畜禽及產(chǎn)品可追溯技術(shù)研究進(jìn)展及應(yīng)用

王虎虎，徐幸蓮

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)國家肉品質(zhì)量安全控制工程技術(shù)研究中心，教育部肉品加工與質(zhì)量控制重點實驗室，江蘇南京210095)

畜禽及產(chǎn)品可追溯技術(shù)研究進(jìn)展及應(yīng)用

王虎虎，徐幸蓮

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)國家肉品質(zhì)量安全控制工程技術(shù)研究中心，教育部肉品加工與質(zhì)量控制重點實驗室，江蘇南京210095)

為了確保畜禽動物健康及其產(chǎn)品的質(zhì)量安全，可追溯體系已被眾多國家和企業(yè)應(yīng)用到了畜禽動物及產(chǎn)品的全程供應(yīng)鏈當(dāng)中，而實現(xiàn)高效、精確地追溯需要不同技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用。本文在闡述可追溯基本信息的同時，重點介紹了畜禽追溯中所用的標(biāo)識技術(shù)、編碼技術(shù)、大型動物個體鑒別技術(shù)和產(chǎn)地溯源技術(shù)的原理和應(yīng)用，最后對畜禽追溯技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

畜禽，可追溯，技術(shù)，應(yīng)用

Abstract:In order to ensure the health of animials and safety of theirs products，the tracing system had been implemented in animial food supply－chain by many countries and enterprises，and an effective and precise tracing system needed many different technologies.With discription of essential information of traceability，this paper focused on introducing the principle and implemention of the technologies of animial identification，technologies of coding，technologies of individual animial diagnosis，as well as the technologies of animial geographical origin traceability.At last，the development future trend of technologies in the tracing system was viewed.

Key words:livestock and poultry;traceability;technology;application

可追溯的概念并不是一個新的術(shù)語，它最早應(yīng)用于汽車等一些工業(yè)品的產(chǎn)品召回制度中。近十年來，瘋牛病、禽流感、“瘦肉精”等畜禽產(chǎn)品質(zhì)量安全問題的連續(xù)爆發(fā)，嚴(yán)重威脅了人們的身體健康和生命安全，引起了全世界的廣泛關(guān)注，同時隨著ISO9000、HACCP等質(zhì)量控制體系不能全供應(yīng)鏈監(jiān)管缺點的暴露，可追溯體系逐漸被重視并引用到畜禽產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工和銷售的全程供應(yīng)當(dāng)中。可追溯體系現(xiàn)已被認(rèn)為是提供食品來源和生產(chǎn)相關(guān)信息的主要途徑，目前，全世界已有78%的國家制定了畜禽標(biāo)識相關(guān)法規(guī)，69%的國家制定了可追溯管理的法律規(guī)定［1］，可追溯已被消費(fèi)者用于保護(hù)自己的消費(fèi)安全，調(diào)查顯示可追溯制度已成為提高消費(fèi)信心的重要措施［2］，高收入消費(fèi)者愿意為具備可追溯性的食品支付更高的價格［3］。可追溯的實施離不開相關(guān)技術(shù)的強(qiáng)力支撐，相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步是可追溯發(fā)展的基礎(chǔ)。

1 可追溯的定義

關(guān)于食品可追溯性的定義到目前為止，不同的組織、機(jī)構(gòu)和學(xué)者從不同的角度給出了不同的定義，不同的說法已超過30種。現(xiàn)在應(yīng)用比較普遍的是歐盟委員會和美國食品藥品管理局(FDA)給出的定義。歐盟的定義為［4］:在生產(chǎn)、加工及銷售的各個環(huán)節(jié)中，對食品、飼料、食用性動物及有可能成為食品或飼料組成成分的所有物質(zhì)有追溯或追蹤的能力。FDA的定義為［4］:通過紙或電子方式記錄產(chǎn)品和生產(chǎn)者何時從何處來，以及何時將產(chǎn)品運(yùn)往何地的能力。從定義中可以看出不同機(jī)構(gòu)對追溯定義的重點不同，歐盟主張使用追溯能力，美國主張使用產(chǎn)品追溯。雖然不同機(jī)構(gòu)對可追溯性的定義表述有所不同，但應(yīng)用到畜禽追溯中均包含三個要點:a.動物及產(chǎn)品的標(biāo)識;b.篩選并記錄主要信息;c.通過信息記錄跟蹤了解動物及產(chǎn)品的活動軌跡。

