基于物聯(lián)網(wǎng)技術的乳品安全與質(zhì)量追溯系統(tǒng)的研究與應用

荊澤亮+王俊勇

摘 要：根據(jù)國家相關法規(guī)，乳品企業(yè)必須建立相應的產(chǎn)品安全及質(zhì)量管理體系。但在實際應用中，還存在成本高、監(jiān)管不到位的問題。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)技術，以生產(chǎn)中的各項原料為核心標的物，利用溫度傳感器、稱重傳感器、位置傳感器自動采集數(shù)據(jù)，以網(wǎng)絡技術和計算機進行數(shù)據(jù)存儲和分析，開發(fā)一套規(guī)范乳品生產(chǎn)、加工、流通、銷售的安全監(jiān)測和追溯管理系統(tǒng)。實踐證明，將該系統(tǒng)應用到實際生產(chǎn)后，企業(yè)食品單位安全規(guī)制成本降低20%，保證了乳品安全和質(zhì)量穩(wěn)定。

關鍵詞：射頻識別（RFID）；產(chǎn)品電子代碼（EPC）；物聯(lián)網(wǎng)；乳品生產(chǎn)

中圖分類號：F27；TP319 文獻標志碼：A 文章編號：1673-291X（2017）11-0158-04

引言

一直以來，國家重視嬰幼兒乳制品的安全問題，制定了《中華人民共和國食品安全法》，國家食品藥品監(jiān)督管理總局以此為基礎，制定了《嬰幼兒配方乳粉生產(chǎn)企業(yè)食品安全追溯記錄規(guī)范》，要求各地食品藥品監(jiān)督管理部門要督促指導地區(qū)乳粉生產(chǎn)企業(yè)結(jié)合實際情況建立和完善乳粉生產(chǎn)企業(yè)食品安全追溯體系，實現(xiàn)嬰幼兒配方乳粉生產(chǎn)過程可記錄、可追溯、可管控、可召回、可查詢保障乳粉質(zhì)量安全。但是，由于地區(qū)、產(chǎn)品及人員素質(zhì)等問題，企業(yè)在實際執(zhí)行相應食品安全規(guī)制過程中，執(zhí)行規(guī)制的成本過高、持續(xù)性差、存在監(jiān)管盲點[1，2]。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的興起，使低成本、高效地實施乳品質(zhì)量安全監(jiān)督管理成為可能[3]。物聯(lián)網(wǎng)技術能夠保證在原料、生產(chǎn)過程控制及檢驗檢測手段、成品管理及消費運輸過程中能夠達到追溯標準[4]，有機組成溯源機制的整體，實現(xiàn)這一過程中的信息交換與通信[5]。一些食品生產(chǎn)中已經(jīng)實現(xiàn)了應用并取得較好效果。本研究通過規(guī)范和梳理嬰幼兒乳品生產(chǎn)中的信息流和相應的食品安全規(guī)制結(jié)合點，研究并實際建立一套適于乳品及嬰幼兒產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的乳品安全與質(zhì)量追溯體系。

一、試驗

（一）材料、設備及開發(fā)平臺

開發(fā)平臺：ORACLE 9i/10g，數(shù)據(jù)庫：SQL-Server（2015版本）數(shù)據(jù)庫上，J2EE中間件：WebSphere、WebLogic，服務器端支持操作系統(tǒng)：Windows 2000 /2003，客戶端：2000/XP/VISTA/Windows7/Windows8、IE 6/7/8瀏覽器。試驗分析及檢測設備依據(jù)國家強制檢測辦法確定。

（二）方法

1.系統(tǒng)開發(fā)流程圖

為實現(xiàn)乳產(chǎn)品從牧場到消費者的全鏈條基于物聯(lián)網(wǎng)技術的食品溯源及管理系統(tǒng)，本系統(tǒng)主要分為原料供應、牧場、乳品生產(chǎn)、銷售及消費者查詢5個模塊，生產(chǎn)原料和生產(chǎn)原料的標簽信息在整個體系內(nèi)交互流動、互相驗證。各模塊具體功能和實現(xiàn)技術如圖1所示。在原料供應部分，利用RFID技術對奶牛和運輸牛奶的器具進行標識；在牧場牛群飼養(yǎng)階段，利用NFC技術、衛(wèi)星定位技術進行奶牛健康的智能監(jiān)控；在乳品生產(chǎn)階段，利用NFC技術、互聯(lián)網(wǎng)技術進行原料信息、生產(chǎn)過程及成本等信息管理；在銷售環(huán)節(jié)，利用衛(wèi)星定位技術、NFC技術對產(chǎn)品名稱、生產(chǎn)批次，銷售數(shù)量；銷售門店進行管理；最后，在消費者終端，將上述信息無縫連接供消費者和國家相關部門監(jiān)控和查閱。

