智能化包装技术及其发展
时间:2007-04-22
防伪包装（COUNTERFEIT-PROOF PACKAGING）
假冒伪劣产品，可以说是市场上的一个毒瘤，它不仅大幅度降低了被假冒企业的直接经济效益，更危害了消费者的切身利益。而随着科学技术的发展，伪造技术的高明与广泛性已给防伪技术提出了更新的要求，考虑到防伪包装具有较高的技术含量和对包装传统功能的扩展，故可划入“智能型包装”。
所谓“防伪包装技术”就是：主要以商品为对象，既是防伪部分的组成部分，又是包装技术的组成部分。因此防伪包装既有防伪技术的一般功能特点，同时又具有适合于商品包装的自身特点。
目前，防伪包装手段可谓名目众多，仅防伪标志类已有一百多种，但从总体分析，防伪包装技术集中于以下几个方面：防伪标识；特种材料工艺；印刷工艺；包装结构和其他方法。以下的几种技术手段居主流地位。
（1）激光全息图象
利用全息印刷技术做出防伪标识附于包装物表面是当前最为流行的防伪手段。全息图象由于综合了激光、精密机械和物理化学等学科的最新成果，技术含量高。对多数小批量伪造者而言，全套制造技术的掌握和制造设备的购置是难以做到的。因此此种技术的效果是显著的。
但是，模压全息防伪标识并没有完全达到其应有的功能，甚至出现了伪造标志。
接踵而至的是经激光全息技术处理的具有防伪功能的新型包装材料和更高技术层次的全息图象标识技术。具有更好防伪功能的全息图象技术有：高质量全色真三维全息技术；复杂动态全息图技术；加密全息技术；数字全息技术；特殊全息图载体技术（如全息图特殊压印材料）。
（2）激光防伪包装材料
经过激光处理的材料具有防伪和装潢二方面的功能，改变了以一小块激光全息图象标识的局部防伪方式，达到整体防伪效果。整个包装都经激光处理，加上厂家名称、商标等，呈大面积主体化防伪，制假者无从着手。再加上激光包装材料在光线照射下能呈现七彩颜色，及印刷图纹，使外观亮丽，奇异的光学效果增添了包装新、奇、美的感觉。
经过激光处理的包装材料共有四大类：①软包装袋：用高新技术制出激光薄膜，然后再和普通塑料薄膜复合，加上印刷形成激光材料软包装袋（有称镭射软包装袋）。②硬包装盒：一种是先用高新技术制出激光薄膜，然后再和硬纸板复合，加上印刷形成硬盒。另一种是先在一般硬纸盒上印刷，然后再和经激光处理的上光膜复合，形成上光式硬盒。③镭射纸：镭射纸是直接作在纸上的。镭射纸生产工艺难度较大，成本也较高。但其优点是：易印刷、易处理，无环保问题；某些产品必须用纸包装（如烟盒），特别合适，如烟盒、瓶贴、标签、税条、挂历、礼品包等。为了增加防伪效果，厂商可用专用的全息图案标识作纸基底纹，再加上产品图形，做出独特的专用包装纸。④目前还有一种经激光处理的烫印箔——高档电化铝产品。用它专门制成的标志可呈多维立体显示。可借电脑设计出动态画面，也可预留出“光点”加密，并使主体图案在不同视角下显示不同图案。这种烫印箔结合到包装物表面后，与包装浑然一体，达到防伪和美观的双重效果。
（3）隐形标识系统
美国生物码公司（BioCode）成功地开发了一种全新的隐形标识系统——将抗体作为制造防伪标识的新材料。
此系统包括两个物体：加入到产品中的标志化合物和用于识别标志存在与否，必要时作定量分析的抗体。标志化合物可选日用化学品，但必须是持久的、惰性的和易与产品混合的，并符合卫生、法规要求的。这些标志通常以百分之几的微量混入产品中。抗体是特定的生物识别分子，每一种抗体只认识或结合一种特定化合物。标志物识别操作分为两种：现场测试和实验室测试。既可测试标志物存在与否精确含量，被替代或被稀释的产品皆可测出。
表面隐形技术有以下好处：特定的图形和位置适用于特定的用户；真正隐形；③既可采用加了标志物的印刷标签，也可安装一套定制的喷墨系统；高度安全（因为无特定抗体时标志物看不见，而特定抗体受严格管制）；标识图象可擦掉并可重新显示。
产品外部隐形标识技术已较多应用于药品，化妆品及其他方面。利用抗体的隐形商标适用范围广泛，从牛仔裤到汽车燃油等。含有抗体的食品添加剂已得到美国FDA的批准。由于抗体无毒无味，可直接加入到威士忌中以防伪。
相比于全息图标识，隐形防伪商标更具生命力。
