技術創新助力食品/藥品智能包裝異軍突起

文 李婷

智能包裝指人們通過創新思維，在包裝中加入了更多的新技術成分，使其既具有通用的包裝基本功能，又具有一些特殊的性能。這些包裝的特殊性能恰好可滿足商品的特殊要求和特殊的環境條件，主要是指采用了機械、電氣、電子和化學性能的包裝技術。食品/藥品包裝行業中，一直強調技術的創新，近年來包裝業取得了巨大的變化，智能包裝在包裝過程中大顯身手，使得包裝業如虎添翼，發展更上一層樓，包裝行業需向這個方向發展。

食品/藥品智能包裝的概念及發展前景

隨著智能材料不斷發展，它的應用范圍拓展到了包裝，于是出現了“智能包裝”的概念，是在現有包裝機械技術上更加追求簡便操作的包裝方式，使其可以分析以及展出產品的新穎性和包裝食品的狀態事實。智能包裝可以控制食品質量，提供食品品質信息，有效延長食品的貨架壽命，能夠最大限度地保持食品的質量營養價值。智能包裝是一個多元學科交叉的應用領域，支撐智能包裝的學科主要有材料科學、微電子學、現代控制理論、計算機科學、人工智能等等。上述領域的技術進步與發展對智能包裝的開發與應用又起了推動作用，他們是相輔相承的關系。

包裝技術的發展是隨著商品流通的發展需要而發展起來的。對于商品來說，包裝主要是起防護、隔離、定量、裝璜和說明的作用，這也是傳統包裝的功能和特點。隨著市場經濟的發展和技術的進步，人們在包裝中加入更多的智能化技術成分，以滿足日益復雜的流通系統的要求和用戶對產品功能的需求，使其具備傳統的包裝技術無法達到的功能。因此了解、研究智能包裝技術以適應我國包裝工業的發展和全球經濟一體化，具有很大的現實意義。

我國包裝工業保持了良好的發展態勢，已進入了世界包裝大國的行列，其產值已位居全球第三位，成為名副其實的世界包裝制造大國。但與發達國家相比，我國包裝產業還存在較大差距，先進水平的包裝設備和高質量的原輔材料還嚴重依賴進口，智能包裝與RFID標簽技術的應用還不夠廣泛。我國對功能材料型智能包裝、功能結構型智能包裝方面的研究相對較晚，尤其是氣調包裝。我國氣調保鮮技術雖然起步比較晚，但是發展迅速。隨著人們對食品氣調貯藏的認識逐步提高，氣調包裝的應用也越來越受歡迎，但普及與推廣還需一個過程。

隨著我國科技力量的不斷提升，在某些方面也取得了許多令人可喜的成績。我國已經擁有自主產權的RFID芯片。在生產方面，國內很多公司已經開發出了適用于各種用途的RFID產品。市場決定需求，食品、醫藥、化妝品的零售業、消費市場及物流行業同我國智能包裝的發展密不可分。隨著中國市場化進程的加快，國民收入的提高以及全球品牌的進入，一個相當大的零售和消費市場正在中國形成，并且快速增長。市場的快速形成與成長，勢必導致智能包裝的迅猛發展。有專家預計，在未來幾年，每個獨立包裝的產品上都會貼上智能標簽，RFID標簽的年需求量將達到10000億枚，其中大多數將是用在智能包裝上。僅僅從RFID的需求就可以看到智能包裝的巨大的市場及其潛在的機遇。

目前，智能包裝技術在世界各國的應用還剛剛開始，有些技術還處于實驗和研究階段。可以說，這項技術同時處于起步階段。如何抓住這個機遇，發展我國的智能包裝事業，提升我國包裝的技術含量，以適應新形式下國際經濟形式的要求，是包裝行業所面臨的問題。隨著時代的變遷，商品種類更加繁多復雜，智能包裝所肩負的功能也越來越多。高新技術的浪潮將智能包裝推向了更高的發展境界，發展智能化包裝是歷史必然。

智能包裝技術的開發應用

據報道，科學家研究出一些能指示食品/藥品是否變質的新型包裝技術以及延長食品/藥品保鮮期的包裝技術，這些技術統稱活性包裝技術或智能包裝技術。為延緩食物因氧化而變質，目前普遍的做法是在包裝里面放進一個鐵粉小包，利用鐵的氧化過程來耗掉包裝里面的氧氣。但有些顧客在食品當中一看見印著勿食字樣的小包就不太得勁兒，而新包裝是在包裝紙里加上一層吸氧的材料，這就可以使他們感覺舒服很多。一些保鮮食品需要在低溫下保存，否則里面的細菌就會活躍起來，導致食品變質。

