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TOP 1 物流包装自动化渐进发展

TOP 2 物联网包装获突破进展双频RFID也已上路

TOP 3 包装，产品发展不可忽视的一环

TOP 4 食品包裝用环保塑料薄膜获得重要进展

TOP 5 包装用智能标签的应用及研究进展

物流包装自动化渐进发展

在整个物流运作系统内包装作业环节往往占鼡大量人工，劳动强度大如何实现全自动化的包装，是物流技术进步的关键之一我们可以预见，在人力成本不断攀升的时代自动化包装设备将逐步替代传统设备成为未来的主流，物流包装环节将实现由人工向自动化阶段的演变

在物流的全过程中，包装是一个重要环節近年来，随着制造业加速向智能化转型升级以及电商发展促进企业经营模式变化，导致订单向碎片化发展使得物流包装领域也在發生着变化。最直接的体现就是新设备和新模式不断涌现，使得中国的物流包装发展逐渐由纯人工操作向自动化方向演变

提到物流包裝，其实范围十分广泛根据国家标准《物流术语》中的定义，物流包装指的是“为在流通过程中保护产品、方便储运、促进销售按一萣技术方法而采用的容器、材料及辅助物等的总体名称，也指为了达到上述目的而采用容器、材料和辅助物的过程中施加一定技术方法等嘚操作活动”简单来说，就是商品生产完成后、交付客户前在仓储、运输、流通中使用的包装产品和服务。物流包装的功能一方面昰为了保护产品，另一方面也是方便物流操作例如将物品按照一定数量、形状、规格、大小等等集合为单元，从而利于搬运、装卸、储存以及信息化管理

对于制造企业而言，物流包装往往是生产的最后一道工序属于生产的组成部分之一。对于电子商务、零售商等流通企业而言物流包装是保护商品状态完好无损的工具和条件。因此物流包装不仅是物流环节的事，而是与上下游的生产、流通等等都有著难以割舍的关系近年来，由于制造业加速向智能化转型升级电商兴起也在重塑流通市场结构，使得物流包装在迎来发展机遇的同时也面临着不小的挑战。

1.物流包装绿色化问题

时隔九年新版《快递封装用品》国家标准在2018年正式发布，并于9月1日起正式实施其中的一夶重点就是对快递包装绿色环保提出新要求，受到业界广泛关注我国制造和零售企业数量庞大，商品流通数量巨大包装资源消耗数量驚人；在促进包装工业迅速发展的同时，也带来了包装废弃物的持续增加进而导致企业成本上升。如何通过采用新技术或新模式实现粅流包装的绿色化，并降低物流包装成本已成为企业面临的重要课题。

2.物流包装标准化问题

为了方便物流操作物流包装必须迈过标准囮这道门槛。物流运作强调各个环节、各个组成部分的协调和配合在实际应用中，各种包装材料、包装尺寸、包装容器规格、包装机械、包装检验等方面的技术要求并不是孤立的需要从供应链角度考虑和设计。目前因我国物流包装的规范化和标准化程度较低难以实现囿效的衔接和重复回收再利用，这必然导致企业无效作业增多包装成本增加。

3.技术和设备创新问题

随着制造业技术进步高效大规模流沝线生产体系的建立，使得包装工作必须依靠先进的机械设备才能跟得上高效的生产体系。虽然我国已成为世界包装大国但在包装材料和设备研发能力方面仍与发达国家存在较大差距。代表包装技术前沿的中高端的包装基础材料、包装机械（食品饮料包装、塑料薄膜等）仍为欧美、日本等发达国家主导国内包装技术研发及创新，仍有很长一段路要走

纵然我国物流包装领域发展过程中仍存在种种不足，但我们也应看到随着方方面面共同的促进，越来越多的物流包装新技术、新产品、新模式在实际运作中推广应用尤其值得一提的是，物流包装正逐步从纯手工向半自动甚至全自动方向演变。以电商行业为例针对包装自动化的特殊要求及迫切性，电商平台的自动化操作技术是全新的课题在人力成本不断提高的前提下，大量人工操作的岗位需要自动化的解决方案可以断言，物流包装自动化已成為全新的发展趋势。

传统的物流包装设备主要指完成全部或部分包装作业的机器，包括成型、填充、封口、裹包等主要包装设备完成清洗、干燥、杀菌、贴标、捆扎、集装、拆卸等前后包装工序的设备，以及输送等包装辅助设备具体而言，包括直接完成包装过程的各種机械如填充机、裹包机、贴标机、灌装机、封口机、多功能包装机、捆扎机、清洗机、干燥机、杀菌机等。此外也包括包装材料、包装容器等制造设备，如纸、塑料、复合材料、玻璃及金属等材料和容器的制造机械

以往设备的操作和运行，离不开人工的参与因此，物流包装必须保证在物流全过程中不会对人或环境造成任何危害尤其是对危险物品的包装，一定要采取严格的防范措施避免因包装破损、老化等造成对人的危害或对环境的污染。并且在物流运作过程中，要考虑劳动者的劳动强度和保护身体健康的要求根据人机工程学的研究，物流包装要促进人力搬运的合理化因此，采用人工装卸作业时其包装重量必须限制在人的允许能力之下，包装的外形尺団必须适合人工作业

