智能包裝技術(shù)在食品供應(yīng)鏈中的應(yīng)用研究進(jìn)展

周云令，魏 娜，郝曉秀，王再英，李俞函

（天津職業(yè)大學(xué)包裝與印刷工程學(xué)院，天津 300410）

隨著經(jīng)濟(jì)時代的發(fā)展，食物浪費與食物損耗日漸成為一個全球性的問題。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織粗略估計，全球每年約1/3（約13億 t）的糧食被損耗或浪費[1]。與此同時，氣候變化政府互助組織報告中指出[2]，2010—2016年由食物浪費引起的人為溫室氣體排放所占比例達(dá)8%～10%。在食品供應(yīng)鏈中，包裝是維持食品品質(zhì)、減少食物浪費以及保障食品安全必不可少的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)包裝多利用包裝材料的阻隔性對產(chǎn)品進(jìn)行“被動”保護(hù)[3-4]?；钚园b技術(shù)將包裝的功能由“被動”轉(zhuǎn)為“主動”，即通過加入抗菌劑、抗氧化劑、釋放劑、吸收劑等主動調(diào)控包裝內(nèi)部環(huán)境，對食品起到更好的保護(hù)效果[5-7]。盡管活性包裝技術(shù)延長了食品保質(zhì)期，減少了食物浪費，但其存在食品信息傳遞（如食品品質(zhì)變化信息，外界與內(nèi)部環(huán)境交換信息，生產(chǎn)、消費及貯存信息）的監(jiān)測盲區(qū)。

智能包裝最大的優(yōu)勢在于其能夠?qū)崟r跟蹤產(chǎn)品，便于信息交換，為包裝決策提供信息支持。同時，消費者對新鮮產(chǎn)品的迫切需求以及直觀的品質(zhì)辨識度需求為智能包裝帶來了新的發(fā)展契機(jī)。據(jù)英國一家公司預(yù)測[8]，2019—2023年，全球智能包裝市場規(guī)模將增長30.2億 美元，復(fù)合年均增長率達(dá)8%?！吨袊b工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》強(qiáng)調(diào)重點發(fā)展綠色包裝、安全包裝、智能包裝，大力倡導(dǎo)適度包裝，強(qiáng)力推進(jìn)軍民通用包裝，全力構(gòu)建資源節(jié)約、環(huán)境友好、循環(huán)利用、持續(xù)發(fā)展的新型產(chǎn)業(yè)格局[9]。通過Web of Science檢索，近十年來，以“intelligent packaging”和“smart packaging”為主題的文章數(shù)目分別達(dá)2 596 篇和1 637 篇，自2012年起，關(guān)于智能包裝研究的文章數(shù)量大幅增加，平均文章數(shù)目為150 篇/年；在中國知網(wǎng)上，以“智能包裝”為主題的文章為743 篇，對比可見，國內(nèi)關(guān)于智能包裝的文獻(xiàn)數(shù)量滯后于國外。另外，智能包裝高昂的成本、新材料的安全性以及較低的認(rèn)可度一直是阻礙其市場化的主要原因[10]。綜上，智能包裝的研究已成為包裝領(lǐng)域研究的熱點，國內(nèi)相關(guān)研究的概述還不能滿足智能包裝技術(shù)推廣宣傳的需求。

本文通過綜述國內(nèi)外智能包裝的發(fā)展歷程，厘清了智能包裝的定義與分類；同時，概述了智能包裝在食品領(lǐng)域的研究進(jìn)展，并指出智能包裝的發(fā)展趨勢。以期推廣智能包裝技術(shù)的應(yīng)用，減少食物浪費。

