包裝設(shè)計(jì)智能化應(yīng)用、社會(huì)功效及發(fā)展前景研究

劉瑩　劉兆熙

摘要：智能包裝作為包裝設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)新興包裝模式，通過對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行智能化包裝設(shè)計(jì)，在識(shí)別、判斷產(chǎn)品新鮮度，控制產(chǎn)品質(zhì)量，延長(zhǎng)貨架壽命，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品智能化信息管理等方面發(fā)揮了重要作用，在食品、醫(yī)藥、日化用品、物流管理等領(lǐng)域都具備廣泛的應(yīng)用空間。智能包裝能保障消費(fèi)者健康權(quán)益，提高產(chǎn)品使用率和生產(chǎn)效能，實(shí)現(xiàn)智能化信息管理，具備廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：智能包裝；貨架壽命；防偽；RFID標(biāo)簽

伴隨新材料新技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用，智能包裝通過對(duì)包裝材料的更新?lián)Q代升級(jí)、通過改造包裝結(jié)構(gòu)、通過整合被包裝物信息管理，實(shí)現(xiàn)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(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已取得長(zhǎng)足發(fā)展，但在我國(guó)尚處于實(shí)驗(yàn)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(guān)注，本文擬對(duì)此進(jìn)行研究，以期能拋磚引玉。

1.智能包裝在食品、醫(yī)藥、日化用品、物流管理等領(lǐng)域的應(yīng)用

智能包裝在識(shí)別和判斷產(chǎn)品品質(zhì)、延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架壽命等方面的強(qiáng)大功能，使其在食品（包括飲料）、醫(yī)藥、日化用品、物流管理等多個(gè)領(lǐng)域運(yùn)用越來越廣泛。智能包裝在信息控制，產(chǎn)品信息的可追蹤性方面亦發(fā)揮著重要作用。

1.1 智能包裝在食品領(lǐng)域的應(yīng)用，主要指智能外包裝能對(duì)外部環(huán)境和內(nèi)部環(huán)境的濕度、溫度、光敏、壓力、時(shí)間和氣體含量等參數(shù)進(jìn)行性 “識(shí)別和判斷”，并進(jìn)行智能化自動(dòng)調(diào)節(jié)，延長(zhǎng)被包裝物貨架壽命。區(qū)別于傳統(tǒng)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(zhì)和新鮮程度。

許文才、曹國(guó)榮（2007）認(rèn)為“活性包裝的發(fā)展有兩個(gè)主要的研發(fā)方向：活性包裝標(biāo)識(shí)（智能標(biāo)簽）和延長(zhǎng)食品保質(zhì)期的包裝技術(shù)。[1]”我們認(rèn)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(duì)包裝材料嵌入特殊化學(xué)物質(zhì)（如Fe元素）、合成材料，當(dāng)被包裝物的氣體含量（如H2S、CO2）、溫度-時(shí)間、濕度、微生物含量等超過一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，外包裝材料出現(xiàn)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(yīng)食品的品質(zhì)變化，又稱變色包裝。賀宇紅（2005）介紹了法國(guó)不二價(jià)超市運(yùn)用時(shí)間溫度指示器（TIME & TEMPERATURE INDICATOR， TTI）指示型活性包裝和美國(guó)加州門羅帕克市使用的INTELIMER包裝膜控制型活性包裝技術(shù)[2]。

