智能包裝比傳統(tǒng)包裝厲害在哪？
傳統(tǒng)包裝的基本功能主要分為保護(hù)、通信、運(yùn)輸和儲(chǔ)存。在用于保護(hù)產(chǎn)品免受外部環(huán)境惡化影響的同時(shí)，包裝也被作為了商品的一種營銷工具，為消費(fèi)者提供了一定的易用性和便利性。但隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步、物質(zhì)的極大豐富以及消費(fèi)層次的進(jìn)一步細(xì)化，傳統(tǒng)的包裝模式已不能滿足人們對(duì)于商品包裝的需求。于是，人們開始尋求具有增強(qiáng)功能性的創(chuàng)新包裝，以響應(yīng)消費(fèi)者對(duì)多樣化功能和應(yīng)用的需求，從而間接帶動(dòng)了包裝技術(shù)的交叉發(fā)展，并拓展了其應(yīng)用范圍。
隨著材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與人工智能等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，加速了傳統(tǒng)包裝向智能包裝的轉(zhuǎn)型升級(jí)。智能包裝改進(jìn)了傳統(tǒng)包裝的功能以及應(yīng)用局限性，具有適應(yīng)各種刺激和環(huán)境變化的能力。為了實(shí)現(xiàn)智能包裝材料的創(chuàng)新特性和卓越性能，人們通常使用多功能材料以及多功能傳感器進(jìn)行創(chuàng)新性整合應(yīng)用。包裝上新增的“智能裝備”具有改變其傳統(tǒng)包裝物理特性限制的能力，并且具有作為對(duì)特定刺激因素的響應(yīng)能力。
智能包裝按照功能和應(yīng)用可以分為三大類，即感應(yīng)顯示的智能包裝、防偽識(shí)別的智能包裝以及環(huán)境監(jiān)測的智能包裝。
1. 智能包裝的感應(yīng)顯示
(1)光致變色在智能包裝中的應(yīng)用
光致變色材料在技術(shù)上可用作智能包裝材料或包裝系統(tǒng)的一部分。光致變色材料在光的發(fā)射過程中存在不同的反應(yīng)速率和褪色程度。Herzer等人在不使用電池的情況下，利用膽甾型液晶 (CLC) 制備了一種雙響應(yīng)光學(xué)傳感系統(tǒng)。在這項(xiàng)研究中，變色聚合物的顏色從紅色變?yōu)辄S色，因?yàn)樗梢酝ㄟ^聚合物膜的膨脹來引導(dǎo)分子實(shí)現(xiàn)螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋結(jié)構(gòu)導(dǎo)致產(chǎn)生新的顏色變化。
(2)熱致變色在智能包裝中的應(yīng)用
為響應(yīng)高溫和輻射等環(huán)境刺激，溫度變化導(dǎo)致的熱致變色可以實(shí)現(xiàn)在可見光范圍內(nèi)的吸收光譜從高波段轉(zhuǎn)移到低波段進(jìn)行吸收，從而引起顏色的變化。一種PDA 的熱致變色材料可逆或不可逆地將其顏色從藍(lán)色變?yōu)榧t色，因此可以通過預(yù)測PDA中的各種變色過程，增強(qiáng)其在智能包裝產(chǎn)品中的適用性。Park 等人制備了一種基于PDA的薄膜，用于 熱致變色標(biāo)簽， 在20?C ～ 65?C 范圍內(nèi)表現(xiàn)出感溫響應(yīng)。HEATmarkerVR 是另一種基于二乙炔單體聚合的溫度響應(yīng)顯色系統(tǒng)，已用于醫(yī)藥和疫苗儲(chǔ)存。該系統(tǒng)還為消費(fèi)者提供了產(chǎn)品的熱暴露是否超過預(yù)設(shè)限制的視覺指示，使用指示區(qū)域產(chǎn)生較深顏色變化表示包裝產(chǎn)品的變質(zhì)和保質(zhì)期。這個(gè)熱致變色技術(shù)對(duì)于智能包裝具有很好的相關(guān)性，尤其是針對(duì)溫度敏感容易變質(zhì)的食品，通過這項(xiàng)熱致變色技術(shù)的融合，提供監(jiān)測技術(shù)的同時(shí)降低了損失，并保障了消費(fèi)者的安全。
(3)電致變色在智能包裝中的應(yīng)用