1 智能包裝的概述

1.1 智能包裝的定義

傳統(tǒng)包裝的基本功能主要有4 種：保護(hù)、交互、便捷、容納[11]，而智能包裝屬于包裝交互功能的延伸。智能包裝的定義存在眾說紛紜、界定不清的問題。學(xué)術(shù)界對智能包裝認(rèn)可度較高的定義主要有3 種：1）1999—2001年歐洲學(xué)會研究項目“Evaluating safety, effectiveness,economic environmental impact and consumer acceptance of active and intelligent packaging (ACTIPAK-FAIR CT98-4170)”中，將智能包裝定義為：在運輸和貯存過程，一種可監(jiān)控包裝食品狀態(tài)，提供包裝食品品質(zhì)信息的系統(tǒng)。2）2005年，Yam等[12]將智能包裝定義為是一類具有如檢測、感知、記錄、追蹤、交流、邏輯等智能功能的包裝系統(tǒng)，該系統(tǒng)能在延長貨架期、增強(qiáng)產(chǎn)品安全、提高產(chǎn)品品質(zhì)、提供有效信息、警示產(chǎn)品問題等方面提供有效的幫助。3）2004年和2009年歐洲食品安全局分別頒布的食品接觸材料法規(guī)Regulation (EC) No.1935/2004以及Regulation (EC) No.450/2009中將智能包裝定義為可以監(jiān)測食品和環(huán)境信息的包裝材料或物品[13]。在眾多對智能包裝的定義中，第二種較為全面、廣泛，為現(xiàn)今多數(shù)學(xué)者、機(jī)構(gòu)沿用[14-18]。因此，本文對于智能包裝的定義以此為準(zhǔn)。

值得一提的是，智能包裝英文檢索詞“intelligent packaging”與“smart packaging”在學(xué)術(shù)界存在一定的爭議。在某些期刊雜志與學(xué)術(shù)論文中，二者可以進(jìn)行替換[19-20]，也有學(xué)者認(rèn)為二者不可替換，認(rèn)為“smart packaging”是結(jié)合智能包裝與活性包裝的一種新型包裝[12,21-22]。

1.2 活性包裝與智能包裝的區(qū)別

歐洲食品安全局食品接觸材料法規(guī)Regulation (EC)No.450/2009中提到，活性包裝是一種在食品及其所處環(huán)境中進(jìn)行物質(zhì)吸收或釋放的系統(tǒng)[13]。活性包裝出現(xiàn)較智能包裝早，是對包裝進(jìn)行“重新思考”的產(chǎn)物。在早期食品包裝領(lǐng)域中，智能包裝被認(rèn)為從屬于活性包裝。實際上，二者在定義及作用上有明顯的區(qū)別，活性包裝是包裝中保護(hù)功能的延伸，而智能包裝是包裝中交互功能的延伸[12]（圖1），智能包裝在供應(yīng)鏈循環(huán)中主要負(fù)責(zé)監(jiān)測產(chǎn)品自身或所處環(huán)境的信息，而活性包裝會主動采取措施（如釋放抗氧化劑）來保護(hù)產(chǎn)品。

圖1 活性包裝與智能包裝的區(qū)別[12]Fig.1 Difference between active packaging and intelligent packaging[12]

1.3 智能包裝與智能包裝技術(shù)的關(guān)系

明確智能包裝與智能包裝技術(shù)的關(guān)系，對理解智能包裝具有重要意義，而多數(shù)文獻(xiàn)對兩種概念的闡述比較模糊[23-25]，易引起混淆。智能包裝技術(shù)主要是指實現(xiàn)信息交互的各類技術(shù)手段（如時間-溫度指示劑（time-temperature indicator，TTi）、射頻識別（radio frequency identification，RFID）技術(shù)）。而智能包裝（系統(tǒng)）是一個系統(tǒng)性概念，智能包裝系統(tǒng)的實現(xiàn)需要借助智能包裝技術(shù)、智能包裝設(shè)備以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。2005年，Yam等[12]提出了食品供應(yīng)鏈中智能包裝（系統(tǒng)）概念圖（圖2），其將智能包裝（系統(tǒng)）分為4 個模塊，由智能包裝技術(shù)（設(shè)備）、數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)處理和食品供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)流組成。智能包裝技術(shù)是一種技術(shù)手段，如果將指示劑類、傳感器類以及RFID類智能包裝技術(shù)理解為智能包裝，那對于智能包裝的認(rèn)識會變得狹隘。

