包裝用智能標(biāo)簽的發(fā)展情況怎樣了

從20世紀(jì)六七十年代開始，智能化浪潮日漸高漲，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會的進步，人們逐步將智能化應(yīng)用于各個領(lǐng)域。90年代之后，隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活方式的改變，使全球包裝工業(yè)得到迅速發(fā)展，包裝在商品流通中的地位也變得越來越重要，人們開始將智能化應(yīng)用到包裝領(lǐng)域中來。在滿足包裝基本功能的前提下，充分體現(xiàn)個性消費需求，彰顯人文關(guān)懷和拓展產(chǎn)品功能的智能包裝逐漸興起。智能包裝是未來包裝業(yè)發(fā)展的方向之一，盡管這項技術(shù)還沒有完全商業(yè)化應(yīng)用，但它對提高產(chǎn)品的質(zhì)量與安全性，以及可追溯性方面可以起到非常重要的作用，給消費者帶來了很大的便利性，有巨大的發(fā)展?jié)摿?。目前，智能包裝中的智能成分主要以能夠傳感和指示包裝內(nèi)外環(huán)境變化及產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)變化的智能標(biāo)簽的應(yīng)用為主體，可以說智能標(biāo)簽的應(yīng)用和研究進展在某種程度上就代表了智能包裝的應(yīng)用和研究進展。鑒于國內(nèi)目前對智能包裝的商業(yè)化應(yīng)用和研究較少，消費者對其的了解也較少，文中將以闡明智能包裝的概念作為切入點，對智能包裝進行簡單的介紹，并重點對智能標(biāo)簽的應(yīng)用和研究進展進行了綜述，為我國智能包裝的基礎(chǔ)研究提供素材。

1 智能包裝

智能包裝早在很多年前就開始頻繁出現(xiàn)在一些文獻、雜志和會議上，但一直以來對于智能包裝的定義學(xué)術(shù)上仍然沒有統(tǒng)一的說法，例如，Karel［1］將智能包裝定義為含有可以反映產(chǎn)品變化的傳感器并且能夠做出相應(yīng)的反應(yīng)來抑制產(chǎn)品發(fā)生有害變化的包裝。Takhistov等［2］認為智能包裝是能夠?qū)崿F(xiàn)智能功能（如感知、檢測環(huán)境，記錄信息，定位追蹤，交流等）的包裝，這種包裝可以感知包裝內(nèi)外環(huán)境變化、對產(chǎn)品出現(xiàn)的問題作出反饋、延長產(chǎn)品保質(zhì)期、提高安全性，并且可以追蹤產(chǎn)品位置。Yam等［3］將智能包裝定義為利用包裝系統(tǒng)的交流功能通過監(jiān)測包裝內(nèi)外環(huán)境的變化，能夠做出判斷和控制并且反映產(chǎn)品狀態(tài)的科學(xué)技術(shù)。智能包裝雖已成為研究和應(yīng)用的熱點，但業(yè)界對智能包裝的定義仍在發(fā)展中，明確這一概念對界定智能包裝的產(chǎn)業(yè)邊界及其細分市場非常重要。綜合相關(guān)文獻和法規(guī)，結(jié)合智能包裝的功能和實現(xiàn)形式認為智能包裝是指人們通過創(chuàng)新思維，在包裝中加入了更多的信息和智能成分，使其既具有通用的包裝基本功能，又能夠執(zhí)行智慧型功能（包括感知、檢測、記憶、跟蹤、通信、判斷、執(zhí)行等），具有一定信息處理與決策能力，滿足商品的特殊要求和特殊環(huán)境條件的一類包裝產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)。

智能包裝的出現(xiàn)使包裝的功能得到延伸，滿足了各種不同的需求。具有信息處理能力的智能包裝，拓展了包裝的信息傳達功能。具有調(diào)節(jié)包裝微環(huán)境的智能包裝，延伸了包裝的基本防護功能（變被動為主動）。具有改善環(huán)境相容性的綠色包裝，衍生了包裝的環(huán)境保護功能。智能包裝的任務(wù)是監(jiān)測包裝內(nèi)容物的質(zhì)量狀況，反饋質(zhì)量影響因素的變化信息，響應(yīng)系統(tǒng)維護與修復(fù)的控制指令，使商品在流通周期內(nèi)，延長保質(zhì)期、增強安全性（跟蹤、溯源、預(yù)警、防偽等）、保證商品質(zhì)量。

