают, что убедительных данных о предполагаемом повышении жёсткости мяса недостаточно.

Большинством перечисленных рисков можно управлять с помощью правильно подобранной смеси, стабильного температурного режима, исправного упаковочного оборудования и комплексного контроля качества.

Как работают пищевые газы

Диоксид углерода CO₂

Диоксид углерода - основной газ, используемый для подавления развития многих аэробных бактерий и плесневых грибов. Он не имеет цвета и запаха и применяется в смесях для мяса, рыбы, сыров, хлебобулочных изделий и готовых блюд.

Действие CO₂ связано не только с его концентрацией в свободном пространстве упаковки. Газ растворяется во влаге и жирах продукта. Растворённый CO₂ оказывает влияние на микроорганизмы и может вызывать небольшое снижение pH водной фазы продукта.

На растворимость и эффективность CO₂ влияют:

·   температура;

·   содержание влаги и жира;

·   кислотность продукта;

·   активность воды;

·   соотношение объёма газа и продукта;

·   продолжительность хранения.

При снижении температуры растворимость CO₂ обычно увеличивается, как и его антимикробное действие. Поэтому модифицированная атмосфера наиболее эффективна в сочетании со стабильной холодильной цепью.

У CO₂ есть и ограничения. Слишком высокая концентрация может привести к:

·   кислому привкусу;

·   усиленному выделению влаги;

·   изменению цвета или текстуры;

·   поглощению газа продуктом;

·   уменьшению объёма газовой подушки;

·   схлопыванию упаковки.

Чтобы упаковка сохраняла форму, в смесь нередко добавляют азот.

Азот N₂

Азот - химически инертный газ. Он практически не оказывает непосредственного антимикробного действия, но выполняет несколько важных функций.

Азот:

·   вытесняет из упаковки атмосферный воздух и кислород;

·   замедляет окисление жиров и ароматических компонентов;

·   служит поддерживающим газом;

·   уменьшает риск схлопывания упаковки;

·   создаёт защитную газовую подушку.

Чистый азот или смеси с высоким содержанием N₂ часто применяют для кофе, орехов, снеков, сухого молока и других продуктов, чувствительных к окислению.

Азот сравнительно медленно проходит через многие полимерные материалы и дольше сохраняется внутри герметичной упаковки. Однако даже чистый газ на входе упаковочной машины не гарантирует низкого остаточного кислорода в готовой упаковке: результат зависит от способа вытеснения воздуха, настроек оборудования, объёма свободного пространства и герметичности.

Кислород O₂

В большинстве видов MAP содержание кислорода стараются уменьшить, поскольку он ускоряет окисление и способствует развитию аэробных микроорганизмов. Однако есть продукты, для которых кислород необходим.

Свежее красное мясо

В упаковке свежей говядины и некоторых других видов красного мяса могут применяться смеси с содержанием кислорода около 70-80%. Кислород способствует образованию оксимиоглобина - пигмента, который придаёт мясу ярко-красный цвет. При недостатке кислорода цвет может становиться бурым или сероватым.

Фрукты, овощи и зелень

Свежая растительная продукция продолжает дышать после сбора. Полное удаление кислорода может привести к переходу на анаэробный обмен, брожению, появлению неприятного запаха и порче.

Для фруктов и овощей обычно оставляют небольшую концентрацию O₂ и подбирают упаковочный материал с определённой газопроницаемостью. Состав атмосферы формируется с учётом:

·   интенсивности дыхания продукта;

·   температуры;

·   площади и проницаемости плёнки;

·   размера упаковки;

·   наличия микроперфорации.

Такую систему часто называют равновесной модифицированной атмосферой: состав газа внутри упаковки устанавливается в результате баланса между дыханием продукта и газообменом через плёнку.

Примеры газовых смесей для разных продуктов

Ниже приведены ориентировочные диапазоны, встречающиеся в отраслевых материалах. Они показывают общую логику применения газов, но не являются готовыми рецептурами для запуска производства.

Фактическая смесь должна определяться после испытаний с конкретным продуктом, плёнкой, упаковочной машиной и предполагаемым температурным режимом.

Даже продукты одной категории могут требовать разных составов. Например, мягкий и твёрдый сыр по-разному поглощают CO₂. Свежая рыба с высоким содержанием жира имеет иные риски окисления, чем нежирная белая рыба. Состав готового блюда может включать несколько компонентов с разной влажностью, кислотностью и микрофлорой.

Почему правильная газовая смесь ещё не гарантирует срок годности

Одна из самых распространённых ошибок - считать, что достаточно выбрать подходящее соотношение O₂, CO₂ и N₂, после чего продукт автоматически получит требуемый срок хранения. На практике срок годности формируется всей технологической системой.

Качество исходного сырья

MAP замедляет часть процессов порчи, но не может восстановить уже испорченное или сильно обсеменённое сырьё. Чем выше начальная микробиологическая нагрузка, тем меньше потенциальный эффект упаковки.

Гигиена производства

Загрязнение продукта во время разделки, нарезки, приготовления или фасовки может свести к минимуму преимущества газовой среды. Особенно важны чистота оборудования, инструментов, рабочих поверхностей и упаковочной зоны.