2 可追溯體系的框架和內(nèi)容

一個完整的可追溯體系框架主要包括四大方面:動物及產(chǎn)品的標(biāo)識、追溯指標(biāo)的篩選、信息傳遞系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作平臺系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中以追溯指標(biāo)信息為基礎(chǔ)，以動物標(biāo)識和傳遞方式為載體，在網(wǎng)絡(luò)平臺中實現(xiàn)追溯查詢是最終目標(biāo)。

在可追溯框架下，追溯的內(nèi)容主要有以下兩方面:a.跟蹤和回溯。可追溯包括跟蹤和回溯兩層意思。跟蹤是從上游向下游流動，實現(xiàn)從原材料(動物)到消費(fèi)者的全程控制，以監(jiān)控產(chǎn)品的品質(zhì)和安全。回溯是沿著生產(chǎn)鏈從下游向上游流動，實現(xiàn)從消費(fèi)者到原料的全程查詢，目的是發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量安全問題的根源。b.內(nèi)部追溯和外部追溯。內(nèi)部追溯是指從原料進(jìn)入企業(yè)加工到成品出廠，在企業(yè)內(nèi)部對原料信息、加工信息等都要記錄并確定追溯項，它是食品鏈溯源的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。企業(yè)內(nèi)部溯源必須做到“一步向前，一步向后”，既向上追溯到原料供應(yīng)商，向下追溯到產(chǎn)品客戶［5］。外部追溯是指溯源項已經(jīng)確定，是在整個生產(chǎn)鏈不同環(huán)節(jié)企業(yè)之間進(jìn)行原料或產(chǎn)品交接時候產(chǎn)生的溯源。如養(yǎng)殖企業(yè)和加工企業(yè)、加工企業(yè)與銷售企業(yè)之間的對接，需要追溯的信息主體是以產(chǎn)品(或原料)為基礎(chǔ)的交易企業(yè)雙方。

3 畜禽可追溯的技術(shù)及應(yīng)用

畜禽動物及產(chǎn)品的可追溯體系是一項系統(tǒng)工程，它是集標(biāo)識技術(shù)、個體鑒別技術(shù)、自動識別技術(shù)、編碼技術(shù)、數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)通訊和計算機(jī)技術(shù)等為一體的綜合系統(tǒng)。要實現(xiàn)從養(yǎng)殖場到消費(fèi)者的全程控制，就要從動物標(biāo)識開始，把編碼體系中承載的信息傳遞到消費(fèi)終端，必要時，還要對畜禽的產(chǎn)地來源進(jìn)行鑒定確認(rèn)。畜禽及產(chǎn)品追溯中涉及到的主要技術(shù)有以下幾種。

3.1 畜禽及產(chǎn)品標(biāo)識技術(shù)

標(biāo)識是畜禽及產(chǎn)品可追溯的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，高效、準(zhǔn)確的標(biāo)識方法對追溯起著至關(guān)重要的作用。

3.1.1 傳統(tǒng)機(jī)械標(biāo)識方法 傳統(tǒng)的標(biāo)識方法是采用機(jī)械方式在動物體上進(jìn)行烙鐵、紋身、刺墨法、烙角，但隨著動物福利的發(fā)展，以及這些方法自身的缺陷，使它的應(yīng)用受到了極大的限制，現(xiàn)在這些標(biāo)記方法已逐漸被淘汰。

3.1.2 數(shù)字碼標(biāo)識技術(shù) 數(shù)字碼標(biāo)識是由一系列的數(shù)字和字母組成，粘貼在動物耳標(biāo)或產(chǎn)品包裝上，這種方式在追溯的最初階段起了很大的作用，這種設(shè)計簡單、廉價，畜禽追溯最早的數(shù)字耳標(biāo)就是基于此設(shè)計的，它的不足之處在于，需要很多人力來管理和操作編碼的實施，編碼的讀寫需要人工操作，沒有自動化，且編碼沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，追溯范圍有限，這種方式很容易造成信息的混亂、誤配和不實信息的傳遞［6］。