電致變色技術(shù)是一種新型的主動(dòng)變色技術(shù)，在智能包裝中的應(yīng)用研究備受關(guān)注。共軛聚合物因其高光學(xué)對(duì)比度和適當(dāng)?shù)纳史€(wěn)定性而作為電致變色材料被廣泛用于智能包裝中。在柔性基材上進(jìn)行電致變色印刷是一種制備電致變色智能包裝的可行方法，因?yàn)樗梢詰?yīng)用在各種不同形狀的基材上，從而以嵌入的方式應(yīng)用在包裝產(chǎn)品中，并且通過一體成型技術(shù)將印刷和包裝成型工藝進(jìn)行融合。但電致變色油墨同時(shí)存在一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兘^大部分都包含有機(jī)溶劑。油墨和溶劑起著關(guān)鍵作用，所以可燃性、泄漏和從溶劑到包裝產(chǎn)品的氣味散發(fā)被認(rèn)為是主要缺點(diǎn)。因此，針對(duì)食品包裝的安全性和適用性而言，電致變色更多地使用在非食用性包裝以及工業(yè)化包裝應(yīng)用中。
2. 智能包裝的防偽識(shí)別
(1)條形碼 / 二維碼在智能包裝中的應(yīng)用
條形碼是最便宜和最流行的數(shù)據(jù)載體形式。RSS擴(kuò)展條碼(也提供堆疊格式)最多可編碼 74 個(gè)字母數(shù)字字符，可用于需要更大數(shù)據(jù)容量來編碼附加信息的可變尺寸產(chǎn)品，如按重量出售的肉類和海鮮等。
二維碼是在一維條碼的基礎(chǔ)上擴(kuò)展出的，具有可讀性。相比于條碼，二維碼在很小的面積內(nèi)能承載大量信息、安全保密性更強(qiáng)，識(shí)別效率也更高。隨著無線手持式二維碼 / 條碼掃描器的出現(xiàn)，二維碼的識(shí)別成本大大下降，進(jìn)一步推動(dòng)了它的廣泛應(yīng)用，成為智能包裝防偽監(jiān)測的重要手段之一。
(2)射頻識(shí)別技術(shù)在智能包裝中的應(yīng)用
射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)標(biāo)簽是一種高級(jí)形式的數(shù)據(jù)載體，用于自動(dòng)識(shí)別和追溯產(chǎn)品。RFID 標(biāo)簽可分為兩種類型：無電池且由閱讀器提供能量供電的無源標(biāo)簽和有電池為微芯片電路供電并向閱讀器傳遞廣播信號(hào)的有源標(biāo)簽。
與條碼相比，RFID 標(biāo)簽有著獨(dú)特的特點(diǎn)：RFID 標(biāo)簽不需要面向讀取器來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因?yàn)闊o線電波可以穿過各種非金屬材料;提供更大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，可用于存儲(chǔ)溫度和濕度的數(shù)據(jù)、營養(yǎng)成分信息和交通信息等;一些 RFID 標(biāo)簽支持讀寫操作，這有助于為標(biāo)簽物品在供應(yīng)鏈中移動(dòng)時(shí)提供實(shí)時(shí)信息更新。值得一提的是，RFID 可以快速地同時(shí)讀取多個(gè)標(biāo)簽。
盡管如此，RFID 標(biāo)簽通常不會(huì)被視為條形碼的替代品。由于這兩種數(shù)據(jù)載體各有優(yōu)缺點(diǎn)，它們經(jīng)常被單獨(dú)或組合使用。近年來，RFID技術(shù)在食品包裝中得到大量使用，用于識(shí)別和采集環(huán)境、物流溯源等數(shù)據(jù)。成本問題是傳統(tǒng) RFID 技術(shù)商業(yè)化的主要障礙。但是，無芯片RFID有可能通過提供更簡單的低成本標(biāo)簽結(jié)構(gòu)來緩解這些問題，這種結(jié)構(gòu)可以完全印刷在低成本的基材上(紙張、塑料)。
3. 智能包裝的環(huán)境監(jiān)測
(1)時(shí)間 - 溫度指示器在智能包裝中的應(yīng)用
在物理和化學(xué)學(xué)科中 , 溫度是影響化學(xué)反應(yīng)和力學(xué)性質(zhì)的重要因素。時(shí)間 - 溫度指示器(TTI)通常是貼在運(yùn)輸容器或單個(gè)消費(fèi)包裝上的小型不干膠標(biāo)簽。TTI 可用作智能包裝中的智能設(shè)備，因?yàn)榇祟愊到y(tǒng)可以通過監(jiān)測時(shí)間和溫度來檢測與包裝內(nèi)部質(zhì)量相關(guān)的關(guān)鍵參數(shù)。它們還被作為食品的“新鮮度指標(biāo)”，用于估算生鮮產(chǎn)品的剩余保質(zhì)期。
(2)氣體探測器在智能包裝中的應(yīng)用
由于包裝內(nèi)部產(chǎn)品的活性、包裝原本的性質(zhì)或周圍的環(huán)境條件，包裝內(nèi)外部空間中的氣體成分經(jīng)常發(fā)生變化。尤其是新鮮農(nóng)產(chǎn)品的呼吸作用、腐敗微生物產(chǎn)生的氣體，氣體通過包裝材料的傳輸和包裝泄漏，都可能導(dǎo)致包裝內(nèi)的氣體成分發(fā)生變化。包裝標(biāo)簽或印刷在包裝薄膜上的氣體指示器可以監(jiān)測氣體成分的變化，從而提供了一種監(jiān)測食品質(zhì)量和安全的手段。