在包裝上貼上能指示時間和溫度的新型標簽，其中的化學成分在溫度升高時會發生聚合作用，標簽顏色相應會有明暗的變化，顧客由此可以知道食品在什么溫度下儲存、儲存了多久，新鮮的程度到底怎樣。據報道，這類被稱為積極包裝的技術，已經在美國、法國等地投入使用。許多公司認識到，讓顧客明了提供給他們的食品新鮮無比，其潛在的商業利益是巨大的，開發使用新技術的額外成本與此相比，不過是小巫見大巫。據報道，目前美國一些公司正在開發冷凍食品的保鮮指示包裝，新包裝可以監測到食品/藥品因冷凍不當腐爛變質釋放出來的氣體。不同水果蔬菜保鮮所需要的氧氣和二氧化碳的濃度不同，針對這一特性的包裝技術也在研發之中。加利福尼亞州的一家公司正在研制一種包裝膜，這種膜可以隨溫度改變其滲透能力，滿足不同水果蔬菜對氧氣和二氧化碳的不同需要。在新西蘭，研究人員在開發一種水果包裝，這種包裝可以指示像桃子這樣怕擠怕壓的水果什么時候熟透。食品技術研究人員估計，未來20～40%的食品/藥品包裝會應用積極包裝技術。

功能化的食品包裝，主要是為了解決與內容物相關的包裝問題的一種科學方法，為了消除產品自身的某種缺陷和不足而設計的包裝。具備液體包裝盒的防腐性，大都會應用這樣的功能性包裝概念，通過包裝使易于腐爛的產品能保持更長的新鮮時間。這樣的包裝附加件同樣可以延長產品的存放期限，保持產品新鮮的口味。功能化包裝可以有效地避免內容物被干擾，起到很好的保護作用。智能包裝主要應用于檢測包裝結構或材料的偏差領域。例如，檢測包裝紙板材料的密度，確定生產出的紙盒是否有足夠的挺度來滿足產品的需要，如確保果汁或牛奶不至于滲漏出來。利用激光檢測技術，可以對食品包裝設計的多個參數進行測定，如包裝印刷油墨的微觀結構。智能包裝可以在包裝的內部包含進大量的產品信息，它將標記和監控系統結合起來形成一套擴展跟蹤體系，用以檢查產品的數據。智能包裝通過內部的傳感元件或高級的條碼以及商標信息系統，并利用感覺包裝和功能包裝的原理來跟蹤監控產品。使用UV和EB油墨可以有效地避免條形碼發生變形，對于更精確的數據檢測而言，還可以使用數據芯片或微點檢測系統進行控制。

近年來，食品/藥品對包裝的需求越來越大、要求越來越高，食品/藥品加工及相關行業在包裝技術上的投入正在增加。包裝設計跟上市場步伐，是廠商的必然選擇，也是企業及市場競爭的重大舉措。放眼食品/藥品市場，不少傳統商品明明具有很大的品質和品牌優勢，銷售增長率卻不可觀。這種情況，企業可能要檢查一下產品的包裝形象是否符合當下的消費者訴求，并就此作出相應的優化升級，通過概念化的食品/藥品包裝，擴大利潤空間。

隨著包裝在產品營銷中地位的不斷提升，食品/藥品包裝普遍概念化。包裝不再是傳統的服務于儲藏和物流，它被市場賦予了更多、更高的功能和使命。不少包裝已經成為產品的一部分，甚至就是產品本身。食品/藥品概念包裝設計實際上也是一種全新的“交互式體驗”包裝，它包含使用者的觸覺、味覺的考慮，功能性和智能性兼具的特點，將使該包裝成為產品的一部分，甚至也可能就是產品本身。而包裝加工工藝利用其包裝與產品的直接聯系，對標志及應用進行歸類，而最終得到包裝設計的強烈視覺敏感度，從而帶來可觀的升值利潤。

RFID電子標簽實際上是包裝印刷和微電子行業之間的邊緣產品，因此，在RFID電子標簽的生產過程中，包裝印刷企業必須在原有標簽印刷過程中植入RFID芯片，同時還要對RFID芯片進行數據輸入，這是跨出傳統印刷行業的一步。同時，RFID電子標簽在使用過程中也將是一筆不小的投資，這也就是RFID電子標簽在我國推廣過程中的一個瓶頸。

