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智能包装指人们通过创新思维,在包装中加入了更多的新技术成分,使其既具有通用的包装基本功能,又具有一些特殊的性能.这些包装的特殊性能恰好可满足商品的特殊要求和特殊的环境条件,主要是指采用了机械、电气、电子和化学性能的包装技术.食品/药品包装行业中,一直强调技术的创新,近年来包装业取得了巨大的变化,智能包装在包装过程中大显身手,使得包装业如虎添翼,发展更上一层楼,包装行业需向这个方向发展.
食品/药品智能包装的概念及发展前景
随着智能材料不断发展,它的应用范围拓展到了包装,于是出现了“智能包装”的概念,是在现有包装机械技术上更加追求简便操作的包装方式,使其可以分析以及展出产品的新颖性和包装食品的状态事实.智能包装可以控制食品质量,提供食品品质信息,有效延长食品的货架寿命,能够最大限度地保持食品的质量营养价值.智能包装是一个多元学科交叉的应用领域,支撑智能包装的学科主要有材料科学、微电子学、现代控制理论、计算机科学、人工智能等等.上述领域的技术进步与发展对智能包装的开发与应用又起了推动作用,他们是相辅相承的关系.
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.
我国包装工业保持了良好的发展态势,已进入了世界包装大国的行列,其产值已位居全球第三位,成为名副其实的世界包装制造大国.但与发达国家相比,我国包装产业还存在较大差距,先进水平的包装设备和高质量的原辅材料还严重依赖进口,智能包装与RFID标签技术的应用还不够广泛.我国对功能材料型智能包装、功能结构型智能包装方面的研究相对较晚,尤其是气调包装.我国气调保鲜技术虽然起步比较晚,但是发展迅速.随着人们对食品气调贮藏的认识逐步提高,气调包装的应用也越来越受欢迎,但普及与推广还需一个过程.随着我国科技力量的不断提升,在某些方面也取得了许多令人可喜的成绩.我国已经拥有自主产权的RFID芯片.在生产方面,国内很多公司已经开发出了适用于各种用途的RFID产品.市场决定需求,食品、医药、化妆品的零售业、消费市场及物流行业同我国智能包装的发展密不可分.随着中国市场化进程的加快,国民收入的提高以及全球品牌的进入,一个相当大的零售和消费市场正在中国形成,并且快速增长.市场的快速形成与成长,势必导致智能包装的迅猛发展.有专家预计,在未来几年,每个独立包装的产品上都会贴上智能标签,RFID标签的年需求量将达到10000亿枚,其中大多数将是用在智能包装上.仅仅从RFID的需求就可以看到智能包装的巨大的市场及其潜在的机遇.
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,发展我国的智能包装事业,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,是包装行业所面临的问题.随着时代的变迁,商品种类更加繁多复杂,智能包装所肩负的功能也越来越多.高新技术的浪潮将智能包装推向了更高的发展境界,发展智能化包装是历史必然.
智能包装技术的开发应用
据报道,科学家研究出一些能指示食品/药品是否变质的新型包装技术以及延长食品/药品保鲜期的包装技术,这些技术统称活性包装技术或智能包装技术.为延缓食物因氧化而变质,目前普遍的做法是在包装里面放进一个铁粉小包,利用铁的氧化过程来耗掉包装里面的氧气.但有些顾客在食品当中一看见印着勿食字样的小包就不太得劲儿,而新包装是在包装纸里加上一层吸氧的材料,这就可以使他们感觉舒服很多.一些保鲜食品需要在低温下保存,否则里面的细菌就会活跃起来,导致食品变质.
在包装上贴上能指示时间和温度的新型标签,其中的化学成分在温度升高时会发生聚合作用,标签颜色相应会有明暗的变化,顾客由此可以知道食品在什么温度下储存、储存了多久,新鲜的程度到底怎样.据报道,这类被称为积极包装的技术,已经在美国、法国等地投入使用.许多公司认识到,让顾客明了提供给他们的食品新鲜无比,其潜在的商业利益是巨大的,开发使用新技术的额外成本与此相比,不过是小巫见大巫.据报道,目前美国一些公司正在开发冷冻食品的保鲜指示包装,新包装可以监测到食品/药品因冷冻不当腐烂变质释放出来的气体.不同水果蔬菜保鲜所需要的氧气和二氧化碳的浓度不同,针对这一特性的包装技术也在研发之中.加利福尼亚州的一家公司正在研制一种包装膜,这种膜可以随温度改变其渗透能力,满足不同水果蔬菜对氧气和二氧化碳的不同需要.在新西兰,研究人员在开发一种水果包装,这种包装可以指示像桃子这样怕挤怕压的水果什么时候熟透.食品技术研究人员估计,未来20～40%的食品/药品包装会应用积极包装技术.
