食品冷链追溯系统建设与应用技术研究

    近几年，食品安全问题频频发生，在追溯事故源头的时候困难重重，对于投资不菲的食品冷链，想要获得冷链各环节的具体信息几乎不现实。食品冷链安全不是一个环节就可以解决的问题，为了实现“从农田到餐桌”的全过程冷链食品安全的监控，从田间地头，到生产、养殖到肉食品加工、到流通环节建立全链数据库，构建一个可追溯信息系统后，就能够清楚地知道每个环节的详细过程，这样可以有效地加强食品冷链的安全。还应该对食品冷链进行有效管理，改变国内目前分散养殖的现状，优化生产组织模式，形成以加工企业或冷链物流配送中心为核心节点的食品冷链，解决农业企业总体规模偏小、生产结构单一的问题，从而加强整个供应链的竞争力。

一、食品冷链追溯系统建设的动因与瓶颈

1.1 目的与作用

    构建追溯系统的主要目的在于，它能够对最终产品的产销过程（包括从原料采购到食品加工、储运、代理销售直至消费者手中）进行无疏漏、全方位的跟踪；给消费者提供关于食品生产流程每一个环节的详细、可靠的信息，真正做到安全看得见，为广大消费者提供更为安全的食品；使得食品供应链每个环节做到标准清晰、责任明确，便于回溯追查与监控，保障食品的安全。当然，食品追溯系统的建立仅靠单独的企业和个人的力量是无法实现的，如果食品冷链各运营商达成一致意见：用追溯的方式进行协调，将会更本质、更轻松的反映出冷链运行中所暴露的不安全问题，包括不完善的合同问题，从而更加准确有效地掌握食品在生产源头和下游销售的信息，更加有效地规避参与企业的风险。

    总的来说，食品冷链追溯至少要实现两项功能：跟踪（Tracking） 和追溯（Tracing）。跟踪是指从原材料采购至最终产品交付，在冷链中跟踪保鲜产品自上游至下游运行路径的能力；追溯则是指冷链中识别一个或一批产品自采购供应至交付客户手中，整条供应链源头的过程，核心是通过记录、标签或标识等载体回查任意环节中该实体的属性、批号、应用和发票数据等信息的能力。因此，食品冷链追溯系统可以达到以下的作用：（1）通过建设EAN·UCC系统（全球统一标识系统），加强对食品质量的监督与控制；（2）通过食品冷链追溯体系的建设，实时查询冷鲜食品的源头信息，精准定位各个节点产品质量负责人，形成食品安全壁垒，迫使有安全隐患的企业退出市场，保护节点企业信誉，明确冷链各企业责任；（3）完善的档案、数据管理便于企业屏蔽危害与风险，增加链条透明度，通过追溯管理将冷链各环节风险降低至最低水平；（4）消费者能够通过终端查询系统对食品的来源、种植、生产、加工、运输等情况进行查询，充分了解食品信息，并决定是否购买；（5）通过建立与国际接轨的标准标识体系，追溯系统实现对冷链各个环节的追溯，提高了食品来源的可靠性和信息传输处理速度，为企业信息化和电子商务应用奠定基础。

1.2 制约食品冷链追溯系统建设的瓶颈

    一方面，食品冷链追溯系统建设刚刚起步，功能不够完善，缺乏配套的认证体系和监督体系，缺少相关体系的实施细则和管理要求（如预警和召回体系）。关于追溯认证和监督的建立、召回和预警等体系的完善，制度的确立和监管，需要认证、规划和管理的各级政府部门或承担政府职能的行业协会落实完成，或由政府主管部门授权由相应研究机构和科研院所来完成。

    另一方面，由于追溯系统的建设是个庞大的系统工程，相关成本较高，政府应提供资金资助、技术支持、政策倾斜等优惠措施，加强对试点企业的扶持力度。政府还应完善有关食品安全方面的制度与法规，加强对食品行业的监管，推进食品追溯信息体系的建立。此外，冷链物流过程中，温度的精确控制、运输时间的精确计算、货物质量的精确监督，都铸就了冷链物流高昂的成本，亦增加了物流过程中信息采集和处理的难度。

二、食品冷链追溯实现的关键技术

2.1 条码技术与EAN · UCC编码技术

    冷链实现可追溯的前提条件是各环节数据与信息的易获得性，同时这些信息能够方便地被加工、处理、共享。条码技术通过光学识读，可以准确地将条码标签携带的信息加以识别、译码，最终转换成机器语言输入计算机进行数据处理，是目前最为成熟、成本较低的自动识别信息技术，包括一维和二维两类。一维条码的优点是识别迅速、准确率高、制作简单、成本较低，相关的标签制作软件、阅读设备、打印设备比较成熟。一维条码技术是冷链实现可追溯化最为经济实用的技术，为冷链追溯系统的开发和实现提供了可行性。根据不同食品的包装特点，在食品冷链各环节中，充分考虑极端的湿度和温度条件对条码标签的影响（脱胶、表面污损、模糊等），视情况选用简易标签、不干胶、防盗扣或PVC条码绑带等标签（材质适用于低温环境），标识个体或单元。POS最普遍地应用了条码标签，在进销存各环节发挥重要作用，特殊条码标签在售出后可回收，大大地降低了成本。仓储环节则可采用手持终端辅助作业，储运单元标签能够很好地解决物流标签问题。但是，一维码编码来源受限、信息容量有限，标签一般尺寸较大，易受低温、潮湿等复杂环境影响，一个阶段到下一个阶段追溯信息的追加成本较高，实时性也不是很强。