（4）激光编码
激光编码主要用于包装的生产日期、产品批号的打印，防伪并非是其首要功能。由于激光编码机造价昂贵，只在大批量生产或其他印刷方法不能实现的场合使用，使它能在防伪包装方面发挥作用。
激光编码封口技术是一种较好的容器防伪技术。在产品被充填完并封口加盖后，在盖与容器接缝处进行激光印字，使字形的上半部分印在盖上，下半部分印在容器上。
此技术的防伪作用在于：包装容器不能复用。新盖与旧容器相配字迹很难对齐；激光器价格昂贵，且在生产线上编码印字。一般制假者难于投巨资购买此设备；厂家可任意更换印字模板，不同日期用不同模板，更换细节仅少数人知晓，外人较难破解。
从防伪效果看，激光编码技术不比激光全息图象技术差。激光全息标识是由印刷厂印刷，使用标识的厂家不能确保该母版不从印刷环节外流或非法复制。激光编码机价格贵，且必须在线使用，加上字形模板的更换变型的隐秘性，使那些分散的中小型工厂难以制假。
（5）凹版印刷防伪
凹版印刷以按原稿图文刻制的凹坑载墨，线条的粗细及油墨的浓淡层次在刻版时可加以控制，不易被模仿和伪造，尤其是墨坑的深浅。仿照印好的图文进行逼真雕刻的可能非常小。故纸币、邮票、有价证券、珍贵艺术品一般都用凹版印刷，由于具有防伪效果，凹版印刷已越来越多地推广到企业商标和包装装潢印刷等方面。
凹版印刷的防伪优点在于：手工雕刻凹版可实施秘诀防伪方式。对于印量少，允许制版费用高的承印物采用手工雕刻制版特别有效。追求短期利益的制假者，未必愿意冒此投资风险；制版和印刷异地进行。尽可能分离制版和印刷两个工作环节，使知晓整个商标（或有价证券）的印刷工作的核心内容的人越少越好。当然还需要注意防止印版和印刷物被盗；可与防伪油墨技术相结合，采用独特的专用油墨，起成分、颗粒细度、添加物皆向外界保密。即使印刷品有独特效果又达到秘诀防伪的功能。
（6）特种工艺与材料
某些产品能长期占领市场，就是依靠自己的产品特种工艺。这是一种有效的秘诀防伪手段。愈是具有独特生产技术的产品越不容易被伪造。包装中使用自己公司特有的材料，也是常见的防伪方法。典型例子就是钞票使用特种纸张并加入安全线。
（7）特殊包装结构
一次性使用的包装容器，一旦开启即自行报废，不能重复使用。这可以防止偷梁换柱或“旧瓶装新酒”式的伪造。
食品饮料中大量使用的防（显）窃启包装（TAMPER-EVIDENT PACKAGING）也具有一定的防伪功能，防止产品被偷换与掺假。某些容器可以设计得难以仿冒——结构或制造工艺方面加入自己公司的技术秘诀。
2．活性包装（ACTIVE PACKAGING，AP）
活性包装主要应用在食品包装上，相对于过去的用物理方法阻隔气体、水蒸气和光等来说，它在延长食品货架寿命方面起着积极、主动的作用，能提供更好的保护。因此，活性包装作为一种智能型技术正得到广泛的开发应用。
为了控制包装内的特定气体，使用了能吸收或释放特定气体的化学物质。其功能体系包括使用杀菌剂、脱氧剂、气味吸收剂或释放剂、光线阻隔剂、防雾剂、防粘剂、稳定剂和酶抑制剂等。
（1）吸收氧气系统
食品包装中存在的氧会加速许多食品的腐败和变质。氧可以引起许多食品产生异味，颜色变化和营养价值的流失，并能加速细菌的繁殖。而脱氧剂是所有活性包装技术中研究得最多和获得专利最多的领域。放入包装中的装有脱氧剂的独立小袋已经获得了商业应用。小袋中的脱氧剂通常是研磨得很细的氧化铁。
还可将脱氧剂设计成直接与包装材料结合。不过这种脱氧剂就由含烯键的不饱和碳氢化合物和一种过渡金属催化剂组成。它的组份是经过特殊设计的以便克服在低温下氧吸收速度慢的缺点。
三菱瓦斯化学株式会社解决了大多数已知的氧吸收剂都有的一个严重缺点：它们的吸氧反应在没有水存在时都不能顺利地进行。此脱氧剂系统是由多个不饱和脂肪酸（PUFA）组成的。借助一些载体油（豆油、芝麻油、棉子油中的不油酸、亚油酸或亚麻酸等）或PUFA与过渡金属催化剂和一种碱性物质（碳酸钙）混合使其固化成脱氧剂。
对酶催化氧化系统的脱氧方法也已经有成功的探索。
（2）二氧化碳清除剂和发生剂