3.1.3 條形碼標(biāo)識技術(shù) 條形碼技術(shù)指由一組規(guī)則排列的條、空及其對應(yīng)字符組成的標(biāo)識，是很常用的標(biāo)識方法，條形碼可分為一維條形碼［只是在一個方向(一般是水平方向)表達(dá)信息，在垂直方向則不表達(dá)任何信息］和二維條形碼(某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在二維方向上分布的黑白相間的圖形來記錄相關(guān)信息)，現(xiàn)在一維條形碼耳標(biāo)應(yīng)用于牛的標(biāo)識，二維條形碼耳標(biāo)應(yīng)用于豬的標(biāo)識，均取得較好效果［7］。2002年加拿大強(qiáng)制性的牛標(biāo)識制度中就要求采用29種經(jīng)過認(rèn)證的條形碼、塑料懸掛耳標(biāo)來標(biāo)識初始牛群。Frochle等［8］運(yùn)用二維條形碼對禽類動物進(jìn)行了標(biāo)識研究，結(jié)果表明二維條形碼印在嘴部條碼讀取效果最好。采用條形碼標(biāo)識是現(xiàn)階段畜禽及產(chǎn)品標(biāo)識的主要手段之一。

3.1.4 RFID標(biāo)識技術(shù) 無線射頻識別(Radio Frequency Identification，縮寫RFID)俗稱電子標(biāo)簽，它是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，具有信息讀取方便、讀取距離遠(yuǎn)、防水、防磁、防高溫等優(yōu)點，是畜禽標(biāo)識的理想選擇。RFID主要有四種應(yīng)用形式:項圈電子標(biāo)簽、鈕扣式電子耳標(biāo)、耳部注射式電子標(biāo)簽以及通過食道放置的瘤胃(網(wǎng)胃)電子標(biāo)簽［7］，采用RFID技術(shù)標(biāo)識將是未來標(biāo)識方式的潮流，應(yīng)用RFID技術(shù)不僅可以對畜禽個體進(jìn)行識別，而且可以對供應(yīng)鏈全過程的每一個節(jié)點進(jìn)行有效的標(biāo)識，從而對供應(yīng)鏈中的動物原料、加工、包裝、貯藏、運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)進(jìn)行跟蹤與追溯，及時發(fā)現(xiàn)存在的問題，并進(jìn)行妥善處理［9］。目前很多國家和企業(yè)都在應(yīng)用，在國外，澳大利亞建立的國家牲畜標(biāo)識計劃要求加入該系統(tǒng)的牛必須使用統(tǒng)一的RFID電子耳標(biāo)，2003年韓國政府頒布的農(nóng)畜產(chǎn)品追溯制度強(qiáng)制要求安裝RFID自動追溯系統(tǒng)，各企業(yè)已基本于2004年底前完成了設(shè)施配套安裝［10］。在國內(nèi)，2005年上海五豐上食有限公司投入運(yùn)行了RFID屠宰實時生產(chǎn)監(jiān)控管理系統(tǒng)，完全采用可讀寫RFID電子標(biāo)簽技術(shù)，實現(xiàn)從活體動物入廠到屠宰交易的全程實時生產(chǎn)管理。《2008年北京奧運(yùn)食品安全行動綱要》中也明確要求對奧運(yùn)食品全部加貼電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽采用RFID技術(shù)，北京千喜鶴公司從豬源基地的標(biāo)識、加工過程的標(biāo)識和銷售終端的標(biāo)識等主要環(huán)節(jié)形成了追溯鏈接，建立和實施了較為完整的可追溯體系［11］。

3.2 畜禽追溯編碼技術(shù)

在ENA條形碼、二五條形碼、庫德巴條形碼、三九條形碼、128條形碼等眾多的編碼技術(shù)中，在畜禽標(biāo)識中應(yīng)用最為廣泛的是EAN－UCC編碼體系，EPC(Electronic Product Code)有可能成為編碼技術(shù)發(fā)展的趨勢。

