交互式智能包裝在生鮮類食品中的應(yīng)用研究

河南科技大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院河南 洛陽 471023

0 引言

生鮮類食品與其他種類的食品相比，具有鮮明的地域性、季節(jié)性以及時(shí)鮮性，這些特性對(duì)產(chǎn)品的銷量、價(jià)格、口碑，甚至對(duì)消費(fèi)者的身心健康都有較大的影響。生鮮類食品的時(shí)鮮性，即其“新鮮度”將直接影響生鮮類食品的口感、營養(yǎng)價(jià)值等，一些失鮮的生鮮類食品被消費(fèi)者誤食后將有損消費(fèi)者的身心健康，嚴(yán)重影響消費(fèi)者權(quán)益[1]。消費(fèi)者在選購生鮮類食品時(shí)，大多只能依靠感官及經(jīng)驗(yàn)判斷產(chǎn)品的新鮮度，缺乏有效的科學(xué)依據(jù)。傳統(tǒng)生鮮類食品包裝所攜帶的信息十分有限，多為產(chǎn)品的生產(chǎn)日期及保質(zhì)期等文字信息，往往只注重容裝性及產(chǎn)品信息的二維表達(dá)。由于生鮮類產(chǎn)品的特殊性，其更易因外界環(huán)境而突發(fā)變質(zhì)，因此，在產(chǎn)品種類增加、產(chǎn)品銷售地域性擴(kuò)展、產(chǎn)品等級(jí)細(xì)分等發(fā)展趨勢(shì)下，傳統(tǒng)生鮮類食品包裝已不能滿足生鮮類食品的流通需求[2]。以包裝上的產(chǎn)品信息表達(dá)為例，傳統(tǒng)生鮮類食品包裝在向消費(fèi)者表達(dá)產(chǎn)品信息的過程具有明顯的局限性：1）信息表達(dá)主要依靠文字與裝潢設(shè)計(jì)，表達(dá)方式上注重邏輯性思維；2）承載信息復(fù)雜、易識(shí)別性差且不具有時(shí)效性；3）一般不具備防偽功能；4）不能有效對(duì)包裝產(chǎn)品進(jìn)行品質(zhì)評(píng)價(jià)。

隨著包裝技術(shù)的不斷發(fā)展，智能包裝的應(yīng)用迅速崛起，新的包裝理念正不斷引入生鮮類食品包裝。智能包裝的種類豐富、功能多樣，是多學(xué)科交叉應(yīng)用下的產(chǎn)物[3-5]，而交互式智能包裝則能夠通過人-物、物-物以及人-物-物的多種交互形式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的新鮮度指示、信息追溯等功能，并達(dá)到智能化、互動(dòng)性傳遞產(chǎn)品信息和提高物流效率的目的。本研究對(duì)具有交互特性的智能包裝在生鮮類食品中的應(yīng)用進(jìn)行研究，明確交互式智能包裝的定義，分析交互式智能包裝在生鮮類食品包裝中的應(yīng)用方式及意義，以期為交互式智能包裝在生鮮類食品中的推廣應(yīng)用提供理論參考。

1 交互式智能包裝

1.1 基本概念

智能包裝一般指能夠“控制”“識(shí)別”與“判斷”環(huán)境因素的包裝系統(tǒng)，具有可識(shí)別或指示包裝空間內(nèi)待測(cè)參數(shù)、跟蹤記錄產(chǎn)品信息等智慧功能。此外，智能包裝還承擔(dān)著產(chǎn)品的信息追溯、延長產(chǎn)品保鮮期等重任[6-8]。交互式智能包裝是指符合智能包裝特征的、具有交互功能的包裝?！敖换ァ弊畛跏侵溉伺c計(jì)算機(jī)界面的信息傳遞互動(dòng)，后來隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，其演變成了一個(gè)跨學(xué)科的名詞，應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域之中，特指兩個(gè)主體之間的交流溝通[9-10]。一般意義上的交互式包裝是指那種人與產(chǎn)品之間具有互動(dòng)行為的包裝，其能夠給人提供愉悅的、符合邏輯的、高效的使用體驗(yàn)[11-13]，其表現(xiàn)形式多為二維的，依靠圖片、文字、結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)對(duì)象進(jìn)行表現(xiàn)。而交互式智能包裝則以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、新材料技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等為表現(xiàn)載體，由于其表現(xiàn)形式為多維的，因而用戶的體驗(yàn)感也達(dá)到新的高度[14]。針對(duì)生鮮類食品的特性，交互式智能包裝在生鮮類食品中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在顯示產(chǎn)品新鮮度、追溯產(chǎn)品信息、追蹤記錄產(chǎn)品供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)、延長產(chǎn)品保鮮期等方面[15]。