功能化的食品包装,主要是为了解决与内容物相关的包装问题的一种科学方法,为了消除产品自身的某种缺陷和不足而设计的包装.具备液体包装盒的防腐性,大都会应用这样的功能性包装概念,通过包装使易于腐烂的产品能保持更长的新鲜时间.这样的包装附加件同样可以延长产品的存放期限,保持产品新鲜的口味.功能化包装可以有效地避免内容物被干扰,起到很好的保护作用.智能包装主要应用于检测包装结构或材料的偏差领域.例如,检测包装纸板材料的密度,确定生产出的纸盒是否有足够的挺度来满足产品的需要,如确保果汁或牛奶不至于渗漏出来.利用激光检测技术,可以对食品包装设计的多个参数进行测定,如包装印刷油墨的微观结构.智能包装可以在包装的内部包含进大量的产品信息,它将标记和监控系统结合起来形成一套扩展跟踪体系,用以检查产品的数据.智能包装通过内部的传感元件或高级的条码以及商标信息系统,并利用感觉包装和功能包装的原理来跟踪监控产品.使用UV和EB油墨可以有效地避免条形码发生变形,对于更精确的数据检测而言,还可以使用数据芯片或微点检测系统进行控制.
近年来,食品/药品对包装的需求越来越大、要求越来越高,食品/药品加工及相关行业在包装技术上的投入正在增加.包装设计跟上市场步伐,是厂商的必然选择,也是企业及市场竞争的重大举措.放眼食品/药品市场,不少传统商品明明具有很大的品质和品牌优势,销售增长率却不可观.这种情况,企业可能要检查一下产品的包装形象是否符合当下的消费者诉求,并就此作出相应的优化升级,通过概念化的食品/药品包装,扩大利润空间.
随着包装在产品营销中地位的不断提升,食品/药品包装普遍概念化.包装不再是传统的服务于储藏和物流,它被市场赋予了更多、更高的功能和使命.不少包装已经成为产品的一部分,甚至就是产品本身.食品/药品概念包装设计实际上也是一种全新的“交互式体验”包装,它包含使用者的触觉、味觉的考虑,功能性和智能性兼具的特点,将使该包装成为产品的一部分,甚至也可能就是产品本身.而包装加工工艺利用其包装与产品的直接联系,对标志及应用进行归类,而最终得到包装设计的强烈视觉敏感度,从而带来可观的升值利润.
RFID电子标签实际上是包装印刷和微电子行业之间的边缘产品,因此,在RFID电子标签的生产过程中,包装印刷企业必须在原有标签印刷过程中植入RFID芯片,同时还要对RFID芯片进行数据输入,这是跨出传统印刷行业的一步.同时,RFID电子标签在使用过程中也将是一笔不小的投资,这也就是RFID电子标签在我国推广过程中的一个瓶颈.
可变数据条形码的应用现在已经开始逐步推广,它的关键在印刷企业必须投资一台用于可变数据条形码印刷的数码印刷机,印刷企业、商标使用企业必须同时建立可变数据条形码数据的采集和输入终端,同时要在互联网上建立对应的数据库以便储存、校对数据,快捷地给出消费者真伪认定.企业现在使用的多色胶印机、柔印机均能正确完成条码的印刷任务.在二维条形码的使用中,关键是要建立互联网数据库,数据库的信息目前基本是由商品生产企业或销售网点创建,印刷企业的主要工作是确保二维码的印刷准确性,避免误读,从而确保零售商、消费者能够通过对二维码的扫描、上传,获得相应的正确信息.智能化技术的应用使包装在材料、结构、技术以及专家决策系统等方面对传统包装生产提出了新的挑战.智能化包装是指在一个包装、一个产品或产品与包装组合中,有一个集成化元件或一项固有特性,通过此元件或特性把符合特定要求的智能成分赋予产品包装的功能中,或体现于产品本身的使用中.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.
