區(qū)塊鏈賦能乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全監(jiān)測研究

許雯宏，唐衍軍，2*

（1.華東交通大學(xué) 經(jīng)濟管理學(xué)院，江西 南昌 330013；2.泰豪科技股份有限公司博士后科研工作站，江西 南昌 330013）

食品安全關(guān)乎人民群眾身體健康、生命安全，甚至是社會穩(wěn)定[1]?？茖W(xué)、完善的食品安全風(fēng)險監(jiān)測體系，對于政府掌握食品安全情況和解決食品安全隱患意義重大[2]。現(xiàn)階段應(yīng)構(gòu)建多要素融合的全供應(yīng)鏈質(zhì)量安全精準監(jiān)管系統(tǒng)[3]，對乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全實施全過程可視化監(jiān)測[4]。有學(xué)者利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)對食品質(zhì)量安全監(jiān)測平臺及監(jiān)管機制做了探討[5-6]。但這類傳統(tǒng)技術(shù)在實際應(yīng)用中存在數(shù)據(jù)中心化的問題，難以保障信息的安全性及可靠性[7]。區(qū)塊鏈的出現(xiàn)為食品供應(yīng)鏈管理提供了一種去中心化整合資源的解決方案[8]，構(gòu)建基于區(qū)塊鏈技術(shù)的食品全供應(yīng)鏈可信追溯模型，能夠保證供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)安全可靠[9]。區(qū)塊鏈擁有分布式賬本、公私鑰、數(shù)字簽名及共識機制等核心技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對乳制品質(zhì)量安全信息的及時安全傳遞和有效追溯。依靠科技手段構(gòu)建嚴格、科學(xué)且覆蓋全過程的監(jiān)管體系，是有效提升食品質(zhì)量安全監(jiān)管效能的必經(jīng)之路[10]。本文嘗試以區(qū)塊鏈為底層技術(shù)，構(gòu)建覆蓋乳制品全供應(yīng)鏈的質(zhì)量安全監(jiān)測平臺，通過優(yōu)化信息采集、查詢、監(jiān)測及追溯流程，來強化乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全管理、保障食品安全。

1 乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全監(jiān)測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

乳制品供應(yīng)鏈的諸多環(huán)節(jié)中，生鮮乳供應(yīng)以及乳制品加工、儲運環(huán)境存在較多的質(zhì)量完全隱患，應(yīng)將其作為關(guān)鍵控制點加強質(zhì)量監(jiān)測。乳制品供應(yīng)鏈是從生鮮乳供應(yīng)、質(zhì)量檢測到乳制品加工、儲運以至銷售的全過程如下：

1.1 生鮮乳供應(yīng)環(huán)節(jié)

大部分中小型乳制品生產(chǎn)企業(yè)沒有自己的專屬牧場，乳制品質(zhì)量水平受到奶牛養(yǎng)殖、生鮮乳生產(chǎn)及檢驗檢測等因素的制約。其中奶牛養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的影響因素主要包括奶牛品種、飼料配比、防疫措施、獸藥使用等。乳制品企業(yè)一般與上游養(yǎng)殖戶簽訂購銷合同，生鮮乳供不應(yīng)求時往往會通過放寬檢測標準來爭奪奶源。部分養(yǎng)殖戶利用潛規(guī)則做出投機行為，降低了生鮮乳品供應(yīng)質(zhì)量，甚至在養(yǎng)殖戶之間出現(xiàn)降低鮮奶供應(yīng)質(zhì)量的惡性競爭[11]。此外，生鮮乳加工過程中擠乳消毒環(huán)節(jié)規(guī)范性、衛(wèi)生條件、存儲條件等也對乳制品質(zhì)量安全造成影響。乳制品企業(yè)無法對奶牛養(yǎng)殖及生鮮乳生產(chǎn)環(huán)節(jié)的衛(wèi)生防疫狀況進行實時監(jiān)測，奶站在收集散戶生鮮乳時，受限于檢測設(shè)備不足、專業(yè)人員缺乏及檢測標準不完善等方面的限制，無法做到通過全面檢測來保證乳制品質(zhì)量，致使部分不合格產(chǎn)品流通到供應(yīng)鏈的下一環(huán)節(jié)，進而流入終端消費市場。

