利用 3D 打印方法定向制造智能包裝

來源：食品加智食科技


消費者對提高食品質(zhì)量,、更嚴格的安全措施和更好地證明食品真實性的需求導致了智能食品包裝 (IFP) 的發(fā)展,。然而,，消費者對IFP和使用分揀設備的態(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以滿足不斷變化的消費者需求,。第三，總是存在有用技術(shù)無法進入市場的風險,。智能食品包裝的概念化和實施之間有許多步驟,，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備/設施。最后,，以工業(yè)規(guī)模制造智能食品包裝可能不切實際和/或成本非常高,。行業(yè)通常不愿意冒險投資可能在財務上不可行的新技術(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備。本節(jié)還描述了打印過程和制造設備的運行機制,，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鏈中的流動。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)進行實時觀測,，并有助于食品防御并確保消費者獲得最高質(zhì)量的食品,。不幸的是，消費者目前不愿意承擔與使用傳統(tǒng)方法制造的智能食品包裝和使用分揀設備相關(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設備的 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,，進而減少食物浪費并防止消費者攝入不合適的食品。

表1.IFP監(jiān)測的常見設備和參數(shù)


圖1. 用于食品質(zhì)量控制的常見傳感機制和方法,。



圖2. 包裝完整性的控制方法,。



圖3.用于食品認證的智能包裝。



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用,。



圖6. 多功能的3D打印設備,。

創(chuàng)新性/ 應 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)助食品認證的設備,。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,、更準確和性能更好。另外,，三維系統(tǒng)在微生物檢測和光學傳感以及產(chǎn)品位置的低功率遙感方面也特別有效,。

食品行業(yè)當前的目標是經(jīng)濟高效地制造能夠監(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：https://doi.org/10.1016/j.tifs.2022.05.003

專家/團隊介紹
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號多倫多大學化學系