    新兴的二维条码技术用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形实现信息存储和识别。二维码具有编码来源广泛、信息容量大、加密与纠错能力强、印制无特殊要求等优点，能较好的弥补一维码的不足。二维码已经在证照、电子凭证、商品交易、广告推送、网站链接、数据下载、车辆管理等领域得到了一定的应用，其应用越来越普及。基于手机平台开发的二维码识别软件，一方面使得二维码的识读更为便利，另一方面让更多的消费者接收和使用基于二维码所提供的信息和服务。

    以条码技术为核心的 EAN · UCC系统编码体系给每一个产品赋予的全球惟一的EAN· UCC代码，可以对食品冷链全过程中的每一个节点进行有效的标识，包括产品属性（批次、有效期、保质期等）、食品冷链中各个环节及参与方（物流、终端销售、厂商等）。这样就建立了实施追溯的基础——以条码为基础的标签，为各个环节实施信息传递和交换提供依据。例如，在食品领域，在食品生产源为食品分配条码，在食品生产过程中，食品生产商与质量认证机构分别为采集食品详细信息、认证状况等；并将二维码制成标签，粘贴在食品包装上；稽查人员使用二维码专用设备，可以方便地进行抽样检查。消费者购买产品时，只需借助手机软件扫码或编辑码号发短信，即可随时随地查询食品源信息与质量认证等信息，并可及时举报虚假、错误信息，实现360°全程追溯。这样可有效地解决条码阅读器携带不便、标签信息量小、追溯时效性差等冷链追溯难题。

2.2 无线射频识别技术（RFID）

    RFID是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是基于电磁理论，利用无线射频信号在阅读器（信号接收机）和标签（信号发射机）之间进行数据传输，无源标签（被动式标签）进入磁场后，产生感应电流，获得能量，发送存储的信息；有源标签（主动式标签）能够主动发送特定频率的信号，阅读器接收信息、解码后，传输至计算机信息系统进行数据加工处理。与条码技术相比，射频技术具有标签使用寿命长、读取速度快、信息存储量大、自动化程度高等特点。在食品冷链中，将RFID技术与条码技术、网络技术、传感技术等集成，各种技术互补，对食品进行有效的标识，把分散的信息集成起来，实现信息采集和传输，能够有效地提高信息处理的效率，为全链条的追溯提供了可行性。以生鲜猪肉冷链为例，为了实现生肉供产销有据可查，追溯系统需要在猪肉冷链的各关键节点——养殖场（养殖户）、道口、屠宰场、批发市场、商超、菜市场等——设置控制点，使用射频标签记录追溯所需的数据或信息，然后通过网络和信息系统建设，消费者借助电子商务平台或终端设备，实现全程追溯查询。RFID是当前物联网发展的核心技术，规避了条码技术的一些局限性，但是其成本较高，某些技术不是很成熟，标准化方面也有待进一步提高。

2.3 数据库技术

    冷链可追溯实现的基础是信息数字化，良好的追溯信息系统离不开高质量的数据库，从食品的源头数据获取到终端零售的数据存储，数据库的应用是重要的根基和支撑。结合各类标签技术，在食品冷链追溯系统的开发和设计中，可以采用关系数据库。例如，以RFID为核心技术，粘贴于产品上的小标签（HF）数据或信息处理的基本流程是： PC端上的与厂家数据库相连的小标签初始化装置读取小标签的UID号，从厂家数据库获取产品信息及PID号并写入，绑定信息后再回存入厂家数据库。类似的步骤可以将信息更新于大标签（UHF，用于外包装），其他冷链环节的做法同出一辙，最终达到对产品相关信息的全面记录。这样，消费者就可以通过查询标签信息实现对冷链全过程的追溯了。

三、食品冷链追溯系统的构建

    为解决这些问题，保证社会的食品安全问题，建立低成本、可行性强的基于回溯追查功能的冷链信息系统已经迫在眉睫。为了方便各节点企业、监管部门、消费者进行追溯查询，食品冷链追溯系统需要对全过程中的食品冷链信息进行采集、传输、存储、加工和维护。因此，该系统的主要功能模块应包括：标签管理、安全检测、温度控制、数据库系统、电子商务查询系统、车辆定位等。为保证冷链全过程追溯的连续性，在整个冷链，各个环节均采用信息技术（如标签技术、射频技术），各节点按照系统设定的格式详细记录产品（食品）的原料采购、进出货、加工、包装等信息，严格管理各环节产品的批号、批次，包括产品从生产基地（或农户）发货直到消费者收货为止的整个流程的批号。随着信息技术的发展，追溯技术越来越具有实用性、经济性，能够满足整个追溯系统对于低成本、可行性强的要求。

