智能包装技术

针对目前国际流行的智能包装，按照其技术的特点，分别将其分为：功能材料型智能包装，功能结构型智能包装，信息型智能包装。

目前，智能包装技术在世界各国的应用还刚刚开始，有些技术还处于实验和研究阶段。可以说，这项技术同时处于起步阶段。如何抓住这个机遇，发展我国的包装事业，提升我国包装的技术含量，以适应新形式下国际经济形式的要求，是每一个包装人士所面临的问题。随着时代的变迁，商品种类更加繁多复杂，包装所肩负的功能也越来越多。高新技术的浪潮将包装推向了更高的发展境界，发展智能化包装是历史必然。

包装技术的发展是随着商品流通的发展需要而发展起来的。对于商品来说，包装主要是起防护、隔离、定量、装璜和说明的作用，这也是传统包装的功能和特点。随着市场经济的发展和技术的进步，人们在包装中加入更多的智能化技术成分，以满足日益复杂的流通系统的要求和用户对产品功能的需求，使其具备传统的包装技术无法达到的功能。因此了解、研究智能包装技术以适应我国包装工业的发展和全球经济一体化，具有很大的现实意义。

智能包装包括：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。它具体体现为：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。

功能材料型智能包装是指通过应用新型智能包装材料，改善和增加包装的功能，以达到和完成特定包装的目的。目前，研制的材料型智能包装，通常采用光电、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。包装材料复合制成，它可以识别和显示包装微空间的温度、湿度、压力以及密封的程度、时间等一些重要参数。这是一种很有发展前途的功能包装，对于需长期贮存的包装产品尤为重要。

这种材料智能型的包装用途十分广泛，技术发展十分迅速，出现了许多技术成熟的产品。美国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(PowerPaper)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。这类包装材料还有20世纪90年代开发出的可用于包装的导电高分子新型材料〔3〕，如：聚苯胺（PAn）薄膜，聚（乙基）噻吩（PEOT），聚（帷M三联）噻吩（帷MPTP），聚（丁基）噻吩（PBTh），聚（3?烷基）噻吩（P3AT）等；结构型（共轭）导电高分子还发明了聚对苯撑（PPP），聚苯乙炔（PPV），聚双乙炔（PDA），聚并苯（PAS），聚噻吩乙炔（PTV），聚丁炔（PPB）等等。这些导电高分子材料，主要采取复合应用的方法，如PPy?PPA、PTP?PAN、PAn?PET、PPy?PET复合膜，其性能大为提高，导电率可达到银、铜之水平。这些导电高分子材料，具有良好的导电性和稳定性，有些还具有的耐热性、电致变色性、光电转换特性、非线性光学特性、电磁吸波特性以及可催化性，因而，广泛地用于防静电包装、电磁屏蔽包装、包装的智能观察窗、隐身包装、选择性透气薄膜等方面。

这种材料的智能化拓宽了包装的应用范围，一种材料的研制成功往往会带来包装的多项功能的改进，起到事半功倍的效果。但是，由于新型智能材料的研发投入大、周期长，往往作为长期研究的计划。

功能结构型智能包装是指通过增加或改进部分包装结构，而使包装具有某些特殊功能和智能型特点。功能结构的改进往往从包装的安全性、可靠性和部分自动功能入手进行，这种结构上的变化使包装的商品使用更加安全和方便简洁。

这种功能结构型智能包装最有代表性的是自动加热和自动冷却包装〔6〕。这两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，以注塑成形方法制成，容器内层分成多个间隔，容许产品自我加热。它的加热原理是：当使用者拿下容器上的箔，并按压容器底部时，容器内的水及石灰石便会产生化学反应，发放热能，进而令产品加热。自动冷却型包装内置一个冷凝器、一个蒸发格及一包以盐做成的干燥剂，冷却时由催化作用所产生的蒸气及液体会贮藏于包装的底部。这技术也可应用于普通容器，它能在几分钟内将容器内物品的温度降低至摄氏17℃。这2种智能自动型包装适合野外作业人士使用，例如探险、单车、钓鱼爱好者等。

