智能包装技术在食品行业的应用概述

PRINTING FIELD 2019.01

一、前言

包装在食品流通过程中起着重要作用。食品包装能有效保护食品，使食品流通更加便利，避免食品受外界环境条件如微生物、水分、氧气、光线、灰尘和机械作用等因素的影响；在销售方面，食品包装能够展示食品的具体信息，以更好地促进食品销售。随着食品安全问题越来越多地出现在公众面前，消费者对食品质量和安全性也愈加重视。食品生产、销售、贮存方式的变化和科学技术的进步，使得包装技术也随之进步。目前，智能包装技术受到食品工业的广泛关注并得以迅速发展。

智能包装（Intelligent Packaging，IP）具有感知、检测、记实、追踪、通信、逻辑等智能功能，可追踪产品、感知包装环境、通信交流，从而促进决策，更好地达到实现包装功能的目的。智能包装在整个供应链中都具有信息交流功能（图1），从原材料供给开始，到产品制造、产品包装、物流配送，再到消费者手中，使用后包装废弃物的处置，

智能包装技术在食品行业的应用概述

付秋莹

智能包装承担着信息感知、储存、传递、反馈的重要功能。

二、食品包装中的智能系统

智能包装系统可以通过三种主要技术来实现,具体如下。

1.指示剂

指示剂通过可视的变化，如颜色变化、色彩浓度的增强或颜色沿直线的扩散，为包装食品提供直

图1 智能包装信息交流功能示意图

观和定性（或半定量）的信息。

⑴时间-温度指示剂

时间-温度指示剂（t i m e-t e m p e r a t u r e indicators，TTIs）提供食品物流过程中所经历的温度信息，通过时间-温度积累效应指示食品剩余货架寿命。其基本原理是基于机械、化学、电化学、酶或微生物学变化，通常以机械变形、颜色发展或颜色运动的形式展现。如图2所示，T T I可作为小贴纸放入运输容器或单个容器中，如果食物暴露于不同的外界温度，则会反映出不可逆转的化学变化。目前，时间-温度指示剂已被应用于易腐食品包装、冷链运输和高温杀菌等监测。

⑵新鲜度指示剂

新鲜度指标提供有关因微生物生长或化学变化而导致产品质量变化的直接信息。利用食品在贮藏过程中产生的某些特征气体与特定试剂产生特征颜色反应、温度激活生物学反应，以及酶作用等引起指示标签变化，判断食品新鲜度。如海鲜新鲜度指示剂是基于总挥发性碱性氮含量（T V B-N），即挥发性胺，通过电导率和p H值变化检测，展现海鲜的新鲜度。硫化氢在老化过程中，由肉基质释放的蛋白质与肌红蛋白的颜色相关，所以硫化氢指示剂可用于确定肉制品的质量。S m o l a n d e r等人根据这一原则开发了一种新鲜度指示器，用于改良禽肉的气调包装。其他新鲜度指标基于对其他微生物代谢产物如乙醇、二乙酰和二氧化碳的敏感性。如图3所示，R i p e S e n s e是第一款通过改变颜色来指示水果成熟度的新鲜度标签，它通过果实成熟时释放的香气反应而起作用，最初是红色的，然后是橙色，最后变为黄色。每种颜色代表水果不同阶段的成熟度，消费者可根据吃水果时期望水果的成熟状态进行选择。

⑶气体指示剂

标签形式的气体浓度指示剂需放置在包装内，用来监测由于包装材料上的渗透现象、微生物代谢以及食品基质上的酶或化学反应而导致内部气体的

（a）新鲜程度

（b）时间带

（c）追踪标记

（d）标记点

图2 TTIs典型示意图

图3 RipeSense指示剂的示意图

PRINTING FIELD 2019.01变化。气体指示剂也用于评估活性包装组分（例如

O 2和C O

2

清除剂）的功效或检测泄漏的发生。因为指

示剂放置在包装内，所以在设计时必须满足非水溶性、无毒等要求。由于氧气和二氧化碳在食品应用中的重要性，近些年来，许多研究都致力于开发氧气和二氧化碳的气体指示剂；一部分气体指示剂也基于氧化还原染料（例如亚甲蓝、2,6-二氯靛酚或N，N，N0，N'-四甲基对苯二胺），还原化合物（如还原糖）和碱性化合物（如氢氧化钠）。然而，这类指示剂在与包装顶部空间中的湿气接触时会受到染料浸出的影响，而最近出现的紫外线活化比色氧气指示剂，采用封装和涂层技术，很好地解决了燃料浸出的问题。

2.数据载体

数据载体设备，也被称为自动识别设备，使食品供应链内的信息流更加真实有效。数据载体设备不提供关于食品质量状态的任何类型的信息，而是用于食品供应链的自动化、可追溯性、防盗以及防伪保护等。此外，数据载体通常放置在第三层包装（例如多箱容器、运输板条箱、托盘、大型纸板包装）上。食品包装行业中最重要的数据载体设备是条形码标签和R F I D标签，它们属于提高智能系统便利性的主要类别。

⑴条形码

20世纪70年代，第一个通用产品代码（U P C）条形码被应用到市场，由于其成本低且易于使用，被越来越多地用于大型零售贸易和商店。目前国内常用的一维条码包括U P C码、E A N码、交叉25码、39码、C o d a b a r码等，这些一维条码需要与数据库相连，且防伪性和纠错能力差。

1987年问世的49码(C o d e49)是人们现在熟知的二维条码。二维条码采用多种元素宽度，是一种多行连续性，且长度可变的字母数字式码制。随后出现的另外几种二维条码主要有C o d e16K、P D F417、SuperCode、DataMatrix码、MaxiCode等。随着对二维条码的深入研究，越来越多的条码不断产生，它们信息容量更大、保密性更好、纠错能力更强，在食品安全可追溯系统中得到了广泛的应用。

⑵射频识别系统

R F I D识别是数据载体设备中最先进的技术。R F I D系统包括三个主要元件：由连接到微小天线的微芯片形成的标签，返回无线电信号并从标签接收答案的读取器，以及桥接R F I D硬件和企业应用程序的中间件（本地网络、W e b服务器等）。R F I D技术的两个明显特点是能够在标签中大量存储各种代码，并且可以远距离传输和传递信息，从而改进了产品自动识别和可追溯性操作。先进的R F I D 系统（2.45 G H z超高频有源标签）的读取距离可达100 m，存储容量高达1 M B。目前，R F I D技术包括有源标签和无源标签两种，主要区别在于有源标签依赖于电池，而无源标签则不依赖于电池。

在食品行业中，R F I D技术主要应用于产品的识

图4 RFID标签