鹿茸菇質(zhì)量安全追信息指標模型研究與系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：S646.9 文獻標識碼：A 文章編號：2095-5553（2025）07-0072-08

DOI：10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2025.07.011

Abstract：Lyophylum decastes isarareediblefungusand itsqualityhasattractedmuchatention fromconsumers.The large-scalecultivationofLyophyllumdecastesfactorieshasenteredaperiodofrapiddevelopment，andinordertoimprove thebrandoftheenterprise，therequirements forqualitycontrolarealsoverystrict.Basedontheserequirements，thebasic traceability unitforquality safety of Lyophyllum decastes，thecriticalcontrol pointand thequality test indexes wereanalyzed.The weightofeach evaluationfactorwas determined byusing theevaluationindex system of two-level traceability precisionandthe analytic hierarchy process（AHP）which includedconstructing judgementmatrix， hierarchicalsingle sortandconsistencytest.ThenthequalitytraceabilityinformationindexmodelofLyophylumdecastes wasestablished based onexpertopinionsandDelphi method，which providedadesignbasis forthedevelopmentof the qualityandsafetytraceabilitysystem ofLyophylum decastes basedon block chain.Anew on-chainandoff-chain datasynchronizationstrategyis designed toreducethepossibilityof data tampering.Thesmarttraceabilitysystem forthe entire processof Lyophyllum decastes factoryproduction has beendeveloped by using both MVParchitecture and microservices architecture separately for mobile terminal anddesktopplatforms，thereby promoting thequalitycontrol in the process of production and ensuring the food safety.

Keywords：Lyophyllumdecastes；qualityand safety；traceabilityaccuracy；indexsystem；analytichierarchy process;blockchain

0 引言

鹿茸菇作為珍稀食用菌，營養(yǎng)豐富且兼具藥用價值[1]。鹿茸菇工廠化生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)價值倍增，特色產(chǎn)業(yè)做大做強的過程中希望保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品品牌知名度，以滿足不同消費者的需求。追溯系統(tǒng)不僅能夠使產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險有效降低，而且出現(xiàn)質(zhì)量安全事故時，能夠快速地進行產(chǎn)品召回，進而保障公眾健康水平[2，3]，成為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量管理的有效手段[4]

國內(nèi)外學(xué)者對質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)的研究多是基于條碼[5]、二維碼[6]、 RFID^[7，8] 、UHFRFID9以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[10]，開發(fā)相應(yīng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)問題，需要查找源頭，調(diào)取供應(yīng)鏈上的每個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)庫進行查詢，不同環(huán)節(jié)的信息交換費時費力[11」，而且數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)可以進行更改，導(dǎo)致各個環(huán)節(jié)信息不暢，數(shù)據(jù)可靠性得不到保障。有學(xué)者提出基于私有云的追溯管理方案，解決追溯數(shù)據(jù)量大、地域分布繁雜等問題[12]，但沒有解決傳統(tǒng)追溯系統(tǒng)遇到的根本問題。區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、分布式存儲、公開透明、不可篡改等特性[13]，可以很好地解決傳統(tǒng)追溯系統(tǒng)遇到的問題，國內(nèi)外學(xué)者對基于區(qū)塊鏈的信息存儲模型與查詢方法[14]、信息保護模型[15]、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備獲取信息無縫集成技術(shù)[16]等方面進行探索研究[17]，設(shè)計基于區(qū)塊鏈技術(shù)的有機大米[18]、紅茶[19]、有機蔬菜[20]等農(nóng)產(chǎn)品的追溯系統(tǒng)，其中鏈上鏈下數(shù)據(jù)協(xié)作通常采用數(shù)據(jù)庫存儲實際追溯信息，哈希值上鏈的方式，這會帶來一定的上鏈前篡改風(fēng)險，為此本文設(shè)計一種新的鏈上鏈下數(shù)據(jù)同步策略，將小體量數(shù)據(jù)和大體量數(shù)據(jù)分開處理，以降低數(shù)據(jù)篡改風(fēng)險。