通过有目的的改变包装的结构，还可以大大提高包装商品的安全性。包装的安全性主要是针对未成年儿童和智力低下及障碍人士开发的。这种包装称为儿童安全包装（CHILD?RESISTANT PACKAGING，CRP）〔2-3〕。儿童安全包装比普通包装结构更复杂、成本也要高，但有数据显示，这种包装显著降低了包装物对儿童的伤害，保障儿童安全。 目前市场上的儿童安全包装，主要结构特点大约有以下几种：1）压扭盖： 这是一个复合式的瓶盖，由同时进行的按压和扭转两个动作来完成。2）掀开盖： 这也是较流行的儿童防护盖。使用时要求盖与瓶上的记号（箭头）对准，然后在瓶子凸缘缺口处掀开瓶盖的凸耳，将包装打开。3）泡罩式包装： 为防止儿童打开普通的泡罩包装，要求从角上撕开背面粘贴纸，或用力把内装物从背面压出（PRESS?THTOUGH PACKAGE，PTP）。4）迷宫式盖： 这是种依靠智力技巧开启的包装形式。5）拉拔盖： 瓶盖密封由外盖下部带有2个向内凸的舌头（高1～2mm,长2～3mm）和内塞组成。需加一定的力作拉拔动作以克服内塞与瓶口间的摩擦力。这些动作儿童难以完成。6）单剂量药物防童包装： 这是一种能防止儿童误服的单剂量药物包装。7）卡口片防童瓶 一种卡口式封盖，比迷宫式盖简单，其原理类似于插口式灯座。美国1981年公布的环境保护机构条例，对上述因素及瓶和封闭物的结构性能给予足够重视，作出相应的规定：在初始试验后，如在包装造型、材料、容量、封闭物材料或盖子衬垫物等方面有所变动就需再做试验，以确认其对儿童安全的保护性。

包装结构的改变可以用来提高包装的可靠性，起到智能防伪的作用〔2-3〕。这类包装又称为“显窃启包装（TAMPER?EVIDENT PACKAGING，TEP）”，它们只有通过打开或破坏一个显示物或障碍物才能取出内部产品的一种包装。这个显示物或障碍物一旦破损就给后来的消费者提供可见的证据——说明原产品包装已被人干扰过（见美国食品和药品管理局于1982年11月5日在《联邦注册》中的21CFR211。132定义）。这类包装最典型的结构是可破坏盖，原称防盗盖（PILFER?PROOF CAP）。这种金属或塑料盖可对密封的被破坏提供可见的痕迹，它被大量用于OTC药品、饮料、食品等包装。目前主要有2种形式可破坏显偷换盖。一种为断开式或撕拉式，另一种是真空式。也可辅以内封物（见瓶口内封闭）以达到显窃启目的。

功能结构式智能包装通过改变包装的部分结构和装置，使包装具有一定的智能功能。这种结构上的变化具有开发成本低、功能效果明显的特点，可作为短期开发的主要目标。

信息型智能包装技术主要是指以反映包装内容物及其内在品质和运输、销售过程信息为主的新型技术。这项技术包括两方面：其一，商品在仓储、运输、销售期间，周围环境对其内在质量影响的信息记录与表现；其二，商品生产信息和销售分布信息的记录。记录和反映这些信息的技术涉及化学、微生物、动力学和电子技术。信息型智能包装技术是最有发展活力和前景的包装技术之一。

反映商品质量的信息型智能包装技术主要是利用化学、微生物和动力学的方法，记录包装商品在生命周期内商品质量的改变。一般来说，由于商品仓储环境和包装内在环境的改变引起商品变质的信息多采用化学和微生物的方法来记录，而运输过程中的严重跌落、倾倒的信息可通过动力学的计算来记录，用化学的方法来显示。在记录包装内环境的变化方面，芬兰的VTT生物技术实验室研制的智能包装指示剂已经取得实质性的成果。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间新陈代射的反应直接指示出食品的微生物质量。它包括：渗漏指示剂和保鲜指示剂。

