全壽命周期下茶葉質(zhì)量安全可追溯體系評(píng)價(jià)與關(guān)鍵技術(shù)研究

徐水太，汪亞波，衛(wèi)引凱

（江西理工大學(xué)，江西 贛州 341000）

中國(guó)是世界上最大的茶葉生產(chǎn)國(guó)，中國(guó)以茶葉品種多，茶葉品質(zhì)高，享譽(yù)世界。近年來(lái)，除了2020年受疫情影響茶葉出口量有所下降外，總體呈上升趨勢(shì)，如圖1所示。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，茶葉銷售量也呈上升趨勢(shì)。一片普通的茶葉從茶園進(jìn)入到消費(fèi)者的杯中，要經(jīng)過(guò)多道工序和流程，在全壽命周期視角下，茶葉質(zhì)量安全可追溯體系涉及茶園種植、茶葉初加工、茶葉精加工、茶葉運(yùn)輸和倉(cāng)儲(chǔ)、茶葉銷售、茶葉售后整個(gè)流程。食品質(zhì)量安全無(wú)小事，近年來(lái)，社會(huì)上茶葉質(zhì)量安全事件時(shí)有發(fā)生，部分企業(yè)存在以次充好，重金屬超標(biāo)，售賣過(guò)期茶葉等行為，嚴(yán)重?fù)p害了茶葉行業(yè)形象和消費(fèi)者利益。這說(shuō)明當(dāng)前的茶葉質(zhì)量安全可追溯體系存在漏洞。隨著數(shù)字信息技術(shù)的發(fā)展，全壽命周期下茶葉質(zhì)量安全可追溯體系日臻完善。

圖1 中國(guó)茶葉出口量

1 茶葉質(zhì)量安全可追溯體系現(xiàn)狀

在食品安全管理領(lǐng)域，追溯一般被定義為：通過(guò)記錄的標(biāo)識(shí)對(duì)具體實(shí)體的歷史、應(yīng)用或位置進(jìn)行回溯的能力[1]。以美國(guó)為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家食品安全體系健全，食品質(zhì)量安全溯源技術(shù)先進(jìn)，而我國(guó)食品質(zhì)量溯源體系相對(duì)落后[2]。近年來(lái)國(guó)家加大了相關(guān)建設(shè)力度，2018年中央一號(hào)文件提出，要加強(qiáng)農(nóng)業(yè)投入品和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯體系建設(shè)。茶葉質(zhì)量安全追溯手段多種多樣，傳統(tǒng)的追溯技術(shù)，如同位素標(biāo)定法。LU[3]等人對(duì)西湖龍井茶葉不同生長(zhǎng)時(shí)期，利用Pb同位素標(biāo)定法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)西湖龍井茶葉從萌芽、中葉到老葉Pb含量逐漸遞增。隨著信息通信技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)技術(shù)結(jié)合IOT等新興技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的不斷深化普及，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈的質(zhì)量安全可追溯體系的監(jiān)控。目前茶葉質(zhì)量安全面對(duì)的問(wèn)題主要有農(nóng)藥殘留超標(biāo)、重金屬污染、有害微生物殘留、非茶類物質(zhì)混入、儲(chǔ)存過(guò)程中的發(fā)霉變質(zhì)等[4]。建立全流程的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯體系，如圖2模型所示，有助于加強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全動(dòng)態(tài)管理和監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各個(gè)環(huán)節(jié)中的問(wèn)題。

圖2 農(nóng)產(chǎn)品安全可追溯體系概念框架[5]

2 全壽命周期視角下茶葉質(zhì)量安全可追溯體系指標(biāo)

一個(gè)完整的茶葉產(chǎn)業(yè)鏈包括茶葉種植、茶葉加工、茶葉運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)、茶葉銷售和茶葉售后，如圖3所示。根據(jù)上述產(chǎn)業(yè)鏈的每個(gè)階段，通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，與實(shí)際調(diào)查，為了研究問(wèn)題的方便，本文將茶葉全壽命周期分為四個(gè)階段，合并了茶葉銷售和茶葉售后。根據(jù)每個(gè)階段影響茶葉質(zhì)量安全的關(guān)鍵指標(biāo)建立指標(biāo)體系[3]，如表1所示。

圖3 茶葉全壽命周期

表1 全壽命周期茶葉質(zhì)量安全可追溯體系[6]