智能包裝由智能組件、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和包裝件等3個要素構(gòu)成，智能組件則為由若干智能材料、智能元件、中央處理單元等構(gòu)成的信號（發(fā)生、記錄、儲存、發(fā)送）處理器和控制器。其中，智能材料包括各種功能油墨和涂料（導(dǎo)電、溫敏、濕敏、氣敏、光敏、磁敏、壓敏等材料）、形狀記憶材料、氣體選擇透過材料、印刷電子材料等。智能元件包括各類指示器（如時間-溫度指示器、密封性指示器、新鮮度指示器等）、各類傳感器（如重力傳感器、加速度傳感器、PH傳感器、生物傳感器、氣體傳感器、基于熒光的氧傳感器等）、條形碼和射頻識別標(biāo)簽（RFID）等。中央處理單元包括各類嵌入式電子型、納米型、有機型、生物型等微型芯片。這些智能組件通常貼附于包裝上或置于包裝內(nèi)部，將其稱為智能標(biāo)簽。

2 智能標(biāo)簽的研究進展

智能標(biāo)簽可以傳達產(chǎn)品中或產(chǎn)品包裝中某種物質(zhì)的存在或缺乏的信息，顯示某2種或多種物質(zhì)的反應(yīng)程度，或者某種特殊物質(zhì)的濃度，從而說明產(chǎn)品的質(zhì)量狀況，多數(shù)情況下，這些信息都是通過直接的視覺變化表現(xiàn)出來的。盡管用于包裝的智能標(biāo)簽是多種多樣的，但是根據(jù)國內(nèi)外文獻情況來看，大致有以下幾種類型：時間-溫度智能標(biāo)簽、新鮮度智能標(biāo)簽、氣體型智能標(biāo)簽和射頻識別標(biāo)簽［4］。

2.1 時間-溫度智能標(biāo)簽（TTI）

2.1.1 定義及分類

人們購買食品藥品時習(xí)慣于靠生產(chǎn)日期判斷其是否變質(zhì)，而以牛奶、疫苗為代表的需冷鏈運輸?shù)氖称匪幤?，單靠生產(chǎn)日期無法監(jiān)控質(zhì)量而成為盲區(qū)。時間-溫度智能標(biāo)簽（TTI）是一種可以感知和記錄環(huán)境變化和產(chǎn)品質(zhì)量變化的裝置，一般通過化學(xué)、力學(xué)、酶學(xué)、微生物學(xué)等各個領(lǐng)域發(fā)生不可逆反應(yīng)，使其顏色或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化來判斷其所處的環(huán)境的變化，可以對產(chǎn)品的整個運輸、儲存及銷售階段的一些重要參數(shù)進行監(jiān)控和記錄，并通過時間溫度積累效應(yīng)指示產(chǎn)品的溫度變化歷程和顯示剩余貨架期等信息。食品、藥品等的質(zhì)量易受溫度波動與時間變化的影響較大，因此將時間-溫度智能標(biāo)簽應(yīng)用于食品包裝、藥品包裝以及對溫度、時間等有要求的包裝中，記錄產(chǎn)品在全供應(yīng)鏈期間的時間-溫度歷史，可以良好地表征產(chǎn)品的實時狀態(tài)［5］。

時間-溫度智能標(biāo)簽是目前智能包裝中應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)之一，國外在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)進行了研究并開始商業(yè)化應(yīng)用，到20世紀(jì)70年代，美國政府就要求在某些特殊的產(chǎn)品上必須應(yīng)用TTI。目前，瑞典Vitsab公司、美國3M公司和Lifelines Technology公司、法國Cryolog公司等相繼研究并開發(fā)了TTI，并已得到商業(yè)化應(yīng)用［6—7］。相對來說，國內(nèi)關(guān)于 TTI的研究起步較晚，并且主要集中在TTI理論方面的研究上，商業(yè)化應(yīng)用較少。目前國內(nèi)外的科學(xué)研究和已實現(xiàn)或接近商業(yè)化應(yīng)用的主要有擴散型TTI、聚合型TTI和酶型 TTI［8—9］等。