由于農(nóng)產(chǎn)品本身以及種植（養(yǎng)殖）模式的差異比較大，對一種產(chǎn)品追什么、追到什么程度是每個追溯系統(tǒng)設(shè)計首先要考慮的問題。為此，本文先分析鹿茸菇質(zhì)量安全的基礎(chǔ)追溯單元、危害分析關(guān)鍵控制點以及質(zhì)量檢測指標，計算追溯精度評價指標，進而構(gòu)建鹿茸菇質(zhì)量追溯信息指標模型，在這個模型基礎(chǔ)上利用區(qū)塊鏈技術(shù)進行系統(tǒng)設(shè)計，提出鏈上鏈下數(shù)據(jù)同步策略，提高追溯系統(tǒng)數(shù)據(jù)可信性。

1鹿茸菇質(zhì)量安全追溯信息指標模型

鹿茸菇質(zhì)量追溯信息指標模型構(gòu)建方法：首先依據(jù)已有的相關(guān)標準規(guī)范，并閱讀相關(guān)文獻分析食用菌質(zhì)量安全的基礎(chǔ)追溯單元；然后根據(jù)危害分析與關(guān)鍵點控制管理體系進行危害性分析，得出食用菌工廠化生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵控制點；在基礎(chǔ)追溯單元和關(guān)鍵控制點分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合食用菌工廠化生產(chǎn)技術(shù)標準分析質(zhì)量檢測指標；運用層次分析法，計算追溯精度評價指標的權(quán)重作為指標選取的參考因素；最后結(jié)合專業(yè)經(jīng)驗知識，形成科學(xué)的適用于工廠化生產(chǎn)的食用菌質(zhì)量追溯體系的指標模型。

1.1鹿茸菇質(zhì)量安全基礎(chǔ)追溯單元

根據(jù)《農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯操作規(guī)程食用菌》，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)操作規(guī)范，對鹿茸菇的基礎(chǔ)追溯單元所進行的初步分析，如表1所示。

表1鹿茸菇基礎(chǔ)追溯單元初步分析Tab.1 Preliminary analysis of basic traceability unit of Lyophyllum decastes

從表1可以看出，規(guī)定需要采集的追溯信息覆蓋了從鹿茸菇產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后等全產(chǎn)業(yè)鏈，提供了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基礎(chǔ)，但在實際應(yīng)用于消費者關(guān)心的質(zhì)量安全時，發(fā)現(xiàn)主要存在的問題：（1）表1中列出的信息太多，有些對質(zhì)量安全影響不大，信息追溯的實際操作性不強；（2）表1中有關(guān)涉及質(zhì)量安全的定量追溯信息指標比較少，以描述性語言為主。

因此，鹿茸菇基礎(chǔ)追溯單元初步分析無法滿足消費者對質(zhì)量安全追溯的需求，需要對以上信息進一步的分析，以確定有關(guān)鹿茸菇質(zhì)量安全追溯的關(guān)鍵信息。

1.2危害分析關(guān)鍵控制點

鹿茸菇工廠化生產(chǎn)是一個連續(xù)的過程，生產(chǎn)流程如圖1所示。依據(jù)鹿茸菇的相關(guān)標準[21、操作規(guī)程和文獻[22]，結(jié)合工廠化企業(yè)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，對鹿茸菇工廠化生產(chǎn)的工藝關(guān)鍵控制點（CCP）分析如圖2所示。

