利用 3D 打印方法定向制造智能包装

来源：食品加智食科技


消费者对提高食品质量、更严格的安全措施和更好地证明食品真实性的需求导致了智能食品包装 (IFP) 的发展。然而，消费者对IFP和使用分拣设备的态度参差不齐，并且智能食品包装的商业化存在许多障碍。首先，智能食品包装所使用的材料必须符合监管安全要求，这限制了智能食品包装可使用的材料范围。其次，为了吸引广阔的市场，智能包装必须不断改进以满足不断变化的消费者需求。第三，总是存在有用技术无法进入市场的风险。智能食品包装的概念化和实施之间有许多步骤，包括概念证明、专利、许可、获得特殊材料以及建造或改造能够制造智能包装的设备/设施。最后，以工业规模制造智能食品包装可能不切实际和/或成本非常高。行业通常不愿意冒险投资可能在财务上不可行的新技术。这些问题都证明了3D打印技术的研究价值和研究潜力。


本文中，作者介绍了3D打印的传感器、指示器和标签，作为监测食品质量和包装完整性以及鉴定食品的可行手段。在介绍性章节之后，第2节概述了当前监测食品质量、包装完整性和鉴定食品的策略，并列举了一些实例。第3节介绍了两种主要的3D打印技术，即立体光刻技术和基于挤压的3D打印技术，并举例说明了使用这些方法制造的设备。本节还描述了打印过程和制造设备的运行机制，以监测食品质量和包装完整性，以及跟踪食品在食品供应链中的流动。最后，在第4节中，我们讨论了通过3D打印创造的IFP和使用分拣设备的优势和挑战、成本效益以及潜在的未来方向。

阅读论文原文：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0924224422001637

范围和方法：
本研究强调了利用智能食品包装的重要性。常规食品包装发现不了潜在的篡改、污染和食品欺诈。然而，智能食品包装可以对食品状态进行实时观测，并有助于食品防御并确保消费者获得最高质量的食品。不幸的是，消费者目前不愿意承担与使用传统方法制造的智能食品包装和使用分拣设备相关的成本。这篇文章探讨了 3D 打印作为一种替代方案的可行性。

结论：
用于制造智能包装和使用点设备的 3D 打印方法允许使用比传统制造方法更便宜的生物相容性无毒材料并且能够开发出高度敏感、自我指示、多功能的智能组件。这将使智能食品包装更加普及，进而减少食物浪费并防止消费者摄入不合适的食品。

表1.IFP监测的常见设备和参数


图1. 用于食品质量控制的常见传感机制和方法。



图2. 包装完整性的控制方法。



图3.用于食品认证的智能包装。



图4 通过立体光刻技术生产的智能组件，可纳入食品包装或用于分拣的应用。



图5. 通过基于挤压的3D打印技术生产的智能部件，用于食品包装或分拣的应用。



图6. 多功能的3D打印设备。

创新性/ 应 用前景
3D 打印已被用于制造可以监控食品质量、包装完整性和协助食品认证的设备。这是一种制造智能组件的可行技术，可以集成到常规食品包装中以创建IFP。与使用传统技术制造的组件相比，智能 3D 打印组件具有明显的优势，3D组件拥有完整的 3D 空间感测，可以提供三维空间的属性信息，且更灵敏、更准确和性能更好。另外，三维系统在微生物检测和光学传感以及产品位置的低功率遥感方面也特别有效。

食品行业当前的目标是经济高效地制造能够监测影响食品质量的所有因素的 IFP，即微生物生长、内部大气成分、时间和温度历史、包装完整性和追踪食品来源。未来利用 3D 打印方法可以定向制造这种智能包装。

参考文献：https://doi.org/10.1016/j.tifs.2022.05.003

专家/团队介绍
第一作者：Chantal T. Tracey
通讯作者：Eugenia Kumacheva
工作单位：加拿大安大略省多伦多市圣乔治街80号多伦多大学化学系