區(qū)塊鏈技術(shù)賦能果品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全管理研究*

李海洲，周小剛，唐衍軍

（華東交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西南昌 330013）

致病微生物引起的食源性疾病是食品質(zhì)量安全應(yīng)關(guān)注的頭號問題[1]。大連市衛(wèi)健委于2021 年1月初步判定，大連自2020 年12 月以來發(fā)生的疫情來源于污染了新冠病毒的進(jìn)口冷鏈產(chǎn)品。在后疫情時期仍應(yīng)繼續(xù)強化食品安全風(fēng)險管理，通過建立食品安全供應(yīng)鏈信息共享平臺，完善食品安全風(fēng)險監(jiān)測體系[2]。早在2019 年5 月，中共中央、國務(wù)院就已給出《關(guān)于深化改革加強食品安全工作的意見》，要求深刻認(rèn)識食品安全面臨的形勢，不斷推進(jìn)大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)在食品安全監(jiān)管領(lǐng)域的應(yīng)用。果品供應(yīng)鏈的每個環(huán)節(jié)都面臨著技術(shù)保證及管理優(yōu)化的問題[3]，應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)對果品供應(yīng)鏈全過程進(jìn)行質(zhì)量安全信息實時監(jiān)測及風(fēng)險預(yù)警顯得尤為迫切。當(dāng)前，我國大部分食品質(zhì)量安全管理系統(tǒng)無法滿足供應(yīng)鏈上不同主體需求[4]，以區(qū)塊鏈為底層技術(shù)建立的供應(yīng)鏈信息共享平臺具有更高的安全性[5]。本文擬通過剖析果品供應(yīng)鏈中的薄弱環(huán)節(jié)及主要質(zhì)量安全隱患，對區(qū)塊鏈技術(shù)帶來的果品質(zhì)量安全風(fēng)險監(jiān)測效果提升作用進(jìn)行理論探討，并以果品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全信息監(jiān)測平臺構(gòu)建為基礎(chǔ)，對區(qū)塊鏈技術(shù)賦能果品質(zhì)量安全風(fēng)險管理的路徑做出闡釋，在食品質(zhì)量安全管理領(lǐng)域的新技術(shù)應(yīng)用方面做出探索。

1 果品供應(yīng)鏈中的主要質(zhì)量安全隱患

在圖1 所示的果品供應(yīng)鏈諸多環(huán)節(jié)中，種植、分揀加工及物流倉儲環(huán)節(jié)存在較多的質(zhì)量完全隱患。

圖1 果品供應(yīng)鏈流程圖

1.1 種植環(huán)節(jié)的農(nóng)藥殘留問題

水果、蔬菜在其生長過程中容易受到外源性污染。一是人類活動、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中汞、鉛、鎘等重金屬污染；二是種植過程中大量使用農(nóng)藥、化肥、殺蟲劑等造成的化學(xué)污染。果品種植園區(qū)的水源受到農(nóng)藥污染，引起水源質(zhì)量惡化，也會導(dǎo)致食品質(zhì)量安全隱患。大量不規(guī)范使用農(nóng)藥使農(nóng)作物及其生長水源被污染，由農(nóng)藥殘留引發(fā)的食品質(zhì)量安全問題，正日益引起各國政府的高度重視[6]。部分污染物暴露于外部環(huán)境能夠被降解，但微量的有害物質(zhì)及農(nóng)藥殘留在消費端仍可帶來嚴(yán)重的質(zhì)量安全隱患。一些涉農(nóng)企業(yè)為增加自身利潤，采取降低生產(chǎn)成本的經(jīng)營對策，逃避檢測的案例時有發(fā)生。鑒于果品種類繁多，收購企業(yè)或分銷商無法對其生長及環(huán)境情況進(jìn)行實時監(jiān)測，致使部分農(nóng)殘超標(biāo)的產(chǎn)品流通到供應(yīng)鏈的下一環(huán)節(jié)，進(jìn)而流入終端消費市場。

1.2 分揀加工環(huán)節(jié)產(chǎn)生二次污染

分揀加工過程的清潔和消毒工序，旨在清除微生物等污染，對保障果品產(chǎn)品質(zhì)量安全至關(guān)重要。但該環(huán)節(jié)存在大量手工式小作坊，設(shè)備落后、衛(wèi)生條件較差，工作本身甚至?xí)斐墒称焚|(zhì)量安全隱患。分揀加工設(shè)備選擇不當(dāng)、包裝物強度不夠，都會導(dǎo)致產(chǎn)品毀損、外物混入等情形發(fā)生，不僅能降低產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致果品被二次污染。包裝設(shè)備、容器器具、包裝物上的細(xì)菌病毒，也是果品被二次污染的一個重要源頭。因此，采用合理的保鮮包裝技術(shù)是降低果品損耗率、延長保鮮期的重要手段之一[7]。但當(dāng)前市場上果品包裝方式普遍較為粗糙，包裝材料也主要局限于紙箱或泡沫箱等，增加了破損、外物混入、微生物侵襲等情形發(fā)生的概率，在消費環(huán)節(jié)存在質(zhì)量安全事故發(fā)生的風(fēng)險。