由圖2可以看出，鹿茸菇生產(chǎn)工藝：（1）接收原材料，進行檢驗。（2）將合格的木屑、玉米芯、棉籽殼等原輔料加水進行攪拌，生成混合的栽培基質(zhì)。（3）將混料自動裝瓶。（4）將裝滿栽培基質(zhì)的瓶子在 121°C～ 123^°C 高溫下徹底滅菌。（5）根據(jù)生產(chǎn)需求進行菌種制備。（6）將制好的菌種接入滅完菌并冷卻的栽培基質(zhì)中。（7）在適宜的環(huán)境中進行菌絲體培養(yǎng)。（8）進行搔菌，誘導(dǎo)食用菌完成從營養(yǎng)生長到生殖生長的轉(zhuǎn)換。（9）給培養(yǎng)好的菌絲體適宜的環(huán)境條件，促進子實體的生長。（10）子實體成熟時，即時采收。（11）按市場需求進行分級包裝銷售。其中步驟（1）、步驟（4）～步驟（7）、步驟（9）為關(guān)鍵控制點，即原材料、滅菌、菌種、接種、培養(yǎng)和生育6個工藝關(guān)鍵點，對這些關(guān)鍵控制點應(yīng)當(dāng)設(shè)置適宜限值，并做好記錄管理，監(jiān)控鹿茸菇生產(chǎn)的每個關(guān)鍵控制點，建立長期的鹿茸菇生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，以利于對生產(chǎn)進行質(zhì)量追溯。

1.3鹿茸菇質(zhì)量檢測指標

鹿茸菇工廠化生產(chǎn)企業(yè)為爭創(chuàng)綠色產(chǎn)品品牌，對質(zhì)量檢測要求高，同時為提升鹿茸菇的追溯精度，建立追溯數(shù)據(jù)庫，把定量的質(zhì)量檢測指標記錄到數(shù)據(jù)庫中。為保證檢測的有效性，在追溯系統(tǒng)設(shè)計時，設(shè)計為上傳檢測報告圖片形式，不建議手錄檢測數(shù)據(jù)。

1.4追溯精度評價指標

通過對鹿茸菇基礎(chǔ)追溯單元、關(guān)鍵控制點、質(zhì)量檢測指標等分析，獲得涉及鹿茸菇全產(chǎn)業(yè)鏈質(zhì)量安全追溯的全部內(nèi)容和必須監(jiān)控的信息，但對于追溯系統(tǒng)設(shè)計來說，不同追溯系統(tǒng)之間還是有差異的，主要就是看追溯精度，涉及向前或向后追溯的距離、追溯信息采集范圍及更新頻率，以及可以確定問題源頭或產(chǎn)品某種特性的能力，為此需要對鹿茸菇追溯系統(tǒng)設(shè)計的追溯精度進行評價。利用兩層追溯精度評價指標體系，如圖3所示，各項評價因子的權(quán)重通過層次分析法來確定，最后為指標選取提供依據(jù)[23]

根據(jù)層次框架，追溯精度為目標層（A層），約束層（ B 層）包括追溯深度（ ?B₁ ）、追溯寬度 （B₂ ）、追溯精確度 （B₃）3 個方面，選擇7個指標，建立評價模型。選擇層次分析法（AHP）[24]測算追溯精度的評價指標權(quán)重值，如圖4所示，以克服樣本數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗缺乏對追溯精度評價的影響。

1.4.1 構(gòu)造判斷矩陣

構(gòu)造判斷矩陣是層次分析法的關(guān)鍵一步。假定 A層中元素 A_k 與下層次 B 中 n 個元素 B₁，B₂，…，B_n 有聯(lián)系，則將 B 中元素兩兩比較，可構(gòu)成判斷矩陣，如式（1）和式（2）所示。

A（B_n）=（P_ij）_n×n

式中： P_ij 與指標 j 相比，指標 i 的重要程度；

A 一一級指標判斷矩陣；

B_m ——二級指標判斷矩陣， m=1，2，3 。

表示對 A_k 而言，第 i 個元素與第 j 個元素重要度之比，通常用 1～9 比例標度方法給出[25]。運用層次分析法對鹿茸菇追溯精度的評價指標權(quán)重值時，以調(diào)查的方式邀請15位鹿茸菇生產(chǎn)質(zhì)量安全、產(chǎn)品追溯和信息技術(shù)等方面的專家及典型消費者進行打分，根據(jù)式（1）和式（2），構(gòu)造4組判斷矩陣。