2.1.2 擴散型TTI

擴散型TTI利用的是熱熔性指示劑（如丁基硬脂酸酯、辛酸辛酯等）的擴散原理制成的，將其放置或集成于包裝中時，當(dāng)環(huán)境溫度高于某一設(shè)置值時，其中的熱熔性指示劑熔化并開始擴散，溫度越高，熱熔性指示劑的擴散速度越快，因此可以根據(jù)熱熔性指示劑的擴散情況來反映產(chǎn)品經(jīng)歷的時間-溫度歷史，從而判斷產(chǎn)品的狀態(tài)和剩余貨架壽命，這種智能標(biāo)簽的適用范圍和使用期與指示劑的類型密切相關(guān)。美國3M公司生產(chǎn)的Monitor Mark智能標(biāo)簽見圖1。當(dāng)產(chǎn)品的儲存溫度高于某一個值時，標(biāo)簽內(nèi)的物質(zhì)開始擴散，并且隨著環(huán)境溫度上升，標(biāo)簽內(nèi)物質(zhì)擴散加快，通過觀察標(biāo)簽上的進度條可直接看出產(chǎn)品剩余貨架期。當(dāng)整個刻度條被充滿時，表明該產(chǎn)品已無法再繼續(xù)使用［10］。這類智能標(biāo)簽原理比較簡單，技術(shù)也較成熟，在國外很多年前就已經(jīng)得到商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。

圖1 Monitor Mark智能標(biāo)簽，擴散型TTI

Fig.1 Monitor Mark intelligent label，diffusion TTI

2.1.3 聚合型TTI

聚合型 TTI利用的原理是聚合單體發(fā)生聚合反應(yīng)生成固態(tài)聚合物的過程中，顏色會逐漸發(fā)生變化。在反應(yīng)過程中，外界溫度越高，聚合反應(yīng)速率越大，其顏色變化越明顯，以此來反映產(chǎn)品經(jīng)歷的時間-溫度歷史，可以直接用肉眼將其顏色與參考色對比來評估產(chǎn)品質(zhì)量的變化［11］。此類智能標(biāo)簽在使用前對于保存溫度要求較為嚴格，一旦接觸溫度高于某一個值，即被激活開始發(fā)生聚合反應(yīng)，目前主要用于對冷藏食品的監(jiān)控。聚合型TTI見圖2，它由2個同心圓環(huán)組成，智能標(biāo)簽被激活后，隨著溫度的升高和反應(yīng)時間的增加，內(nèi)部圓換的顏色逐漸變暗，溫度越高反應(yīng)時間越長，內(nèi)部圓環(huán)顏色變化越大。當(dāng)內(nèi)部圓環(huán)顏色比外部圓環(huán)顏色深時，意味著該產(chǎn)品的貨架期終結(jié)。

圖2 聚合型TTI

Fig.2 Polymeric TTI

在目前應(yīng)用的聚合型TTI中，應(yīng)用最早最為廣泛的一類是以含乙炔基團單體的固態(tài)聚合反應(yīng)為原理制成的聚合型TTI。在該聚合反應(yīng)中，單體中的聯(lián)乙炔基團在熱的作用下發(fā)生加成聚合反應(yīng)生成聚聯(lián)乙炔（PDA）化合物，反應(yīng)過程中，其顏色會由藍色逐漸變?yōu)榧t色，并且溫度越高顏色變化的速率越快，由此產(chǎn)生的溫度-速率-顏色三者之間的變化關(guān)系就能夠用來指示食品的品質(zhì)的變化。例如，Phollookin等［12］提出用聚氯乙烯和聚乙酸乙烯酯組成的聚酯用作絲網(wǎng)印刷油墨配方的基質(zhì)，將印刷出透明的 PDA薄膜作為熱反應(yīng)標(biāo)簽，可以用于 20～?65 ℃的環(huán)境中記錄產(chǎn)品的質(zhì)量變化。Song等［13］用丙炔胺和異氰酸酯合成了一種乙炔化合物并研究了它的聚合反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)該化合物隨著聚合反應(yīng)程度的增加顏色由白變藍再變黑。錢志勇等［14］發(fā)明的基于PDA膜殼和兩親性聚合物溶液的TTI，可以檢測0～50 ℃環(huán)境下產(chǎn)品質(zhì)量的變化。

