包装设计智能化应用、社会功效及发展前景研究

2013-05-14刘莹刘兆熙

卷宗 2013年3期

关键词：防伪

刘莹　刘兆熙

摘要：智能包装作为包装设计产业新兴包装模式，通过对产品进行智能化包装设计，在识别、判断产品新鲜度，控制产品质量，延长货架寿命，实现产品智能化信息管理等方面发挥了重要作用，在食品、医药、日化用品、物流管理等领域都具备广泛的应用空间。智能包装能保障消费者健康权益，提高产品使用率和生产效能，实现智能化信息管理，具备广阔的市场发展前景。

关键词：智能包装；货架寿命；防伪；RFID标签

伴随新材料新技术的发明和应用，智能包装通过对包装材料的更新换代升级、通过改造包装结构、通过整合被包装物信息管理，实现被包装物的人性化的智能化的目的、要求或功效。智能包装技术在发达国家已取得长足发展，但在我国尚处于实验和研究阶段，但智能包装以其智能化、人性化、交互式等功能越来越受关注，本文拟对此进行研究，以期能抛砖引玉。

1.智能包装在食品、医药、日化用品、物流管理等领域的应用

智能包装在识别和判断产品品质、延长产品货架寿命等方面的强大功能，使其在食品（包括饮料）、医药、日化用品、物流管理等多个领域运用越来越广泛。智能包装在信息控制，产品信息的可追踪性方面亦发挥着重要作用。

1.1 智能包装在食品领域的应用，主要指智能外包装能对外部环境和内部环境的湿度、温度、光敏、压力、时间和气体含量等参数进行性 “识别和判断”，并进行智能化自动调节，延长被包装物货架寿命。区别于传统的食品包装袋上打印的有效期，智能包装采用变色指示的形式指示食品有效期，还能智能化控制食品品质和新鲜程度。

许文才、曹国荣（2007）认为“活性包装的发展有两个主要的研发方向：活性包装标识（智能标签）和延长食品保质期的包装技术。[1]”我们认为食品智能包装，可分为指示型和控制型两类。指示型智能包装，指对包装材料嵌入特殊化学物质（如Fe元素）、合成材料，当被包装物的气体含量（如H2S、CO2）、温度-时间、湿度、微生物含量等超过一定标准时，外包装材料出现某种颜色变化，以指示被包装物的新鲜程度。指示型智能包装因其能用颜色变化的形式直观反应食品的品质变化，又称变色包装。贺宇红（2005）介绍了法国不二价超市运用时间温度指示器（TIME & TEMPERATURE INDICATOR， TTI）指示型活性包装和美国加州门罗帕克市使用的INTELIMER包装膜控制型活性包装技术[2]。

目前被设计用于包装鲜肉及乳制品的温度-时间指示器（TTI）以温致变色油墨标签的形式，来判断任何对温度敏感的产品，特别适合用于测定产品的货架寿命、冷藏条件等，这种智能包装设计同样可用于告知经冰箱冷冻后啤酒的温度、肉类产品的新鲜程度及是否变质等。新鲜果蔬会因破坏性微生物的呼吸作用而食用度下降，采用含Fe元素智能包装气体指示剂，能判断被包装物的内部O2含量、H2S的含量。采用能分析食品酶、抗体和细胞并能将生物信息转换为物理信号的生物传感器智能包装，通过物理信号测定禽肉二胺（腐胺、尸胺和精胺）的浓度，以判读禽肉的食用度。

控制型智能包装，指对包装材料嵌入对包装材料嵌入特殊化学物质（如去氧凝胶层）、合成材料，或对被包装物的内部构造进行智能设计，对被包装物的气体含量（如H2S、CO2）、温度-时间、湿度、微生物含量等进行智能控制，最大限度地保持食品的营养和品质。控制型智能包装，通过调节包装材料与食品之间的相互作用延长食品的货架寿命和新鲜度，我们称之为活性包装。

脱氧是保持食物新鲜度的技术，采用智能化脱氧包装，可以使包装内的O2浓度将至0.01%。日本Mitsubishi Gas Chemicals Yoshihisa Sakakihara公司研发的二价铁类内贴式去氧剂和美国新泽西州一家公司研发的可氧化聚合物内层，都能有效地捕捉并消耗包装袋内的氧气，控制食品氧化速度、抑制细菌繁殖。[3]乙烯气体能加速蔬菜和水果的成熟和老化，含有高锰酸的硅胶配合脱氧剂使用，对水果储藏和运输有绝佳效果。采用硅胶、石灰、氧化钙等干燥剂包装鱼类，可以有效降低包装袋透湿率，延长鱼类货架寿命。