圖2 食品供應(yīng)鏈中智能包裝（系統(tǒng)）示意圖[12]Fig.2 Intelligent packaging (system) in food supply chain[12]

2 智能包裝技術(shù)的分類及應(yīng)用

國內(nèi)對智能包裝技術(shù)的分類方法主要有兩種：1）按指示劑類、傳感器類、信息技術(shù)類加以區(qū)分[10,26-28]；2）以功能材料類、功能結(jié)構(gòu)類、信息技術(shù)類為區(qū)分[23]。兩種分類方式從不同的角度概括智能包裝技術(shù)的種類，但類別間的區(qū)分較模糊、界定不明確；同時，新興技術(shù)也相繼出現(xiàn)并應(yīng)用于智能包裝[29-30]，進(jìn)一步放大了該分類弊端。為避免造成類別混亂，本文從智能包裝的定義出發(fā)，結(jié)合新出現(xiàn)的智能包裝技術(shù)，將智能包裝技術(shù)分為環(huán)境感知類、品質(zhì)感知類和信息交換類。

2.1 環(huán)境感知類

除了食品本身的因素外，環(huán)境因素（如溫度、濕度、機(jī)械壓力等）是影響食品安全與品質(zhì)的間接因素。環(huán)境的改變可能引起食品品質(zhì)相關(guān)的動力學(xué)變化，加速食品的腐壞。因此，部分智能包裝技術(shù)將環(huán)境因素的變化作為評估食品品質(zhì)的主要因素。環(huán)境感知類智能包裝技術(shù)主要是指一類監(jiān)測食品包裝外部或者內(nèi)部環(huán)境條件的傳感器或指示劑。環(huán)境感知類智能包裝技術(shù)主要包含TTi、泄漏指示劑、氣體指示劑。

2.1.1 時間-溫度指示劑

TTi體積小、使用簡單、監(jiān)測效率高，可有效監(jiān)測食品的品質(zhì)，提高消費者對食品的信任度。TTi作為一種顯示產(chǎn)品累積時間-溫度歷史的設(shè)備或智能標(biāo)簽，可通過時間-溫度積累效應(yīng)來實時監(jiān)測并記錄產(chǎn)品從制造、貯運到消費者之間各個環(huán)節(jié)的溫度歷史，保證食品的實際品質(zhì)和安全性，被廣泛應(yīng)用于易腐壞產(chǎn)品的品質(zhì)檢測[31]。

根據(jù)指示劑中顏色變化工作原理的不同，TTi可分為物理型、化學(xué)型、生物型以及酶型4 類。物理型TTi主要是依靠有色物質(zhì)間的物理變化（如物理擴(kuò)散），這類物理變化均與溫度、時間等參數(shù)有密切關(guān)系，物理型TTi包括擴(kuò)散類TTi、納米類TTi等；化學(xué)型TTi是依靠分子或化合物間的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生顏色的變化，其反應(yīng)速率受到溫度與時間的影響，常見的化學(xué)型TTi包括聚合類TTi、光致變色類TTi、氧化還原類TTi；生物型TTi通過檢測微生物在特定溫度時間中產(chǎn)生的酸性物質(zhì)來標(biāo)定指示劑顏色的變化，常見的生物型TTi包括乳酸菌類TTi、酵母菌類TTi；生物酶的水解作用與酶促反應(yīng)是酶型TTi產(chǎn)生顏色變化的重要因素，而酶的水解作用、酶促反應(yīng)與溫度關(guān)聯(lián)度較高。酶型TTi相對其他類型的TTi來說，具有性能穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低以及可控性好的特點[32]。常見的酶型TTi包括水解作用類TTi、酶促反應(yīng)類TTi。表1列舉了不同類型TTi所用基材及應(yīng)用。

表1 部分TTi基材及應(yīng)用Table 1 Substrates and applications of time-temperature indicators

