無線射頻識別技術(shù)在乳品質(zhì)量控制中的應(yīng)用

王玲玲，董文賓，穆小婷，修秀紅

(1.陜西科技大學 生命科學與工程學院，西安 710021；2.山東福田藥業(yè)有限公司，山東 禹城 251200)

0 引 言

乳品行業(yè)是近年來迅速發(fā)展的一個行業(yè)，然而層出不窮的質(zhì)量安全事件使得吃上放心乳制品對于消費者變得奢侈。這也反映出我國乳制品安全控制體系尚不完善，不能完全保障乳制品的質(zhì)量安全性[1]?；赗FID技術(shù)，對奶牛養(yǎng)殖、原輔料溯源、人員設(shè)備記錄、操作環(huán)境及生產(chǎn)線控制、生產(chǎn)過程監(jiān)測等全過程進行識別，從而獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息以實現(xiàn)安全追溯，這將有力地保障乳制品質(zhì)量[2]。本文將簡要介紹RFID技術(shù)及其在乳品質(zhì)量控制中的應(yīng)用研究。

1 無線射頻識別技術(shù)

1.1 RFID的概念

無線射頻識別技術(shù) （Radio Frequency Identification，RFID）是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術(shù)，它是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。按其工作頻率分為：低頻（125～135 kHz）RFID系統(tǒng)、高頻（6～13.56 MHz）RFID系統(tǒng)和超高頻（860～960 MHz）RFID系統(tǒng)。

1.2 RFID的工作原理

1.2.1 RFID的基本組成部分

標簽（Tag）：由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象。閱讀器（Reader）：讀?。ㄓ袝r還可以寫入）標簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式RFID讀寫器（如：C5000W）或固定式讀寫器。天線（Antenna）：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。

1.2.2 RFID的工作原理

RFID技術(shù)的基本工作原理如下：標簽進入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無源標簽或被動標簽），或者由標簽主動發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標簽或主動標簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

1.2.3 電子標簽的形式

RFID電子標簽的形式主要有四種：項圈式、耳標式、藥丸式和注射式。頸圈式電子標簽可以很容易地從一頭奶牛身上換至另外一頭奶牛身上，主要應(yīng)用于飼料的自動配給以及牛奶產(chǎn)量的測定。耳標式電子標簽主要用在含有油漬、雨水等比較惡劣的環(huán)境，閱讀器和電子標簽距離數(shù)米也可以讀出數(shù)據(jù)。藥丸式電子標簽?zāi)軌虮荒膛Ｍ萄剩⑶议L時間被保留在胃腸道里面[3]。注射式電子標簽相對其他三種形式的電子標簽，可以有效的降低奶牛丟失的風險，但是使用要求比較高，主要包括注射可行性、生物兼容性以及技術(shù)可實施性等[4]。

1.3 RFID在乳品質(zhì)量控制中的應(yīng)用

1.3.1 RFID在國外的應(yīng)用

國外對于RFID技術(shù)在各個方面的應(yīng)用都已經(jīng)相對比較成熟，美國研究出了使用RFID技術(shù)檢測瘋牛病的方法，政府還規(guī)定使用電子標簽對牲畜進行跟蹤。日本對果蔬等農(nóng)產(chǎn)品進行了基于RFID技術(shù)的追蹤試驗，也取得了不錯的效果。澳大利亞則頒布了相關(guān)計劃來保證食品質(zhì)量安全。ABDUL S[5]等開發(fā)了一個綜合性的RFID技術(shù)系統(tǒng)來扶持小型奶農(nóng)，以確保數(shù)據(jù)的記錄可信度，并避免出現(xiàn)不法行為。他們證明即使是在農(nóng)村的小型設(shè)備，這種基于射頻識別技術(shù)的系統(tǒng)也可能帶來相當大的效益。ELLISON[6]等研究了在牛奶制品中使用無線電頻率識別(RFID)技術(shù)，并在他們的研究地區(qū)利用英國勞易測電子集團的RFID技術(shù)優(yōu)化牛奶生產(chǎn)商的生產(chǎn)流程，得出使用RFID系統(tǒng)可以幫助提高數(shù)據(jù)傳輸和牛奶產(chǎn)量的結(jié)論。

RFID在動物身份識別和溯源方面的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，也被應(yīng)用到食品供應(yīng)鏈中進行溯源控制。RFID標簽中的傳感器，使新鮮食品低溫運輸系統(tǒng)的監(jiān)控以及環(huán)境監(jiān)測、灌溉、特種作物和農(nóng)業(yè)機械等新應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)變成可能。ATHANASIOS S[7]等研究了一個基于RFID芯片移動設(shè)備的牲畜管理平臺，引入可再寫的標簽來存儲識別及防動物丟失的信息，不需要進入數(shù)據(jù)庫就可以識別一些基本信息（如有別于其他動物的行為）。從動物出生直到被屠殺，系統(tǒng)一直跟蹤它們，監(jiān)控每一個我們可能感興趣的參數(shù)。PATRIZIA P[8]等將電子跟蹤系統(tǒng)與無損質(zhì)量分析系統(tǒng)相整合，來改進一種典型的意大利干酪的質(zhì)量控制過程，結(jié)果證明RFID系統(tǒng)是一種有效、可靠并且與生產(chǎn)過程兼容的工具。

由于乳品供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變得越來越復(fù)雜，這些供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的污染事件已變得非常普遍。更為復(fù)雜的是，污染源的確定經(jīng)常會被延遲。SELWYN P[9]等人利用無線射頻識別技術(shù)來明確上下游更精細的水平，從而提高污染源識別的準確性，對于被污染乳制品的召回有著非常重要的意義。