1. 4.2 層次單排序

層次單排序指每一個判斷矩陣各因素針對其準則的相對權(quán)重，所以本質(zhì)上是計算權(quán)重向量。

首先，計算 n×n 維判斷矩陣每行所有元素的幾何平均值 $＼overline { { ＼boldsymbol { ＼mathscr { w } } _ { i } } }$ ，如式（7）所示。

則

然后，根據(jù)式（8）將 歸一化處理。

則歸一化處理后向量 w=（w₁，w₂，…，w_n）^T

最后，將構(gòu)造的判斷矩陣，根據(jù)上述過程進行層次單排序計算，得到指標權(quán)重結(jié)果如式（9）所示。

1. 4.3 一致性檢驗

由于AHP是建立在專家的主觀判斷之上，為了保證一致性和可信性，需要進行一致性檢驗。為此引入式（10）和式（11）。

式中： CI 一致性指標；λ 最大特征根；RI 1 隨機一致性指標；CR 檢驗系數(shù)；N 階數(shù)。由此計算得出一致性檢驗結(jié)果見表2。

表2一致性檢驗結(jié)果 Tab.2 Consistency test results

一般地， CI 接近于 0，CRlt;0.1 ，則認為該判斷矩陣通過一致性檢驗，否則就不具有滿意的一致性。

1.4.4 各因素權(quán)重與分析

由表2可以看出， CRlt;0.1 ，判斷矩陣通過一致性檢驗，結(jié)果可以接受。在約束層 B₁，B₂ 和 B₃ 的比較中，追溯精確度尤為重要，權(quán)重達到0.7986，因此在追溯信息設(shè)計時，首先考慮追溯精確度，追溯寬度排最后。在追溯精確度中，追溯單元劃分權(quán)重最高，達0.7306，說明追溯單元劃分是進行追溯信息指標選擇的重要指標。

1.4.5各指標總排序

層次總排序是指同一層次所有因素對目標層的相對重要性排序，結(jié)果如表3所示。

表3約束層 對標準層 c 總排序

Tab.3 Total sorting of constraint B forstandard layer c

由表3可知，二級指標中前3個排序依次為追溯單元劃分、可量化指標、信息采集范圍，權(quán)重依次為0.5834、0.1505、0.0804，追溯信息指標選擇首先是單元的劃分，所以重要性最高；追溯信息能否量化獲取，對于衡量追溯系統(tǒng)較為重要；采集到的追溯信息范圍越廣，精度越高，系統(tǒng)的追溯效果越好。通過各項指標權(quán)重計算，更加科學(xué)合理地利用涉及鹿茸菇質(zhì)量安全的重要信息來構(gòu)建追溯信息指標模型。

1.5鹿茸菇質(zhì)量追溯信息指標模型

針對鹿茸菇采用德爾斐法，分別邀請15位在鹿茸菇種植、加工及產(chǎn)品追溯等領(lǐng)域具有較高學(xué)術(shù)水平、豐富的實踐經(jīng)驗和較強分析能力的專家，依據(jù)上述原則對全產(chǎn)業(yè)鏈中的指標細項進行逐個分析、打分，最終構(gòu)建鹿茸菇追溯信息指標模型，如圖5所示。

2 指標模型應(yīng)用實例

應(yīng)用所構(gòu)建的鹿茸菇追溯信息指標模型，分析山東濱州某食用菌企業(yè)生產(chǎn)鹿茸菇的追溯信息指標，表4為生產(chǎn)環(huán)節(jié)原材料的追溯信息。

表4鹿茸菇追潮信息指標（原材料） Tab.4Traceabilityinformationindexof Lyophyllumdecastes （Raw material）