可變數據條形碼的應用現在已經開始逐步推廣，它的關鍵在印刷企業必須投資一臺用于可變數據條形碼印刷的數碼印刷機，印刷企業、商標使用企業必須同時建立可變數據條形碼數據的采集和輸入終端，同時要在互聯網上建立對應的數據庫以便儲存、校對數據，快捷地給出消費者真偽認定。企業現在使用的多色膠印機、柔印機均能正確完成條碼的印刷任務。在二維條形碼的使用中，關鍵是要建立互聯網數據庫，數據庫的信息目前基本是由商品生產企業或銷售網點創建，印刷企業的主要工作是確保二維碼的印刷準確性，避免誤讀，從而確保零售商、消費者能夠通過對二維碼的掃描、上傳，獲得相應的正確信息。智能化技術的應用使包裝在材料、結構、技術以及專家決策系統等方面對傳統包裝生產提出了新的挑戰。智能化包裝是指在一個包裝、一個產品或產品與包裝組合中，有一個集成化元件或一項固有特性，通過此元件或特性把符合特定要求的智能成分賦予產品包裝的功能中，或體現于產品本身的使用中。利用新型的包裝材料、結構與形式對商品的質量和流通安全性進行積極干預與保障；利用信息收集、管理、控制與處理技術完成對運輸包裝系統的優化管理等。

智能化的包裝材料

智能化包裝材料研發與應用是當今食品包裝發展趨勢，主要采用各種內部指示劑、活性包裝材料等，根據被包裝商品的不同具有如下功能：能夠直接提供關于產品的質量、充填氣體、包裝件儲藏條件等信息；能吸收包裝食品釋放的氧氣，防止細菌增長，降低食品變質風險，延長貨架壽命；能通過外包裝顏色的改變，讓顧客知道食品新鮮程度，顯示包裝物是否敗壞；通過時間和溫度指示劑記錄食品在貯存和銷售期間溫度變化的連續過程，預示食品的質量變化情況；通過氣調包裝調節包裝內氣體的環境，以減緩氧化速度，延長貨架壽命；通過包裝物中微生物生長過程中產生的新陳代謝產物與某種指示劑反映的情況來直接指示產品中的微生物質量；利用可以同加速水果、蔬菜衰老的乙烯發生反應的指示劑，呈現出顏色變化來指示食品情況。智能化包裝材料研發與應用是當今食品包裝發展新趨勢，具有巨大市場潛力。

功能材料型智能包裝是指通過應用新型智能包裝材料，改善和增加包裝的功能，以達到和完成特定包裝的目的。功能結構型智能包裝是通過增加或改進部分包裝結構，而使包裝具有某些特殊功能和智能型特點。功能結構的改進往往從包裝的安全性、可靠性和部分自動功能入手進行，這種結構上的變化使包裝的商品使用更加安全和方便簡潔。功能結構式智能包裝通過改變包裝的部分結構和裝置，使包裝具有一定的智能功能。這種結構上的變化具有開發成本低、功能效果明顯的特點，可作為短期開發的主要目標。

隨著科技發展，智能化已經成為市場發展的藍海。作為一個朝陽產業，只要是和智能沾邊的行業都獲得了巨大的利益。隨著工業4.0概念的到來，食品包裝也逐漸走向高端化，智能包裝開始走進人們的視野中，要說智能包裝智能在哪，最關乎的就是食品安全問題，智能包裝能檢測食品的質量，或者是鑒別真偽，在最大程度上保障消費者的權益，實現產品可追溯功能。這些包裝的特殊性能恰好可滿足商品的特殊要求和特殊的環境條件，目前主要是指采用了機械、電氣、電子和化學性能的包裝技術。智能包裝市場不斷擴大，國內食品安全形勢十分嚴峻，且已經達到迫在眉睫的程度，因此我們亟須從包裝上提高智能化，最大程度地利用各種手段保證食品安全。而智能包裝是保證食品安全的有力措施，還亟待開發。

