气调包装的保鲜机理是通过在包装内充入一定的气体，破坏或改变微生物赖以生存繁殖的条件，以减缓包装食品的生化变质，达到保鲜防腐的目的。所用的气体通常为CO2、O2和N2或它们的各种组合，而每种气体对鲜肉的保鲜作用不尽相同。
CO2在气调包装中充当细菌抑制剂。1933年，澳大利亚和新西兰最早开始用高浓度的CO2保存鲜肉，1938年有26％来自澳大利亚及60％来自新西兰的牛肉是以填充高浓度CO2
包装进行船舶运输，在－1.4℃的储存温度下，经过处理的牛肉有40天～50天的储存期。CO2是一种稳定的化合物，无色、无味，对大多数需氧菌和霉菌的繁殖有较强的抑制作用，同时，也可延长细菌生长的滞后期和降低其对数增长期的速度。
CO2的抑菌作用，一是在高浓度CO2的包装袋内，CO2取代了O2，高CO2环境使大量好气性微生物(如假单胞菌)生长受到抑制；二是由于
CO2可溶解于水中，形成碳酸(H2CO3)，降低pH值，使某些不耐酸的微生物失去生存的必要条件；三是通过对细胞的渗透作用。在同温同压下CO2在水中的溶解度是O2的6倍，渗入细胞的速率是O2的30倍，由于CO2的大量渗入，会影响细胞膜的结构，增加膜对离子的渗透力，改变膜内外代谢作用的平衡，而干扰细胞正常代谢，使细菌生产受到抑制。CO2渗入还会刺激线粒体ATP酶的活性，使氧化磷酸化作用加快，使ATP减少，使机体代谢生长所需能量减少。
影响CO2抑菌作用的因素很多，主要包括以下几个方面：肉品中的微生物种类，CO2的应用时间，CO2浓度，储存温度。CO2对不同种类的微生物作用不同，一般来说，G－细菌比G＋细菌对CO2更敏感。常见的引起肉品腐败的细菌如G－的假单胞菌、不动杆菌和莫拉菌可以被20％的CO2抑制，而G＋的Brochothrixthermosphacta则能够在50％的CO2中生长，乳酸菌对CO2有很高的抗性，甚至在100％的CO2中生长。CO2对引起食物中毒的厌氧菌影响不显著，无氧和高浓度CO2会促进它们的生长。
CO2的应用时间对其抗菌效果也有重要影响，对CO2敏感的微生物，在其生长早期使用CO2，可以延长其迟滞期，当其进入对数生长期后，CO2对其抑制作用降低。因而气调包装应用时间越早，抑菌效果越好。
尽管各种微生物对于CO2的敏感程度不同，但一般来说，酵母、霉菌与细菌可以被5％～50％的CO2抑制。在0％～20％的浓度范围内，CO2抑菌效果线性增加；浓度高于20％时，CO2的抑菌效果的增加相对较小。
低温可以增加CO2的抑菌效果。这可能是由于低温下CO2在水中易于溶解，有利于快速形成碳酸，并解离成H＋与HCO3－。GillandHarrison(1989)研究证明，低温条件下，CO2气调包装的猪肉腐败大大减慢。在气调包装中使用O2主要是由于肌肉中肌红蛋白与氧分子结合后，成为氧合肌红蛋白而呈鲜红色，因此，为保持肉的鲜红色，包装袋内必须有O2。自然空气中含O2约20.9％，因此新切面肉表面暴露于空气中则显浅红色。据报道，在0℃、相对湿度99.3％时，氧分压800±400Pa(0.4％O2～1.2％O2)时高铁肌红蛋白形成最多，O2必须在5％以上方能减少高铁肌红蛋白的形成。但据Bartkowski(1982)指出，氧必须在10％以上才能维持鲜红，40％以上的O2能维持9天良好色泽。鲜红的氧合肌红蛋白的形成还与肉表面潮湿与否有关，表面潮湿，则溶氧量多，易于形成鲜红色。O2虽然可以维持良好的色泽，但由于O2的存在，在低温条件下(0℃～4℃)也易造成好气性假单胞菌生长，因而使保存期要低于真空包装。此外，O2还易造成不饱和脂肪酸氧化酸败，致使肌肉褐变。N2是惰性气体，对被包装物一般不起作用，也不会被食品所吸收。N2对塑料包装材料的透气率很低，因而可作为混合气体缓冲或平衡包装内气体，并可防止因充入CO2所造成的压塌现象。
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