智能包装研究及应用进展

智能包装研究及应用进展

摘要：包装的创新旨在提高、结合或者是扩展传统包装的四大基本功能。智能包装就是包 装创新的体现，它 是指对环境因素具备 识别”和判断”并对感知信息作出响应的功能型

包装。本文阐明了智能包装的定

义与分类，详细分析了智能包装在国内外的发展、应用现

状及市场前景，并提出了智能包装在各个领域的发

展趋势，如时间-温度指示剂（TTI ）、

气体指示剂（GI ）、射频识别技术（RFID ）等领域。本文不仅全面 地总结了智能包装的发展

历程，并且是包装研究人员的创新灵感来源。 关键词：智能包装；食品包装；指示剂；RFID 引言 虽然传统的包装对早期的商品物流系统做出了

巨大的贡献，但随着现代社会变得越来越复

杂，社会中的每一个个体（商品生产、加工、物流运营商、 零售商和消费者）都需要具有

创新性的包装，来保证商品的安全、质量和可追溯性，这需要可以集成

在包装的技术。

为了包装创新商业的可行性和成功性被目标群体所接受 ，他们必须符合日益严厉的监 管

要求，最低限度地添加防腐剂，最后获得比使用 新技术的花费还要有益的结果。此外，包

装的创新也应该旨在减少环境压力，考虑可持续发展问题（防

止浪费、有效地利用资源、

流程优化、回收和再利 用）。

如图1，传统意义上包装的功能有四个，分别

是保护、流通、便捷和储存。这几个功能并

不是互相排斥的，例如，食品包装通过信息流通功能可以 为消费者提供便捷的使用方法，

也可以为生产者提 供物流信息以实施监管。 活性包装的出现突破了传

统包装难以保存新鲜

食物的缺陷。但是，随着科技

的发展，智能包装将在活性包装的基础上结合物理、

化学、

计算机等科技使得包装 智能化”智能包 装能够在一定程度上代替人工，做出有效的沟通 和 合理决策，并且第一时间能够获取、存储、处理和 分享信息。

智能包装和聪明包装往往在各种会议和研讨会

上交替使用，但这些术语也被几个期刊和

杂志的作 者赋予不同的含义。Brody 等人［1］定义的智能包装 为一个可以感觉和沟通的包 装系统,而聪明包装是一个同时拥有活性包装和智能包装的功能的术语。 Clarke ［2］定义

的智能包装是一个包含逻辑能力的术 语，聪明包装是一个具有沟通功能的术语。

Rijk ［3］

定

义的智能包装，通过监控包装中食品的条件来传

达关于在运输和储存过程中食物质量的

信息。这些 定义的一个主要弱点是他们自由地组合智能包装

（聪明包装）的特性，却没有认真判断其意义和目的。 限

制了智能包装的效用。

模棱两可，含糊不清的定义也大大

£ 1 輔址X 号璃疋区対

1智能包装的定义

根据《现代汉语词典》，智能”这个词的定义是智慧和能力”，可以自我发现故障，自我修复，并根据实际情况做出优化反应，发挥控制功能的能力。如图2,智能包装是指对环

境因素具有控制”、识别”和判断”功能的包装，它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、时间和包装内容物的泄露物质等重要参数。因此，智能包装可

应用于数据记录媒介，如：二维码和RFID ;或者是应用于包装指示剂，如：气体指示

剂、生物传感器和时间一温度指示剂（TTI）。智能包装是一个作为能使用智能功能（如检

测、传感、记录、跟踪、沟通，并应用科学逻辑）以促进决策的制定，从而实现延长货

架寿命、提高安全、提高质量、提供信息、警告可能出现的问题等功能的包装系统。我们

认为智能包装的独特性在于它的沟通能力：因为包装与商品在供应链过程中经常一起移

动，包装是商品最好的搭档，包装也处于传达商品即时状态最好的位置。我们相信智能包

装的出现表示包装的概念有了另一范式的提升一一包装从一个平庸的执行者到一个聪明

的沟通者的改变。正如前面提到的，规范智能包装定义的目的是鼓励人们以创新和有效的

方式提升包装的交流功能。

2智能包装的分类

智能包装是一个多元学科的交叉应用领域，支撑智能包装的学科主要有材料科学、人工智

能、现代控制理论、微电子学、计算机科学等等。智能包装分为三类，分别是功能材料型

智能包装、功能结构型智能包装及信息型智能包装，如表1。

2.1功能材料型智能包装

功能材料型智能包装是为了实现改善和增加包装的功能，而应用新型智能包装材料，以达

到和完成特定包装的目的。目前研制的功能材料型智能包装通常是采用湿敏、光电、温敏、

气敏等功能材料，并且对环境因素具有识别”和”判断”功能。复合制成的包装材料可以识

别和显示包装内部的温度、湿度、压力以及密封的程度、时间等一些重要参数。功能材料

型智能包装对于需长期储存的包装商品很有发展前景。功能材料型智能包装一般具有时间

-温度记录标志、氧气和二氧化碳等气体指示标志、光致变色标志、物理冲击记录标志、

微生物污染标志等功能。这些功能材料与包装材料复合使包装变得更加智能” ［4］时间-

温度记录标志（图3）是指通过机械、化学和酶的作用机理，提供产品的储存条件信息，比

如瑞士Ciba公司的QnVn标签［5］；氧气和二氧化碳等气体指示标志即通过氧化还原染色剂来监测包装是否泄漏，能够为消费者提供现场判断依据，从而确定包装食品的食用安

全性，为消费者的身心健康起到保护作用，如，气调包装破损后，外界氧气进入包装内，

通过智能包装体系的应用，可以将与氧气反应变色的油墨印刷在包装内，随着氧气浓度的

增大，油墨的颜色变化较明显，从而确定包装的完好程度，如图 4 ;光致变色标志，如美

国国际造纸公司将以色列能量纸公司（Power Paper）开发出来的一种超薄柔软电池用于

包装，即将新型电池像油墨一样印刷”在产品的包装上，使包装具有声音、灯光，以及其

他特殊效果，因而制造商更有效地通过产品包装来吸引消费者；物理冲击记录标志，如

光学涂料试验中心和PA技术公司研制出的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，涂层便开始产

生变化，比如剥落、变成灰色、剥落部分产生花纹等，均为消费者提供了此包装曾启封过

的警示信号［5］;微生物污染标志，通过pH染色剂或与某些代谢物反应的染色剂来监

测食品包装中的微生物。 2.2功能结构型智能包装功能结构型智能包装为了使包装具有某

些特殊功能和智能型特点，而增加或改进部分包装结构。功能结构的增加或改进一般侧重

包装的安全性、可靠性和部分自动功能，从而使包装的商品使用更加安全和便捷。这种

功能结构型智能包装表现有自动加热、自动冷却、自动报警等。这三种包装都是增加了包

装的部分结构，而使包装具有部分自动功能。自动加热型包装是一种多层、无缝的容器，