食品智能包装标签的现状及现存问题分析

食品智能包装标签的现状及现存问题分析

摘要：随着人们对食品质量和安全性的愈加重视，以及食品生产、销售、贮存方式的变化和科学技术的进步，食品包装技术也随之发生了很大的进步，其中智能包装发展迅速且在未来包装发展方向上占有主导地位。本文综述现有智能包装标签的类型、原理及应用，并对其存在的问题进行分析。

关键词：食品包装；智能包装；智能化标签

1.引言

一方面食品包装使食品免受环境如光线、氧气、水分、微生物、机械胁迫和灰尘等的影响，有保护食品、流通安全的作用；另一方面食品包装提供了食品的相关资料，有提供产品信息、促进销售的作用。因此包装在食品整个流通过程中具有十分重要的作用。

智能包装是近十年来在国外食品行业中兴起的一种新型包装技术，与活性包装侧重于从包装中主动释放抗菌、抗氧化物质并吸附消除食品及包装本身释放的有害物质的技术相比[1]，智能包装是一种能够自动监测、传感、记录和溯源食品在流通环节中所经历的内外环境变化，并通过复合、印刷或粘贴于包装上的标签以视觉上可感知的物理变化来告知和警示消费者食品安全状态的一种技术[2,3]。

与传统意义的包装技术不同，智能包装能够与消费者就包装食品的安全信息进行主动交流，并通过活性包装相结合的方式达到提高食品品质和延长食品货架期的目的。从智能和活性包装的定义和功能来看，活性包装更多趋向于主动保护包装食品的安全，而智能包装则更加倾向于通过监测和传感包装食品的安全状态来与消费者进行信息传递与交流。智能包装被认为是一种能够在食品产业链中起到监控食品安全品质和传递食品安全信息的有效途径之一[4]。

2.智能包装标签的分类

智能包装对食品包装的意义是通过智能标签系统来完成的。智能标签系统是一种能够表征食品新鲜度，并将食品新鲜度信息直观反馈于消费者的一种可视化标签。可根据食品所历经的温度、时间等环境参数的变化来直观表征包装内部食品的质量变化。一般可以将智能标签主要分为以下两大类：温度型智能标签和气体指示型智能标签。

2.1温度型智能标签[5]

温度型智能标签也称时间温度指示器（TTI），它可以记录食品在全供应链期间的温度变化过程，由于食品新鲜度受到温度波动与时间变化的直接影响，且各食品在非适宜储藏温度下其新鲜度将得到极大的影响，因此利用时间-温度标签可良好的表征食品新鲜度的实时现状。TTI除了能记录食品所历经供应链中的环境储存情况，还能表征食品的剩余货架期，因此在生鲜冷冻食品如蔬菜、海产品、禽类、畜类和乳制品等领域得到了广泛的研究和初步应用[6]。根据TTI指示标签显色物质产生机理的不同，又分为扩散型、聚合型、酶促反应型以及UV触发型等四种。

扩散型TTI是根据物质扩散速度与温度相关的原理进行设计，即温度越高，扩散速度

越大。当储藏温度低于酯质的熔点时，标签不响应；当储藏温度高于脂质熔点时，标签开始响应。扩散型智能标签的适用温度范围与所选择的酯的类型有关。如丁基硬酯酸（熔点为12℃），二甲基邻苯二甲酸盐（熔点为11℃），辛酸辛酯（熔点为17℃）。这类标签主要可以监控冷冻肉类、鱼类等多种食品和饮料品的新鲜度与品质。

聚合型TTI是利用单体发生聚合物反应生成带有颜色的聚合体的一类食品安全指示器。原理是基于固态聚合物反应随着温度的升高而加速，从而导致指示器中蓝色加深，可以直接用肉眼对TTI的颜色与参考色进行对照评估，或者用色度计进行测定。这类标签主要用于冷冻食品储藏时品质的监控。

酶促反应型TTI是一类pH指示器，其原理主要是利用酯质的底物在受控温度条件下的酶促水解导致pH降低，最终引起酸碱指示剂颜色发生变化。温度越高，酶催化脂类底物水解释放的质子的速率越快，酶催化脂类底物释放的氢离子越多，与此同时，标签颜色变化随着时间的延长也发生较大变化。可根据指示器颜色的变化来推测出食品品质的变化。此类标签主要运用于肉类、乳制品等冷藏食品的剩余货架期预测。

