基于物聯網技術的乳品安全與質量追溯系統的研究與應用

荊澤亮+王俊勇

摘 要：根據國家相關法規，乳品企業必須建立相應的產品安全及質量管理體系。但在實際應用中，還存在成本高、監管不到位的問題。因此，基于物聯網技術，以生產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據，以網絡技術和計算機進行數據存儲和分析，開發一套規范乳品生產、加工、流通、銷售的安全監測和追溯管理系統。實踐證明，將該系統應用到實際生產后，企業食品單位安全規制成本降低20%，保證了乳品安全和質量穩定。

關鍵詞：射頻識別（RFID）；產品電子代碼（EPC）；物聯網；乳品生產

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》，國家食品藥品監督管理總局以此為基礎，制定了《嬰幼兒配方乳粉生產企業食品安全追溯記錄規范》，要求各地食品藥品監督管理部門要督促指導地區乳粉生產企業結合實際情況建立和完善乳粉生產企業食品安全追溯體系，實現嬰幼兒配方乳粉生產過程可記錄、可追溯、可管控、可召回、可查詢保障乳粉質量安全。但是，由于地區、產品及人員素質等問題，企業在實際執行相應食品安全規制過程中，執行規制的成本過高、持續性差、存在監管盲點[1，2]。

隨著物聯網技術的興起，使低成本、高效地實施乳品質量安全監督管理成為可能[3]。物聯網技術能夠保證在原料、生產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，實現這一過程中的信息交換與通信[5]。一些食品生產中已經實現了應用并取得較好效果。本研究通過規范和梳理嬰幼兒乳品生產中的信息流和相應的食品安全規制結合點，研究并實際建立一套適于乳品及嬰幼兒產品生產企業的乳品安全與質量追溯體系。

一、試驗

（一）材料、設備及開發平臺

開發平臺：ORACLE 9i/10g，數據庫：SQL-Server（2015版本）數據庫上，J2EE中間件：WebSphere、WebLogic，服務器端支持操作系統：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國家強制檢測辦法確定。

（二）方法

1.系統開發流程圖

為實現乳產品從牧場到消費者的全鏈條基于物聯網技術的食品溯源及管理系統，本系統主要分為原料供應、牧場、乳品生產、銷售及消費者查詢5個模塊，生產原料和生產原料的標簽信息在整個體系內交互流動、互相驗證。各模塊具體功能和實現技術如圖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；在牧場牛群飼養階段，利用NFC技術、衛星定位技術進行奶牛健康的智能監控；在乳品生產階段，利用NFC技術、互聯網技術進行原料信息、生產過程及成本等信息管理；在銷售環節，利用衛星定位技術、NFC技術對產品名稱、生產批次，銷售數量；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品進行安全及質量監控，采集后通過根據國家規定的法規進行乳品質量檢測，通過乳品質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，由各節管理員錄入虛假產品批號及相應的標簽信息，后續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。采集節點具體如圖2所示。

3.原料奶安全及質量管理體系的建立

根據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點的開發

系統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。在原料奶運輸環節，通過RFID技術、衛星導航定位、視頻監控等技術應用，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控，將視頻和電子標識同步記錄。

5.乳品生產加工環節的開發

以乳粉濕法加工為例，其加工環節為：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→殺菌濃縮→噴霧干燥→流化床→粉倉貯存→篩粉→包裝→入庫。經過運用RFID技術對生產的各個環節進行詳細的記錄，如原料奶進廠日期、原料奶產地、各工藝環節參數的記錄、質量檢查記錄、生產批次、產品合格記錄、產品包裝記錄、倉儲記錄等。

6.銷售及消費者信息查詢環節的開發

此環節是食品銷售終端。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據進行查閱，幫助銷售方確認食品是否符合銷售條件。

二、結果與討論

（一）平臺實現與應用

乳品質量追溯是全鏈條基于物聯網技術的食品溯源及管理系統，系統技術涵蓋了物聯網技術、RFID技術、NFC技術、無線傳感器技術、衛星定位技術、互聯網技術，系統之間可以做到無縫連接、信息共享。實現農牧產品種植、養殖環境、健康狀況、收購及運輸監控，從源頭對乳品質量安全溯源與預警。對工廠生產質量跟蹤、成品運輸跟蹤，監控成品品質。圖3為產品實現的操作界面。用于在乳品生產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

在奶牛飼養管理過程中，RFID技術的應用可以準確實現飼養管理和原料奶品質監控，對奶牛的個體特征、產奶量等相關的屬性信息進行讀取、記錄基本數據。在擠奶環節上既可讀取奶牛的全部相關資料，自動記錄奶牛飼養各個環節的工作數據，如奶牛卡片、系譜、日產奶量、產犢、生長發育等，也可以通過系統統計奶牛的產奶量、繁育、疾病、飼料消耗等信息，并且在統計的基礎上進行分析和總結或制成圖表、泌乳曲線等，方便隨時監控觀察分析，發現問題并及時解決。

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，結合智能管理系統主動數據庫提示，飼養管理人員能夠立刻對奶牛的產量、牛奶品質、奶牛健康給予正確評價，并制定合理的飼養管理方案。做到產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的均衡，從最終意義上提高個體奶牛的產奶量。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。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節。

（三）原材料收購及運輸管理環節的應用

系統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。在原料奶運輸環節中，通過RFID技術、衛星導航定位、視頻監控等技術應用，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的情況發生。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）乳品生產加工環節的應用

以乳粉濕法加工為例，其加工環節為：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→殺菌濃縮→噴霧干燥→流化床→粉倉貯存→篩粉→包裝→入庫。經過運用RFID技術對生產的各個環節進行詳細的記錄，如原料奶進廠日期、原料奶產地、各工藝環節參數的記錄、質量檢查記錄、生產批次、產品合格記錄、產品包裝記錄、倉儲記錄等，如圖5、圖6所示。從而便于乳品生產企業對乳品生產過程及產品質量得以控制，從原料進場到生產過程到銷售過程，全程實施追蹤與追溯，如圖7所示，以便食品藥品監督管理部門對生產企業進行監督。

（五）銷售方和消費者信息查詢環節的應用

此環節是食品銷售終端，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據進行查閱，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的情況發生。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。

結語

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

參考文獻：

[1] 何雨欣，章謨曉.嬰兒乳粉、網絡食品納入食品安全責任險試點[J].中國食品學報，2015，（2）.

[2] 魏傳峰.食品安全責任險 只有堅持才能勝利[J].中國食品，2015，（1）.

[3] 吳冬燕，石瑞華，周霞，陳園園，吳陽江.基于物聯網的食品冷鏈安全監控系統研究[J].食品工業，2015，（174）.

[4] 馬長路，曲愛玲.物聯網技術與食品質量安全管理的相輔效應[J].食品工業，2015，（212）.

[5] 李建新，周華.基于物聯網技術的食品冷鏈物流研究[J].食品工業，2015，（223）.

[責任編輯 王燕文]