2.1.4 酶型TTI

酶型TTI通常利用酶和底物水解致使pH值發(fā)生改變，配合pH指示劑，產(chǎn)生可見的顏色變化，或者是酶直接催化底物發(fā)生有顏色變化的反應(yīng)，從而實現(xiàn)對食品品質(zhì)變化的檢測。酶型TTI具有穩(wěn)定性強、成本較低以及易于控制等優(yōu)點，已成為時間溫度指示器研究領(lǐng)域的焦點。目前酶型TTI商業(yè)化應(yīng)用很少，還處于研究階段，并且目前所做的研究主要針對食品包裝領(lǐng)域，由于食品的品質(zhì)與其所經(jīng)歷的時間溫度歷史密切相關(guān)，并且食品的質(zhì)量與時間、溫度的動態(tài)變化關(guān)系可以通過質(zhì)量方程表示，而酶型TTI可以通過改變酶的類型與濃度，添加輔酶、抑制劑等手段使其具備與食品質(zhì)量變化相近的活化能，因此酶型TTI的顏色變化可以較為精確地顯示出食品的質(zhì)量變化。

這類智能標(biāo)簽在國內(nèi)外的研究較多，所研究的酶的類型主要包括脂肪酶、漆酶、脲酶、淀粉酶等，如KIM K等［15］研究出一種基于漆酶的酶型TTI，可以通過這種智能標(biāo)簽的顏色變化來預(yù)測食品剩余貨架壽命。Wang Y等［16］和Wu D等［17］分別研究了基于脲酶和基于黑曲脂肪霉的TTI。呂志業(yè)、盧立新等［18］對堿性脂肪酶時間溫度器變色效應(yīng)進行了研究，后來開發(fā)出一種新型酶型TTI，可以通過顯色圈大小來判斷其反應(yīng)進行的程度，從而可視地表征食品剩余的貨架壽命。唐圓圓［19］等以糖化酶、淀粉為主要原料，研制出的固態(tài)酶型TTI不僅激活方便，而且通過改變其反應(yīng)配方，可用于指示不同產(chǎn)品的貨架期。馮欽等［20］研究了淀粉酶型TTI反應(yīng)體系的穩(wěn)定性和最佳適用條件。喬磊等［21］研制出了堿性脂肪酶型時間溫度智能標(biāo)簽，并評估了該 TTI在貯藏中作為冷鮮豬肉的質(zhì)量指示器使用時的可靠性。酶型TTI是一種種類豐富，性能穩(wěn)定且易于控制的智能標(biāo)簽，有較大的發(fā)展?jié)摿Γ档美^續(xù)研究。

2.1.5 其他類型的TTI

隨著智能標(biāo)簽研究的逐漸深入，除了以上幾種研究和應(yīng)用較多的時間-溫度智能標(biāo)簽外，光致變色型TTI、納米型TTI、電化學(xué)型 TTI等新型 TTI也逐漸成為研究熱點。OnVuTM TTI（見圖3）是一種新型基于光色固態(tài)反應(yīng)原理的可印刷的智能標(biāo)簽，用于印刷這種TTI的油墨經(jīng)紫外線照射后可由無色變?yōu)樗{色，未激活的TTI穩(wěn)定且不隨時間延長而變化，當(dāng)其被激活后，卡上以熱轉(zhuǎn)換帶（TTR）的形式覆蓋一層濾光片，避免陽光再激發(fā)。濾光片的褪色與時間、溫度及光照強度成比例，因此油墨的顏色變化可以顯示產(chǎn)品環(huán)境的時間-溫度歷史。根據(jù)智能標(biāo)簽上以環(huán)形形式印刷在油墨周圍的參考色可以判定產(chǎn)品的貨架期，并且可以通過改變參考色的顏色使此種 TTI應(yīng)用于不同的產(chǎn)品。Brizio［22］將 OnVuTM智能標(biāo)簽應(yīng)用于冷凍雞肉儲存運輸中，達到了對冷凍雞肉的質(zhì)量監(jiān)控。王衛(wèi)［23］等對一種新型光致變色 TTI的紫外激活時間和不同環(huán)境溫度對其變色過程的影響進行了研究，驗證了此類TTI的可靠性。