TTi相較于其他智能包裝技術(shù)來說，工藝簡單，成本較低，已被廣泛應(yīng)用于監(jiān)測和評估冷凍食品的品質(zhì)[48]。表2給出了部分商業(yè)化的TTi及其供應(yīng)商。

表2 不同類型TTi商業(yè)名稱及供應(yīng)商Table 2 Different types of time-temperature indicators and their suppliers

2.1.2 泄漏指示劑/氣體指示劑

食品供應(yīng)鏈的每一個環(huán)節(jié)都可能發(fā)生包裝泄露，造成包裝內(nèi)部環(huán)境的改變，間接對食品的品質(zhì)產(chǎn)生影響。如包裝內(nèi)氧氣的含量會直接影響微生物生長速率以及油脂的氧化程度，進(jìn)而影響產(chǎn)品的品質(zhì)。泄漏指示劑或氣體指示劑能夠監(jiān)測食品包裝中氣體成分（如CO2或者O2）變化，提醒消費者產(chǎn)品安全。

空氣中CO2的含量較低，可作為包裝泄漏的理想監(jiān)測目標(biāo)。Yusufu等[56]研發(fā)出一種基于比色分析的真空包裝氣壓指示劑，通過監(jiān)測真空包裝環(huán)境中CO2的含量來指示包裝的完整性。該指示劑依靠溶于乙基纖維素非水溶液的pH顯色劑（鄰甲酚酞）的顯色變化來對CO2含量的變化產(chǎn)生響應(yīng)，可用作食品真空包裝完整性指示劑，且價格低廉。

比色氧氣泄漏指示劑是應(yīng)用較廣泛的一類泄漏指示劑。該類指示劑多以納米級粒子作為光催化劑來控制氧化還原染料（如亞甲基藍(lán)）的顯色反應(yīng)。實驗中常將指示劑噴涂在塑料薄膜上來制備氧氣指示劑膜[57-59]。

比色氧氣泄漏指示劑的發(fā)展方向為低成本化、制作工藝簡便化。Lawrie等[60]研發(fā)一種可噴墨打印的紫外線激活的氧氣指示劑。指示劑由氧化還原染料（亞甲基藍(lán)）、半導(dǎo)體光催化劑（TiO2）和犧牲電子供體（酒石酸）組成，通過噴墨打印的方式噴涂在聚酯薄膜上，形成氧氣泄漏指示劑薄膜。Khankaew等[61]開發(fā)出一種新型的紫外線激活的生物型氧氣泄漏指示劑，該指示劑由聚合物、生物型染料、納米半導(dǎo)體（ZnO、TiO2）、電子供體（甘油、山梨糖醇）、表面活性劑組成，實驗證明氧氣濃度與指示劑的變色具有良好關(guān)聯(lián)性；同時，其制作工藝簡單，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

自然光波對光催化型比色氧氣指示劑存在一定的干擾。Wen Jenwei等[62-63]研發(fā)一種非侵入式的氧氣泄漏指示劑，分別以載有Ag的TiO2納米管（Ag-TNT）、合成TiO2納米管兩種材料作為光催化劑，與亞甲基藍(lán)和羥乙基纖維素制備成氧氣指示劑。實驗表明，以Ag-TNT、合成TiO2納米管為半導(dǎo)體光催化劑能有效排除自然光波（波長＞380 nm）干擾，同時縮短指示劑的激活時間。

由于比色氧氣指示劑對氧氣的敏感度高，需存儲在厭氧的環(huán)境中，導(dǎo)致其應(yīng)用成本過高。Jang等[64]開發(fā)出一種壓力激活式的比色氧氣指示劑，將指示劑的3 種成分（亞甲基藍(lán)、葡萄糖和氫氧化鈉）分裝于兩個不同腔室，使用時只需通過壓力使腔室間隔膜破裂，有效解決了比色氧氣指示劑儲存成本高的問題。Won等[65]利用天然化合物（漆酶、愈創(chuàng)木酚和半胱氨酸）重新設(shè)計比色氧氣指示劑，以兩個腔室進(jìn)行常規(guī)儲存，使用前壓力破除阻隔膜即可解決其需厭氧儲存問題。