1.3 運輸倉儲環(huán)節(jié)果品易腐爛變質(zhì)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和消費者健康意識的提升，生鮮果品物流越來越多地采用冷鏈方式[8]。但生鮮食品在冷鏈物流配送環(huán)節(jié)最容易發(fā)生質(zhì)量安全問題[9]。生鮮果品對運輸過程中的溫濕度環(huán)境、擠壓碰撞等比較敏感，需要較厚實的包裝及恒定的溫濕度條件。生鮮食品冷鏈物流運輸過程中應(yīng)嚴(yán)格控制冷鏈中斷的時間[10]。但國內(nèi)大部分冷鏈運輸企業(yè)與冷庫之間相對獨立，未形成一體化產(chǎn)業(yè)。二者之間銜接不暢，會增加冷鏈中斷的時間，生鮮果品長時間暴露在常溫下，腐爛變質(zhì)的風(fēng)險大大增加。部分冷鏈司機甚至運輸途中關(guān)閉制冷機、快到目的地時再打開制冷機，不能真正做到全程冷鏈。此外，冷鏈物流裝卸貨過程中若沒有封閉月臺作為保溫緩沖區(qū)，強烈的溫差會造成微生物大量滋生，加快生鮮果品腐爛變質(zhì)的速度。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)提高果品質(zhì)量安全風(fēng)險監(jiān)測效果

區(qū)塊鏈技術(shù)是構(gòu)成去中心化網(wǎng)絡(luò)的底層技術(shù)，由公私鑰、共識機制及數(shù)字簽名等一系列核心技術(shù)構(gòu)成[11]。發(fā)揮區(qū)塊鏈去中心化網(wǎng)絡(luò)及技術(shù)體系優(yōu)勢，能夠為果品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全管理進(jìn)行技術(shù)賦能。

2.1 實現(xiàn)質(zhì)量安全監(jiān)測實時化

區(qū)塊鏈采用的對等網(wǎng)絡(luò)、密碼學(xué)算法及共識算法等技術(shù)，決定了其本身具有去中心化、信息透明、可追溯等特性[12]。去中心化意味著網(wǎng)絡(luò)中不需要中心化的服務(wù)器，每個分布式節(jié)點的權(quán)責(zé)對等，都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的分布式存儲和核算。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的各個在線節(jié)點遵守同樣的數(shù)據(jù)儲存、驗證與加密規(guī)則，對鏈上的交易和數(shù)據(jù)共同進(jìn)行實時維護(hù)，各節(jié)點對數(shù)據(jù)進(jìn)行獨立備份以保障數(shù)據(jù)安全完整。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)去中心化的體系架構(gòu)保證了交易方之間的點對點交互，能夠使大規(guī)模數(shù)字交易得以高效率地實現(xiàn)。區(qū)塊鏈技術(shù)使交易各方在無第三方擔(dān)保的情況下實現(xiàn)互信[13]，供應(yīng)鏈相關(guān)各方對源污染進(jìn)行實時聯(lián)合監(jiān)測，及時上傳農(nóng)藥殘留檢測數(shù)據(jù)及市場反饋信息，織牢質(zhì)量安全追溯網(wǎng)，確保對果品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全風(fēng)險的源頭把控。

2.2 提高質(zhì)量安全檢測的效率

區(qū)塊鏈記錄數(shù)據(jù)信息的方式是將存有交易或事項的區(qū)塊按照時間順序持續(xù)添加到鏈尾，每個節(jié)點都會存儲整個鏈條的所有數(shù)據(jù)和信息。數(shù)據(jù)經(jīng)過多數(shù)節(jié)點的確認(rèn)才能修改，共識機制的存在使得修改大量區(qū)塊的成本極高。區(qū)塊鏈共識機制與智能合約結(jié)合，在探測到果品質(zhì)量異常信息時，自動進(jìn)行預(yù)警，利于質(zhì)量檢測及數(shù)據(jù)回溯。果品質(zhì)量安全檢測過程中，需要按照管理規(guī)范運行質(zhì)量檢測程序，提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的任何一方都可以通過共識機制，對果品流通過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題進(jìn)行記錄與追溯。共識機制確保對果品從供貨商經(jīng)由物流公司最終送達(dá)客戶全過程進(jìn)行質(zhì)量追蹤，使質(zhì)量安全檢測更加透明，并確保質(zhì)量安全信息傳輸?shù)陌踩透咝А?/p>