单一薄膜的使用性能往往有—些局限性，达不到人们的要求，因此多层复合薄膜已经成为人们研究的热点，使包装材料具有许多优异的特性。[1]Nisin（乳酸链球菌素），又称尼生素，它是由乳酸链球菌合成的—种多肤抗菌素，用涂有尼生素的PE材料包装液体类食品或真空热狗包装，可以有效减低有害细菌数量。[4] DuPant公司利用天然抗菌材料甲壳素，将其涂在外包装上以控制食品质量，在不同的PH值下，水蒸汽的透过率可是实现交联控制。[5]

由Crown Cork &Seal公司和Tempra 技术公司合作研发的智能包装产品自动冷气罐，通过罐底凝胶层、管壁干燥剂的化学反应吸收热量，3分钟内就能使355ml罐装饮料温度下降至16.7℃。雀巢公司推出的330ml自动加热牛奶咖啡罐通过罐底层置水和生石灰化学反应释放热量，3分钟后咖啡可以达到约60℃。[6]为防止营养流失，欧洲研发了一种智能易拉罐，当开启易拉罐时，罐内压力骤降，附着在管壁的微量元素自动释放并溶解于饮料内，大大降低了产品在储存运输阶段的营养流失损耗。[6] 由美国RUTGERS大学研发的智能化微波加热包装，该包装把食品加工信息编入到RFID智能标签，由微波炉内置的标签扫描仪和微处理器自动获取相关食品信息，自动对食品进行最优化热处理，获得食品最佳食用品质。

据统计，2006年全美智能包装市场领域，食品智能包装占到了70%以上，[7]成为智能包装市场最具应用活力的领域，创造了巨大的经济效益。特别是低成本的TTI标签一经问世，制造商普遍意识到其在降低食品腐烂现象、延长食品货架寿命的积极作用，智能包装在食品和饮料市场份额也相应地出现增长势头。彭珊珊、蒋侬辉（2005）认为21世纪食品包装的趋势为：无菌包装、绿色包装、功能包装、智能包装、方便化包装、个性化包装六大类[8]，其中无菌包装、绿色包装、功能包装大部分都是利用智能包装材料对食品品质进行控制，因此也可以归类为智能包装。

1.2智能包装产品层出不穷，在医药领域亦有不俗表现。指示型智能包装和控制型智能包装能保证药品质量，降低O2和湿度对药物效能损坏。智能包装药品还能提高服药的准确性和方便性，张改梅（2007）[9]介绍了瑞典CYPAK公司、丹麦BANG &OLUFSEN MDICOM公司、加拿大INFORMATION MEDIARY公司、美国DDMS公司相继推出的药品泡罩智能包装，当每一粒药品被取走时能记录取药时间并将信息传递给医生。丹麦BANG &OLUFSEN MDICOM公司研发的名为“援手”（HELPING HAND）药品有声智能包装，能定时通过电脑或者手机信息方式通知患者服药。使用RFID标签技术跟踪药品，可以有效地打击假药市场，并提高药品详细信息。美国食品药品监督管理局（FDA）已经提倡使用RFID作为药品防伪的手段之一。[10] ENVISION AMERICA研发的可发声标签系统，可帮助有视力障碍的患者、文盲等了解药品的服用说明、注意事项等。

申晟（2006）对目前药瓶进行了智能化包装设计构想，他摆脱了目前药品旋帽设计的束缚，以“金施尔康”为例提出开启滑动开关并使药丸计量从滑道划出的容器设想，方便实用[11]。阳康丽、袁志庆、陈洪（2006）也认为智能材料在药品保存、药效保持方面具有的积极作用，“将生物技术、信息技术、电子技术、纳米技术等先进技术与药品包装材料相结合，可望开发出具有药品质量自检测、防伪、定时提醒患者吃药、破裂时能自修复等多种功能的智能药品包装材料，对于延长药品保质期、方便患者用药无疑具有重要的意义，因此，智能药品包装材料必将是材料领域长期研究与开发的重点和热点。[12]”

1.3 RFID智能标签在日化产品的防伪领域有不俗的表现，指示型智能包装在日化产品的显性使用领域更有突出成绩。SUN CHECK通过变色包装来提示紫外线强度，并提示用户选择相应的防晒指数及防晒品。宝洁公司SK-ⅡAIRTOUCH粉底包装使用电离技术将粉底颗粒涂抹在皮肤上。NANO MARKETS公司研究表明，总体上来说，全球智能包装市场值2011年将增长至48亿美元，2013年将增长至141亿美元[13]。