目前被設(shè)計(jì)用于包裝鮮肉及乳制品的溫度-時(shí)間指示器（TTI）以溫致變色油墨標(biāo)簽的形式，來判斷任何對(duì)溫度敏感的產(chǎn)品，特別適合用于測(cè)定產(chǎn)品的貨架壽命、冷藏條件等，這種智能包裝設(shè)計(jì)同樣可用于告知經(jīng)冰箱冷凍后啤酒的溫度、肉類產(chǎn)品的新鮮程度及是否變質(zhì)等。新鮮果蔬會(huì)因破壞性微生物的呼吸作用而食用度下降，采用含F(xiàn)e元素智能包裝氣體指示劑，能判斷被包裝物的內(nèi)部O2含量、H2S的含量。采用能分析食品酶、抗體和細(xì)胞并能將生物信息轉(zhuǎn)換為物理信號(hào)的生物傳感器智能包裝，通過物理信號(hào)測(cè)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(duì)包裝材料嵌入對(duì)包裝材料嵌入特殊化學(xué)物質(zhì)（如去氧凝膠層）、合成材料，或?qū)Ρ话b物的內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行智能設(shè)計(jì)，對(duì)被包裝物的氣體含量（如H2S、CO2）、溫度-時(shí)間、濕度、微生物含量等進(jìn)行智能控制，最大限度地保持食品的營(yíng)養(yǎng)和品質(zhì)。控制型智能包裝，通過調(diào)節(jié)包裝材料與食品之間的相互作用延長(zhǎng)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(shù)，采用智能化脫氧包裝，可以使包裝內(nèi)的O2濃度將至0.01%。日本Mitsubishi Gas Chemicals Yoshihisa Sakakihara公司研發(fā)的二價(jià)鐵類內(nèi)貼式去氧劑和美國(guó)新澤西州一家公司研發(fā)的可氧化聚合物內(nèi)層，都能有效地捕捉并消耗包裝袋內(nèi)的氧氣，控制食品氧化速度、抑制細(xì)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(duì)水果儲(chǔ)藏和運(yùn)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(zhǎng)魚類貨架壽命。

單一薄膜的使用性能往往有—些局限性，達(dá)不到人們的要求，因此多層復(fù)合薄膜已經(jīng)成為人們研究的熱點(diǎn)，使包裝材料具有許多優(yōu)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(xì)菌數(shù)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(zhì)量，在不同的PH值下，水蒸汽的透過率可是實(shí)現(xiàn)交聯(lián)控制。[5]

由Crown Cork &Seal公司和Tempra 技術(shù)公司合作研發(fā)的智能包裝產(chǎn)品自動(dòng)冷氣罐，通過罐底凝膠層、管壁干燥劑的化學(xué)反應(yīng)吸收熱量，3分鐘內(nèi)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(dòng)加熱牛奶咖啡罐通過罐底層置水和生石灰化學(xué)反應(yīng)釋放熱量，3分鐘后咖啡可以達(dá)到約60℃。[6]為防止?fàn)I養(yǎng)流失，歐洲研發(fā)了一種智能易拉罐，當(dāng)開啟易拉罐時(shí)，罐內(nèi)壓力驟降，附著在管壁的微量元素自動(dòng)釋放并溶解于飲料內(nèi)，大大降低了產(chǎn)品在儲(chǔ)存運(yùn)輸階段的營(yíng)養(yǎng)流失損耗。[6] 由美國(guó)RUTGERS大學(xué)研發(fā)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(biāo)簽，由微波爐內(nèi)置的標(biāo)簽掃描儀和微處理器自動(dòng)獲取相關(guān)食品信息，自動(dòng)對(duì)食品進(jìn)行最優(yōu)化熱處理，獲得食品最佳食用品質(zhì)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006年全美智能包裝市場(chǎng)領(lǐng)域，食品智能包裝占到了70%以上，[7]成為智能包裝市場(chǎng)最具應(yīng)用活力的領(lǐng)域，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。特別是低成本的TTI標(biāo)簽一經(jīng)問世，制造商普遍意識(shí)到其在降低食品腐爛現(xiàn)象、延長(zhǎng)食品貨架壽命的積極作用，智能包裝在食品和飲料市場(chǎng)份額也相應(yīng)地出現(xiàn)增長(zhǎng)勢(shì)頭。彭珊珊、蔣儂輝（2005）認(rèn)為21世紀(jì)食品包裝的趨勢(shì)為：無菌包裝、綠色包裝、功能包裝、智能包裝、方便化包裝、個(gè)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(duì)食品品質(zhì)進(jìn)行控制，因此也可以歸類為智能包裝。

1.2智能包裝產(chǎn)品層出不窮，在醫(yī)藥領(lǐng)域亦有不俗表現(xiàn)。指示型智能包裝和控制型智能包裝能保證藥品質(zhì)量，降低O2和濕度對(duì)藥物效能損壞。智能包裝藥品還能提高服藥的準(zhǔn)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(guó)DDMS公司相繼推出的藥品泡罩智能包裝，當(dāng)每一粒藥品被取走時(shí)能記錄取藥時(shí)間并將信息傳遞給醫(yī)生。丹麥BANG &OLUFSEN MDICOM公司研發(fā)的名為“援手”（HELPING HAND）藥品有聲智能包裝，能定時(shí)通過電腦或者手機(jī)信息方式通知患者服藥。使用RFID標(biāo)簽技術(shù)跟蹤藥品，可以有效地打擊假藥市場(chǎng)，并提高藥品詳細(xì)信息。美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）已經(jīng)提倡使用RFID作為藥品防偽的手段之一。[10] ENVISION AMERICA研發(fā)的可發(fā)聲標(biāo)簽系統(tǒng)，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(xiàng)等。

