第3章_智能包装技术-1

第一节 智能包装技术基础
功能材料型智能包装就是指通过应用新型智能包装材料， 增加和提升包装功能，以达到特定包装的目的。如通过采用 光电、温敏、湿敏、气敏等功能材料，对环境因素具有“识 别”和“判断”功能的包装就是典型的材料型智能包装。所 制成的复合包装材料，可以识别和显示包装空间的温度、湿 度、压力以及密封的程度、时间等一些重要参数。 据国外调查分析，预计到2011年，全球智能包装产值将 增长至48亿美元，2013年将增长至141亿美元。其中，美 国在智能包装方面发展迅速，智能包装市场每年的增长率为 13％，估计到 2011年产量将达11亿美元。
第一节 智能包装技术基础
智能包装的分类方法： 一类是诊断或检测技术 (diagnostic technologies) ， 主 要 类 型 包 括 时 间 － 温 度 指 示 标 签 (time-temperature integrators/indicators，TTIs)、新鲜度指示标签、热敏 油墨(thermochromic inks)、氧指示标签、包装泄漏标签、 二氧化碳指示标签、致病菌指示标签等； 另一类是信息技术(communicating technologies)， 主 要 类 型 包 括 无 线 射 频 识 别 电 子 标 签 (raid frequency identification，RFID)、防盗窃电子监视标签(electronic article surveillance ， EAS) 、 电 磁 识 别 标 签 (electromagnetic identification，EMID)等。
第二节 智能包装技术原理及应用
临界温度指示器 （critical temperature indicators， CTI）
CTI 表示的是存放环境温度高于（或低于）参考温度。 它包括一时间常数（通常很短；从数分钟到数小时），但其 并不能显示存放高于临界温度的时间长度，只可以标明产品 存放于不合适的温度环境中一段时间这样一个事实。它可以 作为一种合适的警告指示，表明物理化学或生物学反应速率 已呈现出不连续的变化。其中的一种适用情况是，当发生相 变时就会出现不可逆的劣化（例如冻结产品的解冻或新鲜或 冷却产品的冻结）；CTI的另外一种适用情况是在高于临界 温度后就会造成重要蛋白质发生变性或病原菌的生长。
第二节 智能包装技术原理及应用
第3章 智能包装1
第一节 智能包装技术基础
Intelligent packaging systems provide the user with information on the conditions of the food and should not release their constituents into the food. Intelligent systems may be positioned on the outer surface of the package and may be separated from the food by a functional barrier, which is a barrier within food contact materials or articles preventing the migration of substances from behind that barrier into the food. Behind a functional barrier, non-authorised substances may be used, provided they fulfil certain criteria and their migration remains below a given detection limit.
致病菌指示标签
第一节 智能包装技术基础
智能包装也可以这样分类： 按工作原理来分类，可将智能包装分为：功能材料型智 能包装、功能结构型智能包装及信息型智能包装； 按照智能包装的主要应用范围来分类，可将智能包装分 为：食品智能包装、药物智能包装和化妆品智能包装等等。 智能包装是一个多元学科交叉的应用领域，支撑智能包 装的学科主要有材料科学、微电子学、现代控制理论、计算 机科学、人工智能等等。几种领域的技术进步与发展对智能 包装的开发与应用又起了推动作用，他们是相辅相承的关系。
第一节 智能包装技术基础
‘intelligent materials and articles’ means materials and articles which monitor the condition of packaged food or the environment surrounding the food; ——Regulation (EC) No 450/2009
第二节 智能包装技术原理及应用
时间温度指示器的类型
早期由 Schoen 和 Byrne(1972) 提出的分类方法将指示 器划分为6种类型。后来，Byrne(1976)意识到指示器功能 的主要差异在于要么对高于预定值的温度做出响应，要么对 时间-温度累积信息做出的连续响应，于是对上述分类方法 进行了改进。他提议分为3种类型：解冻指示卡；临界温度时间积分卡；时间 - 温度积分卡 / 指示卡。 Singh & Wells （1986）随后又提出了相似的分类方法：错误指示器；部 分历经温度累积器；全部历经温度累积指示器。目前被人们 广泛认可的分类是Taoukis et al(1991)的3类分类法。
第一节 智能包装技术基础
随着智能材料不断发展，它的应用范围拓展到了包装， 于是出现了“智能包装”的概念。 1992 年在伦敦召开的 “智能包装”会议上给出了智能包装的一个定义：在一个包 装、一个产品或产品－包装组合中，有一集成化元件或一项 固有特性（元件），通过此类元件或特性把符合特定要求的 职能成分赋予产品包装的功能中，或体现于产品本身的使用 中。 具体来讲，智能包装就是利用新型的包装材料、结构与 形式对商品的质量和流通安全性进行积极干预与保障；利用 信息收集、管理、控制与处理技术完成对运输包装系统的优 化管理等。