2.3 保證質(zhì)量安全信息真實性

區(qū)塊鏈公私鑰技術(shù)將密鑰存儲的職責(zé)交由各節(jié)點共同承擔(dān)，相較于傳統(tǒng)中心化公鑰系統(tǒng)能夠提供更好的抗干擾能力[14]。為保障數(shù)據(jù)的安全性與客戶的隱私，區(qū)塊鏈上數(shù)據(jù)信息的加密過程需要將密鑰封裝機制和數(shù)據(jù)封裝機制相互結(jié)合。將區(qū)塊鏈公私鑰技術(shù)用于果品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全管理，加工商和分銷商分別擁有各自的專有私鑰，雙方都不能偽造對方的私鑰。公鑰有效記錄從果品種植到分揀、加工、包裝、流通、貯存等一系列環(huán)節(jié)的相關(guān)數(shù)據(jù)。果品加工過程中的各種操作程序及其環(huán)境信息都會以文字、視頻等形式，通過私鑰記錄至區(qū)塊鏈上。公私鑰技術(shù)下的即時簽名和實時驗證機制，還可確保冷鏈物流需求與冷庫倉位之間的匹配。經(jīng)公私鑰技術(shù)記錄的數(shù)據(jù)不可篡改，極大地保證了信息的真實有效，確保果品冷鏈各環(huán)節(jié)操作都符合食品加工及冷鏈物流規(guī)范，以信息真實性保障生鮮果品質(zhì)量安全。

3 區(qū)塊鏈技術(shù)賦能果品質(zhì)量安全風(fēng)險管理的路徑

降低冷鏈物流成本、優(yōu)化生鮮食品供應(yīng)鏈體系，需要加快供應(yīng)鏈平臺化進(jìn)程[15]。區(qū)塊鏈與射頻識別技術(shù)相結(jié)合構(gòu)建食品溯源平臺，能夠通過供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)的互聯(lián)互通，實現(xiàn)食品安全事件快速定位責(zé)任方[16]。基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建果品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全監(jiān)測平臺（圖2），能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)量安全信息實時采集、質(zhì)量安全狀況即時監(jiān)測、質(zhì)量安全風(fēng)險及時預(yù)警，從而有效提升果品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全風(fēng)險管理效果。

圖2 果品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全監(jiān)測平臺的邏輯框架

3.1 質(zhì)量安全信息實時采集

區(qū)塊鏈質(zhì)量安全監(jiān)測平臺信息采集中心是一個帶有數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)分析功能的決策系統(tǒng)，預(yù)設(shè)果品加工、物流倉儲、分銷零售等環(huán)節(jié)需采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將實時收集的數(shù)據(jù)由非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。使用溫濕度監(jiān)測儀對生產(chǎn)加工環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，并通過傳感器將溫濕度數(shù)據(jù)上傳至區(qū)塊鏈信息中心。果品加工完成后，將產(chǎn)地信息、品種規(guī)格、貨號批號、加工人員消毒信息及個人信息等匯總打包，并通過掃描儀掃描到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，通過哈希算法生成相應(yīng)的二進(jìn)制密碼。運輸存儲環(huán)節(jié)主要通過各類移動數(shù)據(jù)采集終端對冷庫供應(yīng)、運輸車輛、產(chǎn)品種類、車內(nèi)溫度等信息進(jìn)行采集。數(shù)據(jù)采集過程與區(qū)塊鏈信息中心即時通信，并通過區(qū)塊鏈智能合約對信息進(jìn)行校驗，提高信息采集效率，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.2 質(zhì)量安全狀況即時監(jiān)測

區(qū)塊鏈質(zhì)量安全監(jiān)測平臺的信息監(jiān)測模塊，采用密鑰交換協(xié)議和非對稱加密相結(jié)合的方式，實現(xiàn)對果品加工環(huán)境及加工程序的全程無死角監(jiān)測。信息監(jiān)測模塊還依據(jù)規(guī)定的檢測方法和程序，對果品農(nóng)藥殘留、重金屬污染及霉變等情況自動檢測，確保不符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品及時下架銷毀。該模塊采用信息全程追溯技術(shù)，通過產(chǎn)品生成的哈希值對生鮮果品原料采購、加工、物流倉儲等信息進(jìn)行追蹤監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果予以實時反饋。每一單果品都會被分配一個包含公私鑰密碼的標(biāo)識符，通過哈希樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)進(jìn)行再次加密，果品供應(yīng)鏈中的每一個節(jié)點都參與質(zhì)量安全信息監(jiān)測與共識機制的執(zhí)行。參與者可以使用公鑰訪問公共賬戶，但不能更改賬戶中的數(shù)據(jù)記錄，確保數(shù)據(jù)安全、信息公開，利于果品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全狀況即時監(jiān)測及質(zhì)量安全問題高效處理。