2.樣品及標簽信息采集及體系運行情況評估

為保證該體系正常運行，在體系建立及運行過程中，分別進行乳品樣品采集及信息采集。乳品樣品采集是針對體系中流動的乳品產(chǎn)品進行安全及質(zhì)量監(jiān)控，采集后通過根據(jù)國家規(guī)定的法規(guī)進行乳品質(zhì)量檢測，通過乳品質(zhì)量評估體系運行情況。信息采集是針對體系中流動的信息流進行檢測，分為2種采樣方式。一種為鑒偽信息采集，除消費終端，由各節(jié)管理員錄入虛假產(chǎn)品批號及相應的標簽信息，后續(xù)流程進行這些標簽信息的鑒偽識別，目的是保證信息流流動過程中無丟失及識別錯誤的問題。采集節(jié)點具體如圖2所示。

3.原料奶安全及質(zhì)量管理體系的建立

根據(jù)國家相應的管理制度，建立原料奶管理體系原料奶管理體系。體系基于RFID技術，選擇合適的RFID射頻標簽、讀寫器和具體位置，并比較留胃式、牛腿部式及耳標式電子的采集效率并以每百頭牛標簽信息丟失率作為評估指標。

4.原材料收購及運輸管理節(jié)點的開發(fā)

系統(tǒng)通過原料的唯一身份RFID電子標識來確認原料，并可以將此原料的初級樣本做電子標識后封存。在原料奶運輸環(huán)節(jié)，通過RFID技術、衛(wèi)星導航定位、視頻監(jiān)控等技術應用，確保原料奶在運輸過程中的安全。運送原材料的罐車、貨車各個開口放置攝像頭實施監(jiān)控，將視頻和電子標識同步記錄。

5.乳品生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)的開發(fā)

以乳粉濕法加工為例，其加工環(huán)節(jié)為：原料購入→原料奶驗收→原料奶儲存→凈乳、標準化→冷卻存儲→配料工序→預熱→均質(zhì)→殺菌濃縮→噴霧干燥→流化床→粉倉貯存→篩粉→包裝→入庫。經(jīng)過運用RFID技術對生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)進行詳細的記錄，如原料奶進廠日期、原料奶產(chǎn)地、各工藝環(huán)節(jié)參數(shù)的記錄、質(zhì)量檢查記錄、生產(chǎn)批次、產(chǎn)品合格記錄、產(chǎn)品包裝記錄、倉儲記錄等。

6.銷售及消費者信息查詢環(huán)節(jié)的開發(fā)

此環(huán)節(jié)是食品銷售終端。為銷售方、消費者建立方便快捷的食品查詢平臺，目的是使銷售方賣著安心、消費者買著放心。在進入到銷售渠道后，通過RFID和NFC技術識別設備來對食品電子標識芯片的記錄數(shù)據(jù)進行查閱，幫助銷售方確認食品是否符合銷售條件。

二、結(jié)果與討論

（一）平臺實現(xiàn)與應用

乳品質(zhì)量追溯是全鏈條基于物聯(lián)網(wǎng)技術的食品溯源及管理系統(tǒng)，系統(tǒng)技術涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)技術、RFID技術、NFC技術、無線傳感器技術、衛(wèi)星定位技術、互聯(lián)網(wǎng)技術，系統(tǒng)之間可以做到無縫連接、信息共享。實現(xiàn)農(nóng)牧產(chǎn)品種植、養(yǎng)殖環(huán)境、健康狀況、收購及運輸監(jiān)控，從源頭對乳品質(zhì)量安全溯源與預警。對工廠生產(chǎn)質(zhì)量跟蹤、成品運輸跟蹤，監(jiān)控成品品質(zhì)。圖3為產(chǎn)品實現(xiàn)的操作界面。用于在乳品生產(chǎn)各個階段錄入信息及自動采集信息。

（二）基于RFID技術的原料奶管理

在奶牛飼養(yǎng)管理過程中，RFID技術的應用可以準確實現(xiàn)飼養(yǎng)管理和原料奶品質(zhì)監(jiān)控，對奶牛的個體特征、產(chǎn)奶量等相關的屬性信息進行讀取、記錄基本數(shù)據(jù)。在擠奶環(huán)節(jié)上既可讀取奶牛的全部相關資料，自動記錄奶牛飼養(yǎng)各個環(huán)節(jié)的工作數(shù)據(jù)，如奶牛卡片、系譜、日產(chǎn)奶量、產(chǎn)犢、生長發(fā)育等，也可以通過系統(tǒng)統(tǒng)計奶牛的產(chǎn)奶量、繁育、疾病、飼料消耗等信息，并且在統(tǒng)計的基礎上進行分析和總結(jié)或制成圖表、泌乳曲線等，方便隨時監(jiān)控觀察分析，發(fā)現(xiàn)問題并及時解決。