圖3 OnVuTM型TTI

Fig.3 OnVuTM TTI

盡管我國在智能包裝起步較發(fā)達國家晚，智能標(biāo)簽在市場上的應(yīng)用不及發(fā)達國家廣泛，但近年來隨著我國在智能標(biāo)簽方面研究的日漸深入，也取得了一些先進性成果。例如，我國中科院院士嚴純?nèi)A團隊研發(fā)出了世界首款納米型TTI，其基本原理是，隨著時間推移，金屬銀逐漸沉積在金納米顆粒上，形成厚度連續(xù)變化的殼層，改變了納米顆粒的尺寸、形狀和化學(xué)組成，從而改變標(biāo)簽顏色，且其變色速率與時間和溫度精準(zhǔn)耦合。該智能標(biāo)簽可實時、可視化、精準(zhǔn)監(jiān)控食品和藥品的儲運和保存溫度，保障食品和藥品的品質(zhì)安全，并且具有成本低廉、安全便捷、直觀顯示、兼容性強和應(yīng)用廣泛等優(yōu)勢。

可見，雖然TTI種類很多，反應(yīng)原理也各有不同，但它們的共同點是都可以通過時間-溫度累積效應(yīng)對產(chǎn)品進行指示，使消費者可以很方便地通過可視的顏色變化來了解產(chǎn)品的質(zhì)量變化情況。盡管國內(nèi)外科研機構(gòu)對TTI的研究很多，但目前已實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的TTI較少，且主要出現(xiàn)在食品和藥品行業(yè)，這可能是由于 TTI的成本較高，激活不方便或體積過大等問題。尤其是在國內(nèi)，對TTI的研究還處于科研階段，我國由于現(xiàn)今水平相對落后，反而具有良好的發(fā)展勢頭，隨著對科研的投入增大，相信我國TTI的發(fā)展及應(yīng)用一定會達到世界領(lǐng)先水平。

2.2 新鮮度智能標(biāo)簽

新鮮度指示卡的出現(xiàn)源自人們對健康、新鮮的食物需求的增加，將新鮮度指示卡放在食品包裝中可以在儲存和運輸中實時監(jiān)測食品的質(zhì)量變化。食品新鮮度的衰減可能是由于食品暴露在有害環(huán)境中導(dǎo)致微生物生長繁殖或食物中自身的物質(zhì)之間相互發(fā)生反應(yīng)，新鮮度指示卡可以直接提供食物中有關(guān)微生物生長情況或發(fā)生化學(xué)變化的質(zhì)量信息。微生物新陳代謝是食品變質(zhì)的主要原因，食品中腐敗微生物的代謝會產(chǎn)生許多代謝產(chǎn)物，如有機酸、揮發(fā)性含氮化合物、生物胺、乙醇、含硫化合物等，大量不同概念的新鮮度指示卡就是根據(jù)這些腐敗微生物的代謝產(chǎn)物會引起指示標(biāo)簽變色的原理制成的，它反應(yīng)了細菌的生長和新陳代謝，因此能夠更加真實地反映食品的品質(zhì)。例如，Vaikousi H等［24］利用乳酸桿菌消耗葡萄糖產(chǎn)生乳酸，使pH發(fā)生改變，產(chǎn)生可視的顏色變化，并將此智能標(biāo)簽用于監(jiān)測冷凍食品的質(zhì)量。Ellouze M等［25］通過研究乳酸菌產(chǎn)生乳酸，對乳酸的pH值建模，研究出一種特定的新鮮度指示卡。海鮮、肉類等產(chǎn)品的變質(zhì)會產(chǎn)生大量的揮發(fā)性含氮化合物，大部分用于監(jiān)測海鮮新鮮度的智能標(biāo)簽通過利用電導(dǎo)法［26］、pH值［27］等方法檢測揮發(fā)性含氮化合物（如胺類）的原理制成的。孫媛媛等［28］通過測定了豬肉中揮發(fā)性鹽基氮的含量，研究了一種能夠根據(jù)包裝內(nèi)豬肉的腐敗程度顯示不同顏色的智能標(biāo)簽，用于指示豬肉的新鮮度。