3.2.1 EAN·UCC編碼技術(shù) EAN·UCC編碼技術(shù)現(xiàn)又稱為GS1(Global Standand)系統(tǒng)，是國際物品編碼協(xié)會(EAN International)和美國統(tǒng)一代碼委員會(UCC)共同開發(fā)、管理和維護(hù)的全球統(tǒng)一商業(yè)語言，為貿(mào)易提供全球唯一的標(biāo)識，形成事實上的“國際標(biāo)準(zhǔn)”。現(xiàn)在的追溯條形碼耳標(biāo)基本上都是以EAN·UCC編碼為基礎(chǔ)的，很多國家制定的追溯標(biāo)準(zhǔn)或指南中都是基于EAN－UCC進(jìn)行編碼的。2003年日本制定了基于EAN·UCC編碼技術(shù)的《食品追溯手冊》并于2006年進(jìn)行了修訂。2004年中國也基于EAN· UCC編碼技術(shù)制定了牛肉產(chǎn)品跟蹤與追溯指南。EAN·UCC編碼技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用已經(jīng)有了一定的規(guī)模，利用EAN－UCC編碼技術(shù)北京建立了“牛肉產(chǎn)品追溯應(yīng)用試點”，陜西建立了“牛肉質(zhì)量與跟蹤系統(tǒng)”，福建建立了“遠(yuǎn)山河田雞供應(yīng)鏈跟蹤與追溯體系”［12］。

3.2.2 EPC編碼技術(shù) 產(chǎn)品電子代碼(EPC)是新一代與EAN·UCC系統(tǒng)的編碼體系兼容的編碼標(biāo)準(zhǔn)，它可以實現(xiàn)對所有實體對象進(jìn)行唯一的有效標(biāo)識，是對條碼技術(shù)的擴(kuò)展和延續(xù)。目前就EPC在畜禽及產(chǎn)品中的應(yīng)用還處于摸索階段，只有部分學(xué)者進(jìn)行了研究，還沒有在企業(yè)中大量使用。2008年曾經(jīng)［13］通過對EPC編碼技術(shù)和RFID技術(shù)的研究，提出了基于EPC編碼的豬肉溯源編碼方案，并以電子耳標(biāo)、電子標(biāo)簽和條碼為載體建立了飼養(yǎng)和屠宰過程的信息自動采集、分割肉用一維條碼標(biāo)識的全程溯源體系。

3.3 大型動物鑒別溯源技術(shù)

追溯中常常根據(jù)不同畜禽動物種類制定不同的追溯單元，大型動物(牛、豬)常以單獨個體為追溯單元，這就要求追溯中除了耳標(biāo)標(biāo)識外，必要時還要具備個體識別的能力，現(xiàn)在DNA技術(shù)最常用的是個體鑒別技術(shù)，虹膜鑒別等其他技術(shù)還處于研究階段。

3.3.1 DNA技術(shù) DNA技術(shù)在畜禽追溯中主要應(yīng)用于品種［14］、種屬鑒別［15－16］和大型動物個體鑒別，該技術(shù)主要基于動物個體DNA序列的獨一無二性，可以達(dá)到100%的準(zhǔn)確性。DNA溯源技術(shù)因其易分型、重復(fù)性好、檢測手段簡單快捷、成本低廉等已成為目前國際上公認(rèn)的最具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用價值的快速溯源技術(shù)［17］。國外已經(jīng)開始采用DNA溯源技術(shù)進(jìn)行肉制品溯源，如歐盟正積極發(fā)展DNA溯源技術(shù)，建立了牛肉制品的溯源系統(tǒng);加拿大楓葉公司在電子標(biāo)簽的基礎(chǔ)上，借鑒DNA溯源技術(shù)，增強(qiáng)系統(tǒng)的追蹤能力，建立豬肉追蹤系統(tǒng);日本、澳大利亞等國在屠宰時采集動物DNA樣品，以便在后續(xù)對動物和肉制品進(jìn)行追溯，我國目前還沒有應(yīng)用此技術(shù)。目前來看，DNA溯源技術(shù)將成為以后動物和肉制品進(jìn)行溯源的潮流。

3.3.2 虹膜鑒別技術(shù) 虹膜是位于眼睛黑色瞳孔和白色鞏膜之間的圓環(huán)狀部分，在紅外光下可以看到豐富的紋理細(xì)膩，如斑點、條紋、細(xì)絲、隱窩等細(xì)節(jié)特征，就像動物個體DNA序列一樣，虹膜紋理具有惟一性、穩(wěn)定性、可采集性和終生不變等特點，因此可以作為身份鑒別方法。目前，虹膜識別在人類身份鑒別中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，在動物溯源識別中的應(yīng)用還處于初步研究階段，但由于其本身的特點可能成為以后發(fā)展的方向，方超等［18］通過研究給出了實現(xiàn)動物虹膜識別的技術(shù)路線并構(gòu)建了基于虹膜識別的肉食品可追溯系統(tǒng)，孔強(qiáng)等［19］以牛眼為例對大型動物虹膜識別的相關(guān)算法和虹膜定位等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，分析了牛虹膜紋理特征的分布特點，實現(xiàn)了虹膜特征區(qū)域的提取及歸一化處理，他們的研究為虹膜技術(shù)在動物追溯中的應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ)。