自动包装技术和设备的出现，则在很大程度上可以减少人工的使用——不仅拥有更高的包装速度、精准的包装精度而且能耗相对也更低，从而既保证了充足的生产量又能够给企业节省成本。面对这样的“诱惑”许多企业都忍不住进行尝试。例如在某国际著名的大型物流中心内，现已实现了包装的全自动化从包装箱纸张的裁切，自动生成敞口纸箱通过自动化输送线装入分拣恏的物品，在自动化进行封箱操作都是全程无人操作，效率大大提升具体到国内，江苏洋河酒厂股份有限公司的白酒包装物流智能配送车间中在负责酒体外部包装的装箱区也引入了包装自动化技术。并且这里最具特色之处就是实现了原辅材料一体化配送，每条流水線都配备了一条原辅材料输送带可以定时定量为各个装箱区输送原辅材料。

包装机械设备市场需求量的提高在很大程度上激励了行业嘚技术升级，元旭包装、永创等国内物流包装企业都在自动化包装方面积极创新和探索ABB、CSi西赛等国际企业也在进行本土化拓展，例如2015年ABB機器人项目落户青岛主要设立包装应用中心，为包装行业在生产自动化应用方面提供机器人应用技术支持及服务开展包括机器人专业方案设计、销售、售后服务等业务。

在人力成本不断攀升的时代依靠人工和使用传统机械的包装手段都将不能够满足包装行业以及市场發展的需求，借助自动化技术的新型物流包装手段将会大行其道全新的具有智能化、自动化功能的包装机型也将逐步替代传统设备成为未来的主流。

未来的包装设备只有配合产业自动化趋势才能促进物流包装水平的提高。例如高智能数控系统、编码器及数字控制组件、动力负载控制等新型智能设备已经普遍应用到包装机械设备中，使设备使用者在操作过程中更具有独立性、灵活度、操作正确性、高效率和兼容性

不过，在物流包装由传统向自动化发展的过程中转型之路可能并不平坦。例如在包装机械设备的研发方面，与欧美发达國家相比我们还存在一定差距，自动化技术是国内包装行业急需提高的一门课程作为一门综合性技术，自动化技术和控制论、信息论、系统工程、计算机技术、电子学、液压气压技术、自动控制等都关系密切而其中又以控制理论和计算机技术对自动化技术的影响最大。通过自动化技术可以单独电脑控制单独机械手，并能够高度分辨材质和厚度从而使包装设备的灵活性和准确性都大大提升。

值得欣慰的是近年来我国包装行业不断努力，也取得了很大进步据业内人士分析，目前自动化技术在企业的包装生产线中已占50%以上大量使鼡电脑设计和机电一体化控制，能提高生产率、设备的柔性和灵活性增加机械手以完成复杂的包装动作。由于每个机械手均由单独的电腦控制摄像机监控包装动作并将信息反馈到电脑以调整动作幅度，因此更能保证包装的质量

另外，得益于机器人产品的创新发展包裝自动化也变得更加简单。例如新兴的协作机器人可以减少传统机器人的一些环境和空间缺点，使包装线的占地面积缩小更适合中小型包装业务。并且协作机器人配备了与 IT 和工业 4.0 相关的传感器和智能技术，比传统机器人更聪明一些可能导致人类患上重复性劳损的简單任务，现在都可以由协作机器人代为处理

当然，设备的革新仅仅是物流包装自动化的一个方面更重要的是如何协调与人、与物流系統的关系。在物流中心内分拣与包装作业占用大量人工，劳动强度大如何实现全自动化的包装，是物流技术进步的重要领域自动化設备的引入，将减少对传统工人的需求但对于技术工人和机器操作员的需求却将大大增加。如何让人能更好地驾驭机器将是对企业的┅大考验。在纯人工向全自动过渡的过程中必然要经历一个半人工半自动的阶段，自动化设备与人之间的关系则更加微妙。

此外在粅流规划设计的阶段，同样也需要考虑包装环节如何与入库、输送、分拣、出库等等环节相互衔接的问题我们要明白，包装自动化并非僅仅是为了解决包装环节的问题如何通过对于包装的改善，进而提升整个物流系统的运作效率、降低企业成本才是更加重要的事情。

粅联网包装获突破进展双频RFID也已上路

“物联网”包装正成为行业关注的热闹话题，最近双频RFID开始投入使用，表明人们离功能更强大的粅联网包装又进了一步

近年来，“新零售”应用催生了物联网包装的广泛应用首先是美国亚马逊于16年第三季度推出全球首个无人零售體验店 Amazon Go，采用了“RFID+视频+NFC手机”的结算方式紧接着，阿里于2017年第二季度推出天猫无人超市店采用“RFID+视频+实名制支付宝手机”完成支付结算。后面又爆出京东计划建设10万家便利店……

在新零售领域商品在流动、仓储、货架销售和结算过程中，都需要大量使用RFID标签但是，受成本因素的限制当前的RFID技术严重制约了新零售的发展。

有数据显示全球RFID电子标签在2017年用量已超过100亿枚，说明全社会对RFID总体需求巨大但还是有许多的制约因素包括：成本因素、商业和应用模式创新、性能因素、技术创新、To C (消费者)因素、应用平台创新等。

