利用 3D 打印方法定向制造智能包裝

來源：食品加智食科技


消費(fèi)者對提高食品質(zhì)量、更嚴(yán)格的安全措施和更好地證明食品真實(shí)性的需求導(dǎo)致了智能食品包裝 (IFP) 的發(fā)展。然而，消費(fèi)者對IFP和使用分揀設(shè)備的態(tài)度參差不齊，并且智能食品包裝的商業(yè)化存在許多障礙。首先，智能食品包裝所使用的材料必須符合監(jiān)管安全要求，這限制了智能食品包裝可使用的材料范圍。其次，為了吸引廣闊的市場，智能包裝必須不斷改進(jìn)以滿足不斷變化的消費(fèi)者需求。第三，總是存在有用技術(shù)無法進(jìn)入市場的風(fēng)險(xiǎn)。智能食品包裝的概念化和實(shí)施之間有許多步驟，包括概念證明、專利、許可、獲得特殊材料以及建造或改造能夠制造智能包裝的設(shè)備/設(shè)施。最后，以工業(yè)規(guī)模制造智能食品包裝可能不切實(shí)際和/或成本非常高。行業(yè)通常不愿意冒險(xiǎn)投資可能在財(cái)務(wù)上不可行的新技術(shù)。這些問題都證明了3D打印技術(shù)的研究價(jià)值和研究潛力。


本文中，作者介紹了3D打印的傳感器、指示器和標(biāo)簽，作為監(jiān)測食品質(zhì)量和包裝完整性以及鑒定食品的可行手段。在介紹性章節(jié)之后，第2節(jié)概述了當(dāng)前監(jiān)測食品質(zhì)量、包裝完整性和鑒定食品的策略，并列舉了一些實(shí)例。第3節(jié)介紹了兩種主要的3D打印技術(shù)，即立體光刻技術(shù)和基于擠壓的3D打印技術(shù)，并舉例說明了使用這些方法制造的設(shè)備。本節(jié)還描述了打印過程和制造設(shè)備的運(yùn)行機(jī)制，以監(jiān)測食品質(zhì)量和包裝完整性，以及跟蹤食品在食品供應(yīng)鏈中的流動(dòng)。最后，在第4節(jié)中，我們討論了通過3D打印創(chuàng)造的IFP和使用分揀設(shè)備的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)、成本效益以及潛在的未來方向。

閱讀論文原文：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0924224422001637

范圍和方法：
本研究強(qiáng)調(diào)了利用智能食品包裝的重要性。常規(guī)食品包裝發(fā)現(xiàn)不了潛在的篡改、污染和食品欺詐。然而，智能食品包裝可以對食品狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測，并有助于食品防御并確保消費(fèi)者獲得最高質(zhì)量的食品。不幸的是，消費(fèi)者目前不愿意承擔(dān)與使用傳統(tǒng)方法制造的智能食品包裝和使用分揀設(shè)備相關(guān)的成本。這篇文章探討了 3D 打印作為一種替代方案的可行性。

結(jié)論：
用于制造智能包裝和使用點(diǎn)設(shè)備的 3D 打印方法允許使用比傳統(tǒng)制造方法更便宜的生物相容性無毒材料并且能夠開發(fā)出高度敏感、自我指示、多功能的智能組件。這將使智能食品包裝更加普及，進(jìn)而減少食物浪費(fèi)并防止消費(fèi)者攝入不合適的食品。

表1.IFP監(jiān)測的常見設(shè)備和參數(shù)


圖1. 用于食品質(zhì)量控制的常見傳感機(jī)制和方法。



圖2. 包裝完整性的控制方法。



圖3.用于食品認(rèn)證的智能包裝。



圖4 通過立體光刻技術(shù)生產(chǎn)的智能組件，可納入食品包裝或用于分揀的應(yīng)用。



圖5. 通過基于擠壓的3D打印技術(shù)生產(chǎn)的智能部件，用于食品包裝或分揀的應(yīng)用。



圖6. 多功能的3D打印設(shè)備。

創(chuàng)新性/ 應(yīng) 用前景
3D 打印已被用于制造可以監(jiān)控食品質(zhì)量、包裝完整性和協(xié)助食品認(rèn)證的設(shè)備。這是一種制造智能組件的可行技術(shù)，可以集成到常規(guī)食品包裝中以創(chuàng)建IFP。與使用傳統(tǒng)技術(shù)制造的組件相比，智能 3D 打印組件具有明顯的優(yōu)勢，3D組件擁有完整的 3D 空間感測，可以提供三維空間的屬性信息，且更靈敏、更準(zhǔn)確和性能更好。另外，三維系統(tǒng)在微生物檢測和光學(xué)傳感以及產(chǎn)品位置的低功率遙感方面也特別有效。

食品行業(yè)當(dāng)前的目標(biāo)是經(jīng)濟(jì)高效地制造能夠監(jiān)測影響食品質(zhì)量的所有因素的 IFP，即微生物生長、內(nèi)部大氣成分、時(shí)間和溫度歷史、包裝完整性和追蹤食品來源。未來利用 3D 打印方法可以定向制造這種智能包裝。

參考文獻(xiàn)：https://doi.org/10.1016/j.tifs.2022.05.003

專家/團(tuán)隊(duì)介紹
第一作者：Chantal T. Tracey
通訊作者：Eugenia Kumacheva
工作單位：加拿大安大略省多倫多市圣喬治街80號(hào)多倫多大學(xué)化學(xué)系