還有一類智能標(biāo)簽是通過監(jiān)測包裝中氧氣、二氧化碳或乙烯等氣體的含量來判定果蔬、食物等的新鮮度［29—30］。食物中微生物的生長和果蔬等呼吸作用的主要產(chǎn)物是二氧化碳，因此二氧化碳含量的上升標(biāo)志著食品新鮮度的下降。Jung等［29］根據(jù)在泡菜發(fā)酵過程中乳酸菌生長代謝產(chǎn)生的二氧化碳不斷增高使得包裝的pH迅速降低的原理，制成了表征泡菜新鮮度的智能標(biāo)簽。Nopwinyuwong A等［31］基于pH染色原理制成的可監(jiān)測二氧化碳得智能標(biāo)簽，來實時監(jiān)控中等濕度下保存的甜點的新鮮度。果蔬類產(chǎn)品成熟之后會釋放乙烯氣體，因此通過測定乙烯的含量可以表征果蔬類產(chǎn)品的新鮮度［32］，由新西蘭Enterprises公司開發(fā)的可監(jiān)測乙烯濃度的智能標(biāo)簽可以用來判斷水果的成熟度。此外，附帶能夠監(jiān)測氧氣和二氧化碳濃度智能標(biāo)簽的包裝還可以起到防泄露的作用，正常情況下一些需要密封的包裝或氣調(diào)包裝中都有規(guī)定的氣體比例，一旦包裝出現(xiàn)破損，會導(dǎo)致氣體的體積分數(shù)發(fā)生變化，因此這類智能標(biāo)簽可以實時監(jiān)控包裝的完整性。

目前，新鮮度智能標(biāo)簽已在發(fā)達國家的部分食品中有了商業(yè)化的應(yīng)用，未來用于包裝的智能標(biāo)簽不應(yīng)僅僅是一個信息載體，還應(yīng)該是一種分析工具，可以用來表征產(chǎn)品的安全性與新鮮度，應(yīng)該將電子學(xué)、生物學(xué)等多個領(lǐng)域的技術(shù)結(jié)合起來，以更加智能化的功能來指示產(chǎn)品的新鮮度。

2.3 射頻識別標(biāo)簽（RFID）

2.3.1 組成及原理

射頻識別標(biāo)簽由微芯片和微型天線組成，芯片內(nèi)儲存有產(chǎn)品的相關(guān)信息，天線用于發(fā)射信號，每個標(biāo)簽都有唯一的編碼。射頻識別標(biāo)簽與讀寫器、通信和基礎(chǔ)設(shè)施（如局域網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等）共同組成射頻識別系統(tǒng)，其中讀寫器用于發(fā)射無線電信號和讀寫標(biāo)簽的信息，通信和基礎(chǔ)設(shè)施的作用是把射頻識別硬件與企業(yè)應(yīng)用聯(lián)系起來，起到橋梁作用［33］。整個系統(tǒng)的工作原理是，當(dāng)標(biāo)簽進入讀寫器的磁場時，讀寫器會發(fā)出射頻信號，標(biāo)簽感應(yīng)到這個信號后，會將存儲在芯片中的數(shù)據(jù)信息通過天線送給讀寫器，讀寫器接收并處理該信號后，將其返回給計算機等信息系統(tǒng)進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)操作。RFID最顯著的2個優(yōu)點一是標(biāo)簽儲存量大，可以儲存大量的信息，二是可以無接觸遠距離的傳遞和交流信息，并且可以在運動中識別，因此可以提高產(chǎn)品的自動識別效率，方便快捷，可應(yīng)用于各種復(fù)雜環(huán)境［34］。由于每個標(biāo)簽都有唯一的 ID，將每個產(chǎn)品的ID和數(shù)字簽名，以及生產(chǎn)信息、儲存信息、物流及分銷等信息通過一定的手段儲存到RFID標(biāo)簽中，同時通過中間件或手持讀寫器將這些信息上傳到系統(tǒng)后臺的數(shù)據(jù)庫中，就可以達到溯源、防偽等目的。一方面消費者可以通過智能手機或讀寫器終端查詢產(chǎn)品信息，一旦產(chǎn)品出現(xiàn)問題消費者可以向上溯源，追溯到產(chǎn)品的銷售、物流、生產(chǎn)廠家等信息流;另一方面，企業(yè)和總銷售點可以向下追溯到產(chǎn)品物流、分銷點和消費群體，同時可以在產(chǎn)品供應(yīng)鏈上防止貨物偷換、竊啟等現(xiàn)象。如此，達到了產(chǎn)品防偽和企業(yè)、消費者的雙向追溯的目的，典型的例子如日本的食品追溯系統(tǒng)、瑞典的農(nóng)產(chǎn)品可追溯管理系統(tǒng)以及顏波等［35］開發(fā)的水產(chǎn)品供應(yīng)鏈可追溯平臺等。