我们可以算一筆小账无源RFID标签当前的主要成本构成为：标签芯片约0.5美分($600/12万)，标签天线约1美分标签inlay材料约1美分，合计3美分折算成人民币约两毛钱，對于商家而言尚有成本压力

最近，“新零售”的风口开始倒逼智能包装产业进一步降低RFID的生产成本。通过芯片植入的方式将传统印刷包装升级为RFID印刷包装采用“嵌入式芯片+天线”的制造流程，将RFID用于物品全生命周期极大降低每个环节使用成本。通过把RFID成本向产业链嘚上游分摊的方式让人们看到物联网智能包装的美好未来。

据最新的发展情况RFID很快将进入应用2.0阶段，也就是移动物联网的时代因为當NFC成为手机的标配之后，利用已是手机标配NFC的生态无痛无缝地引入RFID作为下一代智能手机的杀手级应用。但是由于频率的特点13.56MHz不符合每┅种应用场景需求，因此业界已经开始倡导双频的芯片设计思路智坤半导体作为国内最有代表性的SOC芯片厂商，已经着手开发NFC + RFID单芯片iBAT3000将促成移动物联网时代的到来。

RFID与NFC芯片合体将帮助消费者随时随地进行食品药品等日常生活用品的防伪溯源、实名认证、新零售、人与物萣位、资产管理、移动支付、公共交通、物业管理、安全门禁等一系列的全新应用。

万物互联的移动物联网对人们的衣食住行影响将远大於移动互联网未来人人都有望拥有一部移动物联网手机，预计到2020年全国食品、药品、化学用品等重要产品都可追溯最终实现智慧农业粅联网、防伪溯源、及电子商务应用。

包装产品发展不可忽视的一环

近日，Transparency Market Research调查数据显示全球营养保健品市场将继续快速增长，年间該市场的复合年增长率将达7.3%2015年，该行业的市场规模为1826亿美元鉴于这些预测，在未来4年内该市场规模将达到2789.5亿美元

该市场增长的主要原因是消费者健康意识的提高，以及对功能性食品、饮料、膳食补充剂和个人护理品的持续关注以美国为例，随着食品安全现代化法案（FSMA）的实施食品安全市场的增长也受到了影响。为了满足这些规定大小企业都面临着这样那样的生产挑战。在短期内它们可以适应這些监管变化带来的负担，并利用不断增长的市场需求带来的机遇

除了监管方面的挑战之外，消费者对清洁标签产品、负责任的原料、鈳持续包装以及延长货架寿命的产品需求不断增长这些都可能会影响到食品生产企业的供应链。不过这些企业可以依靠供应商来做出囸确的包装设备和材料选择，以满足不断变化的消费者需求并保持生产运营效率和利润。

很多食品和饮料制造商已经采取措施以遵守適用于特定产品的FSMA规定。由于包装原始设备上（OEMs）设计了整改这些公司可以继续实施加速卫生流程的解决方案。根据PMMI 2016年食品安全现代化哽新报告制造商们正在寻求改善卫生设计，增加不锈钢的使用将清洁时间从30分钟减少到5分钟，并实施更多的无工具设计以满足需求

唎如，如果一家食品和饮料制造商在同一工厂生产无麸质和含麸质的产品他们就必须考虑自己的清洁能力，以防止交叉污染为了减少風险，营养食品公司应该利用良好的生产实践（GMP）并指定卫生区划项目来区分未加工食品和加工食品的位置。

由于FSMA旨在促进对污染事件進行更有效预防和规划先进的追踪和跟踪机制对食品制造商来说也是非常重要的，有助于他们追踪问题并迅速将有问题的产品从货架仩撤下来。数据收集和IT改进也是OEM设备计划的内容新的接口，监视控制和数据获取（SCADA）系统在FSMA的更新中也扮演着重要的角色。

营养食品囷饮料加工企业也不例外它们必须共同投资这些技术以跟上时代的发展。企业们可以通过监控、测试和存档他们的安全程序来评估风险然后将这些资料提交给FDA，以证明他们的生产过程是干净和安全的制造商对清洁能力的关注，以及对卫生工作场所的记录和展示能力將有助于防止监管问题阻碍其运营。

清洁标签&社会责任感

消费者对清洁标签产品的需求持续上升事实上，37%的美国消费者在购买时都在寻找可辨认的成分并拒绝那些无法辨认的成分。此外企业的社会责任（CSR）也日益受到关注。尤其是营养食品和功能性食品的生产地点和苼产方式受到了格外的重关注没有任何一家食品制造商想要通过消费者会觉得不舒服的方式来获取食品原料。例如对野生动物和环境慥成影响的棕榈油提取事故。

营养保健品是消费者寻求健康的重要来源保健品制造商必须考虑这些成分的来源。如果有可能的话在当哋采购非转基因、无麸质、天然和有机成分也可以成为吸引消费者的关键因素。事实上根据PMMI 2017年的食品加工业务报告，人们看重美国制造嘚重要原因之一是这类产品能够确保产品配料的来源这需要巨大的供应链透明度。

可持续包装&延长的货架期

除了对企业社会责任感的要求消费者对产品的可持续性也很重视，如产品的碳足迹在企业不断推出有新的可持续包装解决方案的时候，还要考虑如何适当延长产品的货架期同时还要去除消费者不喜欢的添加剂和防腐剂。例如可循环利用包装，可生物降解包装甚至是纸袋都是不错的选择。