在某些食品包装中需要有高含量的二氧化碳，因为它们能抑制食品表面上的细菌繁殖和降低新鲜农作物（如水果和蔬菜）的呼吸速率。在调节气氛包装中需要产生各种浓度的二氧化碳来适应特定食品要求。但由于大多数塑料薄膜对二氧化碳比对氧有更大的渗透性，因此在某些包装中需要加紧产生二氧化碳以维持必要的气体组成。相反，某些食品（如咖啡）会释放出二氧化碳，必须使二氧化碳被吸收，以避免食品变质或胀破包装。
现已完成的二氧化碳吸收系统或发生系统在商业应用上也仅少数，故仍是重要的研究课题。
（3）乙烯清除剂
乙烯对某些新鲜的和未完全成熟的水果和蔬菜能起到一种激素和熟化引发剂的作用。它能加速衰老和减少它们的货架寿命。乙烯吸收系统能不可逆地吸收水果或蔬菜产生的乙烯，且只需少量的清除剂。一种特殊的清除系统（澳大利亚的CSIRO），当同乙烯反应时会呈现粉红色并可用来显示反应的程度和乙烯清除剂的存在。
还有能起到类似效果的比较常见的有：装入利于乙烯渗透袋的清除剂；直接将清除剂加入到包装薄膜中，而起反应的是高锰酸钾，它把乙烯氧化成醋酸酯和乙醇并使乙醇钝化等等。
（4）灭菌剂的释放系统
某些防腐剂可以用做活性物质。将它们加入到聚合物包装材料中或附在包装材料上，达到灭菌。
能够用做灭菌剂的活性物质包括：乙醇和其他醇类、山梨酸盐、苯甲酸盐、丙酸盐、杆菌素和硫磺等。1997年 Ghosh等人将山梨酸钙和羧甲基纤维素的混合物用做灭菌涂覆液。最近，Han（1996）研究了山梨酸钾加入到塑料薄膜中并用灭菌剂的释放系统。在其他开发工作中，杀真菌剂 Imazalil与塑料薄膜发生化学结合，被用来阻滞霉的生长。另一个例子是沸石薄膜，即将沸石浸入抗菌化合物，然后与塑料基质结合在一起，使抗菌化合物慢慢地向外释放。
已证明在包装前将乙醇喷到面包和其他烘焙食品表面上能延长其货架寿命。日本开发的一种产生乙醇蒸汽以延长糕点无霉货架寿命的新方法是：食品级的乙醇先被吸收到一种惰性的细粉末中，然后将它们装在一个可透入水蒸气的小袋中。惰性粉末从食品中吸收湿气并通过小袋释放出乙醇蒸汽并进入包装剩余空间。
已经实现或者即将实现的活性包装其他系统有：含抗氧薄膜、气味吸收和释放系统、抗黏结薄膜、防雾薄膜、阻光和调节光的组份等。
活性包装的应用广泛，且有不断增加的势头。特别是活性包装在延长食品货架寿命上的效能十分显著。正如美国明尼苏达州大学的Theodore Labuza博士宣称：“在不久的将来，活性包装的变化将不是一般性进展而是革命性的巨变”。活性包装作为智能型包装的一种，被看成是包装工业的革命性变化和新世纪的希望。
3．电子信息组合包装（ELECTRONICS COMBINED PACKAGING）
（1）微波炉自动加热包装（MICROWAVEABLE FOOD PACKAGING）
微波炉食品包装将是电子信息技术在包装上应用的先例。由美国RUTGERS大学开发的智能化微波加热包装（INTELLIGENT MICROWAVEABLE PACKAGE），也就是通常的半制成品食品的包装，可放在微波炉内自动加热烹制，无须人工操纵。
目前的普通的微波加热包装食品，烹制效果不够理想，原因有：各种食品成分的热力学性质各异；不同的尺寸及形状的食物的加热特性各异；不同型号的微波炉的加热特性各异。微波炉的无法区分这些包装食品的差异。而新开发的智能型微波加热包装是一个良好的信息载体。食品、包装和微波炉之间可以进行信息互通。包装物上的条形码（或其它数码）携带了重要的信息（包括食品、包装和微波炉的），微波炉上配备有条码扫描仪和微处理器。该微处理器与扫描仪联通，微波加热过程就用得到的逻辑信息加以控制，包括控制微波炉的磁控管功率与加热时间。当然，微波加热过程的控制软件需要由食品科学家和微波炉制造工程师合作来设计。由他们研究决定哪些专门的信息应该置入条码中，需要哪些逻辑程序，需要哪种信息编码和解码系统。
诚然，仅就目前成熟度而言，达到完全理想的加热效果有一定距离，这恐怕要有新型包装材料及其它智能化因素共同配合完成。其一，微波食品包装材料——微波食品包装材料必须经受得住连续冷冻和高温化解及加热的作用。特别是智能化的包装则对材料要求更高。其二，智能型活化元素——在微波加热的时候，这些活化元素将依据是否存在内装食品，以及是否存在邻近非导电物质等条件来控制狭条和狭缝的大小，从而控制微波在其中的共振作用。因此，在包装薄膜内置入这些活化元素就可以起到强化微波加热或者减少加热作用的效果。
