面向网购生鲜肉品的智能保鲜包装箱设计研究*

石建伟，宋炜昱，高思繁，李烽韬，杜 越，李春伟

（东北林业大学工程技术学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

随着电子商务在我国的兴起以及人们生活消费水平的不断提高，越来越多的消费者倾向于在网上购买生鲜肉类产品，相应冷链物流运输的需求也在逐年增加。据有关部门预测，2020 年，中国冷链物流市场规模将达到4 700 亿元。

随着中国冷链市场规模的不断扩大，在冷链运输中起重要作用的保鲜包装箱尤其是面向生鲜肉品的保鲜包装箱却存在许多问题，于是，研究者们围绕冷链运输包装开展了相关研究。龚琳玲等[1]围绕农产品生鲜电商冷链物流包装提出了一些对策；林芳等[2]在对生鲜电商冷链物流进行了深入分析的基础上，发现我国冷链物流运输模式存在信息化不够、技术标准不完善、合理性欠缺等问题；曹思昱等[3]在对冷链运输包装的现状进行全面分析的基础上对冷链运输包装进行了优化。在生鲜包装设计方面，詹文瑶等[4]面向C2C 电商平台下对生鲜果蔬进行了网购包装设计；董静等[5]基于有限元分析对生鲜包装箱的通风口进行了设计；石辰三等[6]对鲜香菇的长距离运输进行了相应的保鲜包装箱设计。与此同时，很多企业也针对保鲜包装箱进行了相关研发，其中，苏宁易购提出了冷链循环箱[7]，日本北海道涵馆水产食品公司研制了活虾运送保鲜箱[8]，日本食品流通系统协会设计了可延长保鲜时间的蔬菜保鲜包装箱[9]等。在已公布的专利中，金一平等[10]发明了一种可分离产品和冷媒的生鲜包装箱，白万喜等[11]发明了一种可检测箱内温度的水产品保鲜包装箱，吕良[12]发明了一种提高制冷保鲜效果的泡沫保装箱等。

上述相关研究与研发设计都是针对水产品以及果蔬产品的保鲜包装箱，而面向流通量不断增长的生鲜肉品保鲜包装箱研究相对较少，同时围绕保鲜包装箱智能化及功能性等方面的研究还有待进一步完善。基于此，本文提出了一种面向网购生鲜肉品的智能保鲜包装箱创新设计方案，以期为解决市场需求提供一定的理论参考与技术借鉴。

1 保鲜包装箱的类型分析

首先对淘宝、京东、四通一达和顺丰等企业所使用的生鲜保鲜包装箱进行了市场调研，并分别从包装箱的生产成本、温度分布特征、材质及是否循环复用、是否需要外接电源以及综合性能等方面进行了比较了，分析结果见第73 页表1。用户在使用产品时，受众人群和使用情况不同，则获得的用户体验也不同。通过市场调研发现：消费者在网购生鲜时，比较关心生鲜肉品的新鲜程度，生鲜肉品从选种到消费的相关信息，以及自己购买肉品的真伪；而运输人员则比较关心生鲜肉品包装箱内部环境的温度及湿度条件是否符合不同外界环境改变时物流运输的相关要求，以及能否快速获取包装箱内的产品信息，以便于在运输车内对生鲜肉品的摆放位置及其他相关条件提前做好规划和调整。目前市场上流通的网购生鲜肉品保鲜包装箱显然已难以满足市场需求，面向网购生鲜肉品智能保鲜包装箱正是基于产品流通环节不同人员的痛点，旨在提供一种综合包装解决方案。

表1 不同类型的保鲜包装箱 （元）

2 智能保鲜包装箱的设计

2.1 设计思路

近年来，国家越来越重视环境保护。而流通量逐年激增的网购包装箱更是关注的重点，结合冷链物流在我国的不断发展，纸箱加冰块和泡沫箱加冰块的传统冷链包装的市场份额在不断减少。目前保鲜包装箱的市场呈现出向智能化包装箱发展的势头，但是目前市场上已出现的智能保鲜包装箱销量却没有按正常预期的那样使生产企业满意，究其原因，主要是这些包装箱打着智能产品旗号，却只是在材质上做了适当改变或是在结构上做了一些易折叠的设计，而在功能的实现上却很少涉及。由于我国的冷链基础设施薄弱，涉及低温运输业务的运输工具较少，资源分布不均衡等因素，面向网购生鲜肉品的智能保鲜包装箱的设计研制，不仅可以解决生鲜肉品“最后1 公里”的难题，而且将在离散型网购生鲜肉品的物流运输中发挥重要的作用。

通过使用绿色包装材料和可循环器件，避免出现传统生鲜肉品包装箱污染环境的情况，采用RFID （射频识别）非接触式扫描技术结合WMS（仓储管理系统）提供的货物信息方便对运输车上的货物进行检测，降低因人工因素导致的货物错发或货物少发的错误率，减少用于传统人工检测的人工支出，提高货物的分拣及配送效率，同时可以起到防伪作用；使用温湿度监控装置，达到监控肉品温湿度的目的，为运输人员调节温湿度提供帮助，使生鲜肉品置于适宜的环境，增加生鲜肉品的存储时间；通过肉品新鲜度智能指示包装膜对生鲜肉品的新鲜度进行整体的可视化检测，使用方便、操作简单，在一定程度上满足了消费者对于网购生鲜肉品品质的需求。