氧氣泄漏指示劑所采用的氧化還原染料存在滲漏的問題。Vu等[66-68]研究3 種不同包封物（藻酸鹽聚合物、卡拉膠、多巴胺）與氧氣指示劑膜中染料滲漏的關(guān)系，通過將不同包封物涂覆在指示劑薄膜上，制備不同性能的氧氣指示劑，有效解決了染料類氧氣指示劑膜與水接觸時發(fā)生的染料浸出問題，避免指示劑對食品的二次污染。

泄漏指示劑適用于肉制品品質(zhì)的監(jiān)測。Insignia Technologies公司開發(fā)了一款泄漏指示劑Leak Detection IndicatorsTM（圖3），使用時只需將指示劑粘貼在外包裝膜上，當(dāng)包裝發(fā)生泄漏時，指示劑的圓心會變成藍(lán)色[69]。

圖3 商業(yè)用泄漏指示劑實例Fig.3 Examples of commercial leak indicators

2.2 品質(zhì)感知類

品質(zhì)特性感知類的智能包裝技術(shù)不再依靠某一要素（如溫度、時間）側(cè)面反映食品的品質(zhì)，其對食品品質(zhì)的監(jiān)測更直接、全面。

2.2.1 新鮮度監(jiān)測技術(shù)

隨著人們生活水平提高，食品的腐壞度不再是人們評判食品品質(zhì)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，而新鮮度評判是未來食品發(fā)展的一種重要方向。食品的新鮮度受自身新陳代謝的影響，食品類型、微生物類型、儲存條件以及包裝形式等因素會影響食品的新陳代謝。新鮮度檢測技術(shù)常以食品的代謝產(chǎn)物（如葡萄糖、乙醇、有機(jī)酸、三磷酸腺苷降解產(chǎn)物和生物胺）與指示劑間響應(yīng)關(guān)系來預(yù)測食品的新鮮度[17]。

新鮮度監(jiān)測智能包裝技術(shù)的發(fā)展方向趨于低成本化與非破壞式檢測。Anusankari等[70]開發(fā)出一種基于熒光傳感薄膜的光學(xué)檢測傳感器，可定性/定量檢測肉制品的新陳代謝產(chǎn)物——氧氣、CO2的濃度變化，用來判別肉制品的新鮮度，所設(shè)計的傳感器具有非破壞式、簡便、低成本等優(yōu)點。Ezati等[71-72]以揮發(fā)性鹽基氮（total volatile nitrogen，TVB-N）含量為檢測指標(biāo)，利用茜素作為染料成分，分別開發(fā)基于纖維素-殼聚糖、基于淀粉纖維素的茜素染料的茜素新鮮度指示劑，通過監(jiān)測碎牛肉、冷凍虹鱒魚片的新鮮度，證明開發(fā)的新鮮度指示劑變色范圍與TVB-N含量具有良好的響應(yīng)關(guān)系。

光譜成像與氣相色譜法可有效檢測食品新陳代謝產(chǎn)物，該技術(shù)手段也被廣泛應(yīng)用于食品新鮮程度監(jiān)測中。Cavanna等[73]利用離子遷移譜法耦合氣相色譜法，鑒別不同新鮮度雞蛋的化學(xué)揮發(fā)物，通過建立數(shù)據(jù)模型來有效預(yù)測雞蛋新鮮度，該方法具有檢測快、靈敏度高、效率高等優(yōu)點。Cheng Junhu等[74]將多光譜成像技術(shù)應(yīng)用于魚片新鮮度監(jiān)測中，通過多光譜圖像中的關(guān)鍵波長進(jìn)行建模，并同時預(yù)測魚片化學(xué)變質(zhì)過程中TVB-N含量、硫代巴比妥酸反應(yīng)物值和K值（鮮度指標(biāo)），驗證了開發(fā)快速在線監(jiān)測新鮮度系統(tǒng)的可行性。