申晟（2006）對(duì)目前藥瓶進(jìn)行了智能化包裝設(shè)計(jì)構(gòu)想，他擺脫了目前藥品旋帽設(shè)計(jì)的束縛，以“金施爾康”為例提出開啟滑動(dòng)開關(guān)并使藥丸計(jì)量從滑道劃出的容器設(shè)想，方便實(shí)用[11]。陽康麗、袁志慶、陳洪（2006）也認(rèn)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(shù)、信息技術(shù)、電子技術(shù)、納米技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)與藥品包裝材料相結(jié)合，可望開發(fā)出具有藥品質(zhì)量自檢測(cè)、防偽、定時(shí)提醒患者吃藥、破裂時(shí)能自修復(fù)等多種功能的智能藥品包裝材料，對(duì)于延長(zhǎng)藥品保質(zhì)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(lǐng)域長(zhǎng)期研究與開發(fā)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。[12]”

1.3 RFID智能標(biāo)簽在日化產(chǎn)品的防偽領(lǐng)域有不俗的表現(xiàn)，指示型智能包裝在日化產(chǎn)品的顯性使用領(lǐng)域更有突出成績(jī)。SUN CHECK通過變色包裝來提示紫外線強(qiáng)度，并提示用戶選擇相應(yīng)的防曬指數(shù)及防曬品。寶潔公司SK-ⅡAIRTOUCH粉底包裝使用電離技術(shù)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(chǎng)值2011年將增長(zhǎng)至48億美元，2013年將增長(zhǎng)至141億美元[13]。

1.4 智能標(biāo)簽RFID產(chǎn)品包裝技術(shù)已在歐美國(guó)家取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，包括沃爾瑪連鎖超市、保潔公司等企業(yè)都在努力推廣RFID標(biāo)簽技術(shù)。借助RFID智能標(biāo)簽，產(chǎn)品在生產(chǎn)和流通過程中均有可追蹤性，制造商和用戶可以實(shí)時(shí)了解產(chǎn)品庫(kù)存、流通、保質(zhì)等信息，這在物流管理中能預(yù)測(cè)顧客購(gòu)物情況，優(yōu)化庫(kù)存管理，整合資源，建立信息化倉(cāng)貯管理C3I系統(tǒng)[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(biāo)簽技術(shù)管理貨品，作為其供貨商之一的DAISY BRAND公司已經(jīng)從RFID智能標(biāo)簽技術(shù)獲得內(nèi)部管理快捷之處。該公司包裝設(shè)計(jì)市馬克·布魯斯介紹說，通過RFID系統(tǒng)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(gè)系統(tǒng)幫助我們確信沒有裝錯(cuò)貨物的情況發(fā)生。[15]”

保潔公司啟用RFID智能技術(shù)整合物流供應(yīng)鏈，每年可減少15億美元的經(jīng)營(yíng)成本[16]。據(jù)專家預(yù)測(cè)，到2015年全球預(yù)計(jì)每年將需要約1萬億枚射頻標(biāo)簽，其中大多數(shù)將是用在智能包裝上。[17]

2.智能包裝的社會(huì)功效和發(fā)展前景

2.1保障食品安全，保護(hù)消費(fèi)者的健康權(quán)益，維護(hù)正常的市場(chǎng)秩序。當(dāng)下，假冒偽劣產(chǎn)品猖獗，食品安全在缺乏有效的市場(chǎng)監(jiān)督和政策缺失條件下，加強(qiáng)智能包裝強(qiáng)制使用管理，廣泛推廣可追蹤性RFID智能標(biāo)簽和防偽智能包裝，對(duì)保障食品安全不失為一種有益的探索。有專家預(yù)測(cè)，將來法律將出臺(tái)具體條文，規(guī)定某些易腐食品必須強(qiáng)制使用安全智能標(biāo)簽，方便消費(fèi)者選擇安全放心的食品，規(guī)范市場(chǎng)秩序。

