智能包装简介

陈昌杰

一、智能包装的定义[1][2]

智能包装指能监示商品质量、传送商品信息的包装。2001年，欧洲12家食品包装合作的研究单位和食品企业在“活性包装和智能包装的效果、对经济环境冲击和消费者接受程度（ACTIPAK-FAIR CT98—4170）”的研究项目中，提出活性包装和智能包装的定义分别为：活性包装是改变食品保存条件而延长货架期或改善食品安全与感官质量的包装技术；智能包装是在产品流通与销售过程中监测包装食品环境条件和获取食品质量与安全信息包装技术。

至今人们仍沿用上述理念，把智能包装定义为利用现代新材料技术、电子信息技术等手段收集包装商品的有关信息（尤其是在运输过程中包装件的质量变化、环境条件、安全信息），以达到可知、可控、可处理的目的，提高整个运输包装系统的管理效率的包装。由此可见，智能包装的功能，不在于提高对商品的保护效果，而是在产品流通与销售过程中，提供商品环境条件、商品质量、安全卫生等诸多方面的信息。

二、智能包装的分类

智能包装大体可分为信息型智能包装、功能材料型智能包装、功能结构型智能包装等几个大类。[2][5]

1. 信息型智能包装

该类智能型包装，利用信息技术反映包装内容物及其内在品质和储运、销售过程信息的包装。包括商品在储运、销售期间周围环境对商品质量影响的信息记录与表现；商品的生产信息和销售分布信息的记录。

2. 功能材料型智能包装

所谓功能材料型智能包装，指应用新型智能包装材料而实现的智能包装。目前研究和应用的智能型包装材料，利用光电、温度敏感、湿度敏感、气体敏感等功能材料，对环境因素进行识别与判断，达到识别和显示包装微空间的温度、湿度、压力以及包装的密封程度随着时间的变化。

3. 功能结构型智能包装

该类智能包装，通过增加或改进部分包装结构，使包装具有特定智能功能的包装。

三、常见智能型包装举例

1. 信息型智能包装[1][2][7]

信息型智能包装技术将商品名称、成分、功能、产地、保质期、重量、价格以及使用指南、警告等信息，以数码或标签形式存储在包装微芯片中，消费者可以很方便地读取这些信息。

电子标签RFID（Radio Frequency Identification）即射频识别，是大家比较熟悉的，应用较为广泛的一种典型的、最具广阔的发展前景的信息型智能包装，在商品的防伪、防盗等方面，都显示出上佳的效果。

电子标签系统由标签、阅读器和天线三部分组成。

标签，由耦合元件及芯片组成，可附着在物体上标识目标对象上，每个标签具有唯一的电子编码，高容量电子标签具有用户可写入的存储空间；

阅读器，即解读器，是读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；

天线，在标签和阅读器间传递射频信号。

标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签或被动标签）；或者标签主动发送某一频率的信号（有源标签或主动标签）；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

电子标签系统可实时实现数据的采集，提供商品的信息，从而了解商品生产、储运等基本情况。电子标签可贴在普通商品的包装外面，使用十分方便。

电子标签使用例：

⑴ 商品防伪

只需在电子标签中写入相应的程式或者数字信息，读取的信息上传至总服务器，通过该信息是否与主机内的信息相匹配，即能辨别真伪，该技术目前已在酒类、医药类商品以及票务证件等等方面得到较好的应用。

⑵ 商品防盗

包装上贴有电子标签的商品，擅自将未付款带出商场，经过识别设备时，产生感应电流激发报警器，提醒销售人员有为付款的商品经过，实现防盗功能。

RFID标签生产成本较为昂贵，是其应用上的一个比较突出的问题，因此人们力图应用新技术，降低其生产成本。

《标签技术》2016第六期，介绍了一种基于新型不干胶研发成果基础上的RFID标签新型生产技术：中山利宝开发了一种RFID标签专用胶，将RFID标签的芯片及天线一起结合到不干胶中，在制造RFID标签时，印刷厂只需应用常规的印刷方法完成其表面印刷就可以为客户制造出RFID标签，大大地简化了RFID标签的生产过程，为降低RFID标签的生产成本，创造了有利条件，如在实践中得到大面积推广应用，或将大大推动RFID标签在包装领域中的应用。

2. 功能材料型智能包装

这类智能包装，是建立在功能性材料的基础上的智能包装。是目前智能型包装中，在食品及药品等商品的包装中，应用比较多的一种智能包装。具体举例如下：

⑴ 时间——温度指示剂[1][3]

它能对食品的贮存时间和贮存温度做出显示。时间——温度指示剂记录了食品在贮存和销售期间的温度变化的连续过程，进而预示食品的质量变化情况。时间——温度指示剂是建立在化学、机械学、酶学、微生物学等基础上的质量监控系统。作为质量监控器，它可以指示包装食品的温度变化和因温度变化引起的质量下降水平。

时间——温度指示剂主要应用于两个方面：作为仓库管理和零售食品的巡回检测工具，可以据此对临近到期的食品作出正确的处理：是继续陈列还是处理掉，这有助于保持所售食品的质量水平的稳定状态。时间——温度指示剂的应用有助于建立一个真实销售系统；每个包装产品的时间——温度指示剂是一个动态的货架期标签而不是一个开放式的日期标签。时间——温度指示剂能够确保消费者所购食品是否保存良好、是否正处在货架寿命之内。