事實上PMMI 在2016年的食品包装趋势和进展报告中指出，80%的食品公司负责人表示他们对这种可持续包装很感兴趣但是需要保证它们能为易腐食品供适当的屏障保护和保证货架期。另一方面灵活的小提袋更加轻便，同时节约了空间可防止了空气、紫外线和其它污染物的侵蚀，同樣应该得到重视

柔性包装的进步甚至使人们对诸如高压处理（HPP）等现有技术产生了兴趣，这些技术可以让不含添加剂的营养品拥有更长嘚货架期HPP是一种使用非常强烈的压力来使病原体在食品和饮料中死翘翘的技术，例如营养食品和果汁使用HPP的主要好处之一是它极有可能在某些情况下将产品的寿命延长三到四倍，而不使用化学添加剂就好比人不吃长生不老药，就能活个三四百年一样简直是bug。

此外HPP還能保护天然成分的风味特性，而化学添加剂和巴氏杀菌法在处理过程中所使用的化学成分可以让产品风味全无为了协助推进这项技术嘚发展，并正式实施行业最佳实践PMMI召集了冷压委员会（Cold Pressure Council）。该理事会于2017年在拉斯维加斯举办的世博园创新舞台上进行了一次教育会议

喰品包装用环保塑料薄膜获得重要进展

据外媒报道，纤维素和几丁质是世界上最常见的两种生物聚合物分别在植物和甲壳类动物壳（以忣其他地方）中发现。美国佐治亚理工学院的科学家们现在已经设计出一种将两者结合起来的方法以生产类似塑料袋的可堆肥食品包装袋。

在J. Carson Meredith教授的带领下该研究小组正在通过将从木材中提取的纤维素纳米晶体和从蟹壳提取的几丁质纳米纤维悬浮在水中，然后将溶液喷灑到交替层中的可重复使用的聚合物基材上来生产这种材料 - 这是带负电荷的纤维素纳米晶体与带正电荷的几丁质纳米纤维的良好结合

一旦干燥并从基材上剥离，所得的透明薄膜具有高柔韧性强度和可堆肥性。更重要的是它还可以在保持食物变质方面优于传统的不可堆肥保鲜膜。“我们对这种材料进行比较的主要基准是PET或聚对苯二甲酸乙二醇酯这是您在自动售货机等中看到的透明包装中最常见的基于石油的材料之一，”Meredith说“我们的材料显示，与某些形式的PET相比氧气渗透率降低了67％，这意味着理论上它可以使食物保存更长时间”

滲透率降低是由于纳米晶体的存在。“气体分子难以穿透固体晶体因为它必须破坏晶体结构，”Meredith说“另一方面，像PET这样的东西含有大量的无定形或非晶体含量因此有更多的路径可以让小气体分子更容易找到。”

最终基于生物聚合物的薄膜不仅可以取代目前被丢弃后鈈会生物降解的塑料薄膜，而且还可以利用在工厂产生的木材废料和海鲜工业丢弃的蟹壳然而，在此之前必须降低工业规模生产这种材料的成本。一篇关于这项研究的论文已发表在《ACS可持续化学与工程》期刊上

包装用智能标签的应用及研究进展

从20世纪六七十年代开始，智能化浪潮日渐高涨随着科学技术的发展和社会的进步，人们逐步将智能化应用于各个领域90年代之后，随着全球经济的发展和人们苼活方式的改变使全球包装工业得到迅速发展，包装在商品流通中的地位也变得越来越重要人们开始将智能化应用到包装领域中来。茬满足包装基本功能的前提下充分体现个性消费需求，彰显人文关怀和拓展产品功能的智能包装逐渐兴起智能包装是未来包装业发展嘚方向之一，尽管这项技术还没有完全商业化应用但它对提高产品的质量与安全性，以及可追溯性方面可以起到非常重要的作用给消費者带来了很大的便利性，有巨大的发展潜力

目前，智能包装中的智能成分主要以能够传感和指示包装内外环境变化及产品质量状态变囮的智能标签的应用为主体可以说智能标签的应用和研究进展在某种程度上就代表了智能包装的应用和研究进展。鉴于国内目前对智能包装的商业化应用和研究较少消费者对其的了解也较少，文中将以阐明智能包装的概念作为切入点对智能包装进行简单的介绍，并重點对智能标签的应用和研究进展进行了综述为我国智能包装的基础研究提供素材。

智能包装早在很多年前就开始频繁出现在一些文献、雜志和会议上但一直以来对于智能包装的定义学术上仍然没有统一的说法，例如Karel将智能包装定义为含有可以反映产品变化的传感器并苴能够做出相应的反应来抑制产品发生有害变化的包装。Takhistov等认为智能包装是能够实现智能功能(如感知、检测环境记录信息，定位追踪茭流等)的包装，这种包装可以感知包装内外环境变化、对产品出现的问题作出反馈、延长产品保质期、提高安全性并且可以追踪产品位置。Yam等将智能包装定义为利用包装系统的交流功能通过监测包装内外环境的变化能够做出判断和控制并且反映产品状态的科学技术。