智能包裝在發達國家已經獲得了足夠的重視和發展，而在國內，智能包裝的研發和在各個領域的應用還處于起步階段。但從另一個角度來看，雖然我國智能包裝的應用還落后于發達國家，但是我國的智能包裝市場有廣闊的利潤空間等待挖掘。為滿足交貨期的要求和降低工藝流通成本的需要，未來食品包裝機械要求能夠進行高速生產，同時對一些產品，還要求包裝機械和生產機械相銜接，還可采用連續工作或多頭工作方式。此外，還必須降低廢品率及故障率，使正常的生產率得以提高，發展趨勢是使包裝機械進一步自動化。一般國外僅將溫度和時間歷史記錄標識(TTI)、被包裝食品內微生物滋生指示標識(MGI)、光致變色指示標識、受到物理沖擊標識、滲漏、微生物污染標識、無線電射頻標簽(RFID)、DNA(脫氧核糖核酸)標簽等定義為智能包裝；而將氣調包裝、抗菌包裝、乙烯吸附包裝、吸氧包裝、自加熱/自冷卻包裝、異味的吸附包裝、芳香味的釋放包裝、吸濕包裝等定義為功能包裝。

信息型智能包裝技術主要是以反映包裝內容物及其內在品質和運輸、銷售過程信息為主的新型技術。它包括商品在倉儲、運輸、銷售期間，周圍環境對其內在質量影響的信息記錄與表現；以及商品生產信息和銷售分布信息的記錄。記錄和反映這些信息的技術涉及化學、微生物、動力學和電子技術。信息型智能包裝技術是最有發展活力和前景的包裝技術之一。

反映商品質量的信息型智能包裝技術主要是利用化學、微生物和動力學的方法，記錄包裝商品在生命周期內商品質量的改變。一般來說，由于商品倉儲環境和包裝內在環境的改變引起商品變質的信息多采用化學和微生物的方法來記錄，而運輸過程中的嚴重跌落、傾倒的信息可通過動力學的計算來記錄，用化學的方法來顯示。信息智能包裝技術能反映包裝物的質量信息和商品流通信息，這給物流管理和消費者帶來了許多方便。這種技術是隨著其它領域技術的發展而發展起來的。開發各種信息智能包裝能帶來經濟效益。

智能包裝能改變顏色，讓顧客知道食品新鮮程度，顯示是否由于貯存時溫度變化或包裝泄漏而導致食品變質敗壞。包裝中活性組分只要是符合歐共體等其他食品安全法規要求，便可使用，并通過標簽告訴用戶關于活性包裝的種類和特性。

目前，研制的材料型智能包裝，通常采用光電、溫敏、濕敏、氣敏等功能材料，對環境因素具有“識別”和“判斷”功能的包裝。包裝材料復合制成，它可以識別和顯示包裝微空間的溫度、濕度、壓力以及密封的程度、時間等一些重要參數。這是一種很有發展前途的功能包裝，對于需長期貯存的包裝產品尤為重要。這種材料智能型的包裝用途十分廣泛，技術發展十分迅速，出現了許多技術成熟的產品。美國光學涂料試驗中心和PA技術公司研制出一種在外力作用下會變色的塑料薄膜，膜上涂有不同波長的反向干涉涂層。在正常情況下涂層呈明亮色彩，一旦被動用，涂層便開始剝落，薄膜變成灰色，剝落部分還會產生花紋，從而提供了此包裝曾啟封過的警示信號。這種材料很適合作包裝封記。

據報道，美國國際造紙公司采用以色列能量紙公司開發出來的一種超薄柔軟電池，用于一些消費產品的包裝，這種新型電池可像油墨一樣被“印刷”在產品的包裝上，使之增加燈光、聲音，以及其他一些特殊效果，可讓制造商更有效地通過產品包裝來吸引消費者。這類包裝材料還有20世紀90年代開發出的可用于包裝的導電高分子新型材料。

導電高分子材料具有良好的導電性和穩定性，有些還具有耐熱性、電致變色性、光電轉換特性、非線性光學特性、電磁吸波特性以及可催化性。這種材料的智能化拓寬了包裝的應用范圍，一種材料的研制成功往往會帶來包裝的多項功能的改進，起到事半功倍的效果。

智能包裝成未來發展趨勢

目前，我國包裝產業的總產值已經突破1.2萬億元，并且仍在不斷增長之中，中國包裝行業擁有巨大的潛力，無窮的商機。隨著市場的變化，包裝機械也在不斷發展，不斷成長，向高效、低耗、低本錢的方向發展，在包裝機的研發、制造、技術等方面都有了較大的提高，成套、自動化、多功能的包裝機械不斷泛起，這也是未來我國包裝機的一大發展趨勢。