表4中關(guān)鍵控制點信息是生產(chǎn)企業(yè)對原材料安全質(zhì)量關(guān)注的關(guān)鍵信息，不能簡化，原材料的其他非關(guān)鍵控制點信息（產(chǎn)品質(zhì)量情況、規(guī)格、入庫數(shù)量、人庫單號、檢驗方式、檢驗單號、出庫數(shù)量、出庫單號）可以簡化。

3 追溯系統(tǒng)設(shè)計

基于所構(gòu)建的鹿茸菇質(zhì)量追溯信息指標模型，采用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建了鹿茸菇質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)。整個系統(tǒng)分為追溯系統(tǒng)后端與移動APP前端，后端采用微服務(wù)架構(gòu)模式，用于存儲鹿茸菇質(zhì)量安全基礎(chǔ)追溯單元信息，并基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建了數(shù)據(jù)同步機制，保證追溯信息的安全可靠，移動APP端采用MVP的架構(gòu)模式，提供了信息采集以及追溯掃描功能，向用戶展示鹿茸菇生產(chǎn)、加工、檢驗、儲運、包裝、銷售全鏈條的追溯信息。

3.1系統(tǒng)需求分析

鹿茸菇質(zhì)量追溯系統(tǒng)是一個多環(huán)節(jié)、多用戶角色的系統(tǒng)，核心在于追溯信息的生成與利用，追溯信息的產(chǎn)生依賴廠家的信息管理，追溯信息的利用面向廠家與消費者，提供追溯信息的展示服務(wù)?；谧匪菪畔⒌纳膳c利用這一核心環(huán)節(jié)，進而確定了兩類用戶。（1）廠家。廠家是信息的管理者，進行鹿茸菇生產(chǎn)、加工、檢驗、儲運、包裝、銷售全鏈條的信息管理，可以對追溯信息進行添加、查詢、修改、刪除等操作，同時可以掃描追溯碼查看追溯信息。（2）消費者。消費者是追溯信息的使用方，可以通過掃描追溯碼查看鹿茸菇生產(chǎn)、加工、檢驗、儲運、包裝、銷售全鏈條的追溯信息。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計

3.2.1 架構(gòu)設(shè)計

基于3.1節(jié)的需求分析以及追溯信息的管理與利用這一核心環(huán)節(jié)，結(jié)合數(shù)據(jù)安全性，同時考慮系統(tǒng)使用上的便利性，設(shè)計鹿茸菇質(zhì)量追溯系統(tǒng)的核心架構(gòu)，整體由數(shù)據(jù)采集層、存儲層以及應(yīng)用層組成。廠家通過攝像設(shè)備、環(huán)境傳感器以及掃描設(shè)備對鹿茸菇生產(chǎn)全鏈條的信息進行采集；存儲層中，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)以及數(shù)據(jù)協(xié)同策略實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的安全存儲；廠家以及消費者使用追溯系統(tǒng)，實現(xiàn)鹿茸菇全鏈條的追溯信息查看。整體構(gòu)架如圖6所示。

3.2.2 后端設(shè)計

追溯系統(tǒng)服務(wù)端架構(gòu)如圖7所示，存儲層使用mysql作為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲引擎，使用文件系統(tǒng)作為圖片等文件存儲，使用基于Fabric搭建的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)作為區(qū)塊鏈存儲核心。平臺整體采用微服務(wù)架構(gòu)研發(fā)，采用token機制進行身份認證，以nginx作為反向代理，接口遵循restful風(fēng)格，采用Redis作為緩存層。數(shù)據(jù)上鏈操作采用單獨的上鏈代理實現(xiàn)，上鏈代理采用事件驅(qū)動引擎（nodejs）實現(xiàn)，提高I/O性能。

