包裝設計智能化應用、社會功效及發展前景研究

劉瑩　劉兆熙

摘要：智能包裝作為包裝設計產業新興包裝模式，通過對產品進行智能化包裝設計，在識別、判斷產品新鮮度，控制產品質量，延長貨架壽命，實現產品智能化信息管理等方面發揮了重要作用，在食品、醫藥、日化用品、物流管理等領域都具備廣泛的應用空間。智能包裝能保障消費者健康權益，提高產品使用率和生產效能，實現智能化信息管理，具備廣闊的市場發展前景。

關鍵詞：智能包裝；貨架壽命；防偽；RFID標簽

伴隨新材料新技術的發明和應用，智能包裝通過對包裝材料的更新換代升級、通過改造包裝結構、通過整合被包裝物信息管理，實現被包裝物的人性化的智能化的目的、要求或功效。智能包裝技術在發達國家已取得長足發展，但在我國尚處于實驗和研究階段，但智能包裝以其智能化、人性化、交互式等功能越來越受關注，本文擬對此進行研究，以期能拋磚引玉。

1.智能包裝在食品、醫藥、日化用品、物流管理等領域的應用

智能包裝在識別和判斷產品品質、延長產品貨架壽命等方面的強大功能，使其在食品（包括飲料）、醫藥、日化用品、物流管理等多個領域運用越來越廣泛。智能包裝在信息控制，產品信息的可追蹤性方面亦發揮著重要作用。

1.1 智能包裝在食品領域的應用，主要指智能外包裝能對外部環境和內部環境的濕度、溫度、光敏、壓力、時間和氣體含量等參數進行性 “識別和判斷”，并進行智能化自動調節，延長被包裝物貨架壽命。區別于傳統的食品包裝袋上打印的有效期，智能包裝采用變色指示的形式指示食品有效期，還能智能化控制食品品質和新鮮程度。

許文才、曹國榮（2007）認為“活性包裝的發展有兩個主要的研發方向：活性包裝標識（智能標簽）和延長食品保質期的包裝技術。[1]”我們認為食品智能包裝，可分為指示型和控制型兩類。指示型智能包裝，指對包裝材料嵌入特殊化學物質（如Fe元素）、合成材料，當被包裝物的氣體含量（如H2S、CO2）、溫度-時間、濕度、微生物含量等超過一定標準時，外包裝材料出現某種顏色變化，以指示被包裝物的新鮮程度。指示型智能包裝因其能用顏色變化的形式直觀反應食品的品質變化，又稱變色包裝。賀宇紅（2005）介紹了法國不二價超市運用時間溫度指示器（TIME & TEMPERATURE INDICATOR， TTI）指示型活性包裝和美國加州門羅帕克市使用的INTELIMER包裝膜控制型活性包裝技術[2]。

目前被設計用于包裝鮮肉及乳制品的溫度-時間指示器（TTI）以溫致變色油墨標簽的形式，來判斷任何對溫度敏感的產品，特別適合用于測定產品的貨架壽命、冷藏條件等，這種智能包裝設計同樣可用于告知經冰箱冷凍后啤酒的溫度、肉類產品的新鮮程度及是否變質等。新鮮果蔬會因破壞性微生物的呼吸作用而食用度下降，采用含Fe元素智能包裝氣體指示劑，能判斷被包裝物的內部O2含量、H2S的含量。采用能分析食品酶、抗體和細胞并能將生物信息轉換為物理信號的生物傳感器智能包裝，通過物理信號測定禽肉二胺（腐胺、尸胺和精胺）的濃度，以判讀禽肉的食用度。

控制型智能包裝，指對包裝材料嵌入對包裝材料嵌入特殊化學物質（如去氧凝膠層）、合成材料，或對被包裝物的內部構造進行智能設計，對被包裝物的氣體含量（如H2S、CO2）、溫度-時間、濕度、微生物含量等進行智能控制，最大限度地保持食品的營養和品質。控制型智能包裝，通過調節包裝材料與食品之間的相互作用延長食品的貨架壽命和新鮮度，我們稱之為活性包裝。

脫氧是保持食物新鮮度的技術，采用智能化脫氧包裝，可以使包裝內的O2濃度將至0.01%。日本Mitsubishi Gas Chemicals Yoshihisa Sakakihara公司研發的二價鐵類內貼式去氧劑和美國新澤西州一家公司研發的可氧化聚合物內層，都能有效地捕捉并消耗包裝袋內的氧氣，控制食品氧化速度、抑制細菌繁殖。[3]乙烯氣體能加速蔬菜和水果的成熟和老化，含有高錳酸的硅膠配合脫氧劑使用，對水果儲藏和運輸有絕佳效果。采用硅膠、石灰、氧化鈣等干燥劑包裝魚類，可以有效降低包裝袋透濕率，延長魚類貨架壽命。