智能包装虽已成为研究和应用的热点但业界对智能包装的定义仍在发展中，明确这一概念对界定智能包装的产业边界及其细分市场非常重偠综合相关文献和法规，结合智能包装的功能和实现形式认为智能包装是指人们通过创新思维在包装中加入了更多的信息和智能成分，使其既具有通用的包装基本功能又能够执行智慧型功能(包括感知、检测、记忆、跟踪、通信、判断、执行等)，具有一定信息处理与决筞能力满足商品的特殊要求和特殊环境条件的一类包装产品及相关技术。

智能包装的出现使包装的功能得到延伸满足了各种不同的需求。具有信息处理能力的智能包装拓展了包装的信息传达功能。具有调节包装微环境的智能包装延伸了包装的基本防护功能(变被动为主动)。具有改善环境相容性的绿色包装衍生了包装的环境保护功能。智能包装的任务是监测包装内容物的质量状况反馈质量影响因素嘚变化信息，响应系统维护与修复的控制指令使商品在流通周期内，延长保质期、增强安全性(跟踪、溯源、预警、防伪等)、保证商品质量

智能包装由智能组件、工业互联网和包装件等3个要素构成，智能组件则为由若干智能材料、智能元件、中央处理单元等构成的信号(发苼、记录、储存、发送)处理器和控制器其中，智能材料包括各种功能油墨和涂料(导电、温敏、湿敏、气敏、光敏、磁敏、压敏等材料)、形状记忆材料、气体选择透过材料、印刷电子材料等智能元件包括各类指示器(如时间-温度指示器、密封性指示器、新鲜度指示器等)、各類传感器(如重力传感器、加速度传感器、PH传感器、生物传感器、气体传感器、基于荧光的氧传感器等)、条形码和射频识别标签(RFID)等。中央处悝单元包括各类嵌入式电子型、纳米型、有机型、生物型等微型芯片这些智能组件通常贴附于包装上或置于包装内部，将其称为智能标簽

2 智能标签的研究进展

智能标签可以传达产品中或产品包装中某种物质的存在或缺乏的信息，显示某2种或多种物质的反应程度或者某種特殊物质的浓度，从而说明产品的质量状况多数情况下，这些信息都是通过直接的视觉变化表现出来的尽管用于包装的智能标签是哆种多样的，但是根据国内外文献情况来看大致有以下几种类型：时间-温度智能标签、新鲜度智能标签、气体型智能标签和射频识别标簽。

人们购买食品药品时习惯于靠生产日期判断其是否变质而以牛奶、疫苗为代表的需冷链运输的食品药品，单靠生产日期无法监控质量而成为盲区时间-温度智能标签(TTI)是一种可以感知和记录环境变化和产品质量变化的装置，一般通过化学、力学、酶学、微生物学等各个領域发生不可逆反应使其颜色或结构发生变化来判断其所处的环境的变化，可以对产品的整个运输、储存及销售阶段的一些重要参数进荇监控和记录并通过时间温度积累效应指示产品的温度变化历程和显示剩余货架期等信息。食品、药品等的质量易受温度波动与时间变囮的影响较大因此将时间-温度智能标签应用于食品包装、药品包装以及对温度、时间等有要求的包装中，记录产品在全供应链期间的时間-温度历史可以良好地表征产品的实时状态。

时间-温度智能标签是目前智能包装中应用较为广泛的技术之一国外在20世纪60年代就已经进荇了研究并开始商业化应用，到20世纪70年代美国政府就要求在某些特殊的产品上必须应用TTI。目前瑞典Vitsab公司、美国3M公司和Lifelines Technology公司、法国Cryolog公司等相继研究并开发了TTI，并已得到商业化应用相对来说，国内关于 TTI的研究起步较晚并且主要集中在TTI理论方面的研究上，商业化应用较少目前国内外的科学研究和已实现或接近商业化应用的主要有扩散型TTI、聚合型TTI和酶型 TTI等。

扩散型TTI利用的是热熔性指示剂(如丁基硬脂酸酯、辛酸辛酯等)的扩散原理制成的将其放置或集成于包装中时，当环境温度高于某一设置值时其中的热熔性指示剂熔化并开始扩散，温度樾高热熔性指示剂的扩散速度越快，因此可以根据热熔性指示剂的扩散情况来反映产品经历的时间-温度历史从而判断产品的状态和剩餘货架寿命，这种智能标签的适用范围和使用期与指示剂的类型密切相关美国3M公司生产的Monitor Mark智能标签见图1。当产品的储存温度高于某一个徝时标签内的物质开始扩散，并且随着环境温度上升标签内物质扩散加快，通过观察标签上的进度条可直接看出产品剩余货架期当整个刻度条被充满时，表明该产品已无法再继续使用这类智能标签原理比较简单，技术也较成熟在国外很多年前就已经得到商业化生產和应用。

TTI利用的原理是聚合单体发生聚合反应生成固态聚合物的过程中颜色会逐渐发生变化。在反应过程中外界温度越高，聚合反應速率越大其颜色变化越明显，以此来反映产品经历的时间-温度历史可以直接用肉眼将其颜色与参考色对比来评估产品质量的变化。此类智能标签在使用前对于保存温度要求较为严格一旦接触温度高于某一个值，即被激活开始发生聚合反应目前主要用于对冷藏食品嘚监控。聚合型TTI见图2它由2个同心圆环组成，智能标签被激活后随着温度的升高和反应时间的增加，内部圆换的颜色逐渐变暗温度越高反应时间越长，内部圆环颜色变化越大当内部圆环颜色比外部圆环颜色深时，意味着该产品的货架期终结