外界环境作用：光、氧、 水、微生物等
包装
外界力学作用：振动、冲击、 跌落、压力等
包装
内容物
包装
产品质量 消费者安全
包装
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消费者知情权 消费取向
活性包装
智能包装
第一节 智能包装技术基础
智能包装的发展与智能结构的发展不可分。上世纪50年 代，人们提出了智能结构，当时把它称为自适应系统。在智 能结构发展过程中，人们意识到智能结构的发展越来越需要 智能材料的研究与开发。于是在20 世纪80年代，人们提出 了智能材料的概念。智能材料就是材料体系要集感知、驱动 和信息处理为一体，形成类似生物材料的智能属性，具备自 感知、自诊断、自适应、自修复等功能。近年来所形成的 “智能科学与技术”，是以人工智能理论和方法为核心，研 究如何用计算机去模拟、延伸和扩展人的智能；如何设计和 建造具有高智能水平的计算机应用系统。一个完整的智能行 为周期为：从机器感知，到知识表达；从机器学习，到知识 发现；从搜索推理，到规划决策；从智能交互，到机器行为， 到人工生命等等构成了智能科学与技术学科特有的认识对象。
——Regulation (EC) No 450/2009
第一节 智能包装技术基础
Taking into account foods for infants and other particularly susceptible persons, as well as the difficulties of this type of analysis affected by a large analytical tolerance, a maximum level of 0.01 mg/kg in food should be established for the migration of a non-authorised substance through a functional barrier. New technologies that engineer substances in particle size that exhibit chemical and physical properties that significantly differ from those at a larger scale, for example, nanoparticles, should be assessed on a case-by-case basis as regards their risk until more information is known about such new technology. Therefore, they should not be covered by the functional barrier concept.
第二节 智能包装技术原理及应用
时间-温度指示器 （Time-Temperature Indicator）
TTI标签
第二节 智能包装技术原理及应用
TTI的定义
时间温度指示器可以定义为一种简单便宜的装置，可呈 现易于测量且与时间及温度相关的变化，这种变化能够反映 出其所黏附产品的全部或部分温度历史。 时间一温度指示器的工作原理可以是机械、化学、电化 学、酶学或微生物学方面的不可逆变化，通常以机械变形或 颜色变化的形式表现为可目测响应。该变化的速率与温度有 关，而且随温度的升高而提高。这种可目测响应能够显示出 时间-温度指示器历经储藏条件的累积效应，反映真实的时 间 -温度的历史记录的响应程度与指示器的类型及其物理化 学原理有关。
第一节 智能包装技术基础
检测类智能包装类型、机理和应用
类型和形式 机理和反应物 取得信息 应 用
时间 - 温度指示标签 机械、化学、酶 贮藏环境条件信息 冷冻和冷藏食品 (包装外) 氧指示标签(包装内) 氧 化 还 原 染 料 、 贮藏环境条件信息 降低包装食品氧化程 pH染料、酶 包装泄漏 度 二氧化碳指示标签 新鲜度指示标签 化学 贮藏环境条件信息 包装泄漏 pH、染料 贮藏环境条件信息 包装泄漏 生物芯片、化学物 特定致病菌 质 气调包装食品 鱼、肉、家禽等易腐 食品 易腐食品
第一节 智能包装技术基础
应用示例
美国开发了很多实用的功能材料型智能包装新成果，如 光学涂料试验中心和 PA 技术公司研制出一种在外力作用下 会变色的塑料薄膜，膜上涂有不同波长的反向干涉涂层，在 正常情况下涂层呈明亮色彩，一旦被动用，涂层便开始剥落， 薄膜变成灰色，剥落部分还会产生花纹，从而提供了此包装 曾启封过的警示信号。这种材料很适合作包装封记。 美 国 国 际 造 纸 公 司 采 用 以 色 列 能 量 纸 公 司 （ Power Paper）开发出来的一种超薄柔软电池，用于一些消费产品 的包装，这种新型电池可像油墨一样被“印刷”在产品的包 装上，使之增加灯光、声音，以及其他一些特殊效果，可让 制造商更有效地通过产品包装来吸引消费者。此外，美国在 功能结构型智能包装方面也有比较大的发展。
第一节 智能包装技术基础
芬兰的VTT生物技术实验室研制的智能包装指示剂引起了 很大反响。这种指示剂的关键意义在于具有直接给出有关食 品质量、包装和预留空间气体、包装的贮藏条件等信息的能 力。保鲜指示剂通过对微生物生长期新陈代射的反应直接指 示出食品的微生物质量。 目前国外无线射频识别电子标签(RFID)已与商品条码一 样普及，由于采用了植入印刷线路芯板的先进印刷技术，因 而产品价廉、使用方便和安全。国内智能包装方面，开始应 用 RFID 技术监督食品质量，如 2007 年上海已采用 16 位电 子条码的RFID电子标签监管月饼质量，为消费者提供产品 质量信息。