1.2 主要分類

交互式智能包裝種類繁多，不同的包裝其交互對(duì)象、交互方式與交互內(nèi)容都不相同。包裝流通中的交互對(duì)象主要包括消費(fèi)者、產(chǎn)品、環(huán)境、供應(yīng)鏈4個(gè)方面，交互式智能包裝可通過不同的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)交互對(duì)象之間的智能交互，如圖1所示。

本研究中根據(jù)交互對(duì)象的不同將交互式智能包裝分為人-物交互與物-物交互兩大類，其中物-物交互又可分為包裝與供應(yīng)鏈交互、包裝與產(chǎn)品交互兩類，如圖2所示。目前，在生鮮類食品普遍依靠感官經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行品質(zhì)評(píng)價(jià)的大環(huán)境下，交互式智能包裝的應(yīng)用可以使消費(fèi)者更加簡單、準(zhǔn)確地獲得產(chǎn)品信息和判斷產(chǎn)品價(jià)值，能夠最大程度地保證消費(fèi)者的權(quán)益，提高消費(fèi)者的購物體驗(yàn)感。

2 基于人-物交互的智能包裝

人-物交互即消費(fèi)者與產(chǎn)品包裝之間的交互，是產(chǎn)品包裝將包括產(chǎn)品新鮮程度、品質(zhì)等級(jí)、產(chǎn)地、生產(chǎn)日期等在內(nèi)的產(chǎn)品信息傳達(dá)給消費(fèi)者的行為。包裝本就是多學(xué)科融會(huì)貫通的產(chǎn)物，具有容納、保護(hù)和儲(chǔ)存產(chǎn)品、傳遞產(chǎn)品信息的功能[16]。但隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，消費(fèi)者在購物過程中愿意花費(fèi)的時(shí)間與精力越來越有限，同時(shí)消費(fèi)者對(duì)傳統(tǒng)包裝枯燥的信息表達(dá)方式也缺少足夠的耐心，但對(duì)產(chǎn)品信息獲取的全面度卻越來越高[17]。與其他非生鮮類食品傾向情感、人文類信息的表達(dá)方式相比，生鮮類食品往往追求簡單、清晰的表達(dá)方式，提倡可直接觀察產(chǎn)品的極簡化包裝風(fēng)格，使消費(fèi)者能夠準(zhǔn)確、便捷地了解產(chǎn)品狀態(tài)。

2.1 可視化體驗(yàn)

基于可視化體驗(yàn)的交互式智能包裝意在將產(chǎn)品信息通過顏色或圖形等形式，以視覺化語言傳達(dá)給消費(fèi)者，使其能夠清晰、快速、準(zhǔn)確地了解產(chǎn)品現(xiàn)狀，如時(shí)間-溫度智能標(biāo)簽（time-temperature indicator，TTI）、新鮮度指示型標(biāo)簽等，使得產(chǎn)品信息的可視化效果更加豐富、設(shè)計(jì)更具有創(chuàng)意[18-20]。

2.1.1 TTI標(biāo)簽

TTI標(biāo)簽可感知和記錄產(chǎn)品環(huán)境的變化，特殊的指示劑會(huì)根據(jù)時(shí)間與溫度的變化發(fā)生不可逆反應(yīng)，通過顏色或結(jié)構(gòu)的變化表達(dá)產(chǎn)品所處環(huán)境的變化，結(jié)合時(shí)間-溫度積累效應(yīng)判斷產(chǎn)品的新鮮程度[21-23]，幾種常見類型的TTI標(biāo)簽如圖3所示。TTI標(biāo)簽具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、檢測(cè)效率高等特點(diǎn)，在預(yù)測(cè)食品安全性以及顯示食品剩余貨架信息等方面具有顯著優(yōu)點(diǎn)，能夠引導(dǎo)消費(fèi)者選購[24]。

2.1.2 新鮮度指示型標(biāo)簽

新鮮度指示型標(biāo)簽是通過特定指示劑與產(chǎn)品在儲(chǔ)存過程中產(chǎn)生的特殊氣體發(fā)生反應(yīng)，從而引起指示劑的顏色發(fā)生變化，以此顯示產(chǎn)品的新鮮度[25-26]。2種類型的新鮮度指示型標(biāo)簽如圖4所示。新鮮度指示型標(biāo)簽使包裝具有傳遞食品品質(zhì)信息的功能，讓消費(fèi)者更容易辨認(rèn)食品品質(zhì)與貨架期[27]。