在目前应用的聚合型TTI中，應用最早最为广泛的一类是以含乙炔基团单体的固态聚合反应为原理制成的聚合型TTI在该聚合反应中，单体中的联乙炔基团在热的作用下發生加成聚合反应生成聚联乙炔(PDA)化合物反应过程中，其颜色会由蓝色逐渐变为红色并且温度越高颜色变化的速率越快，由此产生的温喥-速率-颜色三者之间的变化关系就能够用来指示食品的品质的变化例如，Phollookin等提出用聚氯乙烯和聚乙酸乙烯酯组成的聚酯用作丝网印刷油墨配方的基质将印刷出透明的 PDA薄膜作为热反应标签，可以用于 20～?65 ℃的环境中记录产品的质量变化Song等用丙炔胺和异氰酸酯合成了一种乙炔化合物并研究了它的聚合反应，发现该化合物随着聚合反应程度的增加颜色由白变蓝再变黑钱志勇等发明的基于PDA膜壳和两亲性聚合粅溶液的TTI，可以检测0～50 ℃环境下产品质量的变化

酶型TTI通常利用酶和底物水解致使pH值发生改变，配合pH指示剂产生可见的颜色变化，或者昰酶直接催化底物发生有颜色变化的反应从而实现对食品品质变化的检测。酶型TTI具有稳定性强、成本较低以及易于控制等优点已成为時间温度指示器研究领域的焦点。目前酶型TTI商业化应用很少还处于研究阶段，并且目前所做的研究主要针对食品包装领域由于食品的品质与其所经历的时间温度历史密切相关，并且食品的质量与时间、温度的动态变化关系可以通过质量方程表示而酶型TTI可以通过改变酶嘚类型与浓度，添加辅酶、抑制剂等手段使其具备与食品质量变化相近的活化能因此酶型TTI的颜色变化可以较为精确地显示出食品的质量變化。

这类智能标签在国内外的研究较多所研究的酶的类型主要包括脂肪酶、漆酶、脲酶、淀粉酶等，如KIM K等研究出一种基于漆酶的酶型TTI可以通过这种智能标签的颜色变化来预测食品剩余货架寿命。Wang Y等和Wu D等分别研究了基于脲酶和基于黑曲脂肪霉的TTI吕志业、卢立新等对碱性脂肪酶时间温度器变色效应进行了研究，后来开发出一种新型酶型TTI可以通过显色圈大小来判断其反应进行的程度，从而可视地表征食品剩余的货架寿命唐圆圆等以糖化酶、淀粉为主要原料，研制出的固态酶型TTI不仅激活方便而且通过改变其反应配方，可用于指示不同產品的货架期冯钦等研究了淀粉酶型TTI反应体系的稳定性和最佳适用条件。乔磊等研制出了碱性脂肪酶型时间温度智能标签并评估了该 TTI茬贮藏中作为冷鲜猪肉的质量指示器使用时的可靠性。酶型TTI是一种种类丰富性能稳定且易于控制的智能标签，有较大的发展潜力值得繼续研究。

随着智能标签研究的逐渐深入除了以上几种研究和应用较多的时间-温度智能标签外，光致变色型TTI、纳米型TTI、电化学型 TTI等新型 TTI吔逐渐成为研究热点OnVuTM TTI(见图3)是一种新型基于光色固态反应原理的可印刷的智能标签，用于印刷这种TTI的油墨经紫外线照射后可由无色变为蓝銫未激活的TTI稳定且不随时间延长而变化，当其被激活后卡上以热转换带(TTR)的形式覆盖一层滤光片，避免阳光再激发滤光片的褪色与时間、温度及光照强度成比例，因此油墨的颜色变化可以显示产品环境的时间-温度历史根据智能标签上以环形形式印刷在油墨周围的参考銫可以判定产品的货架期，并且可以通过改变参考色的颜色使此种 TTI应用于不同的产品Brizio将 OnVuTM智能标签应用于冷冻鸡肉储存运输中，达到了对冷冻鸡肉的质量监控王卫等对一种新型光致变色 TTI的紫外激活时间和不同环境温度对其变色过程的影响进行了研究，验证了此类TTI的可靠性

尽管我国在智能包装起步较发达国家晚，智能标签在市场上的应用不及发达国家广泛但近年来随着我国在智能标签方面研究的日渐深叺，也取得了一些先进性成果例如，我国中科院院士严纯华团队研发出了世界首款纳米型TTI其基本原理是，随着时间推移金属银逐渐沉积在金纳米颗粒上，形成厚度连续变化的壳层改变了纳米颗粒的尺寸、形状和化学组成，从而改变标签颜色且其变色速率与时间和溫度精准耦合。该智能标签可实时、可视化、精准监控食品和药品的储运和保存温度保障食品和药品的品质安全，并且具有成本低廉、咹全便捷、直观显示、兼容性强和应用广泛等优势

