智能包裝簡介

陳昌杰

一、智能包裝的定義[1][2]

智能包裝指能監(jiān)示商品質(zhì)量、傳送商品信息的包裝。2001年，歐洲12家食品包裝合作的研究單位和食品企業(yè)在“活性包裝和智能包裝的效果、對經(jīng)濟(jì)環(huán)境沖擊和消費者接受程度（ACTIPAK-FAIR CT98—4170）”的研究項目中，提出活性包裝和智能包裝的定義分別為：活性包裝是改變食品保存條件而延長貨架期或改善食品安全與感官質(zhì)量的包裝技術(shù)；智能包裝是在產(chǎn)品流通與銷售過程中監(jiān)測包裝食品環(huán)境條件和獲取食品質(zhì)量與安全信息包裝技術(shù)。

至今人們?nèi)匝赜蒙鲜隼砟?，把智能包裝定義為利用現(xiàn)代新材料技術(shù)、電子信息技術(shù)等手段收集包裝商品的有關(guān)信息（尤其是在運輸過程中包裝件的質(zhì)量變化、環(huán)境條件、安全信息），以達(dá)到可知、可控、可處理的目的，提高整個運輸包裝系統(tǒng)的管理效率的包裝。由此可見，智能包裝的功能，不在于提高對商品的保護(hù)效果，而是在產(chǎn)品流通與銷售過程中，提供商品環(huán)境條件、商品質(zhì)量、安全衛(wèi)生等諸多方面的信息。

二、智能包裝的分類

智能包裝大體可分為信息型智能包裝、功能材料型智能包裝、功能結(jié)構(gòu)型智能包裝等幾個大類。[2][5]

1. 信息型智能包裝

該類智能型包裝，利用信息技術(shù)反映包裝內(nèi)容物及其內(nèi)在品質(zhì)和儲運、銷售過程信息的包裝。包括商品在儲運、銷售期間周圍環(huán)境對商品質(zhì)量影響的信息記錄與表現(xiàn)；商品的生產(chǎn)信息和銷售分布信息的記錄。

2. 功能材料型智能包裝

所謂功能材料型智能包裝，指應(yīng)用新型智能包裝材料而實現(xiàn)的智能包裝。目前研究和應(yīng)用的智能型包裝材料，利用光電、溫度敏感、濕度敏感、氣體敏感等功能材料，對環(huán)境因素進(jìn)行識別與判斷，達(dá)到識別和顯示包裝微空間的溫度、濕度、壓力以及包裝的密封程度隨著時間的變化。

3. 功能結(jié)構(gòu)型智能包裝

該類智能包裝，通過增加或改進(jìn)部分包裝結(jié)構(gòu)，使包裝具有特定智能功能的包裝。

三、常見智能型包裝舉例

1. 信息型智能包裝[1][2][7]

信息型智能包裝技術(shù)將商品名稱、成分、功能、產(chǎn)地、保質(zhì)期、重量、價格以及使用指南、警告等信息，以數(shù)碼或標(biāo)簽形式存儲在包裝微芯片中，消費者可以很方便地讀取這些信息。

電子標(biāo)簽RFID（Radio Frequency Identification）即射頻識別，是大家比較熟悉的，應(yīng)用較為廣泛的一種典型的、最具廣闊的發(fā)展前景的信息型智能包裝，在商品的防偽、防盜等方面，都顯示出上佳的效果。

電子標(biāo)簽系統(tǒng)由標(biāo)簽、閱讀器和天線三部分組成。

標(biāo)簽，由耦合元件及芯片組成，可附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象上，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，高容量電子標(biāo)簽具有用戶可寫入的存儲空間；

閱讀器，即解讀器，是讀?。ㄓ袝r還可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式；

天線，在標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號。

標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽）；或者標(biāo)簽主動發(fā)送某一頻率的信號（有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽）；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

電子標(biāo)簽系統(tǒng)可實時實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，提供商品的信息，從而了解商品生產(chǎn)、儲運等基本情況。電子標(biāo)簽可貼在普通商品的包裝外面，使用十分方便。

電子標(biāo)簽使用例：

⑴ 商品防偽

只需在電子標(biāo)簽中寫入相應(yīng)的程式或者數(shù)字信息，讀取的信息上傳至總服務(wù)器，通過該信息是否與主機(jī)內(nèi)的信息相匹配，即能辨別真?zhèn)危摷夹g(shù)目前已在酒類、醫(yī)藥類商品以及票務(wù)證件等等方面得到較好的應(yīng)用。

⑵ 商品防盜

包裝上貼有電子標(biāo)簽的商品，擅自將未付款帶出商場，經(jīng)過識別設(shè)備時，產(chǎn)生感應(yīng)電流激發(fā)報警器，提醒銷售人員有為付款的商品經(jīng)過，實現(xiàn)防盜功能。