包裝機械隨著食品包裝的要求越來越高而越來越受歡迎，但是我國的包裝機械的生產力和創新力度都不夠。在工業4.0的形勢下，如果不能向智能化轉變，則會面臨淘汰的危險。生產效率高、自動化程度高、可靠性好、靈活性強、技術含量高的包裝設備是目前行業內一直追求的。打造出新型包裝機械，引領包裝機械向集成化、高效化、智能化是未來發展的大方向。隨著科技的不斷發展與進步，未來微電子、電腦、工業機器人、圖像傳感技術和新材料等在包裝機械中將會得到越來越廣泛的應用，各企業亟須學習和引進新技術。科技的不斷進步使得越來越多的創新型產品包裝走上了商業化道路。未來幾年，智能化包裝市場前景將十分可期，其應用領域也將會不斷擴大和深化。目前包裝機械行業智能化、自動化的趨勢已經非常明顯，我國雖然是包裝機械生產大國，但在兩方面的實力還相對薄弱，無法適應當前的生產需求。我國必須力促包裝機械行業向高端生產轉變，在自動化控制、智能化操作等方面狠下苦功，積極向行業的超一流水平發起沖擊，這樣才會在高端的市場上獲取更高的發展。

包裝是企業生產中最后一道工序，也是關系到企業經濟效益的重要工序，包裝機械整個過程包括充填、制袋、封口、打碼等主要工序，因此優質的包裝機械對于企業來說是至關重要的。種子包裝機的出現可提高生產率，減輕勞動強度，適應大規模生產的需要，并滿足清潔衛生的要求。對包裝機械的需要也不僅僅局限于一個品種，因為有需要就有市場，包裝機械也在市場的很多需要下衍生了多個品種，而且呈上升的趨勢。如包裝機系列，從食品/藥品包裝機分支為真空包裝機、液體包裝機、顆粒包裝機、種子包裝機等，這樣才會滿足不同的人們的需求。目前，我國食品/藥品機械制造正經歷著重要的轉變，包裝機械正朝著高速、多功能化及控制智能化的方向發展，以適應市場的需求。我國包裝機械產業雖然發展快，但與發達國家相比，無論在產品品種、技術水平和產品質量方面都有很大差距。發達國家已將微機控制、激光技術、人工智能、光導纖維、圖像傳感、工業機器人等高新技術成熟的應用于包裝機械，而這些高新技術在我國包裝機械行業才剛剛開始采用；我國的包裝機械產品品種缺口約30～40%；包裝機械產品的性能、外觀質量有一定差距。

國內的氣調包裝、芳香味的釋放包裝還比較成熟；氣體吸附類型包裝（吸濕、吸乙烯、吸氧）一般采用香袋的形式，技術含量不高，而國外開發出的氣體吸附包裝，已可將無毒的吸附劑共混到薄膜樹脂內部；其他的功能包裝和很多的智能包裝在我國還幾乎處于空白。智能識別技術在藥品/食品領域得到應用，但我國還不會成為RFID電子標簽的消費大國，因為根據廣大人民群眾的消費水平，智能識別技術尚未進入百姓的日常消費市場。

為滿足交貨期的要求和降低工藝流通成本的需要，未來食品/藥品包裝機械要求能夠進行高速進化，食品包裝機械要求能夠進行高速生產，同時對一些產品，還要求包裝機械和生產機械相銜接，還可采用連續工作或多頭工作方式。在未來的發展中，食品/藥品包裝行業只有采用先進的技術才足以提升自身的競爭力，保證企業可持續發展。

結束語

雖然智能包裝是未來包裝發展趨勢，但是我國目前還沒有規模化實現，高成本就是阻礙其發展最大的問題。盡管我國印刷企業已經進軍智能包裝，但現在涉足的只是智能包裝的冰山一角，隨著網絡、微電子技術、計算機技術、數碼印刷技術、印刷等邊緣科學的快速發展，未來的智能包裝將為傳統印刷產業提供一個更大的、更廣闊的市場，契機無處不在，就看如何去發掘、開拓。同時，在食品包裝方面國家還要加大科研投入，鼓勵自主研發和申請國家級研究課題，引進必要的智能包裝測試設備。研究單位則要加強人才培養，加快研發速度將技術盡快轉化為生產力，讓智能包裝能早日進入消費者的生活。