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頂空和氣調包裝的定義
食物有許多營養價值都與新鮮度密切相關，因此包裝的重點正從簡單地延長貨架期演變為要同時保持食品質量，讓新鮮度與安全度成為優先級別的重點。而當出售不經加工的新鮮食物時，這一點變得更加重要。氣調包裝可以減緩食品質量惡化的過程，這也是氣調包裝銷售額不斷增長的原因。
當購買到密封包裝的產品時，包裝內會存有一些空間，這部分空間被通常稱為頂空。氣調包裝的頂空氣體由氧氣、二氧化碳和氮氣三種氣體的不同組合而成，其比例不同于外部的自然空氣，是經過科學實驗得出的可實施的保鮮混合氣體。
氣體的體積和成分在氣調應用中都至關重要，了解每種食品的具體氣調要求是設計和選擇包裝材料的必要條件，為此考慮影響氣調的所有因素也是至關重要的。
影響頂空和氣調包裝的因素
頂空氣體是動態的，會因許多因素而變化：
包裝
影響頂空和氣調包裝的主要因素是包裝材料的滲透性，甚至塑料聚合物也是可滲透的。然而因擴散速率不同，聚合物能讓二氧化碳擴散比氧氣多 3 - 7 倍。二氧化碳從包裝中移出是維護氣調有效性的最大挑戰之一。當頂空內的氧氣水平降低時，已知大氣中的氧氣也會浸入到包裝中。
產品與頂空的比例
頂空的量也會影響產品質量，尤其是肉制品。對于豬肉和牛肉，氣體頂空與肉的比例不應低于 2：3，否則質量會受到影響。較高的頂空對牛肉沒有區別，但會影響豬肉；因此包裝尺寸不宜過大。
氣體的溶解度
氣體會凝結并溶解到包裝食品中，導致體積減少，這是肌肉食物的主要問題之一，像魚就會存在這種問題。
呼吸速率
新鮮農產品采摘后仍能持續呼吸，呼吸速率取決于氧氣的可用性。由于呼吸作用，二氧化碳濃度將增加，并產生熱量。此外生理和外部因素的結合會導致同一產品不同批次的呼吸速率相差 10%。
外部溫度
溫度影響新鮮農產品的呼吸速率，溫度直接影響食物的質量和微生物的生長，包裝材料的氣體傳輸和氣體的溶解也取決于溫度。即使在氣調應用中，也得是較低的溫度才能維持理想的保鮮狀態，并且在產品的搬運、運輸和儲存過程中要全程得到冷鏈控制。穩態氣體濃度只有在特殊條件下才有可能，特別是這些呼吸產品。波動或更高的溫度會導致厭氧呼吸，產生不良的味道和乙醇。
相對濕度
相對低濕度或波動會導致水分流失。在包裝內，水蒸氣沒有辦法逸出，這可能會導致冷凝并產生霧狀條件。如果溫度下降到露點以下，水蒸氣就會液化，促發微生物生長。
光照
產品對光的反應取決于包裝材料、食品和光的質量。在光飽和的條件下，多葉蔬菜會進行光合作用，造成進一步的并發癥。因此綠色蔬菜在二氧化碳含量高的黑暗中儲存效果好，但由于高二氧化碳和低氧氣會導致厭氧呼吸，保持平衡對監測很重要。牛肉和火腿由于脂質的光氧化而受到光的負面影響。
運輸時間
為了計算頂空和氣調包裝的體積，必須考慮運輸距離，以補償通過可滲透包裝和溶解的氣體損失。
不同食物的頂空和氣調包裝重要性
各種易腐物品，如新鮮農產品、乳制品、海鮮和肉制品，都受益于氣調技術，不過每種食物的氣調實操都會有所不同。不同的食物規定了不同水平的氧氣和二氧化碳濃度，高濃度的二氧化碳被用作抗菌措施來保存所有食物。
新鮮農產品
在新鮮農產品中，由于果蔬是會呼吸的產品，所以即使采摘后有多生理過程仍在發生：