RFID標(biāo)簽生產(chǎn)成本較為昂貴，是其應(yīng)用上的一個比較突出的問題，因此人們力圖應(yīng)用新技術(shù)，降低其生產(chǎn)成本。

《標(biāo)簽技術(shù)》2016第六期，介紹了一種基于新型不干膠研發(fā)成果基礎(chǔ)上的RFID標(biāo)簽新型生產(chǎn)技術(shù)：中山利寶開發(fā)了一種RFID標(biāo)簽專用膠，將RFID標(biāo)簽的芯片及天線一起結(jié)合到不干膠中，在制造RFID標(biāo)簽時，印刷廠只需應(yīng)用常規(guī)的印刷方法完成其表面印刷就可以為客戶制造出RFID標(biāo)簽，大大地簡化了RFID標(biāo)簽的生產(chǎn)過程，為降低RFID標(biāo)簽的生產(chǎn)成本，創(chuàng)造了有利條件，如在實踐中得到大面積推廣應(yīng)用，或?qū)⒋蟠笸苿覴FID標(biāo)簽在包裝領(lǐng)域中的應(yīng)用。

2. 功能材料型智能包裝

這類智能包裝，是建立在功能性材料的基礎(chǔ)上的智能包裝。是目前智能型包裝中，在食品及藥品等商品的包裝中，應(yīng)用比較多的一種智能包裝。具體舉例如下：

⑴ 時間——溫度指示劑[1][3]

它能對食品的貯存時間和貯存溫度做出顯示。時間——溫度指示劑記錄了食品在貯存和銷售期間的溫度變化的連續(xù)過程，進(jìn)而預(yù)示食品的質(zhì)量變化情況。時間——溫度指示劑是建立在化學(xué)、機(jī)械學(xué)、酶學(xué)、微生物學(xué)等基礎(chǔ)上的質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。作為質(zhì)量監(jiān)控器，它可以指示包裝食品的溫度變化和因溫度變化引起的質(zhì)量下降水平。

時間——溫度指示劑主要應(yīng)用于兩個方面：作為倉庫管理和零售食品的巡回檢測工具，可以據(jù)此對臨近到期的食品作出正確的處理：是繼續(xù)陳列還是處理掉，這有助于保持所售食品的質(zhì)量水平的穩(wěn)定狀態(tài)。時間——溫度指示劑的應(yīng)用有助于建立一個真實銷售系統(tǒng)；每個包裝產(chǎn)品的時間——溫度指示劑是一個動態(tài)的貨架期標(biāo)簽而不是一個開放式的日期標(biāo)簽。時間——溫度指示劑能夠確保消費者所購食品是否保存良好、是否正處在貨架壽命之內(nèi)。

⑵ 氣調(diào)包裝（MAP）泄漏指示劑[1][3]

泄漏指示卡可以指示包裝在整個流通過程中的完整性。

氣調(diào)包裝采用較低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氧氣（2%）和高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的二氧化碳（20%～80%）的氣氛，以抑制新鮮果蔬的呼吸、抑制細(xì)菌的繁殖，延長商品的儲存期，其組成與空氣之間有很大的差異（空氣的組成為氮氣78%，氧氣21%，惰性氣體等0.94%，二氧化碳0.03%），包裝的泄漏會導(dǎo)致包裝內(nèi)外氣體的交換，是包裝內(nèi)的氧氣量分?jǐn)?shù)的增加和二氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低，從而降低以至完全喪失氣調(diào)包裝的功能，因此有必要對氣調(diào)包裝的泄漏情況進(jìn)行監(jiān)控。

為了達(dá)到對氣調(diào)包裝進(jìn)行監(jiān)控的目的，人們開發(fā)了泄漏指示卡——氧氣指示卡和二氧化碳指示卡。泄漏指示卡通常貼在包裝的內(nèi)側(cè)，可以提供包裝內(nèi)氧氣和二氧化碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的信息，從而指示包裝的完整性。

① 氧氣指示卡

正常情況下，氣調(diào)包裝中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)低于空氣中的氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，一旦包裝破損，氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將提高，因此我們可以應(yīng)用氣調(diào)包裝中氧的變化，來表征是包裝泄漏情況，為此使用了氧指示卡來監(jiān)控氣調(diào)包裝的泄漏。

典型的可視氧指示卡包括一種具有氧化還原作用的染料，一種還原化合物和一種堿性物質(zhì)，當(dāng)指示卡上的氧化還原染料被氧化時，可以觀察到染料顏色的變化。非可視化氧氣指示卡含有能發(fā)熒光的內(nèi)置體系，同時通過配置外部設(shè)備檢測熒光強(qiáng)度來測定包裝內(nèi)的氧氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)與可視化的氧氣指示器相比，它能更客觀，更準(zhǔn)確地反映氧氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。TNO開發(fā)的光學(xué)氧氣傳感法，將熒光猝滅在特殊處理的染料上，染料受脈沖激活后，會發(fā)出強(qiáng)度跟氧氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正比的熒光，這種方法對氧氣非常敏感，可在不到1 s時間內(nèi)完成測定。