Температура

Модифицированная атмосфера не заменяет охлаждение. Нарушение холодильной цепи ускоряет микробиологические и биохимические процессы и изменяет взаимодействие CO₂ с продуктом.

Характеристики продукта

На устойчивость продукта влияют:

·   pH;

·   активность воды;

·   содержание соли;

·   количество жира и влаги;

·   способ тепловой обработки;

·   наличие консервантов;

·   состав микрофлоры.

Соотношение объёма газа и продукта

Важно не только процентное содержание CO₂, но и его фактическое количество внутри упаковки. Если свободного пространства слишком мало, значительная часть CO₂ может раствориться в продукте, а оставшегося газа окажется недостаточно для поддержания требуемой атмосферы. Для некоторых продуктов в отраслевой практике используют ориентир по отношению объёма газа к объёму продукта около 2:1, но это не универсальное правило и оно должно проверяться экспериментально.

Барьерные свойства упаковки

Упаковочный материал должен удерживать заданную атмосферу в течение всего срока годности. Значение имеют:

·   проницаемость для кислорода;

·   проницаемость для CO₂;

·   толщина и структура материала;

·   устойчивость к проколам;

·   качество формования;

·   совместимость верхней плёнки и лотка.

При переходе на более тонкую, перерабатываемую или мономатериальную упаковку нельзя автоматически предполагать, что она обеспечит такую же газовую защиту, как прежний материал. Эквивалентность необходимо подтверждать испытаниями.

Герметичность шва

Даже правильно подобранная смесь быстро теряет свойства, если упаковка негерметична. Причиной утечки могут стать:

·   загрязнение зоны запайки;

·   складки плёнки;

·   остатки жира, соуса или продукта в шве;

·   неверные температура, давление или время запайки;

·   повреждение лотка или плёнки;

·   износ инструмента;

·   микропроколы.

Через негерметичный шов внутрь поступает атмосферный кислород, а CO₂ и N₂ выходят наружу. При этом газовая смесь на выходе смесителя может полностью соответствовать заданию, но состав газа внутри готовой упаковки окажется неправильным.

Как создаётся модифицированная атмосфера

Существует несколько способов формирования МГС.

Вакуумирование с последующей подачей газа

Сначала из упаковки удаляют воздух, затем вводят требуемую смесь и выполняют запайку. Такой процесс иногда называют компенсированным вакуумом. Его преимущество - возможность получить сравнительно низкое содержание остаточного кислорода. Недостаток - более продолжительный цикл, поскольку удаление воздуха и заполнение газом выполняются последовательно.

Продувка газом

Газ непрерывно подаётся в упаковку и вытесняет воздух перед запайкой. Этот способ широко применяется в машинах типа flow-pack и на других высокопроизводительных линиях. Процесс может быть быстрым, но эффективность вытеснения зависит от направления и расхода газа, конструкции упаковки, скорости линии и положения продукта. Остаточный кислород после продувки нередко оказывается выше, чем после вакуумирования.

Пассивное формирование атмосферы

Такой подход применяется главным образом для фруктов, овощей и зелени. Атмосфера внутри упаковки изменяется вследствие дыхания продукта и газообмена через плёнку. В этом случае особенно важны температура, интенсивность дыхания продукта и проницаемость упаковочного материала.

Какое оборудование используется в процессе MAP

Упаковка в модифицированной газовой среде - это не один прибор или одна машина, а технологическая цепочка.

Источник пищевых газов

На предприятии могут использоваться:

·   баллоны с готовыми смесями;

·   рампы из нескольких баллонов;

·   моноблоки;

·   криогенные ёмкости;

·   генераторы азота;

·   отдельные чистые газы для смешения на месте.

Газосмеситель

Если предприятие получает отдельные газы, газосмеситель формирует смесь в заданной пропорции. Такое решение особенно удобно при значительном расходе газа, наличии нескольких рецептур или необходимости оперативно менять состав смеси. При этом важно контролировать не только процентное соотношение компонентов, но также входное давление, расход, производительность смесителя и характер отбора газа упаковочной машиной.

Упаковочная машина

MAP применяется на разных типах оборудования:

·   камерных вакуумных машинах;

·   термоформерах;

·   трейсилерах;

·   горизонтальных и вертикальных машинах flow-pack;

·   автоматических и полуавтоматических упаковочных линиях.

Способ введения газа и требования к его расходу различаются в зависимости от конструкции машины.

Газоанализатор

Газоанализатор позволяет проверить содержание кислорода и углекислого газа. Контроль может проводиться в двух разных точках:

1. В газовой смеси перед упаковочной машиной - чтобы подтвердить работу смесителя и системы газоснабжения.

2. В свободном пространстве готовой упаковки - чтобы проверить фактический результат упаковочного процесса.

Эти измерения не заменяют друг друга. Правильный состав газа на входе не гарантирует правильный состав внутри упаковки.