UV触发型TTI，主要是指近年来在包装印刷领域中应用广泛的热致变油墨智能包装。热致变油墨主要由成色剂、染色剂和溶剂三部分组成，其中染料与显色剂的反应易在低温下进行，而此时溶剂则已固体状态存在，随着温度的升高，溶剂逐渐融化，并与染料-显色剂所形成的复合物进行着色反应。由于此类包装在用于食品包装前需对其环境温度进行严格的保藏控制，以此避免指示标签的提前污染失效。因此为了避免热致变油墨的提前变色，而失去其应用价值，研究了基于紫外激发态热致变油墨。UV触发型热致变油墨是一种不用溶剂，干燥速度快，光泽好，色彩鲜艳，耐水、耐溶剂、耐磨性好的油墨，并且对UV光有选择性吸收的特性。

2.2气体指示智能标签[5]

气体指示智能标签是指通过直接采集食品因微生物代谢所产生的特殊性气体来监测食品的新鲜度。由于食物的呼吸作用不断改变着包装内的气体组分，而这些气体成分变化往往用作包装内部食品质量变化的表征参数。一般来讲包装内气体组分的变化主由微生物，或者包装材料的泄漏或破损所致。气体感知指示器可通过化学或酶的一系列反应，改变标签表层的颜色，从而来监测包装内部气体的组份变化。按照检测特征气体的不同，分为二氧化碳、氧气、挥发性含硫化合物、挥发性含氮化合物以及乙烯综合型气体指示器等五类气体敏感型智能标签。

二氧化碳敏感型可以指示在乳制品及发酵类产品的新鲜度。氧气敏感型是食品包装中应用相对较为广泛的一种气体指示标签，此类指示器主要应用于食品气调包装内部的氧气含量的监测与表征。挥发性含硫化合物是肉类产品腐败臭味的主要来源，因此含硫化合物敏感型可以指示肉类产品的新鲜度。挥发性含氮化合物是海产品与肉类产品等动物性产品受到自身酶以及外界微生物对其内营养物质的分解，最终产生大量的挥发性有机胺类，这些化合物是肉产品腐败表征，因此TVBN敏感型可以指示海产品与肉类产品等动物性产品的新鲜度。

乙烯是水果和蔬菜在供氧充足的条件下释放出的特征产物，因此乙烯敏感型可以用来指示果蔬的新鲜度。

此外，光子凝胶作为一种新型纳米变色材料，适用于检测环境的不同气体、温湿度、酸碱度等综合性指示器。光子凝胶材料的变色机理是基于其层状结构中离子的直接交换，并随着特性物质使其阴离子的水合不同，使光子凝胶材料呈现出不同的色彩变化，此类新型材料主要应用于环境综合性因素的监测，在环境监控、食品包装等领域作为商业化指示器有很大潜力。

3.现存问题分析

3.1通用性分析

就目前市场来看，扩散型、聚合型、酶促反应型等温度型智能标签居多，而在整个指示过程中参与化学反应的起始物质大都为光敏性和热敏性物质，其本身具有一定的寿命，在正常条件下，外界自然光和温度都能降低光敏物质和热敏物质的敏感性。因此，以上标签对贮藏环境的温度较为敏感，一旦接触温度高于保存温度时，即被激活，这就对整个流通过程中的贮藏温度的维持有很大的挑战。这就需要指示剂的稳定性和抗干扰能力需进一步提高，以此避免标签的失效。并且此类标签都有温度的适用范围，不在此范围内的将不被指示，因此目前该类标签大都应用在需避光和低温贮存、且货架期较短的快速消费食品包装上，限制了其在更大温度范围和自然条件下的应用[7]。

气体型智能指示标签尚处于研究开发层面中，由于此类标签只对不同食品所释放的特异性气体含量进行表征，即一种指示标签只指示对应的特定食品所产生的特定气体，不能一种指示标签指示多种气体，因此气体型智能标签所占产品选择面很窄。

3.2功能性分析

智能标签作为一种新型食品包装技术，其功能主要体现在检测、传感、记录、追踪内包物以及与消费者的交互性体验上，本身对食品保鲜等没有起到一定的作用，需要通过结合活性包装、气调包装等食品保鲜包装技术，来提高食品品质和延长食品货架期的目的。这就加大了包装的复杂性。

3.3安全性分析

温度型智能标签和气体指示型智能标签都是通过添加一些特定的化学试剂来实现指示功能的。在美国FDA 法规、欧盟指令及其限制物质使用清单、日本食品卫生法及其肯定列表中，有关食品包装材料风险管理的条款中都明确规定了任何一种添加于食品包装材料的化学物质都需要进行详细而全面的健康和环境评估，以此来确定该化学物质在食品包装材料中添加方式和添加量[6]。但是目前缺乏应用于智能食品包装中智能化学成分全面而有效的毒理学评估。

3.4经济性分析

目前生产温度型智能标签和气体指示型智能标签的企业并不是很多，因此其成本相对较高，而在产品的包装成本有比例要求，超过将视为过度包装，因此智能包装多应用在适应其