1.4 智能标签RFID产品包装技术已在欧美国家取得了实质性进展，包括沃尔玛连锁超市、保洁公司等企业都在努力推广RFID标签技术。借助RFID智能标签，产品在生产和流通过程中均有可追踪性，制造商和用户可以实时了解产品库存、流通、保质等信息，这在物流管理中能预测顾客购物情况，优化库存管理，整合资源，建立信息化仓贮管理C3I系统[14]。全球最大的零售商沃尔玛要求其供货商2005年前全部启、RFID标签技术管理货品，作为其供货商之一的DAISY BRAND公司已经从RFID智能标签技术获得内部管理快捷之处。该公司包装设计市马克·布鲁斯介绍说，通过RFID系统智能管理使“我们精确地知道每一辆车的货物装载情况，这个系统帮助我们确信没有装错货物的情况发生。[15]”

保洁公司启用RFID智能技术整合物流供应链，每年可减少15亿美元的经营成本[16]。据专家预测，到2015年全球预计每年将需要约1万亿枚射频标签，其中大多数将是用在智能包装上。[17]

2.智能包装的社会功效和发展前景

2.1保障食品安全，保护消费者的健康权益，维护正常的市场秩序。当下，假冒伪劣产品猖獗，食品安全在缺乏有效的市场监督和政策缺失条件下，加强智能包装强制使用管理，广泛推广可追踪性RFID智能标签和防伪智能包装，对保障食品安全不失为一种有益的探索。有专家预测，将来法律将出台具体条文，规定某些易腐食品必须强制使用安全智能标签，方便消费者选择安全放心的食品，规范市场秩序。

提高产品的使用率和制造商的生产效能，减少浪费。统计显示，英国家庭中每年要扔掉约830万吨食物，其中约有36.4万吨食物因为超过了最佳食用期而被扔掉，有3.9万吨食物是尚未开封的[18]。假使在食物包装技术上采用智能包装，及时提示用户食品的最佳食用期及有效期，定能大幅度减少浪费。同时，也能及时提示制造商，采取相应对策快速处理。

加强产品的供应链管理，实现物流的信息化管理。RFID智能标签，使得产品从生产到运输、储存阶段皆有可追踪性。借助网络管理系统，控制中心能对货架产品和在线产品、库存产品信息整合，实现供货商、运输、资金、人工等资源合理调配，优化物流管理，建立智能型物流体系。

2.2 智能包装作为一门新兴产业在西方国家已出现蓬勃发展势头，不断涌现的智能包装新材料、新技术，给包装行业带来了前所未有的巨大利润空间。据美国NANO MARKETS市场调查公司统计显示，至2011年全球智能包装市场产值已增至48亿美元，到2013年将达到141亿美元。[7]在欧洲，智能包装业被列为未来最具市场潜力、最具利润空间的产业之一。当前，全球各大加工商都在争食这块大蛋糕，国内企业却表现相当沉默。

在中国，智能包装业起步晚、发展慢，高成本成为制约我国智能包装发展的第一道门槛。科研人员不足、资金缺乏、市场接受速度缓慢，也是制约我国智能包装企业兴起的重要原因。[7]中国印刷技术协会理事长武文祥在2006年中国国际特种印刷暨智能识别（RFID）技术展览新闻发布会上指出：我国的特种印刷和RFID技术无论是市场规模、产品水平，还是品种规格、消费水平，都还有相当大的差距。特种印刷和RFID技术推广以及进入中国市场的应用将成为今后的热点。

2.3 智能包装，作为包装设计的新兴子类学科，融合了包装设计、新材料研发、微电子技术、信息控制技术等多种学科，是新兴的交叉学科。目前，国内高校及科研院所在这一领域的学科理论基础、定位、研究对象、学科架构、研究方法等层面处于空白阶段。在科研、教学领域，需要大批领军人才。在政府层面，需要相关职能部门加大资金支持、政策倾斜，给予必要的宣传、引导和监督。

2008年北京奥运会的召开极大地推动了国内RFID智能标签的发展，北京奥组委为确保食品安全，对奥运村食品全程启用RFID追踪管理。尽管国外智能包装已取得一定成果，但也处于起步阶段。这对我国智能包装业是机遇也是挑战，我们相信，中国包装业会以此为契机，以RFID为突破口，在世界包装市场占据一席之地。

参考文献

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