1. Định nghĩa

Bao bì thông minh là loại bao bì được thiết kế để cung cấp thông tin về chất lượng của thực phẩm hoặc lịch sử của bao bì. Nó có thể chứa các chỉ thị bên trong hoặc bên ngoài để theo dõi các yếu tố như nhiệt độ, khí, độ tươi và các điều kiện khác có thể ảnh hưởng đến an toàn và chất lượng thực phẩm.  

2. Các thành phần và chức năng của bao bì thông minh

Bao bì thông minh bao gồm các thành phần chính sau, thực hiện các chức năng cụ thể:  

• Chỉ thị (Indicators): Đây là các thành phần cho biết sự có mặt hoặc vắng mặt của một chất cụ thể trong bao bì. Chúng có thể cung cấp thông tin định tính, thường là thông qua sự thay đổi màu sắc hoặc hình dạng. Các loại chỉ thị phổ biến bao gồm:  
  • Chỉ thị thời gian-nhiệt độ (Time-Temperature Indicators - TTIs): Cung cấp dấu hiệu trực quan về việc sản phẩm đã bị lạm dụng nhiệt độ hay chưa bằng cách nhìn vào sự  thay đổi màu sắc do các phản ứng hóa học hoặc enzyme. Cơ chế hoạt động: TTIs tích lũy các thay đổi do nhiệt độ gây ra theo thời gian. Phản ứng hóa học hoặc enzyme bên trong chỉ thị được kích hoạt, dẫn đến sự thay đổi màu sắc. Tốc độ thay đổi màu sắc phụ thuộc vào nhiệt độ, cho phép người dùng ước tính mức độ tiếp xúc với nhiệt độ của sản phẩm.
  • Ví dụ: ONVU™ TTIs dùng cho các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt, thay đổi màu sắc khi tiếp xúc với ánh sáng UV và trải qua các điều kiện nhiệt độ nhất định.  

 

• • • Chỉ thị khí (Gas Indicators): theo dõi thành phần khí trong bao bì, phát hiện rò rỉ khí hoặc sự có mặt/vắng mặt của các khí như O2 và CO2. Cơ chế hoạt động: Các chỉ thị khí chứa các chất hóa học nhạy cảm với một loại khí cụ thể. Khi khí mục tiêu có mặt, xảy ra phản ứng hóa học làm thay đổi màu sắc của chỉ thị. Mức độ thay đổi màu sắc có thể tương quan với nồng độ khí.
    • Ví dụ: Ageless Eye™: Chỉ thị oxy thay đổi màu sắc để báo hiệu nồng độ oxy trong bao bì.  

                                                       

 

• • Chỉ thị độ tươi (Freshness Indicators): Phát hiện các chất chuyển hóa sinh ra trong quá trình hư hỏng của thực phẩm (ví dụ: amin trong cá). Cơ chế hoạt động: Các chỉ thị độ tươi phản ứng với các hợp chất dễ bay hơi (như amin, sulfua) được tạo ra bởi sự phát triển của vi sinh vật hoặc các quá trình phân hủy enzyme trong thực phẩm. Phản ứng này tạo ra sự thay đổi màu sắc, cho biết mức độ tươi của sản phẩm.
    • • Ví dụ: Fresh Tags™: Cho biết độ tươi của sản phẩm.  

 

 

Chỉ thị theo dõi quá trình phân phối: Theo dõi thay đổi nhiệt độ trong quá trình vận chuyển. Cơ chế hoạt động: Chỉ thị này thường dựa trên sự khuếch tán của một chất màu dọc theo một dải vật liệu. Tốc độ khuếch tán phụ thuộc vào nhiệt độ, vì vậy vị trí của màu sắc trên dải cho biết lịch sử nhiệt độ của sản phẩm.

Ví dụ: 3M™ MonitorMark™:

 

Mực in nhiệt sắc (Thermochromic Ink):  