2.2.2 成熟度監(jiān)測技術(shù)

部分食物經(jīng)采摘或加工后，會進(jìn)入貯存、流通以及消費等環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都可能發(fā)生食品的熟化，影響其新鮮度。因此，監(jiān)控食品的成熟度對保證食品品質(zhì)以及提高消費信心有重要作用。成熟度指示劑/傳感器是通過監(jiān)測產(chǎn)品熟化過程中的代謝產(chǎn)物及副反應(yīng)來達(dá)到監(jiān)測指示的目的。Diaz等[75]利用氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法監(jiān)測不同熟化時間下龍舌蘭酒的揮發(fā)物質(zhì)，得出揮發(fā)物質(zhì)含量與熟化時間的關(guān)系，探索其在龍舌蘭酒品質(zhì)控制中的效用。有效積溫是評價蔬菜及水果作物的成熟度的重要指標(biāo)，Lee等[76]開發(fā)出一種預(yù)測甜瓜成熟度的方法，該方法借助基于美拉德反應(yīng)的TTi，監(jiān)測有效積溫并預(yù)測甜瓜的成熟度。

成熟度指示劑適用于果蔬等產(chǎn)品的包裝。水果的成熟度會影響其口感，Jenkins公司開發(fā)了一種成熟度監(jiān)測商用的標(biāo)簽Ripesense?（圖4），通過標(biāo)簽與果蔬成熟過程中釋放出的酯類物質(zhì)產(chǎn)生顯色反應(yīng)來監(jiān)測產(chǎn)品的新鮮度及口感[77]。

圖4 商業(yè)用成熟度指示劑實例Fig.4 Examples of commercial maturity indicators

2.3 信息交換類

包裝既是產(chǎn)品的載體，又是產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的載體。智能包裝能實現(xiàn)信息的自動存儲、識別以及交換功能，有效幫助生產(chǎn)者及分銷商降低成本，使消費者提升消費體驗。數(shù)據(jù)信息交換類智能包裝技術(shù)主要包括條碼技術(shù)、RFID技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實（augmented reality，AR）技術(shù)等。

2.3.1 條碼技術(shù)

條碼技術(shù)利用光學(xué)識別原理工作，將數(shù)據(jù)信息儲存在特定寬度及厚度的圖形標(biāo)識符號中，并通過特殊設(shè)備進(jìn)行信息識別。根據(jù)形狀的不同分為兩種類型：一維條碼和二維條碼。一維條碼是以寬度不等的黑白條杠按特定規(guī)律線性排列而成；二維條碼則采用二維幾何圖形進(jìn)行編排。條碼技術(shù)能實現(xiàn)信息的快速讀取，且無需額外的設(shè)備及人員。表3是包裝中幾種常見的條碼及圖示。

表3 包裝中常見的條碼及圖示Table 3 Common barcodes and icons in packaging

2.3.2 射頻識別技術(shù)

RFID是一種基于無線傳感器的自動識別技術(shù)，能夠以非接觸的方式自動讀取特殊標(biāo)簽的信息。通常RFID系統(tǒng)包含3 個部件：RFID標(biāo)簽、讀寫器以及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)[78-81]。其中，RFID標(biāo)簽內(nèi)置信號發(fā)射的天線及數(shù)據(jù)儲存的芯片，讀寫器用于采集RFID標(biāo)簽內(nèi)部信息，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)用于接收及處理讀寫器收集的信息。RFID標(biāo)簽根據(jù)供電方式的不同，可分為主動式標(biāo)簽、被動式標(biāo)簽以及半主動式標(biāo)簽：主動式標(biāo)簽（也稱有源標(biāo)簽）內(nèi)嵌電池，能夠?qū)崟r與讀寫器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；被動式標(biāo)簽（也稱無源標(biāo)簽）內(nèi)部無供能裝置，只有當(dāng)讀寫器靠近時才能激活數(shù)據(jù)傳遞的功能；半主動式標(biāo)簽內(nèi)部也存在電源，但與主動式標(biāo)簽不同，其電池僅供芯片的數(shù)據(jù)存儲功能，無法實現(xiàn)信息的實時交互[82]。RFID技術(shù)具有可追溯性、效率高、非接觸式等特點，被廣泛應(yīng)用于肉制品、乳制品、漁業(yè)、烘焙以及飲料行業(yè)[83]。