3.2.3 前端設(shè)計

追溯系統(tǒng)APP分為基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)交互層、UI層?；A(chǔ)層主要包括網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)計、圖片、Activity與Fragment基類等；數(shù)據(jù)交互層主要包括數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)的增刪改查、數(shù)據(jù)加密等功能；UI層主要是跟用戶的界面交互。采用模塊化設(shè)計，遵循開閉原則、接口隔離原則，方便系統(tǒng)的開發(fā)與擴展。整個系統(tǒng)采用MVP架構(gòu)模式構(gòu)建，解耦A(yù)ctivity或Fragment承載的繁雜邏輯，MVP架構(gòu)如圖8所示，Model提供頁面數(shù)據(jù)，View負責(zé)頁面顯示，Presenter負責(zé)業(yè)務(wù)邏輯處理。

圖8MVP架構(gòu)Fig.8MVParchitecture

3.2.4 區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)協(xié)同策略

追溯系統(tǒng)采用X.509格式數(shù)字證書作為區(qū)塊鏈身份識別和權(quán)限控制技術(shù)，采用PBFT算法作為共識算法，使用golang語言作為智能合約開發(fā)語言。

如圖9所示，對結(jié)構(gòu)化小體量數(shù)據(jù)采用直接上鏈策略，減少數(shù)據(jù)篡改的可能性，小體量數(shù)據(jù)同步寫入?yún)^(qū)塊鏈和鏈下數(shù)據(jù)庫，以鏈上數(shù)據(jù)為準，對鏈上數(shù)據(jù)存儲流程進行嚴格的成功性檢驗，通過鏈上鏈下同步與交互模塊實現(xiàn)小體量數(shù)據(jù)的鏈上鏈下同步。視頻、圖片等大體量數(shù)據(jù)先存儲到鏈下存儲結(jié)構(gòu)，然后通過鏈上鏈下同步與交互機制實現(xiàn)哈希值上鏈，哈希算法優(yōu)先采用國產(chǎn)SM3算法。

3.3 系統(tǒng)實現(xiàn)

基于需求分析以及架構(gòu)設(shè)計方案，前端及后端均以Java作為開發(fā)語言，golang語言作為區(qū)塊鏈智能合約開發(fā)語言，開發(fā)實現(xiàn)了鹿茸菇質(zhì)量追溯系統(tǒng)。典型功能頁面如圖10所示。通過輸入或者掃描追溯碼，即可展示給用戶鹿茸菇生產(chǎn)全鏈條的追溯信息，如圖10（a）所示；廠家可以通過手機端或者Web端進行追溯信息的管理，如圖10（b）和圖10（c）所示。

圖10典型功能頁面Fig.10Typical function page

4結(jié)論

1）以鹿茸菇為研究對象，通過分析鹿茸菇質(zhì)量安全追溯的基礎(chǔ)單元、HACCP和關(guān)鍵控制點以及質(zhì)量檢測指標，利用兩層追溯精度評價指標體系，采用層次分析法，通過構(gòu)造判斷矩陣、層次單排序和一致性檢驗，確定各項評價因子的權(quán)重，綜合專家意見，利用德爾斐法，構(gòu)建鹿茸菇質(zhì)量追溯信息指標模型，并基于此模型給出鹿茸菇生產(chǎn)環(huán)節(jié)原材料的追溯信息實例，為追溯系統(tǒng)提供設(shè)計基礎(chǔ)。

2）移動端采用MVP架構(gòu)進行業(yè)務(wù)邏輯處理、數(shù)據(jù)交互與展示。桌面端基于微服務(wù)架構(gòu)模式，存儲鹿茸菇質(zhì)量安全基礎(chǔ)追溯單元信息，通過小體量數(shù)據(jù)直接上鏈和大體量數(shù)據(jù)先鏈下存儲，再鏈上鏈下同步與交互的機制，減少數(shù)據(jù)篡改的可能性，提高數(shù)據(jù)可信度，實現(xiàn)鹿茸菇追溯過程數(shù)據(jù)存儲與傳送可靠性。基于需求分析以及架構(gòu)設(shè)計，完善鹿茸菇質(zhì)量追瀕系統(tǒng)，促進鹿茸菇生產(chǎn)過程中的品質(zhì)控制，保證食品安全。

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