高阻隔性材料導致產品質量下降
乙烯的產生最終會導致成熟、過度成熟，并最終導致衰老
物理損傷也會損害新鮮農產品。
這三個生理過程可以同時發生，由于乙烯的產生，呼吸速率會上升，而乙烯又是在果實成熟過程中產生的，或者是對物理損傷和其他壓力的反應。結果顏色和香味都會發生變化。
為了降低呼吸速率，氣調包裝中的氧氣水平要比大氣中的低，二氧化碳水平比大氣中的高，這也控制了乙烯和微生物的作用。然而即使在高二氧化碳環境下，也不可能控制所有的微生物感染，因為許多微生物也會在厭氧條件下生長。如果在正確的平衡和限制下使用二氧化碳和氧氣，顏色、氣味都會得到理想狀態。但要注意確保氧氣水平不會下降，防止產生厭氧條件下的發酵和fubai。
肉
頂空分配適當的氣調包裝可以在不添加化學食品添加劑的情況下延長貨架期。將與包裝形式、肉類脂肪含量、外部溫度以及微生物菌群和負荷相互作用，宰后水分活度和非蛋白質的數量將反過來決定微生物的活性。
肉制品的質量由它們的顏色、保水性、脂肪成分和微生物活性決定。消費者更喜歡肉的紅色。包裝中的氧氣濃度決定了肉品中肌紅蛋白的氧化狀態和產品的微生物保質期。傳統上對于鮮肉，需要氧濃度大于 70% 才能產生較為理想的鮮紅色。但存在氧氣就足以使肉中的需氧fubai菌群生長，所以在氣體混合物中加入 20-30% 的二氧化碳可以延緩它們的生長。
氣調技術已被用于將家禽產品的貨架期延長一倍。它用于控制微生物的活動，應用 40 - 100% 的高二氧化碳水平與氮氣結合使用，不過厭氧菌會產生粘液和不良氣味。
海鮮
在海鮮產品中，由于脂質氧化、微生物fubai和酶活性，質量會下降。微生物降解會影響風味、質地和外觀。由于高水分含量、氣體成分和氯化鈉等添加劑，海鮮*的fubai菌大量繁殖。海鮮*的fubai菌會導致不良風味、貨架期變短并產生三甲胺，魚腥味就這么來的。
氣調包裝可以減少海鮮*的fubai菌生長，避免腥味，還可以限制脂質氧化。低脂肪魚類、扇貝，推薦使用 40% 二氧化碳 + 30% 氮氣 + 30% 氧氣；鮭魚、鱒魚、煙熏海鮮制品，推薦使用 40% 二氧化碳+60% 氮氣。
高水平的二氧化碳通過溶解在魚肌肉中形成碳酸來降低酸堿度。二氧化碳被添加到包裝中，以保持適當的氣調條件，但碳酸會使蛋白質變性致損。另一個風險是厭氧菌引起的肉毒中毒，這只能通過將氣調包裝的魚冷藏在 3.5℃ 以下來解決。
頂空分析的應用
通過氣調技術改善食品供應和質量，加上包裝變化帶來的挑戰，使得頂空和氣調分析在研究和工業中都很重要。
確保食品質量
目前正在進行廣泛的研究，以檢查不同氣調包裝條件下新鮮和鮮切食品中的微生物活性。
包裝和質量控制
在工業中，頂空和氣調分析在包裝過程中至關重要，在運輸和儲存過程中也是質量控制的關鍵。
處理
在頂空創造理想的氣調條件不僅僅局限于包裝，還可以應用于收獲后的預處理。熱處理被廣泛用于降低呼吸速率、微生物感染和低溫傷害。
埃幸關于氣調包裝應用過程中的建議：確定合適的大氣條件和設計包裝的研究依賴于將頂空中的氣體、溫度、相對濕度和儲存時間的各種組合進行比較。以下幾種測試方式是氣調質量控制中常見方案：
① 便攜式頂空分析
② 臺式頂空分析
③ 在線頂空分析
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