傳感器技術(shù)與RFID技術(shù)的結(jié)合是現(xiàn)代食品質(zhì)量安全的一個方向。貯運過程中影響食品品質(zhì)的重要因素有3 個：微生物生長而引起的酸度變化、濕度的變化以及溫度的變化[84]。在冷鏈中，溫度傳感器與RFID結(jié)合使用能提高供應(yīng)鏈管理的效率、減少浪費、降低成本。Shafiq等[85]開發(fā)了一種無源RFID溫度傳感器，用于監(jiān)控易腐壞食物或藥品的冷鏈環(huán)境溫度，為了控制使用成本，其設(shè)計的傳感器還可重復(fù)使用。Lorite等[86]設(shè)計了一種基于溶劑相變點的臨界溫度傳感器，利用顏色不可逆變化的原理并結(jié)合RFID技術(shù)，實現(xiàn)了對易腐壞食品的實時監(jiān)控。Trebar等[87]利用RFID與溫度傳感器結(jié)合方式，監(jiān)控鱸魚在物流中的溫度變化情況，確定鱸魚運輸過程中保存的最佳方式。將RFID技術(shù)與濕度傳感器結(jié)合，亦可以有效監(jiān)控并分析內(nèi)包裝的環(huán)境，保證食品安全。Nair等[88]基于無芯片RFID開發(fā)出了一種濕度傳感器，可用于監(jiān)測環(huán)境濕度的變化，具有良好的應(yīng)用前景。食品品質(zhì)受多種因素的影響，RFID與多參數(shù)傳感器技術(shù)的結(jié)合是解決食品品質(zhì)監(jiān)測有效性的一種技術(shù)手段。Quintero等[89]開發(fā)了一種半主動式RFID智能標(biāo)簽，該標(biāo)簽?zāi)軌蜻M(jìn)行多參數(shù)的測定，該智能標(biāo)簽可有效地測定內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度以及氨含量。

RFID技術(shù)在推廣應(yīng)用中面臨一些問題，如成本過高、金屬箔包裝中存在信號被削弱或屏蔽的現(xiàn)象。借助現(xiàn)代印刷技術(shù)制備無芯片的RFID標(biāo)簽是解決RFID標(biāo)簽成本問題一種方式。Feng Yi等[90]研發(fā)出一種能監(jiān)測濕度的無芯片RFID標(biāo)簽，該RFID標(biāo)簽?zāi)軌蛑苯哟蛴∮趥鹘y(tǒng)包裝上，極大降低了RFID標(biāo)簽的制造成本。Shao Botao等[91]設(shè)計一種基于電容/電感諧振原理的無芯片RFID標(biāo)簽，結(jié)合疊印工藝實現(xiàn)RFID標(biāo)簽的無芯片化。噴墨打印技術(shù)是實現(xiàn)RFID標(biāo)簽生產(chǎn)低成本化的重要途徑。Wang Yan等[92]利用噴墨打印技術(shù)，結(jié)合表面改性和化學(xué)沉積工藝制造了RFID柔性金屬天線，為RFID標(biāo)簽低成本化提供了可能。

2.3.3 增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)