3 層次分析法理論

層次分析法由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家Saaty創(chuàng)立，其基本運(yùn)算步驟如下：

第一步 建立指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)模型。

第二步 邀請(qǐng)行業(yè)內(nèi)相關(guān)專家進(jìn)行打分。層次分析標(biāo)度法如表2所示。

表2 層次分析法標(biāo)度

第三步 對(duì)比較矩陣規(guī)范化處理。

對(duì)規(guī)范向量求和除以n得到各指標(biāo)權(quán)重：

第四步 層次單排序以及一致性檢驗(yàn)并進(jìn)行一致性評(píng)價(jià)。

計(jì)算判斷矩陣最大特征值λmax，計(jì)算一致性指標(biāo)：

第五步 獲得一致性指標(biāo)值RI。如表3所示。

表3 隨機(jī)一致性指數(shù)

第六步 將CI與隨機(jī)一致性指標(biāo)RI進(jìn)行比較，計(jì)算一致性比率，CR值小于0.1則判斷矩陣會(huì)基本滿足完全一致性，否則，就要對(duì)判斷矩陣重新賦值，直至滿足一致性要求。

4 案例分析

4.1 西湖龍井茶概況

西湖龍井茶產(chǎn)于浙江省杭州市，茶葉清香淡雅，被譽(yù)為中國(guó)十大名茶之首。西湖龍井茶2021年種植面積22374.7畝，其中一級(jí)保護(hù)區(qū)7369.7畝，二級(jí)保護(hù)區(qū)15005畝。“西湖龍井”為國(guó)家地理保護(hù)標(biāo)志。2020年，浙江省龍井茶產(chǎn)量為2.6萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)9.0%。2021年西湖龍井茶一級(jí)產(chǎn)區(qū)春茶產(chǎn)量為160噸左右。

4.2 西湖龍井茶質(zhì)量安全指標(biāo)體系評(píng)價(jià)

4.2.1 指標(biāo)體系的建立

本文邀請(qǐng)龍井茶行業(yè)內(nèi)5名資深專家對(duì)龍井茶茶葉質(zhì)量安全可追溯體系相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行打分，通過(guò)實(shí)地調(diào)研與文獻(xiàn)查閱的梳理分析，運(yùn)用層次分析法，以龍井茶全壽命周期為目標(biāo)層，再細(xì)分為茶葉種植、茶葉加工、茶葉物流三個(gè)準(zhǔn)則層。在第三級(jí)指標(biāo)層中，將意義相同、內(nèi)容相近、不具備研究性的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)整理、剔除合并，參考相關(guān)專家意見(jiàn)，精簡(jiǎn)得到最終的指標(biāo)層（表4）。

表4 修改后茶葉質(zhì)量安全可追溯體系

4.2.2 計(jì)算準(zhǔn)則層和指標(biāo)層權(quán)重

詳情見(jiàn)表5、表6、表7、表8、表9、表10。關(guān)重金屬檢測(cè)，獲得相關(guān)質(zhì)量安全認(rèn)證，一旦出現(xiàn)茶葉質(zhì)量安全事件，經(jīng)過(guò)售后反饋，是最先追溯的階段。茶葉種植是農(nóng)產(chǎn)品的源頭，殺蟲(chóng)劑化肥農(nóng)藥的使用直接決定了茶葉的質(zhì)量安全品質(zhì)[7]，所以緊隨其后。茶葉加工階段要經(jīng)過(guò)殺青、炒制等流程，不當(dāng)?shù)臋C(jī)械設(shè)備使用，加工衛(wèi)生環(huán)境差也會(huì)對(duì)茶葉質(zhì)量安全產(chǎn)生影響。運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)階段，不恰當(dāng)?shù)臏囟取穸取⒀鯕獾壤砘蛩貢?huì)導(dǎo)致茶葉發(fā)霉變質(zhì)。

表5 準(zhǔn)則層

表6 茶葉種植

表7 茶葉加工

表8 茶葉運(yùn)輸與倉(cāng)儲(chǔ)