1.2 乳制品生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)

生鮮乳經(jīng)機械化收集及質(zhì)量檢測后，通過乳槽車運至乳制品企業(yè)，因而乳槽車清洗消毒工作格外重要[12]。乳制品加工過程中的質(zhì)量安全問題主要由工藝不合規(guī)、操作不規(guī)范、環(huán)境不整潔、殺菌不徹底、設(shè)備器皿不衛(wèi)生等因素導(dǎo)致[13]。不少乳制品企業(yè)在生產(chǎn)加工階段存在各種不規(guī)范操作現(xiàn)象，致使乳制品質(zhì)量安全不能得到有效保證。除食材本身的質(zhì)量狀況以外，食品加工過程中的廚具、工具設(shè)備、存放器皿等食品相關(guān)產(chǎn)品也是保障食品安全的重要因素[14]。乳制品生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)應(yīng)確保加工用水、工具設(shè)備以及存放器皿的清潔衛(wèi)生，防止外來污染。部分中小型乳制品生產(chǎn)企業(yè)不僅面臨生產(chǎn)設(shè)備不先進、生產(chǎn)及時性不強、生產(chǎn)技術(shù)無法滿足消費者需求等問題，還可能因為衛(wèi)生條件不達標、包裝消毒不徹底而造成產(chǎn)品污染，存在嚴重的產(chǎn)品質(zhì)量安全隱患。此外，中小型乳制品生產(chǎn)企業(yè)沒有能力對生產(chǎn)加工工藝進行全過程監(jiān)控監(jiān)測，導(dǎo)致生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)的質(zhì)量安全隱患不能被實時排查到。

1.3 乳制品運輸儲存環(huán)節(jié)

生鮮農(nóng)產(chǎn)品在物流配送環(huán)節(jié)最容易出質(zhì)量安全問題[15]，易發(fā)生乳制品包裝破損、溫度濕度不宜等二次污染問題。目前國內(nèi)冷鏈物流業(yè)發(fā)展尚不成熟，大部分冷庫只起到一個低溫儲藏倉庫的作用，服務(wù)于乳制品行業(yè)的專業(yè)化冷庫和冷鏈物流中心更加缺乏。低溫運輸-雖然在乳制品物流中被普遍采用，但運輸過程中會出現(xiàn)運輸與倉儲脫節(jié)等“斷鏈”現(xiàn)象[16]。運輸儲存環(huán)節(jié)因物流時間過長、溫濕度不適宜而造成乳制品品質(zhì)受損的風(fēng)險始終存在。部分冷鏈物流企業(yè)為降低成本，甚至采用運輸途中關(guān)閉制冷機、快到目的地時在打開制冷機的現(xiàn)象，更是增加了乳制品的變質(zhì)風(fēng)險，易在消費端誘發(fā)嚴重的食品質(zhì)量安全事故我國乳制品行業(yè)供應(yīng)鏈信息共享機制尚未真正形成[17]，不僅導(dǎo)致因信息傳遞不及時而造成物流時間過長、質(zhì)量受損[18]，還導(dǎo)致發(fā)生質(zhì)量安全事故時產(chǎn)品信息難以被有效追溯[19]。

2 區(qū)塊鏈賦能乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全監(jiān)測的機理

區(qū)塊鏈是由多種技術(shù)組合而成的技術(shù)體系，主要涉及公私鑰技術(shù)、分布式算法、數(shù)字簽名技術(shù)等[20]。發(fā)揮區(qū)塊鏈去中心化網(wǎng)絡(luò)及技術(shù)體系優(yōu)勢，能夠為乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全管理進行技術(shù)賦能。