AR技術(shù)是利用計算機(jī)創(chuàng)建的虛擬圖像來增強(qiáng)現(xiàn)實環(huán)境的技術(shù)，通過計算機(jī)模擬仿真形成虛擬圖像，將其疊加于現(xiàn)實的環(huán)境中，形成一種現(xiàn)實與虛擬混合的環(huán)境[93]。相對于RFID技術(shù)，AR技術(shù)的優(yōu)勢體現(xiàn)在交互體驗環(huán)節(jié)，能激發(fā)一種全新的消費體驗，從而吸引消費者興趣。值得一提的是，AR技術(shù)的體驗環(huán)節(jié)無需消費者或零售商再花費額外的設(shè)備費用（使用智能手機(jī)即可），無疑讓AR技術(shù)更具有市場競爭優(yōu)勢。Blippar公司將AR技術(shù)應(yīng)用于兒童軟糖的包裝設(shè)計中，將趣味游戲嵌入AR系統(tǒng)進(jìn)行商品營銷與推廣[94]。Skywell Software公司將AR技術(shù)與3D跟蹤在線內(nèi)容傳遞技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)在智能包裝中轉(zhuǎn)播足球?qū)崨r，借以增加產(chǎn)品與消費者交互體驗[95]。AR技術(shù)在食品包裝中的應(yīng)用見圖5。

圖5 AR技術(shù)在食品包裝中的應(yīng)用實例Fig.5 Examples of the application of augmented reality in food packaging

3 結(jié) 語

智能包裝滿足了人們對食品品質(zhì)、安全方面的深層次需求，為傳統(tǒng)包裝行業(yè)帶來了新的發(fā)展契機(jī)，智能包裝運用于海鮮類、肉類等產(chǎn)品的報道已屢見不鮮，但智能包裝實現(xiàn)真正意義上的商業(yè)化還需時日，存在以下4 個方面的問題：1）成本問題。智能包裝設(shè)備及材料的費用占智能包裝成本約50%～100%，遠(yuǎn)超常規(guī)包裝，導(dǎo)致其成本偏高[22]。同時，某些智能包裝技術(shù)應(yīng)用過程中還需負(fù)擔(dān)額外的設(shè)備支出，導(dǎo)致消費者與零售商對智能包裝的接受度不高，這些因素都制約了智能包裝的市場推廣。2）監(jiān)測的可靠性。食品腐壞受多種因素（如食品種類、初加工、包裝工序）的影響，研究中多以單因素（如溫度、濕度）的監(jiān)測值預(yù)測食品品質(zhì)情況，監(jiān)測結(jié)果與品質(zhì)間相關(guān)性有待進(jìn)一步驗證。另外，智能包裝預(yù)測食品品質(zhì)所用的數(shù)據(jù)模型與真實結(jié)果間的關(guān)連性也會影響智能包裝的可靠性。3）安全性。部分智能包裝會直接與食品接觸，其所用材料及分解產(chǎn)物可能發(fā)生毒性遷移問題，會對食品安全性構(gòu)成威脅，國內(nèi)尚缺少評估智能包裝材料毒性及遷移問題的測試方法及模型。4）立法問題。歐盟于2004年和2009年分別頒布了關(guān)于食品接觸性活性和智能材料及物品新規(guī)Regulation (EC) No.1935/2004、Regulation(EC) No.450/2009，國內(nèi)尚未有權(quán)威的立法來確保智能包裝流通及檢測的安全性。

智能包裝的實時監(jiān)控功能對食品安全有重大意義，未來的發(fā)展趨勢主要有以下3 個方面：1）低成本化。如利用印刷電子技術(shù)、噴墨打印以及3D打印等技術(shù)，制作低成本的無芯片RFID。2）新材料新技術(shù)。納米科技技術(shù)可用于智能包裝的研發(fā)中，如開發(fā)微型/納米傳感器，讓智能包裝技術(shù)運用更加便捷。3）多功能的智能包裝。將多種技術(shù)手段結(jié)合，能拓寬智能包裝的應(yīng)用范圍，提升其附加值，如傳感器技術(shù)與RFID技術(shù)的結(jié)合、活性包裝技術(shù)與智能包裝技術(shù)的結(jié)合、納米技術(shù)與RFID技術(shù)的結(jié)合。