2.3.2 研究及應(yīng)用情況

射頻識別標(biāo)簽是研究最熱門的智能標(biāo)簽之一，從國內(nèi)外文獻情況來看，目前對于射頻識別技術(shù)和射頻識別標(biāo)簽的應(yīng)用在國內(nèi)外均有大量的研究，Nash Ii D等［36］通過實驗研究了物流包裝中RFID標(biāo)簽的移動速度、閱讀器位置對智能標(biāo)簽識別性能的影響，表明了移動速度越快其檢測率越低、標(biāo)簽距離閱讀器水平距離越近，其信號強度和檢測率越高。Dennard等［37］發(fā)明了一種射頻識別標(biāo)簽，除了可以直接訪問其中儲存的信息外（這些信息包括產(chǎn)品類型、價格、聯(lián)系方式等），還允許用戶從一個網(wǎng)站實時檢索該智能標(biāo)簽中儲存的信息或相關(guān)的服務(wù)。Knepler等［38］介紹了一種用于飲料包裝的RFID標(biāo)簽，它可以用于飲料的生產(chǎn)、儲存和分銷中，可以利用射頻識別系統(tǒng)監(jiān)測飲料狀態(tài)并將信息發(fā)送到服務(wù)器，來確定飲料是否新鮮。

射頻識別技術(shù)對現(xiàn)代物流系統(tǒng)也起到了重要的作用。物流包裝是現(xiàn)代商品不可或缺的部分，作為商品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的末端和物流過程的開始，它在現(xiàn)代物流中起著至關(guān)重要的作用。近年來，隨著物流成本的不斷增加，環(huán)境保護監(jiān)管力度日趨嚴格以及包裝技術(shù)的提升，物流包裝在供應(yīng)鏈管理中的角色越發(fā)重要，已成為影響現(xiàn)代物流產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)因素之一［39］。將RFID標(biāo)簽應(yīng)用于物流包裝，在收貨和儲存工程中，只要貨物進入標(biāo)簽閱讀器的識別范圍，便可完成貨物的自動識別，并將產(chǎn)品信息、到貨時間、貨物數(shù)量甚至貨物質(zhì)量狀態(tài)等信息自動顯示和儲存，降低勞動成本、縮短收貨時間。在分揀和發(fā)貨過程中，位于發(fā)貨處的閱讀器會自動識別標(biāo)簽，當(dāng)存在錯誤或不完整的出貨時，系統(tǒng)會發(fā)出警報，可以大大提高發(fā)貨準(zhǔn)確性［40］。RFID在物流包裝上運用的一個成功案例之一是我國順豐公司的貨物配送綜合服務(wù)平臺，它借助于互聯(lián)網(wǎng)、GPS、集合條碼、RFID等技術(shù)的移動終端，將貨物的收取、分揀、入庫、出庫等各個環(huán)節(jié)進行信息無縫對接，實現(xiàn)了快遞過程的統(tǒng)一調(diào)度和監(jiān)控，提升了配送效率降低了成本，同時在運輸車輛上安裝RFID標(biāo)簽使得運輸過程更加透明，車輛管理更加有效。一般來說，在貨物的運輸和倉儲階段會出現(xiàn)RFID標(biāo)簽的密集放置現(xiàn)象，易導(dǎo)致標(biāo)簽之間相互耦合，對部分標(biāo)簽的讀取造成一定的影響，為解決這一問題，李忠建等［41］分析了RFID系統(tǒng)的前后向鏈路，通過仿真和計算得出了限制標(biāo)簽讀取的主要鏈路，對于密集情況下標(biāo)簽的放置位置以及提高標(biāo)簽讀取效率方面有重要的作用。在物流和倉庫管理過程中，貨物數(shù)量會實時變動，易出現(xiàn)貨物丟失現(xiàn)象。梁雪萍等［42］提出一種基于迭代識別的RFID丟失標(biāo)簽快速檢測方法，能夠及時的發(fā)現(xiàn)貨物丟失，從而提高整體的檢測效率。