2.1 去中心化體系強化生鮮乳供應(yīng)環(huán)節(jié)質(zhì)量監(jiān)測

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[21]。區(qū)塊鏈網(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)共同進行實時維護，各節(jié)點對數(shù)據(jù)進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)?；趨^(qū)塊鏈組成去中心化的網(wǎng)絡(luò)體系，生鮮乳供應(yīng)商、乳制品加工企業(yè)、物流企業(yè)、分銷商之間的信息溝通將毋需通過中心處理器，通過系統(tǒng)各節(jié)點組成信息共享聯(lián)盟即可實現(xiàn)對奶源質(zhì)量安全情況的聯(lián)合監(jiān)測監(jiān)控。構(gòu)建去中心化的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)體系，還能夠?qū)崿F(xiàn)對生鮮乳供應(yīng)環(huán)節(jié)飼養(yǎng)信息、擠乳消毒情況、動物防疫信息、飼養(yǎng)區(qū)環(huán)境衛(wèi)生狀況等信息的實時監(jiān)測，有助于織牢乳制品質(zhì)量安全追溯網(wǎng)，確保對乳制品質(zhì)量安全進行源頭把控。

2.2 公私鑰技術(shù)助力乳制品加工環(huán)節(jié)污染問題控制

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[22]。為保障數(shù)據(jù)安全性與信息私密性的需要，區(qū)塊鏈采用公私鑰技術(shù)，將密鑰封裝機制和數(shù)據(jù)封裝機制相互結(jié)合，對鏈上數(shù)據(jù)進行及時安全傳遞。生鮮奶供應(yīng)商是保證加工環(huán)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量的重要對象[23]，將區(qū)塊鏈公私鑰技術(shù)用于乳制品供應(yīng)鏈，有助于打通乳制品加工企業(yè)與生鮮奶供應(yīng)商之間的信息壁壘，實現(xiàn)對生鮮奶供應(yīng)質(zhì)量信息的實時監(jiān)測。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)平臺中，乳制品企業(yè)和生鮮奶供應(yīng)商分別擁有各自的專有私鑰，雙方都不能破解對方的私鑰密碼或者偽造私鑰。乳制品加工企業(yè)應(yīng)用區(qū)塊鏈系統(tǒng)上的公鑰查詢生鮮奶供應(yīng)環(huán)節(jié)的質(zhì)量信息，并將加工過程中的設(shè)備、流程、操作等，通過私鑰以文字、視頻的形式傳送到區(qū)塊鏈上。通過公私鑰技術(shù)在乳制品質(zhì)量安全監(jiān)測中的應(yīng)用，能夠加強設(shè)備工具清洗、消毒、工作環(huán)境殺菌等環(huán)節(jié)的控制，消除產(chǎn)品污染，保障乳制品質(zhì)量安全。

2.3 數(shù)字簽名技術(shù)確保乳制品運輸儲存環(huán)節(jié)銜接

區(qū)塊鏈構(gòu)建的信任網(wǎng)絡(luò)，將帶來多場景模式下的便利流通[24]。區(qū)塊鏈采用數(shù)字簽名技術(shù)使交易方在無第三方擔(dān)保情況下實現(xiàn)互信，實現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的在途、實時監(jiān)測，保障物流倉儲環(huán)節(jié)的產(chǎn)品質(zhì)量安全。數(shù)字簽名規(guī)定兩種互補的機制，一個用于簽名，另一個用于驗證。區(qū)塊鏈數(shù)字簽名技術(shù)下，對乳制品物流運輸中的所有車輛做數(shù)字簽名，車輛類型、產(chǎn)品種類、車內(nèi)溫度等信息儲存在公有鏈上，同時以私有鏈的形式將簽名發(fā)送到相應(yīng)的倉儲企業(yè)。數(shù)字簽名驗證機制確保倉儲企業(yè)收到簽名，并將空余倉位信息形成唯一的代碼發(fā)回至物流運輸企業(yè)。建立基于數(shù)字簽名技術(shù)的乳制品物流信息共享平臺，有助于實現(xiàn)乳制品加工企業(yè)、鮮奶供應(yīng)商、銷售商及物流服務(wù)商之間的網(wǎng)絡(luò)互信、信息互聯(lián)，進而高效匹配乳制品供應(yīng)鏈上的龐大貨源、車源、倉位等信息，縮減乳制品的物流在途時間，有效保障乳制品質(zhì)量安全。

3 區(qū)塊鏈賦能乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全監(jiān)測的路徑

區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用必將朝著建立產(chǎn)業(yè)服務(wù)平臺的方向發(fā)展[25]，以區(qū)塊鏈為底層技術(shù)建立的信息平臺具有更高的安全性和運作效率[26]。本研究構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全信息監(jiān)測平臺（圖1），并對該平臺下的乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全監(jiān)測流程及其效果進行分析。