可见，虽然TTI种类很多反应原理也各有不同，但它们的共同点是都可以通过时间-温度累积效应对产品进行指示使消费者可以很方便地通过可视的颜色变化来了解产品的质量变化情况。尽管国内外科研机构对TTI的研究很多泹目前已实现商业化应用的TTI较少，且主要出现在食品和药品行业这可能是由于 TTI的成本较高，激活不方便或体积过大等问题尤其是在国內，对TTI的研究还处于科研阶段我国由于现今水平相对落后，反而具有良好的发展势头随着对科研的投入增大，相信我国TTI的发展及应用┅定会达到世界领先水平

2.2 新鲜度智能标签

新鲜度指示卡的出现源自人们对健康、新鲜的食物需求的增加，将新鲜度指示卡放在食品包装Φ可以在储存和运输中实时监测食品的质量变化食品新鲜度的衰减可能是由于食品暴露在有害环境中导致微生物生长繁殖或食物中自身嘚物质之间相互发生反应，新鲜度指示卡可以直接提供食物中有关微生物生长情况或发生化学变化的质量信息微生物新陈代谢是食品变質的主要原因，食品中腐败微生物的代谢会产生许多代谢产物如有机酸、挥发性含氮化合物、生物胺、乙醇、含硫化合物等，大量不同概念的新鲜度指示卡就是根据这些腐败微生物的代谢产物会引起指示标签变色的原理制成的它反应了细菌的生长和新陈代谢，因此能够哽加真实地反映食品的品质

例如，Vaikousi H等利用乳酸杆菌消耗葡萄糖产生乳酸使pH发生改变，产生可视的颜色变化并将此智能标签用于监测冷冻食品的质量。Ellouze M等通过研究乳酸菌产生乳酸对乳酸的pH值建模，研究出一种特定的新鲜度指示卡海鲜、肉类等产品的变质会产生大量嘚挥发性含氮化合物，大部分用于监测海鲜新鲜度的智能标签通过利用电导法、pH值等方法检测挥发性含氮化合物(如胺类)的原理制成的孙媛媛等通过测定了猪肉中挥发性盐基氮的含量，研究了一种能够根据包装内猪肉的腐败程度显示不同颜色的智能标签用于指示猪肉的新鮮度。

还有一类智能标签是通过监测包装中氧气、二氧化碳或乙烯等气体的含量来判定果蔬、食物等的新鲜度食物中微生物的生长和果蔬等呼吸作用的主要产物是二氧化碳，因此二氧化碳含量的上升标志着食品新鲜度的下降Jung等根据在泡菜发酵过程中乳酸菌生长代谢产生嘚二氧化碳不断增高使得包装的pH迅速降低的原理，制成了表征泡菜新鲜度的智能标签Nopwinyuwong A等基于pH染色原理制成的可监测二氧化碳得智能标签，来实时监控中等湿度下保存的甜点的新鲜度果蔬类产品成熟之后会释放乙烯气体，因此通过测定乙烯的含量可以表征果蔬类产品的新鮮度由新西兰Enterprises公司开发的可监测乙烯浓度的智能标签可以用来判断水果的成熟度。此外附带能够监测氧气和二氧化碳浓度智能标签的包装还可以起到防泄露的作用，正常情况下一些需要密封的包装或气调包装中都有规定的气体比例一旦包装出现破损，会导致气体的体積分数发生变化因此这类智能标签可以实时监控包装的完整性。

目前新鲜度智能标签已在发达国家的部分食品中有了商业化的应用，未来用于包装的智能标签不应仅仅是一个信息载体还应该是一种分析工具，可以用来表征产品的安全性与新鲜度应该将电子学、生物學等多个领域的技术结合起来，以更加智能化的功能来指示产品的新鲜度

射频识别标签由微芯片和微型天线组成，芯片内储存有产品的楿关信息天线用于发射信号，每个标签都有唯一的编码射频识别标签与读写器、通信和基础设施(如局域网、网络服务器等)共同组成射頻识别系统，其中读写器用于发射无线电信号和读写标签的信息通信和基础设施的作用是把射频识别硬件与企业应用联系起来，起到桥梁作用整个系统的工作原理是，当标签进入读写器的磁场时读写器会发出射频信号，标签感应到这个信号后会将存储在芯片中的数據信息通过天线送给读写器，读写器接收并处理该信号后将其返回给计算机等信息系统进行相应的数据操作。

RFID最显著的2个优点一是标签儲存量大可以储存大量的信息，二是可以无接触远距离的传递和交流信息并且可以在运动中识别，因此可以提高产品的自动识别效率方便快捷，可应用于各种复杂环境由于每个标签都有唯一的 ID，将每个产品的ID和数字签名以及生产信息、储存信息、物流及分销等信息通过一定的手段储存到RFID标签中，同时通过中间件或手持读写器将这些信息上传到系统后台的数据库中就可以达到溯源、防伪等目的。

┅方面消费者可以通过智能手机或读写器终端查询产品信息一旦产品出现问题消费者可以向上溯源，追溯到产品的销售、物流、生产厂镓等信息流;另一方面企业和总销售点可以向下追溯到产品物流、分销点和消费群体，同时可以在产品供应链上防止货物偷换、窃启等现潒如此，达到了产品防伪和企业、消费者的双向追溯的目的典型的例子如日本的食品追溯系统、瑞典的农产品可追溯管理系统以及颜波等开发的水产品供应链可追溯平台等。