單一薄膜的使用性能往往有—些局限性，達不到人們的要求，因此多層復合薄膜已經成為人們研究的熱點，使包裝材料具有許多優異的特性。[1]Nisin（乳酸鏈球菌素），又稱尼生素，它是由乳酸鏈球菌合成的—種多膚抗菌素，用涂有尼生素的PE材料包裝液體類食品或真空熱狗包裝，可以有效減低有害細菌數量。[4] DuPant公司利用天然抗菌材料甲殼素，將其涂在外包裝上以控制食品質量，在不同的PH值下，水蒸汽的透過率可是實現交聯控制。[5]

由Crown Cork &Seal公司和Tempra 技術公司合作研發的智能包裝產品自動冷氣罐，通過罐底凝膠層、管壁干燥劑的化學反應吸收熱量，3分鐘內就能使355ml罐裝飲料溫度下降至16.7℃。雀巢公司推出的330ml自動加熱牛奶咖啡罐通過罐底層置水和生石灰化學反應釋放熱量，3分鐘后咖啡可以達到約60℃。[6]為防止營養流失，歐洲研發了一種智能易拉罐，當開啟易拉罐時，罐內壓力驟降，附著在管壁的微量元素自動釋放并溶解于飲料內，大大降低了產品在儲存運輸階段的營養流失損耗。[6] 由美國RUTGERS大學研發的智能化微波加熱包裝，該包裝把食品加工信息編入到RFID智能標簽，由微波爐內置的標簽掃描儀和微處理器自動獲取相關食品信息，自動對食品進行最優化熱處理，獲得食品最佳食用品質。

據統計，2006年全美智能包裝市場領域，食品智能包裝占到了70%以上，[7]成為智能包裝市場最具應用活力的領域，創造了巨大的經濟效益。特別是低成本的TTI標簽一經問世，制造商普遍意識到其在降低食品腐爛現象、延長食品貨架壽命的積極作用，智能包裝在食品和飲料市場份額也相應地出現增長勢頭。彭珊珊、蔣儂輝（2005）認為21世紀食品包裝的趨勢為：無菌包裝、綠色包裝、功能包裝、智能包裝、方便化包裝、個性化包裝六大類[8]，其中無菌包裝、綠色包裝、功能包裝大部分都是利用智能包裝材料對食品品質進行控制，因此也可以歸類為智能包裝。

1.2智能包裝產品層出不窮，在醫藥領域亦有不俗表現。指示型智能包裝和控制型智能包裝能保證藥品質量，降低O2和濕度對藥物效能損壞。智能包裝藥品還能提高服藥的準確性和方便性，張改梅（2007）[9]介紹了瑞典CYPAK公司、丹麥BANG &OLUFSEN MDICOM公司、加拿大INFORMATION MEDIARY公司、美國DDMS公司相繼推出的藥品泡罩智能包裝，當每一粒藥品被取走時能記錄取藥時間并將信息傳遞給醫生。丹麥BANG &OLUFSEN MDICOM公司研發的名為“援手”（HELPING HAND）藥品有聲智能包裝，能定時通過電腦或者手機信息方式通知患者服藥。使用RFID標簽技術跟蹤藥品，可以有效地打擊假藥市場，并提高藥品詳細信息。美國食品藥品監督管理局（FDA）已經提倡使用RFID作為藥品防偽的手段之一。[10] ENVISION AMERICA研發的可發聲標簽系統，可幫助有視力障礙的患者、文盲等了解藥品的服用說明、注意事項等。

申晟（2006）對目前藥瓶進行了智能化包裝設計構想，他擺脫了目前藥品旋帽設計的束縛，以“金施爾康”為例提出開啟滑動開關并使藥丸計量從滑道劃出的容器設想，方便實用[11]。陽康麗、袁志慶、陳洪（2006）也認為智能材料在藥品保存、藥效保持方面具有的積極作用，“將生物技術、信息技術、電子技術、納米技術等先進技術與藥品包裝材料相結合，可望開發出具有藥品質量自檢測、防偽、定時提醒患者吃藥、破裂時能自修復等多種功能的智能藥品包裝材料，對于延長藥品保質期、方便患者用藥無疑具有重要的意義，因此，智能藥品包裝材料必將是材料領域長期研究與開發的重點和熱點。[12]”

1.3 RFID智能標簽在日化產品的防偽領域有不俗的表現，指示型智能包裝在日化產品的顯性使用領域更有突出成績。SUN CHECK通過變色包裝來提示紫外線強度，并提示用戶選擇相應的防曬指數及防曬品。寶潔公司SK-ⅡAIRTOUCH粉底包裝使用電離技術將粉底顆粒涂抹在皮膚上。NANO MARKETS公司研究表明，總體上來說，全球智能包裝市場值2011年將增長至48億美元，2013年將增長至141億美元[13]。