3.3 質(zhì)量安全風(fēng)險及時預(yù)警

區(qū)塊鏈共識機制使果品供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)之間達(dá)成高效共識，縮短數(shù)據(jù)相互認(rèn)證的時間，對果品加工及流通中的質(zhì)量安全風(fēng)險進(jìn)行及時預(yù)警。質(zhì)量安全監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)層與操作對象之間通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能化技術(shù)進(jìn)行實時通信，完成交易、數(shù)據(jù)及指令的記錄與更新。用戶登錄后可進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與維護(hù)等操作，通過調(diào)用接口將處理結(jié)果更新到數(shù)據(jù)庫，確保系統(tǒng)運行的快速高效。一旦發(fā)現(xiàn)果品存儲溫度、濕度等參數(shù)超標(biāo)，系統(tǒng)會自動對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析聚合，并對異常情況進(jìn)行預(yù)警。通過智能合約中的執(zhí)行規(guī)則，對各類質(zhì)量安全隱患及異常狀況自動采取應(yīng)急防范措施。區(qū)塊鏈分布式賬本存儲技術(shù)確保數(shù)據(jù)及時傳輸、信息安全透明，能夠快速識別果品供應(yīng)鏈中的質(zhì)量安全風(fēng)險隱患，并將信息及時反饋到所有的去中心化節(jié)點，提高質(zhì)量安全信息反饋及風(fēng)險預(yù)警的效率。

3.4 質(zhì)量安全風(fēng)險有效控制

質(zhì)量安全監(jiān)測平臺以Web 瀏覽器的方式為用戶提供數(shù)據(jù)管理窗口，并根據(jù)不同用戶的職能分配權(quán)限，對區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫的操作權(quán)限按照層次嚴(yán)格劃分。授權(quán)操作人員可通過網(wǎng)絡(luò)接口登錄到系統(tǒng)平臺，依據(jù)權(quán)限等級，對質(zhì)量安全信息進(jìn)行實時監(jiān)控、檢索查詢、可視化操作及溯源防偽查詢等。監(jiān)管人員通過查看加工、運輸倉儲以及銷售等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對果品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全的全覆蓋式實時監(jiān)測。在發(fā)生質(zhì)量安全事故的情況下，監(jiān)管人員也可以基于區(qū)塊鏈溯源機制，對質(zhì)量安全問題進(jìn)行分析與溯源，將同一批次的產(chǎn)品及時銷毀。區(qū)塊鏈去中心化的網(wǎng)絡(luò)體系，保證各個終端節(jié)點的授權(quán)人員都能夠?qū)饭?yīng)鏈質(zhì)量安全狀況進(jìn)行快速查詢及實時反饋，實現(xiàn)對質(zhì)量安全風(fēng)險的群防群控，織密果品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全風(fēng)險管理的網(wǎng)絡(luò)體系。

4 小結(jié)與討論

食品安全問題一直以來都得到全社會的廣泛關(guān)注。果品生產(chǎn)、貯運過程中存在著農(nóng)藥殘留超標(biāo)、交叉污染、微生物侵害等質(zhì)量安全隱患，整個供應(yīng)鏈的每個環(huán)節(jié)都面臨著技術(shù)保證及管理優(yōu)化問題?；趥鹘y(tǒng)信息技術(shù)構(gòu)建果品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全監(jiān)測平臺，其中心化的系統(tǒng)架構(gòu)難以對信息的安全性、可靠性及可追溯性給予有效保障。將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于果品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全監(jiān)測，發(fā)揮其去中心化網(wǎng)絡(luò)及技術(shù)體系優(yōu)勢，能夠保證信息真實可靠、提高檢測效率、實現(xiàn)質(zhì)量安全監(jiān)測實時化。基于區(qū)塊鏈數(shù)字簽名、智能合約等技術(shù)構(gòu)建果品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全監(jiān)測平臺，實現(xiàn)對質(zhì)量安全信息的實時采集、質(zhì)量安全狀況的即時監(jiān)測，依據(jù)質(zhì)量安全風(fēng)險的及時預(yù)警與有效控制，為新技術(shù)賦能果品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全管理提供了可行路徑。區(qū)塊鏈技術(shù)與果品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全管理的深度融合,成為保障果品質(zhì)量安全、推動果品行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的新動力。