2.2 设计方案

本包装箱的总体设计方案如下。一是箱体外形：长方体形状，分为外部包装箱和内置保鲜盒两部分，包装箱包括箱体和箱盖。二是生鲜肉品新鲜度智能指示功能：生鲜肉品的表面包裹一层新鲜度智能指示保鲜膜，保鲜膜的颜色会根据肉品的新鲜度变化而变化。三是包装箱温湿度监控功能：箱体外壁上嵌有温湿度电子屏显示装置，便于方便监控产品的温湿度变化，在外箱和内箱之间放置均匀的冰排。四是RFID 功能：内置保鲜盒盒体设置有RFID 标签。

2.2.1 生鲜肉品新鲜度智能指示功能

生鲜肉类的新鲜度是消费者关注的一项重要指标，由于生鲜肉品含有丰富的营养元素，加之我国的冷链系统还不完善，生鲜肉品很容易在加工、运输、存储、销售过程中受到微生物的污染，从而降低肉品品质，危害消费者的身体健康。生鲜肉类腐败变质期间，发生化学反应时会生成一系列产物，从而导致生鲜肉品的pH 值变化，而某些有色的化学物质（溴甲酚绿、甲基红、花青素等）可在不同pH 值的环境下呈现不同的颜色。

本部分设计方案：采用基于天然花青素的颜色智能指示抗菌保鲜复合膜，该保鲜膜不仅对pH 值反应灵敏而呈现不同的颜色提示，而且还具有抗菌保鲜功用，同时不会污染肉品。该新鲜度指示膜包覆在生鲜肉品表面，可对肉品新鲜度进行指示。

2.2.2 包装箱内部温湿度监控功能

在生鲜肉品运输流通过程中，温湿度是快递运输人员关注的重点。

本部分设计方案：采用电子温湿度监测警报系统，其工作流程见图1。具体实施过程为如下。一是在包装箱内壁设置温湿度采集装置获得包装箱内温湿度的实时信息；二是温湿度的变化显示在包装箱外侧箱体的温湿度显示屏上；三是当包装箱内温湿度超过所设定的临界值时，报警装置立刻发出警报，快递运输人员会立即对包装箱内的温湿度进行相应调节。

图1 温湿度监测报警装置工作流程图

采用相变材料制作的双层蓄冷盒对包装箱内的温度进行调控，不仅使生鲜肉品受冷均匀，而且在交变温度条件下，只需将内层蓄冷盒冷藏而外层蓄冷盒冷冻，即可进行长时间保温运输，操作简单并可循环复用。

2.2.3 RFID 非接触式扫描功能

本部分的设计方案：采用无源式RFID 智能标签（见图2），快递运输人员通过RFID 读卡器发送电磁波，当RFID 天线在该电磁波作用下的电感电压达到VPP 时，RFID 会将其内部信息以曼彻斯特格式的信号发出，读卡器接受到该信号后进行破译即可得到RFID 芯片所蕴含的信息，实现非接触扫描的目的。

2.2.4 包装箱及保鲜盒结构及装潢设计

该包装箱的尺寸设计方案：1）包装箱的尺寸为500 mm×400 mm×370 mm，具体尺寸见图3；2）保鲜盒的外尺寸为200 mm×150 mm×90 mm，具体尺寸见图4。

包装箱内部结构设计方案：包装箱内肉品保鲜盒为12 个。每层可以放置4 个，共放3 层，同时又给蓄冷版留有足够的放置空间，见图5。

图2 RFID 标签

图3 包装箱主视图及左视图

图4 保鲜盒主视图及左视图

图5 智能保鲜包装箱整体图

包装箱及包装盒装潢设计方案：包装箱外装潢采用简约风格进行设计（见第75 页图6），包装箱上的循环标志表明该包装箱具有绿色环保并可循环复用特征。不同种类生鲜肉品采用不同颜色对相应动物进行涂色，别具一格又对比鲜明，同时表明了该包装箱的用途。将温湿度显示装置和示警装置结合使用，在保护箱体保温性能的同时显得清晰明了，简单的RFID 标志设计，醒目实用。生鲜保鲜盒包装纸带设计见第75 页图7，“粉红色的猪”代表着保鲜盒内肉品为猪肉，采用“猪头”的轮廓图进行新鲜度对比色卡的设计，简约明快又不失可爱。

图6 保鲜盒外包装装潢图

图7 智能保鲜包装箱整体图

包装箱及包装盒装材料设计方案：包装箱的外置包装箱箱体为EPP 材质（发泡聚丙烯）。

2.2.5 智能保鲜包装箱的产品优势

与传统的保鲜包装箱相比，所设计的智能保鲜包装箱不仅具有智能保鲜功能，其机械强度较高，而且可重复使用，便于制造，综合成本较低。包装箱箱体外壁的温湿度显示装置可随时给出包装箱内部温湿度状况，便于运输人员进行及时调节。采用放置均匀的冰排作为冷媒，不仅取用方便，而且可使产品温度分布均匀。使用RFID 电子标签存储产品的相关信息，不仅造价便宜，可减少印刷量，而且可使顾客对产品了解的更加全面，提高顾客满意度的同时，兼具防伪功能。基于天然花青素对pH值敏感的新鲜度指示保鲜膜的应用，可以有效抑菌，提高生鲜的存储时间。通过对比膜的颜色变化，方便顾客了解产品的新鲜状况，给予顾客更安心的购物体验。产品送达后，运输人员可将内包装箱直接给予货主。整个操作流程简单易操作，既减少运输人员的劳动量，又提高了运输效率。

3 结束语

本文设计的面向生鲜肉品的智能保鲜包装箱集合了多种监测功能，使得网购生鲜肉品在包装箱与快递人员、消费者之间的信息传递更加方便。该包装箱不仅能满足网购肉品的运输与流通，还能够为肉品品质的实时监控与检测提供便利。面向网购生鲜肉品的智能保鲜包装箱的设计与应用可为冷链运输行业包装箱的发展提供一定的启示和技术借鉴。