圖1 乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全信息監(jiān)測平臺Fig.1 Dairy supply chain quality and safety information monitoring platform

3.1 質(zhì)量安全信息實時采集

乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全信息監(jiān)測平臺的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)，能夠?qū)崿F(xiàn)對生鮮乳供應(yīng)、質(zhì)量檢測、生產(chǎn)加工、運輸存儲及分銷消費等環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的實時采集。生鮮乳供應(yīng)環(huán)節(jié)主要采集奶牛飼養(yǎng)、擠乳消毒、動物防疫、環(huán)境衛(wèi)生等方面的信息，通過密鑰交換協(xié)議和非對稱加密相結(jié)合的方式，實時傳遞生鮮乳質(zhì)量信息。質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)依據(jù)規(guī)定的檢測和數(shù)據(jù)收集程序，實時收集生鮮乳中激素、抗生素、農(nóng)藥獸藥殘留等的檢測結(jié)果與含量信息。生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)主要采集乳制品加工過程中的設(shè)備、工藝及操作規(guī)范性等數(shù)據(jù)，對消毒環(huán)節(jié)進行重點監(jiān)測。使用溫濕度監(jiān)測儀、微生物敏感測試儀等監(jiān)測乳制品生產(chǎn)加工環(huán)境，通過傳感器將信息上傳至信息中心。產(chǎn)品完成包裝及質(zhì)量檢測工作后，其奶源、品種規(guī)格、貨號批號等信息，將通過條形碼被實時掃描到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中。運輸存儲環(huán)節(jié)主要通過計算機、手機、平板電腦等各類數(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)溫度等信息進行采集。乳產(chǎn)品銷售階段需采集的信息主要包括超市溫濕度、產(chǎn)品儲存時間，重點關(guān)注物生物污染及超標問題。

3.2 質(zhì)量安全風(fēng)險實時預(yù)警

乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全信息監(jiān)測平臺的技術(shù)資源模塊由數(shù)據(jù)接口、存儲設(shè)備、密碼算法、共識機制、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及智能合約等幾部分構(gòu)成，通過信息技術(shù)軟硬件的綜合運用對乳制品質(zhì)量安全信息進行實時追蹤，并對質(zhì)量安全事項進行實時報警。共識機制使乳制品加工企業(yè)等多方參與者對交易信息達到高效共識，縮短相互間的認證時間，使得交易和記錄在瞬間完成。數(shù)據(jù)層和實時操作模塊之間通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、語言分析、圖像和語音識別等智能化技術(shù)進行實時通信，完成交易、數(shù)據(jù)及指令的記錄與更新。一旦發(fā)現(xiàn)乳制品存儲環(huán)境中的溫度、濕度等參數(shù)超標，系統(tǒng)會自動對異常情況進行預(yù)警。在智能合約中寫入執(zhí)行規(guī)則，將數(shù)據(jù)信息實時傳輸?shù)絽^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)算法程序?qū)|(zhì)量安全的異常狀況采取應(yīng)急防范措施。

3.3 質(zhì)量安全狀況實時監(jiān)測

乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全信息監(jiān)測平臺的質(zhì)量安全實時監(jiān)測模塊基于分布式數(shù)據(jù)存儲與分析系統(tǒng)，對乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全情況進行實時監(jiān)測，同時對數(shù)據(jù)進行實時處理。該模塊主要使用信息全程追溯技術(shù)，對乳制品供應(yīng)鏈中的奶源情況、質(zhì)量檢測信息、生產(chǎn)加工信息以及運輸存儲數(shù)據(jù)等進行追蹤監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果予以實時反饋。整個乳制品供應(yīng)鏈上的每一單產(chǎn)品，都會被分配一個包含公私鑰密碼的標識符。根據(jù)區(qū)塊鏈上記錄的哈希樹值信息，供應(yīng)鏈上的每一個節(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)處理過程透明與安全。

