包装行业中的“工业4.0”——智能包装
文/王洪江
随着包装技术的进步和概念的创新，智能包装逐渐进入包装行业的视野。然而关于智能包装概念的理解和使用，无论在学界还是业界是比较模糊的。说起智能包装，与之对应的英文表达有两个：Intelligent packaging 和Smart packaging。另外一个容易混淆的概念是活性包装（Active packaging）。三者的英文缩写分别是IP, SP和AP。这三个概念关系密切，但也有着各自不同的含义。下面就让我们从理清三者的概念入手来了解智能包装。
1.什么是智能包装？
众所周知，包装有四大基本功能：保护（protection），盛装（containment），沟通（communication）和方便（convenience）。按照美国包装专业协会（Institute of PackagingProfessionals）发布的包装术语说明（Illustrated Glossaryof Packaging Terms），活性包装是指具有积极的、主动的包装功能（比如说吸收释放某些气体，抗菌，抗氧化等），有别于被动、惰性的盛装和保护功能的一类包装。罗格斯大学Yam教授认为活性包装是基于传统包装保护功能的扩展和延伸（图1），但并不妨碍活性包装也可以具备和拓展其他的包装基本功能，比如说方便性。
关于IP和SP，美国包装专业协会并没有加以区分，而是将IP和SP定义为能够感知和测量产品属性、包装内气体以及储运环境的一类包装。被感知的信息可以用来与用户沟通交流或者触发包装的某些活性功能。值得说明的是一段时间以来，IP的概念在国内外是模糊的，不同的学者往往有不同的理解和定义。2005年，罗格斯大学的Yam教授总结前人对IP的理解和概括，对IP的概念做出了清晰的界定。根据Yam的定义，IP能够执行智能化的功能（检测、感知、记录、追溯、沟通以及科学逻辑的应用）并且为包括延长货架期、提高安全性、改善品质，提供产品信息和潜在问题预警在内的功能提供决策和帮助。综合来看，IP是基于包装沟通功能的扩展和延伸，如图1所示。要想深入理解智能包装的概念，我们不妨来看一下图2：智能包装与产品供应链循环。外圈是产品供应链循环，包括从原始材料到产品加工、包装、分发、使用直到废弃或再生的全过程。传统包装作为产品的紧密伙伴通过其四大基本功能来促使产品在循环上流动（箭头）。而智能包装则为产品在循环过程中的信息流（闪电）提供了平台和保障。
尽管大体上IP和SP在概念是可以互换的，但是随着行业的不断发展，二者在概念上还是产生了一些差别。比如根据2016年一份来自ROCK LAMANNA的资深咨询公司的调查报告，SP被业界认为是AP和IP的整合，即SP是比IP范畴更大的概念。来自比利时根特大学的Mike教授同样认为SP一方面需要监控产品和环境的变化（IP的功能），另一方面根据这种变化来对包装产品进行积极干预（AP的功能）。因此，可以确定的是这种关于SP和IP概念差别的理解正在被越来越多的人所认同。
2.智能包装具体有哪些技术呢？
根据智能包装的定义，它强调产品在流通过程中的信息感知和传递。这里的信息有一部分是原始信息，比如产品名称、生产批号等出厂时输入的信息。还有一部分信息属于在流通过程中的感知信息，比如温度变化、食品的品质变化、包装内气体环境的变化等等。能够携带原始信息的智能包装技术包括条形码（barcode）和无线射频识别（RFID）。能够感知信息（包括产品、包装和环境的信息）的智能包装技术包括时间-温度指示器（Time-temperature indicator），气体指示器（Gas indicator），新鲜度指示剂（Freshness indicator），温变油墨（Thermochromic ink）以及各种传感器（Sensor）等。每种技术都有其信息数据采集（存储）和响应（输出）的方式，取决于具体的智能包装技术，可以是基于视觉、物理、化学、生物以及电子等手段实现。值得说明的是，感知信息和原始信息是可以互通的，即一种叫做Sensor-enabled RFID的技术，比如通过TTI和气体指示器获得的产品时间-温度信息和气体信息可以通过数据格式的转换存储在RFID中。这意味着将不同的智能包装技术进行整合，因此能够全方位监控产品、包装和流通环境，更好地为用户和从业人员提供相关决策依据。
3.智能包装的现状如何？
上世纪70年代日本最早引入了智能包装和活性包装，上世纪90年代中期欧美等发达国家相继跟上，我国则是近两年才引入智能包装。从时间维度看，尽管智能包装的概念已经存在了半个世纪，但它仍然是一个未成熟的，发展中的初期市场，具备很大的发展潜力。根据来自美国Smithers Pira公司的研究报告，IP和AP的市场份额在2021年预计将达到105亿美元。从技术层面看，智能包装技术正处于蓬勃发展期，碍于某些技术、成本、法规等限制，整体上还处于研究阶段。据不完全统计，2004到2013年间，欧盟共启动了16个食品智能包装研究项目。从图3中，我们也可以看到智能包装技术的研究在过去10多年里经历了剧烈的增长。目前最成熟的智能包装技术是indicator和RFID，部分产品已经商业化（见表1）。
表1 食品包装领域已经实现商业化的indicator和Sensor-enabled RFID技术
参考文献
[1]Vanderroost M, Ragaert P, Devlieghere F, et al. Intelligent food packaging: Thenext generation[J]. Trends in Food Science & Technology, 2014, 39(1):47-62.
[2]Yam K L, Takhistov P T, Miltz J. Intelligent packaging: concepts andapplications[J]. Journal of food science, 2005, 70(1): R1-R10.
[3]Smart Packaging: The Future of Packaging is Here. Posted by Rock LaManna onFri, May 20, 2016 @ 11:05 AM