    基于回溯追查的冷链信息系统（物流和信息流程为例）设计思路为：基于RFID和数据库技术，将食品属性、产地、批号、包装、运输车辆等信息写入射频标签，生成初始信息，然后在原料库、工厂、配送中心、运输车辆、港口码头、收费站、经销点等不同站点安装阅读器，自动扫描途经的RFID标签，识别、更新并绑定相关的信息，并存入监控中心数据库。启用关联的GIS软件，实时显示食品的来源、种类、数量、去向等信息，可以查看车辆行驶轨迹，跟踪定位冷藏车运行，并实时监控车厢内的温度变化，形成动态的温度变化曲线，方便监管人员管理，从而实现对整个食品冷链的全过程管理。当运输过程中出现突发事件时，可以通过车辆上预装的GPS/GSM远程控制模块，通知司机进行应急处理，改变射频标签中存储的信号量值，监控中心通过基站检测到该增量信号时发出警报，并突出显示在电子地图上。同时，追溯系统需要集成互联网、免费电话、短信、手机二维条码，建设一体化的电子商务综合查询平台或多媒体查询终端，这个平台能确保食品冷链中各节点企业与消费者之间的信息共享，使得消费者方便、清楚地掌握保鲜食品的生产加工、包装、保管、运输、质量检查等信息，有效地满足消费者对食品追溯信息的知情需求。

四、食品冷链追溯系统的应用实例

    肉类在食品中占据重要位置，在肉类供应链中应用冷链追溯系统对于确保肉类食品安全具有重要意义。以某猪肉食品厂为例，具体的应用流程为：在养殖源头，牲畜在出生时植入一个电子耳标，牲畜的所有人将牲畜信息通过互联网上传到数据库中。

    在屠宰环节，当牲畜运送到屠宰场时，每头牲畜都在离开卡车时接受扫描，其信息随即上传到屠宰场的追溯系统数据库中。之后，牲畜按照屠宰场要求被分别归入不同的待宰圈。屠宰场的到货信息可以上传到国家数据库中，表示该牲畜已经被屠宰场接收。在此阶段，可以收集的信息包括：操作员编号、销售员姓名、寄养场名称、待宰圈编号、畜种、品种、洁净程度与疑病体、卡车编号等。在屠宰箱环节，安装有一个射频耳标读取器和一个触摸终端设备。牲畜在这一环节将被分配一个生产线编号和一个畜体编号。这些编号将一直跟随整个生产过程并用于日后追溯。如果动物带有射频耳标，在这一环节将予以录入。或者，使用最新的技术——激光码，在检验检疫环节进行激光灼刻，包括检疫合格字样以及检疫具体时间，匹配后续的带有编码的消费小票，即可更安全便捷地实现追溯。

    在加工阶段，屠宰加工信息被及时写入标签，一段时间的冷冻排酸之后，进入冷冻评估阶段。冷冻评估员通过扫描射频读取器扫描胴体条形码并输入脂肪厚度、颜色、纹理、密实度等信息。装箱称重工作站的工作人员选择被包装产品，随后打印出一张装箱标签，标明箱内所装产品，这些信息同时传递到数据库并更新数据库。条形码标签上的内容包括，箱号，生产日期，生产日期同时又和生产线编号相连接。

    在物流环节，当需要出载时，定单便传递到运输部门。装箱产品随即接受射频扫描，信息随即录入数据库。当所有产品全部扫描完毕运输完成，系统会生产一套运输总结，它会显示所运输产品的概要信息和详细信息。

    最后的终端消费环节，肉品在卖场储藏、销售的详细信息被存入卖场数据库。通过多媒体查询终端（借助带有编码的小票或标签），消费者可以方便地查询到关于他购买到的肉品的整个供应链的信息，实现全程追溯。

    综上分析，在消费者购买之前，保鲜食品各环节的安全均至关重要，其质量监控涉及采购、生产加工、包装、储存、送货等一系列环节，实现整个冷链的追溯是食品安全的重要保障。由于涉及面广，监管成本很大，责任的连带又不易确定，造成了各个参与者相互博弈，食品监管往往效果不佳。如何协调各方利益，全员参与，注重整个链条监管与发展，确保食品信息的安全、可靠，是实现追溯、食品安全的难点。这就需要建立核心企业为主、多方合作的系统管理体制，让企业们充分意识到追溯系统对产品的监控、质量提高、风险控制的作用，使环环相扣的链条不致断裂，方可实现追溯。集成条码、RFID、传感等技术，以标签为载体，围绕食品冷链物流，形成物联网，开发和构建食品冷链追溯系统，进而建成覆盖整个冷链的食品安全查询和监管体系，为冷链监管部门、各节点企业、消费者提供系统、可靠、透明的食品安全保障。后续的系统建设、运行和维护发展的关键是RFID标签的成本、识读的便利性和物联网应用等问题。毕竟，大部分生鲜食品的本身价值并不大，由于使用各项先进的信息技术（含标签、阅读器等）所增加的成本相比之下显得过高。

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