该机构研究的渗漏指示剂专为MAP(气调包装)的O2渗漏检测设计。该指示剂以氧敏性染料为基础，适用MAP食品质量控制。该剂中还含有吸氧成份，可延长食品的货架寿命，并能防止指示剂与MAP中残留的O2发生反应。指示剂装入合成薄膜内，进一步防止包装过程中指示剂发生氧化。O2指示剂的优势在于其不可逆性。VTT也利用漆酶催化促酶反应形成有色产物，研究渗漏指示剂的构成。在有氧条件下，漆酶可氧化多种基质。可视指示剂的构成要求生成有色产物，如从ABTS可生成从浅绿到深绿的有色产物。这种指示剂遇氧发生反应，出现快速明显的颜色变化，从而显示包装体破损信息。

保鲜指示剂是针对肉、禽类产品在包装体内产生的挥发性气体如：H2S的含量变化来显示产品新鲜程度。H2S与肌红蛋白形成绿色颜料硫化肌红蛋白。利用肌红蛋白保鲜指示剂中硫化肌红蛋白的形成，对MAP禽肉进行质量控制。这些可视觉探测颜色变化的以肌红蛋白为主要成份的指示剂贴在内装新鲜禽肉的包装浅盘的封盖材料内表面，其颜色变化与禽肉质量相互关联，即H2S气体一经产生，指示剂随即发生颜色变化。

许多精密贵重的商品对运输条件有着极其严格的要求。因此，为了避免纠纷，需要一种记录动力学信息的装置，记录在运输过程中对商品可能造成损坏的动力学行为（如跌落、倾倒等）信息。这种记录动力学信息的装置，往往由被隔离的2种化学粉末组成，一旦被严禁的动力学行为发生，则隔离被解除，2种化学成份发生反应，显示出第3种颜色。收货方在未开启商品包装的情况下，通过这种记录显示装置，便可以了解商品在运输过程是否安全。

能显示商品生产和销售信息的智能包装对于用户掌握商品的使用性能和自动物流管理有着积极的作用。这种智能包装一般由记录信息的电子芯片、软件和条形码组成，也称为：电子信息组合包装（ELECTRonICS COMBINED PACKAGING）。

由美国RUTGERS大学开发的智能化微波加热包装（INTELLIGENT MICROWAVEABLE PACKAGE），就是这种包装的实例。这种智能型微波加热包装是一个良好的信息载体，它将食品加工的信息编入包装的信息码，由微波炉上配备有条码扫描仪和微处理器来获得这些加工信息，控制微波炉的加热效果。这样就建立起食品、包装和微波炉之间的信息通道。

将商品的所有信息，如：名称、成分、功能、产地、保质期、重量、价格、使用指南、警告等，以数码形式贮存于包装上微芯片中，消费者可以很方便地读取这些信息。 带有电子数据信息的包装可涵盖面很广，它可以运用在包括食品在内几乎所有产品上。

现代物流的信息化发展对包装的智能化提出了更高的要求，因为物流信息化发展和管理的一个基本物质基础就是包装的智能化。物流管理所需要的信息，大部份是应该由包装来携带。也就是说，如果包装上的信息量不足或错误，将会直接影响物流管理中各活动的进行，如果没有包装智能化的配合，现代物流管理所配备的扫描设备、计算机管理都将无用武之地。可跟踪性运输包装（TRACEABLE?TRANSPORT PACKAGING）〔2-3〕的目标就是开发一种有利于自动化管理的运输包装技术形式，使运输容器在流通路线上能被全程跟踪，方便于控制中心完成对运输路线和在线商品的调整和管理，达到商品流通运输的快捷化、最佳路径化和低运输成本的目的，借助信息网络和卫星定位系统构筑一个智能型物流体系。宝洁公司正在研制的智能包装技术能够预测顾客购物的情况〔5〕，从而最优地管理库存。这里所说的智能包装技术是嵌入汰渍洗衣粉包装或品客卡通包装内部的低成本微处理器，以此最终建立无缝的、整合的供应链管理。公司可借此跟踪每件产品从生产到售出的全过程，最终使高度复杂的数据共享成为现实。根据这些信息，实现工厂、卡车、货架、购物车、商品和银行等彼此无缝地传送信息，而无须人工扫描输入。对于宝洁公司而言，供应链周期缩短2天，意味着可减少15亿美元的经营成本。