智能化的包装材料
智能化包装材料研发与应用是当今食品包装发展趋势,主要采用各种内部指示剂、活性包装材料等,根据被包装商品的不同具有如下功能：能够直接提供关于产品的质量、充填气体、包装件储藏条件等信息；能吸收包装食品释放的氧气,防止细菌增长,降低食品变质风险,延长货架寿命；能通过外包装颜色的改变,让顾客知道食品新鲜程度,显示包装物是否败坏；通过时间和温度指示剂记录食品在贮存和销售期间温度变化的连续过程,预示食品的质量变化情况；通过气调包装调节包装内气体的环境,以减缓氧化速度,延长货架寿命；通过包装物中微生物生长过程中产生的新陈代谢产物与某种指示剂反映的情况来直接指示产品中的微生物质量；利用可以同加速水果、蔬菜衰老的乙烯发生反应的指示剂,呈现出颜色变化来指示食品情况.智能化包装材料研发与应用是当今食品包装发展新趋势,具有巨大市场潜力.
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.功能结构型智能包装是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.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.
随着科技发展,智能化已经成为市场发展的蓝海.作为一个朝阳产业,只要是和智能沾边的行业都获得了巨大的利益.随着工业4.0概念的到来,食品包装也逐渐走向高端化,智能包装开始走进人们的视野中,要说智能包装智能在哪,最关乎的就是食品安全问题,智能包装能检测食品的质量,或者是鉴别真伪,在最大程度上保障消费者的权益,实现产品可追溯功能.这些包装的特殊性能恰好可满足商品的特殊要求和特殊的环境条件,目前主要是指采用了机械、电气、电子和化学性能的包装技术.智能包装市场不断扩大,国内食品安全形势十分严峻,且已经达到迫在眉睫的程度,因此我们亟须从包装上提高智能化,最大程度地利用各种手段保证食品安全.而智能包装是保证食品安全的有力措施,还亟待开发.
智能包装在发达国家已经获得了足够的重视和发展,而在国内,智能包装的研发和在各个领域的应用还处于起步阶段.但从另一个角度来看,虽然我国智能包装的应用还落后于发达国家,但是我国的智能包装市场有广阔的利润空间等待挖掘.为满足交货期的要求和降低工艺流通成本的需要,未来食品包装机械要求能够进行高速生产,同时对一些产品,还要求包装机械和生产机械相衔接,还可采用连续工作或多头工作方式.此外,还必须降低废品率及故障率,使正常的生产率得以提高,发展趋势是使包装机械进一步自动化.一般国外仅将温度和时间历史记录标识(TTI)、被包装食品内微生物滋生指示标识(MGI)、光致变色指示标识、受到物理冲击标识、渗漏、微生物污染标识、无线电射频标签(RFID)、DNA(脱氧核糖核酸)标签等定义为智能包装；而将气调包装、抗菌包装、乙烯吸附包装、吸氧包装、自加热/自冷却包装、异味的吸附包装、芳香味的释放包装、吸湿包装等定义为功能包装.
信息型智能包装技术主要是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.它包括商品在仓储、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；以及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.信息智能包装技术能反映包装物的质量信息和商品流通信息,这给物流管理和消费者带来了许多方便.这种技术是随着其它领域技术的发展而发展起来的.开发各种信息智能包装能带来经济效益.
智能包装能改变颜色,让顾客知道食品新鲜程度,显示是否由于贮存时温度变化或包装泄漏而导致食品变质败坏.包装中活性组分只要是符合欧共体等其他食品安全法规要求,便可使用,并通过标签告诉用户关于活性包装的种类和特性.
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.
据报道,美国国际造纸公司采用以色列能量纸公司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年发出的可用于包装的导电高分子新型材料.
导电高分子材料具有良好的导电性和稳定性,有些还具有耐热性、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.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.
智能包装成未来发展趋势
目前,我国包装产业的总产值已经突破1.2万亿元,并且仍在不断增长之中,中国包装行业拥有巨大的潜力,无穷的商机.随着市场的变化,包装机械也在不断发展,不断成长,向高效、低耗、低本钱的方向发展,在包装机的研发、制造、技术等方面都有了较大的提高,成套、自动化、多功能的包装机械不断泛起,这也是未来我国包装机的一大发展趋势.