Для выборочного контроля из упаковки отбирают небольшую пробу через самоклеящуюся уплотнительную накладку. Газ поступает в анализатор, который определяет концентрацию O₂ и, при соответствующей комплектации, CO₂.

Портативные анализаторы OXYBABY предназначены именно для такого контроля: газовая проба отбирается встроенным насосом, а результаты измерений могут сохраняться с привязкой к продукту, оператору и упаковочной линии.

Оборудование для проверки герметичности

Анализ состава газа показывает состояние атмосферы в момент измерения, но не всегда позволяет определить, сохранится ли она в течение всего срока годности. Поэтому газовый анализ дополняют проверкой герметичности:

·   испытанием в воде;

·   вакуумным методом;

·   контролем по CO₂;

·   неразрушающим или разрушающим испытанием;

·   выборочным или поточным контролем.

WITT рассматривает анализ состава газа и проверку герметичности как разные, но взаимосвязанные части системы обеспечения качества MAP.

Что необходимо контролировать на производстве

Программа контроля МГС обычно включает несколько уровней.

Газоснабжение

Проверяют наличие газов, давление, отсутствие подсоса воздуха и стабильность подачи.

Состав приготовленной смеси

Подтверждают фактическое соотношение компонентов после смесителя.

Остаточный кислород и CO₂ в упаковке

Измеряют фактическую атмосферу после упаковки. Контроль целесообразно проводить не только сразу после запуска линии, но и после переналадки, смены плёнки, остановок, ремонта и изменения рецептуры.

Герметичность

Проверяют шов и упаковку на наличие утечек и микропротечек.

Стабильность в течение срока годности

Во время испытаний необходимо отслеживать изменение состава газа, микробиологических показателей и органолептических характеристик продукта. Кислород может как выделяться из продукта, так и поглощаться им. Поэтому при разработке срока годности измерение только сразу после упаковки не даёт полной картины: состав газа следует проверять после выдержки и в разные моменты хранения.

Документирование

Результаты измерений связывают с:

·   датой и временем;

·   наименованием продукта;

·   партией;

·   упаковочной линией;

·   оператором;

·   заданными пределами;

·   выявленными отклонениями;

·   корректирующими действиями.

Документирование помогает анализировать тенденции, находить причины нестабильности и подтверждать выполнение производственных процедур во время аудитов.

MAP не заменяет систему пищевой безопасности

Модифицированная газовая среда замедляет отдельные процессы порчи, но не стерилизует продукт и не останавливает развитие всех микроорганизмов.

Безопасность и установленный срок годности должны обеспечиваться совокупностью факторов:

·   качеством исходного сырья;

·   санитарным состоянием производства;

·   соблюдением холодильной цепи;

·   характеристиками продукта;

·   правильно подобранной упаковкой;

·   подтверждённой герметичностью;

·   микробиологическими исследованиями;

·   испытаниями срока годности.

Поэтому срок хранения нельзя устанавливать только на основании состава газовой смеси или единичного измерения O₂ и CO₂. Этой теме целесообразно посвятить отдельный материал о валидации срока годности продуктов в MAP.

Маркировка продукции, упакованной в МГС

Применение упаковочных газов должно быть отражено в маркировке пищевой продукции в соответствии с действующими требованиями ЕАЭС.

На упаковке может использоваться указание о том, что продукт упакован в защитной атмосфере или модифицированной газовой среде. Конкретная формулировка зависит от вида продукции и применимых технических регламентов.

Подробный разбор требований к маркировке, наименованиям упаковочных газов и их обозначению лучше вынести в отдельный материал.

Основные ошибки при внедрении MAP

На практике проблемы чаще возникают не из-за самой технологии, а из-за упрощённого подхода к её внедрению.

1. Использование табличной газовой смеси без испытаний на конкретном продукте.

2. Попытка увеличить срок годности без улучшения санитарного состояния производства.

3. Отсутствие стабильной холодильной цепи.

4. Контроль смеси только после смесителя, без измерения газа в готовой упаковке.

5. Проверка упаковки только сразу после выпуска.

6. Игнорирование поглощения CO₂ продуктом.

7. Слишком маленькое свободное пространство внутри упаковки.

8. Применение плёнки с неподходящей газопроницаемостью.

9. Отсутствие систематического контроля герметичности.

10. Работа газоанализатором без регулярной проверки и калибровки.

11. Отсутствие журнала измерений и установленных допустимых пределов.

12. Изменение продукта, рецептуры или упаковочного материала без повторной валидации срока годности.

Главное: MAP - это управляемый процесс, а не просто газ

Упаковка в модифицированной газовой среде может значительно замедлить порчу продуктов, сохранить их внешний вид и облегчить логистику. Но эффективность технологии определяется не названием газовой смеси и не одним показанием анализатора.

Если один из элементов этой цепочки нестабилен, правильная смесь сама по себе не обеспечит ожидаемый результат.

Именно поэтому газоанализатор следует рассматривать не как прибор, который «контролирует срок хранения», а как средство контроля фактического состава газовой среды. Он помогает подтвердить, что упаковочный процесс работает в установленных пределах, своевременно выявить отклонения и сохранить прослеживаемость измерений.