3.4 畜禽及產(chǎn)品產(chǎn)地溯源技術(shù)

3.4.1 同位素溯源技術(shù) 動物體內(nèi)穩(wěn)定的同位素是動物的自然屬性，它與動物的生長環(huán)境密切相關(guān)，是動物體的一個自然標(biāo)簽，它能為動物溯源提供科學(xué)的、不可改變的身份鑒定信息。在畜禽產(chǎn)品的溯源中，研究最多的是對牛肉和羊肉的產(chǎn)地溯源，肉雞因為食用的飼料批次差異很大，追溯相對困難［20］，很多研究表明［21－24］，不同地域來源的牛等動物組織中同位素含量有顯著性差異，表明同位素可以用來溯源動物產(chǎn)地。但也有研究表明在特定情況下利用同位素對雞肉可進(jìn)行粗略溯源［25］。但目前對畜禽同位素溯源的最小地域范圍還不清楚，因此它的應(yīng)用還不是很普遍。

3.4.2 痕量元素溯源技術(shù) 痕量元素是表征地域差異的較好指標(biāo)，其依據(jù)是生物組織不斷從所生活的環(huán)境中累積各種礦物元素，不同來源的生物體中元素含量有很大差異［20］。由于痕量元素受外界環(huán)境和氣候變化的影響很大，所以只能在地域和氣候差異較大的不同地區(qū)之間溯源，郭菠莉［26］研究了中國四大肉牛產(chǎn)區(qū)脫脂牛肉的22種元素，發(fā)現(xiàn)特定的幾種元素對牛肉產(chǎn)地的判別效果比較好，整體的正確率達(dá)到了98.3%。目前該技術(shù)單獨用來溯源畜禽及產(chǎn)品的研究較少，把它和同位素等其他溯源技術(shù)聯(lián)合運(yùn)用，溯源的準(zhǔn)確性更高。

3.4.3 其他溯源技術(shù) 關(guān)于溯源畜禽動物的產(chǎn)地技術(shù)，很多學(xué)者進(jìn)行了研究，運(yùn)用很多技術(shù)進(jìn)行了探索，例如紅外光譜法［27－30］、化學(xué)成分分析法［31］，雖然各種方法都有各自的缺陷，但在一定條件下，都能對特定的動物及產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)地溯源，多數(shù)情況下把幾種溯源方法同時聯(lián)合使用，利用多元統(tǒng)計分析篩選溯源指標(biāo)［32］會取得更好的溯源效果。

4 可追溯技術(shù)的應(yīng)用展望

隨著通信技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在畜禽追溯中可運(yùn)用的技術(shù)會越來越多，不論是動物的標(biāo)識技術(shù)，還是信息傳遞技術(shù)，或是終端查詢技術(shù)，都會有巨大的進(jìn)步，一些現(xiàn)代通信技術(shù)和現(xiàn)代分析技術(shù)也可能運(yùn)用到畜禽動物的追溯當(dāng)中，例如應(yīng)用微波雷達(dá)技術(shù)可用于動物的跟蹤追溯中，GPRS可以用于追溯信息的常用查詢當(dāng)中，各種質(zhì)譜的聯(lián)用可以用于畜禽產(chǎn)地的溯源當(dāng)中。總之，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，總有新的技術(shù)和設(shè)備被運(yùn)用到畜禽動物及產(chǎn)品的追溯當(dāng)中，以便實現(xiàn)更快、更精確的追溯。

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Research progress of traceability technology of livestock and poultry and its applications

WANG Hu－h(huán)u，XU Xing－lian
(National Center of Meat Quality and Safety Control，Key Laboratory of Meat Processing and Quality Control，Ministry of Education，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China)

TS251.7

A

1002－0306(2010)07－0413－04

2009－08－11

王虎虎(1986－)，男，碩士研究生，研究方向:肉品加工與質(zhì)量控制。

國家肉雞產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(nycytx－42－G5－02)。