2.2 信息化體驗(yàn)

基于信息化體驗(yàn)的交互式智能包裝意在通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將豐富的產(chǎn)品信息多維地展示給消費(fèi)者，如二維碼標(biāo)簽、近場通信（near field communication，NFC）標(biāo)簽、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（augmented reality，AR）技術(shù)等。

2.2.1 二維碼標(biāo)簽

二維碼標(biāo)簽是通過在二維平面方向規(guī)律分布的幾何圖形對(duì)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄[28]，利用移動(dòng)終端掃描識(shí)別標(biāo)簽上的二維碼圖形，通過互聯(lián)網(wǎng)更加詳細(xì)地查詢產(chǎn)品信息、辨別產(chǎn)品真?zhèn)?。二維碼具有成本低、操作簡單、信息存儲(chǔ)量大等優(yōu)點(diǎn)，并且可以進(jìn)行“一物一碼”包裝（見圖5），驗(yàn)證產(chǎn)品真?zhèn)?，同時(shí)還可以讓消費(fèi)者通過掃碼了解門店位置、優(yōu)惠信息等促銷信息，促進(jìn)產(chǎn)品銷售[29]。

2.2.2 近場通信標(biāo)簽

NFC技術(shù)屬于非接觸式信息識(shí)別技術(shù)，目前很多移動(dòng)終端都具有NFC識(shí)別功能，這為其在包裝中的應(yīng)用提供了條件。如圖6所示，消費(fèi)者通過移動(dòng)終端靠近產(chǎn)品NFC標(biāo)簽，就可以進(jìn)入線上商城獲得更多商品信息，具有操作簡單、識(shí)別迅速等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)結(jié)合近場通信標(biāo)簽，商家可方便、快速調(diào)整產(chǎn)品價(jià)格，同步后臺(tái)信息。價(jià)簽的數(shù)字化可省去頻繁變價(jià)消耗的人力和物力，降低運(yùn)營成本，對(duì)于生鮮賣場這樣需要頻繁變價(jià)的商家來說，NFC標(biāo)簽帶來的便利尤為明顯。

2.2.3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

AR技術(shù)包含多媒體、場景融合等多種元素，可實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者與包裝之間的多維互動(dòng)，借助互聯(lián)網(wǎng)可提供多元化、實(shí)時(shí)更新、生動(dòng)有趣的海量信息，最大限度地展現(xiàn)商品的魅力，提高消費(fèi)體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化服務(wù)和精準(zhǔn)營銷等[30-31]。由英格蘭的Peter Woods設(shè)計(jì)的創(chuàng)新可食用印刷油墨代碼，可應(yīng)用于魚、肉、水果、蔬菜等生鮮產(chǎn)品的包裝上，如圖7所示。消費(fèi)者利用移動(dòng)終端掃描產(chǎn)品代碼，即可獲得增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，了解產(chǎn)品更多的信息，如產(chǎn)品來源、生產(chǎn)信息、成分、過敏指南、如何烹飪等。

3 基于物-物交互的智能包裝

物-物交互指的是物體與物體之間的交互行為，即包裝與供應(yīng)鏈、產(chǎn)品之間信息、物質(zhì)的交換流通。包裝作為產(chǎn)品與外部環(huán)境之間的唯一屏障，它不僅起到隔絕產(chǎn)品與外部環(huán)境之間的作用，也起到維持產(chǎn)品內(nèi)環(huán)境氛圍的作用，通過物-物交互智能包裝可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息智能化管理、延長產(chǎn)品保鮮期等功能。

3.1 包裝與供應(yīng)鏈之間交互

3.1.1 交互特點(diǎn)

產(chǎn)品供應(yīng)鏈一般指從產(chǎn)品生產(chǎn)到進(jìn)入消費(fèi)者手中這一過程中，由生產(chǎn)商、物流運(yùn)輸商、中轉(zhuǎn)儲(chǔ)存商、銷售商以及最終消費(fèi)者構(gòu)成的整體功能網(wǎng)鏈。產(chǎn)品通過智能包裝與供應(yīng)鏈之間進(jìn)行大量雙向的信息交流，供應(yīng)鏈需要了解產(chǎn)品的來源、種類、數(shù)量等基本信息，然后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析歸類，決定產(chǎn)品去向；產(chǎn)品包裝則需要記錄每一步流程的操作及其負(fù)責(zé)人、目標(biāo)方向等信息。