信息讀取過程如下。奶牛進入擠奶槽位后，奶牛腿部配戴的RFID電子標簽進入RFID讀寫器的射頻感應范圍，此時RFID讀寫器讀出該奶牛的全部個體信息，對該奶牛進行身份識別，結(jié)合智能管理系統(tǒng)主動數(shù)據(jù)庫提示，飼養(yǎng)管理人員能夠立刻對奶牛的產(chǎn)量、牛奶品質(zhì)、奶牛健康給予正確評價，并制定合理的飼養(yǎng)管理方案。做到產(chǎn)奶量高的奶牛得到更多的精飼料的供給，處于泌乳期旺盛的奶牛得到采食及營養(yǎng)的均衡，從最終意義上提高個體奶牛的產(chǎn)奶量。其中，對原料奶的安全控制如檢測奶牛的體細胞含量，判斷奶牛健康狀況及是否有疾病，并以此作為治療的依據(jù)。治療過程及抗生素的使用情況記錄在案，從而保證合格的原料奶安全地進入下一環(huán)節(jié)。

（三）原材料收購及運輸管理環(huán)節(jié)的應用

系統(tǒng)通過原料的唯一身份RFID電子標識來確認原料，并可以將此原料的初級樣本做電子標識后封存。在原料奶運輸環(huán)節(jié)中，通過RFID技術、衛(wèi)星導航定位、視頻監(jiān)控等技術應用，確保原料奶在運輸過程中的安全。運送原材料的罐車、貨車各個開口放置攝像頭實施監(jiān)控，將視頻和電子標識同步記錄。如圖4所示。

例如，查看運輸過程中的環(huán)境溫度是否達到食品運輸存儲條件，是否有食品受到高溫而變質(zhì)的情況發(fā)生。符合銷售條件的食品才可以順利上架銷售。食品上架后，消費者在購買時，可以使用RFID、NFC識別設備來對欲購買的食品進行溯源查詢。例如，在大中型超市中，利用現(xiàn)有電子查詢器，加裝RFID、NFC識別設備和相應查詢軟件后，可以為消費者顯示食品RFID電子標識芯片內(nèi)所有信息；或是消費者通過具有RFID、NFC識別功能的手機來查閱食品RFID電子標識芯片所有信息。

（四）乳品生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)的應用

以乳粉濕法加工為例，其加工環(huán)節(jié)為：原料購入→原料奶驗收→原料奶儲存→凈乳、標準化→冷卻存儲→配料工序→預熱→均質(zhì)→殺菌濃縮→噴霧干燥→流化床→粉倉貯存→篩粉→包裝→入庫。經(jīng)過運用RFID技術對生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)進行詳細的記錄，如原料奶進廠日期、原料奶產(chǎn)地、各工藝環(huán)節(jié)參數(shù)的記錄、質(zhì)量檢查記錄、生產(chǎn)批次、產(chǎn)品合格記錄、產(chǎn)品包裝記錄、倉儲記錄等，如圖5、圖6所示。從而便于乳品生產(chǎn)企業(yè)對乳品生產(chǎn)過程及產(chǎn)品質(zhì)量得以控制，從原料進場到生產(chǎn)過程到銷售過程，全程實施追蹤與追溯，如圖7所示，以便食品藥品監(jiān)督管理部門對生產(chǎn)企業(yè)進行監(jiān)督。

（五）銷售方和消費者信息查詢環(huán)節(jié)的應用

此環(huán)節(jié)是食品銷售終端，為銷售方、消費者建立方便快捷的食品查詢平臺。使銷售方賣著安心、消費者買著放心。在進入到銷售渠道后，可以通過RFID識別設備來對食品的RFID電子標識芯片的記錄數(shù)據(jù)進行查閱，幫助銷售方確認食品是否符合銷售條件。例如，查看運輸過程中的環(huán)境溫度是否達到食品運輸存儲條件、是否有食品受到高溫而變質(zhì)的情況發(fā)生。符合銷售條件的食品才可以順利上架銷售。食品上架后，消費者在購買時，可以使用RFID、NFC識別設備來對欲購買的食品進行溯源查詢。例如，在大中型超市中，利用現(xiàn)有電子查詢器，加裝RFID、NFC識別設備和相應查詢軟件后，可以為消費者顯示食品RFID電子標識芯片內(nèi)所有信息?；蚴窍M者通過具有RFID、NFC識別功能的手機來查閱食品RFID電子標識芯片所有信息。

結(jié)語

乳品質(zhì)量追溯系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)、RFID技術建立了多層次的鏈接生產(chǎn)、檢驗和監(jiān)管的產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系，使企業(yè)合理利用和共享信息資源，提高產(chǎn)業(yè)節(jié)約化程度，減少乳品生產(chǎn)企業(yè)在質(zhì)量追溯和產(chǎn)品召回方面投入的人力和物力；提高監(jiān)管部門的工作效率和追溯手段，有利于打擊假冒偽劣產(chǎn)品；能夠提高消費者質(zhì)量安全防范手段，提升消費者對國產(chǎn)乳制品的信心，從而促進民族乳業(yè)復興與發(fā)展。

參考文獻：

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[責任編輯 王燕文]