(3)泄漏檢測在智能包裝中的應(yīng)用
包裝的密封性是包裝袋最重要的包裝性能之一，密封性的好壞決定了被包裝物品的存放時(shí)間，特別是食品、藥品這種易發(fā)生變質(zhì)、腐壞的物品。確保包裝材料的密封質(zhì)量將有利于滿足包裝行業(yè)和普通消費(fèi)大眾的需求。傳統(tǒng)包裝外部的聚烯烴材料起到保護(hù)紙板的作用，并作為印刷的基材。為了起到防水的作用，在某些情況下還會(huì)在包裝的外部材料上添加蠟涂層。一種測試包裝密封質(zhì)量的自動(dòng)壓差測試方法能夠在 30s 內(nèi)測試出包裝的密封性。配合這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的智能包裝，可以解決傳統(tǒng)包裝泄漏的重大問題， 有助于推動(dòng)智能包裝領(lǐng)域的發(fā)展。
應(yīng)用前景
隨著時(shí)代的發(fā)展，智能包裝逐漸從低端過渡到高端應(yīng)用中。在成本控制得體的前提下，智能包裝能在很大程度上解決傳統(tǒng)包裝的功能性應(yīng)用問題，彌補(bǔ)了功能性應(yīng)用過程中的短板和缺陷，進(jìn)一步拓展了智能包裝在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
顯色技術(shù)的添加一定程度上提高了包裝的觀賞性和實(shí)用性。基于這項(xiàng)技術(shù)獲得的智能包裝，通過變色的手段改變包裝原有的基礎(chǔ)形貌，在不同光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)甚至力學(xué)環(huán)境下，獲得觀賞、監(jiān)測、感應(yīng)等效果。因此，顯色材料是智能包裝中最為關(guān)鍵的一部分，具有廣泛的利用價(jià)值。
對(duì)于防偽識(shí)別，傳統(tǒng)包裝的識(shí)別手段主要通過條形碼實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的識(shí)別和記錄。而條形碼本身具有一定的局限性，因此限制了其在防偽領(lǐng)域的更多發(fā)展。而二維碼的出現(xiàn)提供了更大的應(yīng)用潛力，除了具有識(shí)別、記錄的功能，還可以通過與終端設(shè)備的數(shù)據(jù)互通，實(shí)現(xiàn)防偽識(shí)別的效果，每個(gè)相同產(chǎn)品之間的“身份信息”也大不相同。因此，通過使用二維碼對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行溯源、辨別以及防偽，可以進(jìn)一步促進(jìn)產(chǎn)品與消費(fèi)者之間的信息互通。另外在技術(shù)上，二維碼與 RFID 技術(shù)的結(jié)合，利用與終端設(shè)備的互動(dòng)，增加點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間的互通性，甚至能夠在無源的條件下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。在識(shí)別方面，不需要通過近距離接觸就能高效準(zhǔn)確地判斷商品的具體信息，為智能包裝在識(shí)別、運(yùn)輸以及防偽等功能使用上提供了極大的便利性。
對(duì)于環(huán)境監(jiān)測，往往不能忽視環(huán)境對(duì)包裝存在著的潛在影響，傳統(tǒng)的包裝應(yīng)用避免不了由于內(nèi)外界環(huán)境因素造成的影響和損失。而將監(jiān)測傳感功能引入到智能包裝中，針對(duì)溫度、濕度、pH 值、氣體、時(shí)間等環(huán)境因素，對(duì)自身產(chǎn)品所需的條件進(jìn)行智能監(jiān)測，可以有效避免內(nèi)部或者外部環(huán)境對(duì)包裝產(chǎn)品的影響。
智能包裝在成為包裝科學(xué)和技術(shù)新趨勢的同時(shí)，正逐漸與包裝科學(xué)、食品科學(xué)、生物技術(shù)、傳感器科學(xué)、信息技術(shù)、納米技術(shù)等學(xué)科融合，正成為包裝科學(xué)與技術(shù)的新領(lǐng)域和新分支。在未來，智能包裝將突破更多的技術(shù)難點(diǎn)，深入探討技術(shù)與技術(shù)之間的創(chuàng)新性融合，進(jìn)一步推動(dòng)交叉學(xué)科的進(jìn)步，尋覓兩者之間潛在的可能性以及社會(huì)需求，促進(jìn)智能包裝領(lǐng)域的獨(dú)特性發(fā)展以及進(jìn)步。