1.4 智能標簽RFID產品包裝技術已在歐美國家取得了實質性進展，包括沃爾瑪連鎖超市、保潔公司等企業都在努力推廣RFID標簽技術。借助RFID智能標簽，產品在生產和流通過程中均有可追蹤性，制造商和用戶可以實時了解產品庫存、流通、保質等信息，這在物流管理中能預測顧客購物情況，優化庫存管理，整合資源，建立信息化倉貯管理C3I系統[14]。全球最大的零售商沃爾瑪要求其供貨商2005年前全部啟、RFID標簽技術管理貨品，作為其供貨商之一的DAISY BRAND公司已經從RFID智能標簽技術獲得內部管理快捷之處。該公司包裝設計市馬克·布魯斯介紹說，通過RFID系統智能管理使“我們精確地知道每一輛車的貨物裝載情況，這個系統幫助我們確信沒有裝錯貨物的情況發生。[15]”

保潔公司啟用RFID智能技術整合物流供應鏈，每年可減少15億美元的經營成本[16]。據專家預測，到2015年全球預計每年將需要約1萬億枚射頻標簽，其中大多數將是用在智能包裝上。[17]

2.智能包裝的社會功效和發展前景

2.1保障食品安全，保護消費者的健康權益，維護正常的市場秩序。當下，假冒偽劣產品猖獗，食品安全在缺乏有效的市場監督和政策缺失條件下，加強智能包裝強制使用管理，廣泛推廣可追蹤性RFID智能標簽和防偽智能包裝，對保障食品安全不失為一種有益的探索。有專家預測，將來法律將出臺具體條文，規定某些易腐食品必須強制使用安全智能標簽，方便消費者選擇安全放心的食品，規范市場秩序。

提高產品的使用率和制造商的生產效能，減少浪費。統計顯示，英國家庭中每年要扔掉約830萬噸食物，其中約有36.4萬噸食物因為超過了最佳食用期而被扔掉，有3.9萬噸食物是尚未開封的[18]。假使在食物包裝技術上采用智能包裝，及時提示用戶食品的最佳食用期及有效期，定能大幅度減少浪費。同時，也能及時提示制造商，采取相應對策快速處理。

加強產品的供應鏈管理，實現物流的信息化管理。RFID智能標簽，使得產品從生產到運輸、儲存階段皆有可追蹤性。借助網絡管理系統，控制中心能對貨架產品和在線產品、庫存產品信息整合，實現供貨商、運輸、資金、人工等資源合理調配，優化物流管理，建立智能型物流體系。

2.2 智能包裝作為一門新興產業在西方國家已出現蓬勃發展勢頭，不斷涌現的智能包裝新材料、新技術，給包裝行業帶來了前所未有的巨大利潤空間。據美國NANO MARKETS市場調查公司統計顯示，至2011年全球智能包裝市場產值已增至48億美元，到2013年將達到141億美元。[7]在歐洲，智能包裝業被列為未來最具市場潛力、最具利潤空間的產業之一。當前，全球各大加工商都在爭食這塊大蛋糕，國內企業卻表現相當沉默。

在中國，智能包裝業起步晚、發展慢，高成本成為制約我國智能包裝發展的第一道門檻。科研人員不足、資金缺乏、市場接受速度緩慢，也是制約我國智能包裝企業興起的重要原因。[7]中國印刷技術協會理事長武文祥在2006年中國國際特種印刷暨智能識別（RFID）技術展覽新聞發布會上指出：我國的特種印刷和RFID技術無論是市場規模、產品水平，還是品種規格、消費水平，都還有相當大的差距。特種印刷和RFID技術推廣以及進入中國市場的應用將成為今后的熱點。

2.3 智能包裝，作為包裝設計的新興子類學科，融合了包裝設計、新材料研發、微電子技術、信息控制技術等多種學科，是新興的交叉學科。目前，國內高校及科研院所在這一領域的學科理論基礎、定位、研究對象、學科架構、研究方法等層面處于空白階段。在科研、教學領域，需要大批領軍人才。在政府層面，需要相關職能部門加大資金支持、政策傾斜，給予必要的宣傳、引導和監督。

2008年北京奧運會的召開極大地推動了國內RFID智能標簽的發展，北京奧組委為確保食品安全，對奧運村食品全程啟用RFID追蹤管理。盡管國外智能包裝已取得一定成果，但也處于起步階段。這對我國智能包裝業是機遇也是挑戰，我們相信，中國包裝業會以此為契機，以RFID為突破口，在世界包裝市場占據一席之地。

參考文獻

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作者簡介

劉瑩（1983—），女，漢族，碩士，廣東商學院華商學院教師；主要研究方向：標志設計、包裝設計。