• • • Thay đổi màu sắc theo nhiệt độ.  
    • Có thể là loại thay đổi màu sắc thuận nghịch hoặc không thuận nghịch.  
    • Cơ chế hoạt động: Mực in nhiệt sắc chứa các hợp chất (thường là tinh thể lỏng hoặc thuốc nhuộm) thay đổi cấu trúc phân tử ở một nhiệt độ nhất định, dẫn đến sự thay đổi màu sắc. Loại thuận nghịch trở lại màu ban đầu khi nhiệt độ trở lại bình thường, trong khi loại không thuận nghịch thì không.
• Thẻ nhận dạng tần số vô tuyến (RFID): Công nghệ không dây để xác định và theo dõi sản phẩm.  
  • Các loại thẻ RFID:  
    • Thẻ thụ động: rẻ, đơn giản, phạm vi ngắn.  
    • Thẻ chủ động: có pin, phạm vi rộng hơn, nhiều thông tin hơn.  
  • Chức năng của thẻ RFID:  
    • Theo dõi và truy xuất nguồn gốc thực phẩm.  
    • Cải thiện hiệu quả chuỗi cung ứng.  
    • Quản lý hàng tồn kho.  
    • Đo các thông số môi trường (nhiệt độ, độ ẩm).  
  • Cơ chế hoạt động: Hệ thống RFID bao gồm một thẻ (gắn vào sản phẩm) và một đầu đọc. Thẻ chứa một ăng-ten và một chip nhớ. Khi đầu đọc phát ra sóng vô tuyến, thẻ nhận năng lượng từ sóng này (đối với thẻ thụ động) hoặc sử dụng pin của chính nó (đối với thẻ chủ động) để truyền dữ liệu (như mã sản phẩm, thông tin nhiệt độ) trở lại đầu đọc.
  • Cảm biến (Sensors): Thiết bị phát hiện và đo các thuộc tính vật lý và hóa học của thực phẩm hoặc môi trường bên trong bao bì. Các loại cảm biến:  
    • Điện tử in (Printed Electronics):  
      • Thiết bị điện tử được in trên các vật liệu dẻo.  
      • Nhẹ, có thể uốn cong, cuộn tròn.  
      • Cơ chế hoạt động: Sử dụng các loại mực dẫn điện để in các mạch điện tử lên bề mặt bao bì. Các mạch này có thể bao gồm các cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm, hoặc các chất khí. Dữ liệu từ cảm biến có thể được truyền không dây hoặc đọc bằng các thiết bị bên ngoài.
    • Cảm biến khí (Gas Sensor):  
      • Phát hiện sự có mặt của các khí cụ thể. Ví dụ: phát hiện khí gây hư hỏng thực phẩm.  
      • Cơ chế hoạt động: Cảm biến khí sử dụng một vật liệu nhạy cảm thay đổi tính chất điện (ví dụ: điện trở) khi tiếp xúc với một loại khí cụ thể. Sự thay đổi này được đo và chuyển đổi thành tín hiệu điện, cho biết nồng độ của khí.
    • Cảm biến sinh học (Biosensor):  
      • Phát hiện các chất gây ô nhiễm hoặc vi sinh vật.  
      • Sử dụng các thành phần sinh học (enzyme, kháng thể) để nhận biết các chất cụ thể.  
      • Cơ chế hoạt động: Biosensor kết hợp một thành phần sinh học (như enzyme hoặc kháng thể) có khả năng nhận biết chọn lọc một chất cụ thể (như vi khuẩn hoặc độc tố) với một đầu dò chuyển đổi tương tác sinh học thành tín hiệu đo được (ví dụ: tín hiệu điện hoặc quang học).

3. Ứng dụng của bao bì thông minh trong thực phẩm

Bao bì thông minh có nhiều ứng dụng quan trọng trong ngành thực phẩm, bao gồm:  

• Theo dõi chất lượng và an toàn thực phẩm: Bao bì thông minh có thể giúp theo dõi độ tươi, nhiệt độ, sự phát triển của vi sinh vật và các yếu tố khác ảnh hưởng đến chất lượng và an toàn của thực phẩm.  

Các công ty như ColorSensing phát triển các nhãn cảm biến màu sắc thay đổi khi tiếp xúc với các amin sinh học (các chất bay hơi tạo ra khi hải sản bị ôi thiu). Các nhãn này có thể được tích hợp vào bao bì hải sản để cung cấp cảnh báo trực quan cho cả nhà bán lẻ và người tiêu dùng.

Một số nghiên cứu đã khám phá việc sử dụng các màng polymer có chứa chất chỉ thị pH để theo dõi độ chua của sữa. Mặc dù có thể chưa có sản phẩm thương mại phổ biến, nhưng đây là một lĩnh vực nghiên cứu đầy hứa hẹn.

• Kéo dài thời gian sử dụng: Bằng cách cung cấp thông tin chính xác về tình trạng thực phẩm, bao bì thông minh có thể giúp xác định thời điểm thực phẩm vẫn an toàn để tiêu thụ, từ đó giảm lãng phí thực phẩm.

Bao bì hấp thụ ethylene cho trái cây: Các sản phẩm như It's Fresh! sử dụng các miếng dán hoặc gói có chứa chất hấp thụ ethylene (như kali permanganat) để làm chậm quá trình chín của trái cây và rau quả. Chúng thường được sử dụng trong bao bì của các sản phẩm như quả bơ, chuối, v.v.

• Tăng cường quản lý chuỗi cung ứng: Thẻ RFID và các công nghệ theo dõi khác có thể giúp theo dõi thực phẩm từ khi sản xuất đến khi tiêu thụ, cải thiện hiệu quả chuỗi cung ứng và khả năng truy xuất nguồn gốc.

Các công ty như TagBox cung cấp các giải pháp theo dõi nhiệt độ dựa trên RFID cho chuỗi cung ứng thực phẩm. Các thẻ này có thể ghi lại nhiệt độ trong suốt quá trình vận chuyển và lưu trữ, cho phép các công ty theo dõi và đảm bảo chất lượng sản phẩm (đặc biệt là các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ).

• Cung cấp thông tin cho người tiêu dùng: Bao bì thông minh có thể cung cấp thông tin hữu ích cho người tiêu dùng về độ tươi, điều kiện bảo quản và các thông tin khác liên quan đến sản phẩm.  

Mực in nhiệt sắc đã được sử dụng trong các ứng dụng quảng cáo trên bao bì đồ uống (ví dụ: lon bia, chai nước ngọt) để hiển thị khi đồ uống đạt đến nhiệt độ lạnh mong muốn. Tuy nhiên, việc sử dụng rộng rãi cho mục đích an toàn thực phẩm (ví dụ: cảnh báo nhiệt độ không an toàn) vẫn đang được phát triển