智能包裝的應(yīng)用，使得包裝與供應(yīng)鏈之間具有了如下特點(diǎn)：1）可以自動(dòng)識(shí)別、與記錄產(chǎn)品相關(guān)信息；2）利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)由后方數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息整理分類；3）信息承載量大；4）信息流通范圍大；5）信息記錄完整、詳細(xì)。詳細(xì)完整的流通信息可在售后問題反饋時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)原因、快速明確責(zé)任，有效地防止假冒偽劣等產(chǎn)品進(jìn)入市場，提高產(chǎn)品的防偽能力，維護(hù)產(chǎn)商與消費(fèi)者的雙重利益。

3.1.2 交互方式

在生鮮類食品的供應(yīng)鏈中，應(yīng)用比較廣泛的產(chǎn)品-供應(yīng)鏈交互式智能包裝為非接觸式信息識(shí)別技術(shù)，主要實(shí)施載體為射頻識(shí)別（radio frequency identification，RFID）標(biāo)簽與NFC標(biāo)簽（見圖8）。二者同屬非接觸式信息識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，不過性能與工作環(huán)境具有一定的區(qū)別：RFID標(biāo)簽可以同時(shí)針對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行信息識(shí)別，而NFC標(biāo)簽是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（point to point，P2P）識(shí)別標(biāo)簽，感應(yīng)距離相對(duì)較短。

1） RFID標(biāo)簽

RFID標(biāo)簽應(yīng)用在供應(yīng)鏈系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與數(shù)據(jù)庫的信息交流。RFID標(biāo)簽的頻段分為3種：低頻、高頻與超高頻，識(shí)別距離在幾米至幾十米不等，即使產(chǎn)品在高速運(yùn)動(dòng)的情況下RFID標(biāo)簽也能準(zhǔn)確讀取產(chǎn)品信息，并且不受惡劣環(huán)境的影響，能夠較好適應(yīng)供應(yīng)鏈過程中復(fù)雜的流通環(huán)境。RFID技術(shù)在交互式智能包裝中的應(yīng)用能夠使生鮮類食品的供應(yīng)鏈信息透明度更高、物流效率更好、企業(yè)管理成本更低。

2）NFC標(biāo)簽

物流型NFC標(biāo)簽，其工作原理與RFID標(biāo)簽相似，但有效工作距離小于10 cm，且NFC技術(shù)僅能進(jìn)行P2P雙向信息交流，但NFC標(biāo)簽的使用可確保供應(yīng)鏈信息的可靠性、真實(shí)性和完整性，能夠提高生鮮類食品的防偽能力[32]。NFC技術(shù)引入到生鮮類食品供應(yīng)鏈系統(tǒng)中，可以幫助系統(tǒng)進(jìn)行全程監(jiān)控，對(duì)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)參與者進(jìn)行信息共享，并提供實(shí)時(shí)查詢功能，提高供應(yīng)鏈參與者的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

3.2 包裝與產(chǎn)品之間交互

3.2.1 交互特點(diǎn)

包裝與產(chǎn)品的交互是指包裝本身能夠通過化學(xué)、物理或生物反應(yīng)對(duì)包裝內(nèi)部環(huán)境產(chǎn)生影響，調(diào)節(jié)產(chǎn)品所處的包裝內(nèi)部環(huán)境中影響產(chǎn)品保鮮期的因素，如氧氣、氮?dú)?、水分等[33-34]。生鮮類食品的保存條件要比其他食品更加嚴(yán)格，通常低溫保存可有效延長產(chǎn)品的保鮮期，但在目前普遍使用常溫物流運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境下，大規(guī)模低溫運(yùn)輸難以實(shí)現(xiàn)且成本較高，即使目前較普遍采用“泡沫箱+冰袋”的方式營造低溫環(huán)境，以延長產(chǎn)品的保鮮期，但其達(dá)到的效果十分有限。實(shí)際上，生鮮類食品的保鮮期長短并不僅僅取決于所處環(huán)境的溫度，周圍環(huán)境的氣體成分、濕度以及微生物活動(dòng)都對(duì)其保鮮期有明顯的影響。