1.3.2 RFID在國內(nèi)的應(yīng)用

我國將RFID技術(shù)運用到動物追蹤過程的研究起步相對發(fā)達國家落后，但是發(fā)展態(tài)勢很好，發(fā)展前景相當廣闊。目前主要用于奶牛的精細飼養(yǎng)，通過非接觸式讀取在奶牛身上放置帶有信息的電子標簽，并與計算機系統(tǒng)聯(lián)合使用。飼喂人員可以通過計算機讀取奶牛的全部檔案，如品種、年齡、產(chǎn)奶量、病史等，了解奶牛的生長發(fā)育全過程，調(diào)節(jié)適宜的飼喂方案。農(nóng)業(yè)部發(fā)布《動物電子耳標試點方案》的通知，在天津武清縣、新疆建設(shè)兵團等四個地方采用RFID技術(shù)開展動物電子耳標試點，總規(guī)模約4萬頭[10]。

黑龍江省是畜牧業(yè)大省，也是我國重要的奶源基地，奶牛存欄數(shù)量與產(chǎn)奶量都名列前茅，是全國奶業(yè)發(fā)展的重要省份之一[11]。2008年11月，黑龍江省農(nóng)科院建成了擁有現(xiàn)代化牛場管理系統(tǒng)及配套硬件設(shè)施的養(yǎng)殖示范基地[12]。耿麗微等利用瘤胃式電子標簽對奶牛標記，采用RFID技術(shù)、PC機與單片機的通信技術(shù)進行識別，從而可以及時對奶牛監(jiān)控管理。結(jié)果表明RFID系統(tǒng)的讀卡器識讀率達到100%，識讀距離達到8米以上[13]。

新疆是我國奶牛養(yǎng)殖大省，但是奶牛的飼喂管理水平低，基于RFID技術(shù)的飼喂管理模式將是新疆奶牛集約化養(yǎng)殖的必然趨勢。2011年1月18日，新疆維吾爾自治區(qū)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督所發(fā)布了《動物電子標識(射頻識別RFID)通用技術(shù)規(guī)范》新疆地方標準(DB65/T32O9-2011)，于2011年2月18日開始實施[14]。 蔡文青等建立了一種可以通過控制奶牛的日常飼喂來減低奶牛疾病發(fā)生率的模型，并且可以對奶牛個體的追蹤的實際情況，控制粗、精、青飼料的比例，從而提高養(yǎng)牛場的經(jīng)濟效益[15]。

2 RFID存在的問題

RFID在奶牛場應(yīng)用中暴露了許多問題，我國乳品行業(yè)中RFID的大規(guī)模應(yīng)用發(fā)展也受到很多因素的限制，主要包括成本過高、標準不統(tǒng)一以及技術(shù)開發(fā)落后等幾個方面。

2.1 成本過高

成本過高是制約RFID發(fā)展與推廣的最主要因素之一，RFID的成本不僅包括標簽、閱讀器和天線等中間件，還包括軟件的管理與升級費用等。RFID標簽相對小養(yǎng)牛場和散戶而言，價格還不能被普遍接受，導(dǎo)致其應(yīng)用范圍尚不廣泛。

2.2 標準不統(tǒng)一

標準不統(tǒng)一也是制約RFID發(fā)展的重要因素，雖然不同國家和企業(yè)都有各自的標準，但是缺乏權(quán)威的全球共同遵守的統(tǒng)一標準。 RFID的行業(yè)標準不僅包括RFID技術(shù)本身的標準，如芯片、頻率、天線等方面，也應(yīng)該包括RFID在身份識別、物流供應(yīng)鏈等各環(huán)節(jié)的具體應(yīng)用標準。標準化是推動技術(shù)廣泛應(yīng)用的必然選擇[16]。

2.3 技術(shù)開發(fā)落后

我國眾多RFID企業(yè)中，從事核心技術(shù)開發(fā)并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的企業(yè)少于10%[17]。國內(nèi)市場上絕大部分RFID芯片主要是由飛利浦、德州儀器、日立等國外廠商提供的，目前中國只有復(fù)旦微電子、清華同方、中芯等少數(shù)的幾家企業(yè)能夠生產(chǎn)超高頻RFID產(chǎn)品[18]。

總之，RFID面臨各種挑戰(zhàn)和局限：在乳品質(zhì)量監(jiān)控過程中，環(huán)境充滿污垢、溫度極端惡劣、數(shù)據(jù)量龐大、識讀距離遠、隨頻率而表現(xiàn)差異等挑戰(zhàn)，同時要面臨不同地域、不同標準的多樣性和級別性[19]。國外利用RFID系統(tǒng)，對在棲息地周圍移動的動物進行了跟蹤，研究表明在嘈雜的環(huán)境中跟蹤動物時，該系統(tǒng)目前不能保證足夠的準確和精度。

3 展 望

無線射頻識別技術(shù)是一種具有良好發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，其應(yīng)用范圍有望在未來繼續(xù)增廣。在我國，RFID在乳品質(zhì)量控制中的應(yīng)用主要集中在奶牛精細養(yǎng)殖及奶牛身份識別中，將來還有望引入到整個乳品的生產(chǎn)和銷售過程中的追溯。深入研究乳制品整個生命周期的跟蹤追溯體系，對于提高我國乳品的質(zhì)量和安全水平，提高消費者對乳品的消費信心都具有深遠的社會意義。RFID技術(shù)的應(yīng)用有利于規(guī)范和凈化我國的乳品市場，為廣大消費者提供綠色、健康、安全的原料奶；同時可以使農(nóng)業(yè)信息技術(shù)與乳品市場經(jīng)濟有效的結(jié)合，為我國創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。

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