質(zhì)量安全狀況實時監(jiān)測流程是：首先，在奶牛飼養(yǎng)于生鮮乳供應(yīng)環(huán)節(jié)，根據(jù)每批次產(chǎn)品粘貼的射頻識別技術(shù)（radio frequency identification，RFID）標簽，對奶牛養(yǎng)殖區(qū)的水源情況、免疫接種情況、農(nóng)藥獸醫(yī)使用情況等實施監(jiān)測，制作生鮮乳供應(yīng)商誠信檔案并存儲到區(qū)塊鏈分布式存儲系統(tǒng)中。其次，根據(jù)電子信息采集器傳輸?shù)目梢暬畔?，對乳制品生產(chǎn)加工過程進行可視化監(jiān)控，重點監(jiān)測因人工操作不當(dāng)造成的乳制品質(zhì)量損耗、因加工環(huán)境中的微生物污染而導(dǎo)致產(chǎn)品微生物含量超標等情況。再次，實時監(jiān)測運輸環(huán)節(jié)的車輛定位信息、調(diào)度信息以及車廂溫濕度信息。通過區(qū)塊鏈實時存證系統(tǒng)對運輸車輛所在的經(jīng)緯度、運行速度、行駛路線等進行實時定位跟蹤，并根據(jù)系統(tǒng)反饋信息優(yōu)化運輸路線，降低因物流時間過長而導(dǎo)致的乳制品變質(zhì)風(fēng)險。最后，通過溫濕度傳感器、探頭等對乳制品分銷零售過程中的超市及倉庫溫濕度、環(huán)境質(zhì)量進行實時監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測指標超出警戒線時報警并自動采取應(yīng)急措施。

3.4 質(zhì)量安全風(fēng)險有效控制

乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全信息監(jiān)測平臺的應(yīng)用界面是使用者直接進行信息交互的載體及操作界面。授權(quán)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，針對乳制品供應(yīng)鏈上的相關(guān)信息執(zhí)行錄入或檢索查詢等操作。通過查看生鮮乳供應(yīng)、質(zhì)量檢測、生產(chǎn)加工、運輸存儲及分銷消費等環(huán)節(jié)的實時運行數(shù)據(jù)，對乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全進行全覆蓋式實時監(jiān)測，從而有效遏制質(zhì)量安全事件的發(fā)生。發(fā)生質(zhì)量安全事故時，監(jiān)管人員可通過區(qū)塊鏈溯源機制，對乳制品質(zhì)量安全信息進行追溯。應(yīng)用界面通過圖形圖像和視頻的形式，將乳制品生產(chǎn)商的產(chǎn)品質(zhì)量安全信息予以直觀呈現(xiàn)。消費者通過終端接口查詢?nèi)橹破焚|(zhì)量安全數(shù)據(jù)，對影響乳制品質(zhì)量安全的事項可以進行實時舉報，能夠?qū)崿F(xiàn)對食品質(zhì)量安全風(fēng)險和隱患的群防群控。

4 結(jié)論

數(shù)字技術(shù)與乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全管理深度融合，已成為推動乳品工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的新動力。乳制品供應(yīng)鏈上的質(zhì)量安全問題及隱患，主要存在于生鮮乳供應(yīng)、生產(chǎn)加工、運輸存儲等環(huán)節(jié)。區(qū)塊鏈以其去中心化的網(wǎng)絡(luò)體系及系列核心技術(shù)，為乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全監(jiān)測與管理進行技術(shù)賦能。區(qū)塊鏈去中心化網(wǎng)絡(luò)體系能夠強化生鮮乳供應(yīng)環(huán)節(jié)質(zhì)量監(jiān)測，公私鑰技術(shù)助力乳制品加工環(huán)節(jié)污染問題控制，數(shù)字簽名技術(shù)確保乳制品運輸和儲存環(huán)節(jié)相銜接。以區(qū)塊鏈為底層技術(shù)，構(gòu)建由信息采集模塊、技術(shù)資源模塊、質(zhì)量安全實時監(jiān)測模塊、系統(tǒng)應(yīng)用界面構(gòu)成的質(zhì)量安全監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)信息實時采集、查詢、監(jiān)測、追溯等功能，為新技術(shù)賦能食品質(zhì)量安全管理提供了新的可行路徑。