包装机械随着食品包装的要求越来越高而越来越受欢迎,但是我国的包装机械的生产力和创新力度都不够.在工业4.0的形势下,如果不能向智能化转变,则会面临淘汰的危险.生产效率高、自动化程度高、可靠性好、灵活性强、技术含量高的包装设备是目前行业内一直追求的.打造出新型包装机械,引领包装机械向集成化、高效化、智能化是未来发展的大方向.随着科技的不断发展与进步,未来微电子、电脑、工业机器人、图像传感技术和新材料等在包装机械中将会得到越来越广泛的应用,各企业亟须学习和引进新技术.科技的不断进步使得越来越多的创新型产品包装走上了商业化道路.未来几年,智能化包装市场前景将十分可期,其应用领域也将会不断扩大和深化.目前包装机械行业智能化、自动化的趋势已经非常明显,我国虽然是包装机械生产大国,但在两方面的实力还相对薄弱,无法适应当前的生产需求.我国必须力促包装机械行业向高端生产转变,在自动化控制、智能化操作等方面狠下苦功,积极向行业的超一流水平发起冲击,这样才会在高端的市场上获取更高的发展.
包装是企业生产中最后一道工序,也是关系到企业经济效益的重要工序,包装机械整个过程包括充填、制袋、封口、打码等主要工序,因此优质的包装机械对于企业来说是至关重要的.种子包装机的出现可提高生产率,减轻劳动强度,适应大规模生产的需要,并满足清洁卫生的要求.对包装机械的需要也不仅仅局限于一个品种,因为有需要就有市场,包装机械也在市场的很多需要下衍生了多个品种,而且呈上升的趋势.如包装机系列,从食品/药品包装机分支为真装机、液体包装机、颗粒包装机、种子包装机等,这样才会满足不同的人们的需求.目前,我国食品/药品机械制造正经历着重要的转变,包装机械正朝着高速、多功能化及控制智能化的方向发展,以适应市场的需求.我国包装机械产业虽然发展快,但与发达国家相比,无论在产品品种、技术水平和产品质量方面都有很大差距.发达国家已将微机控制、激光技术、人工智能、光导纤维、图像传感、工业机器人等高新技术成熟的应用于包装机械,而这些高新技术在我国包装机械行业才刚刚开始采用；我国的包装机械产品品种缺口约30～40%；包装机械产品的性能、外观质量有一定差距.
国内的气调包装、芳香味的释放包装还比较成熟；气体吸附类型包装（吸湿、吸乙烯、吸氧）一般采用香袋的形式,技术含量不高,而国外开发出的气体吸附包装,已可将无毒的吸附剂共混到薄膜树脂内部；其他的功能包装和很多的智能包装在我国还几乎处于空白.智能识别技术在药品/食品领域得到应用,但我国还不会成为RFID电子标签的消费大国,因为根据广大人民群众的消费水平,智能识别技术尚未进入百姓的日常消费市场.
为满足交货期的要求和降低工艺流通成本的需要,未来食品/药品包装机械要求能够进行高速进化,食品包装机械要求能够进行高速生产,同时对一些产品,还要求包装机械和生产机械相衔接,还可采用连续工作或多头工作方式.在未来的发展中,食品/药品包装行业只有采用先进的技术才足以提升自身的竞争力,保证企业可持续发展.
结束语虽然智能包装是未来包装发展趋势,但是我国目前还没有规模化实现,高成本就是阻碍其发展最大的问题.尽管我国印刷企业已经进军智能包装,但现在涉足的只是智能包装的冰山一角,随着网络、微电子技术、计算机技术、数码印刷技术、印刷等边缘科学的快速发展,未来的智能包装将为传统印刷产业提供一个更大的、更广阔的市场,契机无处不在,就看如何去发掘、开拓.同时,在食品包装方面国家还要加大科研投入,鼓励自主研发和申请国家级研究课题,引进必要的智能包装测试设备.研究单位则要加强人才培养,加快研发速度将技术尽快转化为生产力,让智能包装能早日进入消费者的生活.
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