同時，由于RFID標(biāo)簽在使用過程中，其所有權(quán)會產(chǎn)生多次轉(zhuǎn)移，在這個過程中由于涉及RFID標(biāo)簽中儲存的新舊所有者信息的替換，普遍存在隱私泄露、數(shù)據(jù)重放等風(fēng)險，所以在RFID系統(tǒng)建立過程中如何提高流通過程中射頻識別標(biāo)簽的安全性也是現(xiàn)在的研究重點。Sheetal［43］詳細介紹了使用射頻識別標(biāo)簽的安全性問題。Baranowski［44］，Gandino［45］等都對射頻識別標(biāo)簽的安全性方面提出了解決方案。Qian［46］提出一種新的基于橢圓曲線密碼的RFID安全協(xié)議，提高了RFID標(biāo)簽的穩(wěn)定性，保證了標(biāo)簽的數(shù)據(jù)安全，減少了隱私數(shù)據(jù)泄漏。

2.4 發(fā)展趨勢及建議

智能標(biāo)簽在包裝中的使用使產(chǎn)品具有更高的質(zhì)量和安全性，為產(chǎn)品的儲存、運輸、銷售等整個供應(yīng)鏈，以及消費者帶來了極大的方便，增加了產(chǎn)品的可追溯性。盡管相關(guān)技術(shù)已經(jīng)有了廣泛的研究，其應(yīng)用和發(fā)展?jié)摿薮?，但目前來看，商業(yè)化應(yīng)用較預(yù)期仍然不多，究其原因成本是一個重要方面。由于智能標(biāo)簽涉及到一些先進技術(shù)，具有較高的研發(fā)和制作成本，大約占到整個包裝成本的50%～80%，甚至更多，但期望是智能標(biāo)簽的成本最終占整個包裝成本最小部分，因此，未來的研究需要考慮的一個重要方面，就是智能標(biāo)簽的商業(yè)可行性，使其最終能夠應(yīng)用于日常的包裝商品中。

在降低成本的同時，還應(yīng)有技術(shù)上的要求，要保證用于包裝中的這些智能標(biāo)簽的可靠性與適用性。在現(xiàn)有的大量文獻和研究中可以看出，大部分的時間-溫度智能標(biāo)簽和新鮮度智能標(biāo)簽利用的都是一些顯色反應(yīng)的基質(zhì)或材料，這些智能標(biāo)簽雖然使用方便但易受到外界溫度、酸堿度等諸多因素的影響，因此結(jié)合電子學(xué)、生物學(xué)等多個領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)可特異性檢測產(chǎn)品質(zhì)量的智能標(biāo)簽將是今后智能標(biāo)簽研發(fā)的重點之一。此外，由于產(chǎn)品的供應(yīng)鏈及周圍環(huán)境是復(fù)雜多變的，試驗獲得的結(jié)果與實際應(yīng)用相比往往有所差異，在設(shè)計智能標(biāo)簽時要根據(jù)實際應(yīng)用情況去改善一些性能，保證其在實際使用中的適用性。按照現(xiàn)在全球普遍提倡的可持續(xù)性綠色包裝的概念與要求，研究如何促進智能標(biāo)簽的可持續(xù)性、可逆性和可重復(fù)利用，也是未來面臨的挑戰(zhàn)之一。

3 結(jié)語

智能標(biāo)簽作為一種應(yīng)用于包裝的新型技術(shù)，能夠給消費者帶來更加真實的品質(zhì)保證，擁有巨大的市場價值。在歐美等發(fā)達地區(qū)已經(jīng)有很多種智能標(biāo)簽實現(xiàn)了商業(yè)化的應(yīng)用，但國內(nèi)的發(fā)展情況是理論研究較多，實際應(yīng)用情況很少，再加上存在經(jīng)濟性和適用性等問題，使得目前我國還沒有成熟的商用智能標(biāo)簽，市場上基本沒有附帶智能標(biāo)簽的包裝流通，因此，我國未來的研究需要考慮的一個重要方面是智能標(biāo)簽的商業(yè)可行性，在理論研究上需要更多的創(chuàng)新思維和方法，使智能標(biāo)簽最終能夠更加安全可靠地應(yīng)用于日常的商品包裝中。

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