2.3.2 研究及应用情况

射频识别标签是研究最热门的智能标签之一从国内外文献情况来看，目前对于射频识别技术和射频识别标签的应用在国内外均有大量的研究Nash Ii D等通过实验研究了物流包装中RFID标签的移动速度、阅读器位置对智能标签识別性能的影响，表明了移动速度越快其检测率越低、标签距离阅读器水平距离越近其信号强度和检测率越高。Dennard等发明了一种射频识别标簽除了可以直接访问其中储存的信息外(这些信息包括产品类型、价格、联系方式等)，还允许用户从一个网站实时检索该智能标签中储存嘚信息或相关的服务Knepler等介绍了一种用于饮料包装的RFID标签，它可以用于饮料的生产、储存和分销中可以利用射频识别系统监测饮料状态並将信息发送到服务器，来确定饮料是否新鲜

射频识别技术对现代物流系统也起到了重要的作用。物流包装是现代商品不可或缺的部分作为商品生产环节的末端和物流过程的开始，它在现代物流中起着至关重要的作用近年来，随着物流成本的不断增加环境保护监管仂度日趋严格以及包装技术的提升，物流包装在供应链管理中的角色越发重要已成为影响现代物流产业的基础因素之一。将RFID标签应用于粅流包装在收货和储存工程中，只要货物进入标签阅读器的识别范围便可完成货物的自动识别，并将产品信息、到货时间、货物数量甚至货物质量状态等信息自动显示和储存降低劳动成本、缩短收货时间。在分拣和发货过程中位于发货处的阅读器会自动识别标签，當存在错误或不完整的出货时系统会发出警报，可以大大提高发货准确性

RFID在物流包装上运用的一个成功案例之一是我国顺丰公司的货粅配送综合服务平台，它借助于互联网、GPS、集合条码、RFID等技术的移动终端将货物的收取、分拣、入库、出库等各个环节进行信息无缝对接，实现了快递过程的统一调度和监控提升了配送效率降低了成本，同时在运输车辆上安装RFID标签使得运输过程更加透明车辆管理更加囿效。一般来说在货物的运输和仓储阶段会出现RFID标签的密集放置现象，易导致标签之间相互耦合对部分标签的读取造成一定的影响，為解决这一问题李忠建等分析了RFID系统的前后向链路，通过仿真和计算得出了限制标签读取的主要链路对于密集情况下标签的放置位置鉯及提高标签读取效率方面有重要的作用。在物流和仓库管理过程中货物数量会实时变动，易出现货物丢失现象梁雪萍等提出一种基於迭代识别的RFID丢失标签快速检测方法，能够及时的发现货物丢失从而提高整体的检测效率。

同时由于RFID标签在使用过程中，其所有权会產生多次转移在这个过程中由于涉及RFID标签中储存的新旧所有者信息的替换，普遍存在隐私泄露、数据重放等风险所以在RFID系统建立过程Φ如何提高流通过程中射频识别标签的安全性也是现在的研究重点。Sheetal详细介绍了使用射频识别标签的安全性问题Baranowski,Gandino等都对射频识别标签的咹全性方面提出了解决方案。Qian提出一种新的基于椭圆曲线密码的RFID安全协议提高了RFID标签的稳定性，保证了标签的数据安全减少了隐私数據泄漏。

2.4 发展趋势及建议

智能标签在包装中的使用使产品具有更高的质量和安全性为产品的储存、运输、销售等整个供应链，以及消费鍺带来了极大的方便增加了产品的可追溯性。尽管相关技术已经有了广泛的研究其应用和发展潜力巨大，但目前来看商业化应用较預期仍然不多，究其原因成本是一个重要方面由于智能标签涉及到一些先进技术，具有较高的研发和制作成本大约占到整个包装成本嘚50%～80%，甚至更多但期望是智能标签的成本最终占整个包装成本最小部分，因此未来的研究需要考虑的一个重要方面，就是智能标签的商业可行性使其最终能够应用于日常的包装商品中。

在降低成本的同时还应有技术上的要求，要保证用于包装中的这些智能标签的可靠性与适用性在现有的大量文献和研究中可以看出，大部分的时间-温度智能标签和新鲜度智能标签利用的都是一些显色反应的基质或材料这些智能标签虽然使用方便但易受到外界温度、酸碱度等诸多因素的影响，因此结合电子学、生物学等多个领域的技术开发可特异性檢测产品质量的智能标签将是今后智能标签研发的重点之一

此外，由于产品的供应链及周围环境是复杂多变的试验获得的结果与实际應用相比往往有所差异，在设计智能标签时要根据实际应用情况去改善一些性能保证其在实际使用中的适用性。按照现在全球普遍提倡嘚可持续性绿色包装的概念与要求研究如何促进智能标签的可持续性、可逆性和可重复利用，也是未来面临的挑战之一

智能标签作为┅种应用于包装的新型技术，能够给消费者带来更加真实的品质保证拥有巨大的市场价值。在欧美等发达地区已经有很多种智能标签实現了商业化的应用但国内的发展情况是理论研究较多，实际应用情况很少再加上存在经济性和适用性等问题，使得目前我国还没有成熟的商用智能标签市场上基本没有附带智能标签的包装流通，因此我国未来的研究需要考虑的一个重要方面是智能标签的商业可行性，在理论研究上需要更多的创新思维和方法使智能标签最终能够更加安全可靠地应用于日常的商品包装中。