生鮮類食品在儲(chǔ)運(yùn)過程中仍然會(huì)進(jìn)行復(fù)雜的生命活動(dòng)，在此過程中會(huì)不斷改變包裝的內(nèi)部環(huán)境特征，甚至產(chǎn)品本身所釋放的氣體還會(huì)對(duì)自身產(chǎn)生不利影響。另外，產(chǎn)品本身所攜帶的微生物菌落也會(huì)因所處環(huán)境的不同而進(jìn)行不同程度的活動(dòng)，造成包裝內(nèi)部環(huán)境的改變。基于以上原因，能夠主動(dòng)、持續(xù)維持內(nèi)部環(huán)境穩(wěn)定的包裝將具有更好的延長產(chǎn)品保鮮期、提高產(chǎn)品品質(zhì)的作用，且成本相對(duì)較低。

3.2.2 交互方式

目前已知的能夠主動(dòng)、持續(xù)維持包裝內(nèi)部環(huán)境的包裝為活性材料包裝，其種類較多，工作原理也各不相同，大體可以分為兩類：過濾型活性材料包裝與反應(yīng)型活性材料包裝。

1）過濾型活性材料包裝

過濾型活性材料包裝的工作原理是使用一種可選擇性透過物質(zhì)的包裝材料，將外界環(huán)境中適宜產(chǎn)品儲(chǔ)存的氣體成分放進(jìn)包裝內(nèi)部，或?qū)b內(nèi)部不利于產(chǎn)品儲(chǔ)存的氣體成分排出包裝，使包裝內(nèi)部環(huán)境維持在動(dòng)態(tài)平衡中，始終處于最適宜產(chǎn)品儲(chǔ)存的狀態(tài)，從而延長產(chǎn)品的保鮮期，其工作原理如圖9所示。如硅窗調(diào)劑保鮮膜，其作用是調(diào)節(jié)包裝內(nèi)部CO2與O2的氣體比例[35]；活性陶土-聚乙烯保鮮袋，其作用是調(diào)節(jié)包裝內(nèi)水氣比例。

2）反應(yīng)型活性材料包裝

反應(yīng)型活性材料包裝的工作原理是將特殊材料涂覆在包裝薄膜上，通過涂層與包裝內(nèi)特定成分發(fā)生反應(yīng)或涂層自行分解并釋放出特定氣體來調(diào)節(jié)包裝內(nèi)部環(huán)境，維持包裝內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定，達(dá)到延長產(chǎn)品保質(zhì)期的目的，其工作原理如圖10所示。如日本研制的一種以磷酸鈣為原料的礦物濃縮吸水紙袋即為此類包裝，包裝可吸收果蔬類生鮮產(chǎn)品釋放的乙烯與CO2氣體，維持產(chǎn)品新鮮度。

4 結(jié)語

生鮮類食品傳統(tǒng)的銷售方式具有較強(qiáng)的地域性和時(shí)域性，但隨著包裝技術(shù)的發(fā)展、物流速度的提升以及消費(fèi)者需求的增加，其地域性和時(shí)域性正在不斷被打破。生鮮類食品作為一類特殊的消費(fèi)產(chǎn)品，消費(fèi)者的關(guān)注點(diǎn)主要集中在產(chǎn)地信息和新鮮度指示。因此，未來生鮮類食品包裝的發(fā)展趨勢(shì)主要集中在如何全面、真實(shí)、便捷地顯示產(chǎn)品的產(chǎn)地信息以及直觀、即時(shí)地顯示產(chǎn)品的新鮮度，同時(shí)如何進(jìn)行高效的物流管理以節(jié)省儲(chǔ)運(yùn)時(shí)間，如何改進(jìn)包裝設(shè)計(jì)以增加產(chǎn)品的保鮮期等方向。通過智能包裝的引入，可有效滿足生鮮類食品包裝發(fā)展趨勢(shì)的要求，而交互式智能包裝在包裝智能化的基礎(chǔ)上更加注重交互的實(shí)現(xiàn)，通過信息載體、數(shù)據(jù)、物理及化學(xué)等多方面的交互行為，實(shí)現(xiàn)生鮮類食品包裝促進(jìn)銷售、提高物流效率、延長產(chǎn)品保質(zhì)期等目的，以滿足消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品包裝多樣性的需求。隨著消費(fèi)者購物觀念的轉(zhuǎn)變以及市場實(shí)際需求的不斷增加，未來交互式智能包裝必將迎來更加廣闊的發(fā)展空間。