表9 茶葉銷售與售后

表10 綜合權(quán)重表

4.3 相關(guān)數(shù)據(jù)分析

4.3.1 準(zhǔn)則層分析

準(zhǔn)則層中，權(quán)重向量排序?yàn)椴枞~銷售與售后＞茶葉種植＞茶葉加工＞茶葉運(yùn)輸與倉(cāng)儲(chǔ)。茶葉銷售與售后階段指標(biāo)權(quán)重最高，具有一定合理性。此階段是質(zhì)量安全問(wèn)題產(chǎn)生的階段，茶葉作為商品被銷售給顧客，要通過(guò)相

4.3.2 指標(biāo)層分析

指標(biāo)層中，如圖4所示，權(quán)重值排名前六位分別為信息技術(shù)＞原產(chǎn)地保護(hù)標(biāo)識(shí)＞化肥農(nóng)藥＞病蟲(chóng)害防治＞添加劑＞機(jī)械設(shè)備。信息技術(shù)在所有指標(biāo)中排名最高，在整個(gè)系統(tǒng)中具有舉足輕重的地位。這與實(shí)際情況相符，茶葉質(zhì)量安全溯源離不開(kāi)現(xiàn)代信息技術(shù)的支撐。以大數(shù)據(jù)融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)茶葉質(zhì)量安全從種植園到客戶全流程監(jiān)控。原產(chǎn)地保護(hù)標(biāo)識(shí)[8]如“西湖龍井”國(guó)家地理標(biāo)識(shí)，是對(duì)杭州地區(qū)龍井茶葉品質(zhì)安全聲望和其他特征的認(rèn)可，并且龍井茶的生產(chǎn)、加工或配置都在該區(qū)域內(nèi)完成。化肥農(nóng)藥被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，其可以有效地減少農(nóng)作物病蟲(chóng)害發(fā)生，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。然而農(nóng)藥殘留超標(biāo)卻能對(duì)人體產(chǎn)生不利影響。不恰當(dāng)?shù)氖┓蕰?huì)對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)造成不利影響，造成茶葉品質(zhì)下降。我國(guó)主要有三十余種茶葉病蟲(chóng)害，常見(jiàn)的有小綠葉蟬、螨類、蚜蟲(chóng)、黑刺粉虱和尺蠖類等。茶樹(shù)病蟲(chóng)害的發(fā)生不僅會(huì)影響茶葉產(chǎn)量，還會(huì)嚴(yán)重影響茶葉品質(zhì)安全和美觀，應(yīng)予以積極防治。食品添加劑，如防腐劑，其作用是防止食物發(fā)霉、變質(zhì)，比較常見(jiàn)的防腐劑有雙乙酸鈉、山梨酸、苯甲酸等，超限量使用食品添加劑會(huì)對(duì)人體造成危害[9]。機(jī)械設(shè)備主要是小型生產(chǎn)線機(jī)械配套設(shè)備會(huì)對(duì)茶葉加工質(zhì)量產(chǎn)生不利影響[10]。

圖4 龍井茶質(zhì)量安全溯源體系指標(biāo)權(quán)重分布圖

5 茶葉質(zhì)量安全關(guān)鍵信息技術(shù)研究

5.1 區(qū)塊鏈技術(shù)（blockchain）

區(qū)塊鏈技術(shù)[11]是一種分布式總賬系統(tǒng)，使用了時(shí)間戳技術(shù)，將數(shù)據(jù)區(qū)塊按照順序相連的方式組合而成的一種鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，綜合了密碼學(xué)方法，信息數(shù)據(jù)不可篡改和偽造。區(qū)塊鏈的核心工作原理如圖5所示[12]。區(qū)塊鏈體系核心特征是：去中心化、數(shù)據(jù)庫(kù)安全、集體維護(hù)、各方信任。區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種嶄新的新技術(shù)，其獨(dú)特的特點(diǎn)引起各行各業(yè)學(xué)者的廣泛關(guān)注。食品質(zhì)量安全溯源體系中引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)得到了理想的效果。葛艷等[13]以生食牡蠣為例構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈的HACCP質(zhì)量溯源模型，利用區(qū)塊鏈技術(shù)交易的不可篡改特點(diǎn)，保證了生食牡蠣質(zhì)量溯源數(shù)據(jù)的可信度。在茶葉領(lǐng)域借助區(qū)塊鏈技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)茶葉從種植園階段幼苗日常管理、田間施肥、農(nóng)藥噴灑等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)到最終送達(dá)消費(fèi)者手中全過(guò)程的監(jiān)控與管理，形成“產(chǎn)-供-銷-消”一體化的信息系統(tǒng)[14]。