提高產(chǎn)品的使用率和制造商的生產(chǎn)效能，減少浪費(fèi)。統(tǒng)計(jì)顯示，英國(guó)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?yàn)槌^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(shù)上采用智能包裝，及時(shí)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(fèi)。同時(shí)，也能及時(shí)提示制造商，采取相應(yīng)對(duì)策快速處理。

加強(qiáng)產(chǎn)品的供應(yīng)鏈管理，實(shí)現(xiàn)物流的信息化管理。RFID智能標(biāo)簽，使得產(chǎn)品從生產(chǎn)到運(yùn)輸、儲(chǔ)存階段皆有可追蹤性。借助網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，控制中心能對(duì)貨架產(chǎn)品和在線產(chǎn)品、庫(kù)存產(chǎn)品信息整合，實(shí)現(xiàn)供貨商、運(yùn)輸、資金、人工等資源合理調(diào)配，優(yōu)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(chǎn)業(yè)在西方國(guó)家已出現(xiàn)蓬勃發(fā)展勢(shì)頭，不斷涌現(xiàn)的智能包裝新材料、新技術(shù)，給包裝行業(yè)帶來了前所未有的巨大利潤(rùn)空間。據(jù)美國(guó)NANO MARKETS市場(chǎng)調(diào)查公司統(tǒng)計(jì)顯示，至2011年全球智能包裝市場(chǎng)產(chǎn)值已增至48億美元，到2013年將達(dá)到141億美元。[7]在歐洲，智能包裝業(yè)被列為未來最具市場(chǎng)潛力、最具利潤(rùn)空間的產(chǎn)業(yè)之一。當(dāng)前，全球各大加工商都在爭(zhēng)食這塊大蛋糕，國(guó)內(nèi)企業(yè)卻表現(xiàn)相當(dāng)沉默。

在中國(guó)，智能包裝業(yè)起步晚、發(fā)展慢，高成本成為制約我國(guó)智能包裝發(fā)展的第一道門檻?？蒲腥藛T不足、資金缺乏、市場(chǎng)接受速度緩慢，也是制約我國(guó)智能包裝企業(yè)興起的重要原因。[7]中國(guó)印刷技術(shù)協(xié)會(huì)理事長(zhǎng)武文祥在2006年中國(guó)國(guó)際特種印刷暨智能識(shí)別（RFID）技術(shù)展覽新聞發(fā)布會(huì)上指出：我國(guó)的特種印刷和RFID技術(shù)無論是市場(chǎng)規(guī)模、產(chǎn)品水平，還是品種規(guī)格、消費(fèi)水平，都還有相當(dāng)大的差距。特種印刷和RFID技術(shù)推廣以及進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的應(yīng)用將成為今后的熱點(diǎn)。

2.3 智能包裝，作為包裝設(shè)計(jì)的新興子類學(xué)科，融合了包裝設(shè)計(jì)、新材料研發(fā)、微電子技術(shù)、信息控制技術(shù)等多種學(xué)科，是新興的交叉學(xué)科。目前，國(guó)內(nèi)高校及科研院所在這一領(lǐng)域的學(xué)科理論基礎(chǔ)、定位、研究對(duì)象、學(xué)科架構(gòu)、研究方法等層面處于空白階段。在科研、教學(xué)領(lǐng)域，需要大批領(lǐng)軍人才。在政府層面，需要相關(guān)職能部門加大資金支持、政策傾斜，給予必要的宣傳、引導(dǎo)和監(jiān)督。

2008年北京奧運(yùn)會(huì)的召開極大地推動(dòng)了國(guó)內(nèi)RFID智能標(biāo)簽的發(fā)展，北京奧組委為確保食品安全，對(duì)奧運(yùn)村食品全程啟用RFID追蹤管理。盡管國(guó)外智能包裝已取得一定成果，但也處于起步階段。這對(duì)我國(guó)智能包裝業(yè)是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，我們相信，中國(guó)包裝業(yè)會(huì)以此為契機(jī)，以RFID為突破口，在世界包裝市場(chǎng)占據(jù)一席之地。

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作者簡(jiǎn)介

劉瑩（1983—），女，漢族，碩士，廣東商學(xué)院華商學(xué)院教師；主要研究方向：標(biāo)志設(shè)計(jì)、包裝設(shè)計(jì)。