⑵ 气调包装（MAP）泄漏指示剂[1][3]

泄漏指示卡可以指示包装在整个流通过程中的完整性。

气调包装采用较低质量分数的氧气（2%）和高质量分数的二氧化碳（20%～80%）的气氛，以抑制新鲜果蔬的呼吸、抑制细菌的繁殖，延长商品的储存期，其组成与空气之间有很大的差异（空气的组成为氮气78%，氧气21%，惰性气体等0.94%，二氧化碳0.03%），包装的泄漏会导致包装内外气体的交换，是包装内的氧气量分数的增加和二氧化碳质量分数的降低，从而降低以至完全丧失气调包装的功能，因此有必要对气调包装的泄漏情况进行监控。

为了达到对气调包装进行监控的目的，人们开发了泄漏指示卡——氧气指示卡和二氧化碳指示卡。泄漏指示卡通常贴在包装的内侧，可以提供包装内氧气和二氧化碳的质量分数的信息，从而指示包装的完整性。

① 氧气指示卡

正常情况下，气调包装中氧的质量分数远低于空气中的氧的质量分数，一旦包装破损，氧的质量分数将提高，因此我们可以应用气调包装中氧的变化，来表征是包装泄漏情况，为此使用了氧指示卡来监控气调包装的泄漏。

典型的可视氧指示卡包括一种具有氧化还原作用的染料，一种还原化合物和一种碱性物质，当指示卡上的氧化还原染料被氧化时，可以观察到染料颜色的变化。非可视化氧气指示卡含有能发荧光的内置体系，同时通过配置外部设备检测荧光强度来测定包装内的氧气质量分数与可视化的氧气指示器相比，它能更客观，更准确地反映氧气的质量分数。TNO开发的光学氧气传感法，将荧光猝灭在特殊处理的染料上，染料受脉冲激活后，会发出强度跟氧气质量分数成正比的荧光，这种方法对氧气非常敏感，可在不到1 s时间内完成测定。

② 二氧化碳指示卡

气调包装中二氧化碳质量分数的降低，也是气调包装破损的标志之一，因此也可将二氧化碳指示卡，作为气调包装的泄漏指示卡。但由于包装泄漏时，会导致微生物的繁殖，产生二氧化碳，从而使二氧化碳质量分数的降低的显著性下降，二氧化碳指示卡作为气调包装泄漏指示卡使用，效果往往并不十分理想。

⑶ 新鲜度指示剂[4][1]

新鲜度指示剂通过对微生物生长过程中产生的新陈代谢产物的反应来直接指示产品中的微生物质量。食品腐败微生物的代谢会产生许多代谢物，如有机酸、乙醇、挥发性含氮化合物等，新鲜度指示卡通过这些代谢物引起的指示标签变色，给人们以相应的提示。

① 硫化氢指示剂

贮藏期间的家禽包装劣化会产生大量的硫化氢。硫化氢它与肌血球相遇时，形成一种绿色素——硫肌球素。为了对家禽肉类的气调包装的质量控制，在以肌血球为基础的新鲜度指示剂中，运用了硫肌球素的形成法。将氢敏指示剂吸收高浓度肌球素溶液进入生化琼脂糖方块上，并将方块封闭在透氢膜内。

这种附加在容纳非腌泡烧烤食品浅盘包装用盖材料的内表面上，以肌球素为基础的被肉眼可见的颜色改变，与烧烤食品样本的质量有关。新鲜度指示剂其颜色的改变，与感官对气味的不良反应同时发生。

② 酶（pH）反应型指示器

酶反应型指示剂实质上是一类pH值指示剂，它测量的是酶催化的脂类底物水解释放的质子H。质子释放速率与温度有关，温度越高，其释放速率越快，通过颜色的改变可以推测出食品的剩余货架期。瑞典Vitsab环形指示器，由两个隔开的小囊组成，一个囊中装有分解脂肪的酶的水溶液，另一袋中装有载有脂类底物的聚氯乙烯水溶液，溶液中放有pH指示剂。

在使用时，先通过外力压破两个小囊之间的隔膜，使两种溶液混合，整个溶液成酸性，pH指示剂的颜色也就随之改变。根据内环颜色的变化，消费者可以判断出是否可以食用。内环颜色为白色时，处于未激活状态；如内环的颜色与左侧箭头内颜色相近时，表示可以食用；与右侧箭头颜色相近时，就不能食用。在未激活之前，这种指示剂可以在室温下保存，使用起来比较方便，既可以固定在包装密封上，也可安放在货架内的包装袋之间或散装箱内。

（4） 扩散型指示器

扩散型指示器是根据物质的扩散特性而设计的。物质的扩散速度与温度有关，温度越高，扩散速度越大。指示器通过不同的指示位标就可以知道食品接触温度的历程和剩余货架期。

3. 功能结构型智能包装[6]

功能结构型智能包装是从包装的结构着手，改变传统包装的结构，利用现代化技术，实现智能化的功能，比较典型的例子如食品涨袋报警包装。食品涨袋报警包装是在包装袋底部，嵌人一个封闭的自动报警系统，当包装袋内的食品涨袋产生的压力大于设计的正常压力时，报警系统就会自动报警，提示食品已涨袋变质，从而提醒商家及时将变质的食品下架、提醒在消费者及时处理家中储存的变质食品，避免变质食品对人们的危害。