5.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（IOT）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[15]作為一種現(xiàn)代新興技術(shù)，是將廣泛存在的多種事物或目標(biāo)通過(guò)傳感器、激勵(lì)器、RFID或者智能手機(jī)等設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)鏈接起來(lái)的技術(shù)。它主要融合了無(wú)線感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)（WSN）、對(duì)象名稱解析服務(wù)（ONS）、藍(lán)牙（Bluetooth）、紫蜂（ZigBee）等通信技術(shù)[16]，如圖6所示。Jouni Tervonen[17]使用了IOT技術(shù)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)中馬鈴薯種子的不同WSN節(jié)點(diǎn)溫度做了數(shù)據(jù)分析，證實(shí)了IOT技術(shù)是農(nóng)業(yè)食品供應(yīng)鏈體系的有效解決方法。陽(yáng)瓊芳[18]研究了廣西農(nóng)墾茶葉產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的覆蓋茶葉生產(chǎn)、茶葉加工、茶葉銷售等全產(chǎn)業(yè)鏈的質(zhì)量溯源系統(tǒng)。

圖6 IOT技術(shù)元素蜂窩圖

5.3 二維碼技術(shù)

二維碼技術(shù)[19]的基本原理是水平和垂直空間信息編碼，因而可以在橫向和縱向空間同時(shí)表達(dá)信息，在很小的空間表達(dá)大量信息。二維碼技術(shù)由于成本低廉，用途極為廣泛，食品包裝上應(yīng)用二維碼技術(shù)非常普及。張帥等[20]運(yùn)用二維碼技術(shù)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)和功能模塊設(shè)計(jì)，指出二維碼信息對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源與管控的重要性。

5.4 RFID識(shí)別技術(shù)

射頻識(shí)別（Radio frequency identification，RFID）技術(shù)[21]是一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，具有可存儲(chǔ)大量信息和方便操作的優(yōu)點(diǎn)。RFID技術(shù)溯源系統(tǒng)由RFID標(biāo)簽、多個(gè)閱讀器和天線三部分組成，RFID標(biāo)簽由多個(gè)芯片組成，用于識(shí)別目標(biāo)對(duì)象。閱讀器讀取數(shù)據(jù)通過(guò)以太局域網(wǎng)傳送到數(shù)據(jù)服務(wù)器存儲(chǔ)，用戶通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)共享數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息。RFID基本工作原理如圖7所示。RFID技術(shù)方便快捷存儲(chǔ)信息量大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源體系中應(yīng)用廣泛。只需要在包裝上植入RFID電子標(biāo)簽，用戶利用RFID探頭即可輕松獲取產(chǎn)品相關(guān)信息。其成本要比二維碼高很多，適用于價(jià)值較高的產(chǎn)品。

圖7 RFID基本工作原理圖[22]

5.5 電子鼻技術(shù)

電子鼻（electrical nose）技術(shù)[23]是以哺乳動(dòng)物嗅覺(jué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和機(jī)理為依據(jù)，融入了傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)模擬人的感官系統(tǒng)去識(shí)別氣體圖譜，可有效地分析揮發(fā)性氣體，進(jìn)而可以快速測(cè)定、區(qū)分不同品種和產(chǎn)地的農(nóng)產(chǎn)品。郭永躍等[24]利用電子鼻技術(shù)對(duì)初榨橄欖油進(jìn)行了鑒別試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了電子鼻技術(shù)的可靠性。

6 結(jié)束語(yǔ)

基于對(duì)西湖龍井茶質(zhì)量安全可追溯體系案例研究發(fā)現(xiàn)，信息技術(shù)是影響茶葉質(zhì)量安全溯源體系最重要的指標(biāo)。因此，農(nóng)產(chǎn)品安全領(lǐng)域有必要加強(qiáng)現(xiàn)代化信息通信技術(shù)的應(yīng)用力度和廣度。相關(guān)政府監(jiān)管者應(yīng)重視農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)，有助于農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源體系的完善[25]。通過(guò)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源關(guān)鍵信息技術(shù)原理與應(yīng)用的介紹拋磚引玉，有助于推動(dòng)未來(lái)學(xué)者研究。本文對(duì)茶葉的研究具有一定的普遍適用性，也同樣適用于其他農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源問(wèn)題。