② 二氧化碳指示卡

氣調(diào)包裝中二氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低，也是氣調(diào)包裝破損的標(biāo)志之一，因此也可將二氧化碳指示卡，作為氣調(diào)包裝的泄漏指示卡。但由于包裝泄漏時，會導(dǎo)致微生物的繁殖，產(chǎn)生二氧化碳，從而使二氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低的顯著性下降，二氧化碳指示卡作為氣調(diào)包裝泄漏指示卡使用，效果往往并不十分理想。

⑶ 新鮮度指示劑[4][1]

新鮮度指示劑通過對微生物生長過程中產(chǎn)生的新陳代謝產(chǎn)物的反應(yīng)來直接指示產(chǎn)品中的微生物質(zhì)量。食品腐敗微生物的代謝會產(chǎn)生許多代謝物，如有機(jī)酸、乙醇、揮發(fā)性含氮化合物等，新鮮度指示卡通過這些代謝物引起的指示標(biāo)簽變色，給人們以相應(yīng)的提示。

① 硫化氫指示劑

貯藏期間的家禽包裝劣化會產(chǎn)生大量的硫化氫。硫化氫它與肌血球相遇時，形成一種綠色素——硫肌球素。為了對家禽肉類的氣調(diào)包裝的質(zhì)量控制，在以肌血球為基礎(chǔ)的新鮮度指示劑中，運用了硫肌球素的形成法。將氫敏指示劑吸收高濃度肌球素溶液進(jìn)入生化瓊脂糖方塊上，并將方塊封閉在透氫膜內(nèi)。

這種附加在容納非腌泡燒烤食品淺盤包裝用蓋材料的內(nèi)表面上，以肌球素為基礎(chǔ)的被肉眼可見的顏色改變，與燒烤食品樣本的質(zhì)量有關(guān)。新鮮度指示劑其顏色的改變，與感官對氣味的不良反應(yīng)同時發(fā)生。

② 酶（pH）反應(yīng)型指示器

酶反應(yīng)型指示劑實質(zhì)上是一類pH值指示劑，它測量的是酶催化的脂類底物水解釋放的質(zhì)子H。質(zhì)子釋放速率與溫度有關(guān)，溫度越高，其釋放速率越快，通過顏色的改變可以推測出食品的剩余貨架期。瑞典Vitsab環(huán)形指示器，由兩個隔開的小囊組成，一個囊中裝有分解脂肪的酶的水溶液，另一袋中裝有載有脂類底物的聚氯乙烯水溶液，溶液中放有pH指示劑。

在使用時，先通過外力壓破兩個小囊之間的隔膜，使兩種溶液混合，整個溶液成酸性，pH指示劑的顏色也就隨之改變。根據(jù)內(nèi)環(huán)顏色的變化，消費者可以判斷出是否可以食用。內(nèi)環(huán)顏色為白色時，處于未激活狀態(tài)；如內(nèi)環(huán)的顏色與左側(cè)箭頭內(nèi)顏色相近時，表示可以食用；與右側(cè)箭頭顏色相近時，就不能食用。在未激活之前，這種指示劑可以在室溫下保存，使用起來比較方便，既可以固定在包裝密封上，也可安放在貨架內(nèi)的包裝袋之間或散裝箱內(nèi)。

（4） 擴(kuò)散型指示器

擴(kuò)散型指示器是根據(jù)物質(zhì)的擴(kuò)散特性而設(shè)計的。物質(zhì)的擴(kuò)散速度與溫度有關(guān)，溫度越高，擴(kuò)散速度越大。指示器通過不同的指示位標(biāo)就可以知道食品接觸溫度的歷程和剩余貨架期。

3. 功能結(jié)構(gòu)型智能包裝[6]

功能結(jié)構(gòu)型智能包裝是從包裝的結(jié)構(gòu)著手，改變傳統(tǒng)包裝的結(jié)構(gòu)，利用現(xiàn)代化技術(shù)，實現(xiàn)智能化的功能，比較典型的例子如食品漲袋報警包裝。食品漲袋報警包裝是在包裝袋底部，嵌人一個封閉的自動報警系統(tǒng)，當(dāng)包裝袋內(nèi)的食品漲袋產(chǎn)生的壓力大于設(shè)計的正常壓力時，報警系統(tǒng)就會自動報警，提示食品已漲袋變質(zhì)，從而提醒商家及時將變質(zhì)的食品下架、提醒在消費者及時處理家中儲存的變質(zhì)食品，避免變質(zhì)食品對人們的危害。