微波加热食品（MF）的包装材料是食品技术的重要组成部分，在MF包装中加入了智能型因素，无疑将MF包装带入一个革新意义的领域。智能因素的添加，使得包装不再是处于被动消极地位。计算机技术和商品码技术的进一步发展，提供了方便性、准确性和快速性等优点。消费者避免了必须认真阅读包装上加热指示的麻烦，还方便了不懂包装上语言的外国消费者。
（2）带电子芯片销售包装（PACKAGING WITH ELECTRONICAL CHIP）
超市或商店货架上的所有商品的包装物上带有关于商品选购与使用的一切信息（以数码形式贮存于微芯片中），消费者的手推车上装有专用扫描仪和微型计算机，消费者可以很方便地用此装置读取包装上的所有信息（名称、成分、功能、产地、保质期、重量、价格、使用指南、警告等），甚至还能计算和画出同类产品的容量价格比图线。这种电子组合包装的出现，使消费者的采购行为既省力又方便。
带有电子数据信息的包装的可涵盖面很广，它可以运用在包括食品在内几乎所有产品上。
（3）可跟踪性运输包装（TRACEABLE-TRANSPORT PACKAGING）
电子商务活动必然涉及到网上订货，快速反应，即时送货，商品集散点，社区配货等各种新的商务行为与手段，商品的包装形式也会发生极大的变化。显然，传统的商品流通管理方式有时已难以适应电子商务的特殊要求，一个智能型物流体系可借助信息网络甚至卫星定位系统把各个环节联成一个交互式整体，各工作阶段信息得以即时交流并调节，使整个物流系统反应更敏捷，工作更有效。
“可跟踪性运输包装”就是其中一环，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。
三．智能化包装的趋势与发展建议
通过对智能化包装技术的分析，可以显著感受到包装技术在新世纪的蓬勃生命力和全新的面貌。随着商品贸易的飞速发展，包装的功能与形式将得到更进一步的拓展。而智能化包装技术在商品经济全球化和电子商务贸易的激发下，定将大有作为。
例如“网上包装”就是对上网销售的产品按照实体产品的尺寸和特征进行即时包装。为网上推销产品提供包装的优点在于消费者接触网上产品的同时也接触到产品的包装。这样可以提高消费者对整体产品的满意度，减少实际寄送包装样品的数量，降低贸易成本。包装企业可以先推出包装设计方案菜单，待消费者订货后才实际生产，从而从根本上避免了盲目生产不一定适合市场需要的包装物而引起的产品积压。这种反馈的间隔时间是非常短的，即便有不太适应市场的小批量，也可以在短时间内挽回与减少损失。网上产品包装订货的做法也为包装生产实现“零库存”提供了可能。
对于上述的MF包装、DC包装、TT包装等可借助于网络的迅捷和便利，使得消费者在家中依据网络提供的产品信息，及时浏览和订购，而地域的远近差异不再是困扰。若是配备一定的语音设备和自动机械，那么残障人士也可以享受到新世纪网络时代智能型包装所带来的便捷，提高了生活质量。
笔者同时也意识到了一些值得更深入研究的问题，如：
1)除了以机械或电子的手段来实现包装智能化，是否可以用生物工 程的或其它与自然友好的方式来实现智能化包装？
2）包装智能化技术如何更多地为老人、儿童、残疾和智障人士考虑？
3）AP包装中的脱氧剂是否可以不用氧化铁（生成的氧化亚铁若一时疏忽会污染食品），而置换成氢气（无毒、无味）？
4）在MF包装中，微波的少量泄漏对人体虽无大碍，但终究不令人放心，所以芯片上是否能自动提示一定时间下的辐射量，以更好地为消费者自我保护服务。
5）处于探索中的TT包装，是否考虑到了如何去适应边远地区的情况（这涉及到电子商务的普及问题）？
自有商品问世，包装就伴随产生。经历了时代的变迁，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。新世纪的包装业人员，应该以敏锐的洞察力抓住这种机遇。
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