區塊鏈賦能乳制品供應鏈質量安全監測研究

許雯宏，唐衍軍，2*

（1.華東交通大學 經濟管理學院，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）

食品安全關乎人民群眾身體健康、生命安全，甚至是社會穩定[1]。科學、完善的食品安全風險監測體系，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]。現階段應構建多要素融合的全供應鏈質量安全精準監管系統[3]，對乳制品供應鏈質量安全實施全過程可視化監測[4]。有學者利用物聯網、大數據等技術對食品質量安全監測平臺及監管機制做了探討[5-6]。但這類傳統技術在實際應用中存在數據中心化的問題，難以保障信息的安全性及可靠性[7]。區塊鏈的出現為食品供應鏈管理提供了一種去中心化整合資源的解決方案[8]，構建基于區塊鏈技術的食品全供應鏈可信追溯模型，能夠保證供應鏈各環節數據安全可靠[9]。區塊鏈擁有分布式賬本、公私鑰、數字簽名及共識機制等核心技術，能夠實現對乳制品質量安全信息的及時安全傳遞和有效追溯。依靠科技手段構建嚴格、科學且覆蓋全過程的監管體系，是有效提升食品質量安全監管效能的必經之路[10]。本文嘗試以區塊鏈為底層技術，構建覆蓋乳制品全供應鏈的質量安全監測平臺，通過優化信息采集、查詢、監測及追溯流程，來強化乳制品供應鏈質量安全管理、保障食品安全。

1 乳制品供應鏈質量安全監測的關鍵環節

乳制品供應鏈的諸多環節中，生鮮乳供應以及乳制品加工、儲運環境存在較多的質量完全隱患，應將其作為關鍵控制點加強質量監測。乳制品供應鏈是從生鮮乳供應、質量檢測到乳制品加工、儲運以至銷售的全過程如下：

1.1 生鮮乳供應環節

大部分中小型乳制品生產企業沒有自己的專屬牧場，乳制品質量水平受到奶牛養殖、生鮮乳生產及檢驗檢測等因素的制約。其中奶牛養殖環節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。乳制品企業一般與上游養殖戶簽訂購銷合同，生鮮乳供不應求時往往會通過放寬檢測標準來爭奪奶源。部分養殖戶利用潛規則做出投機行為，降低了生鮮乳品供應質量，甚至在養殖戶之間出現降低鮮奶供應質量的惡性競爭[11]。此外，生鮮乳加工過程中擠乳消毒環節規范性、衛生條件、存儲條件等也對乳制品質量安全造成影響。乳制品企業無法對奶牛養殖及生鮮乳生產環節的衛生防疫狀況進行實時監測，奶站在收集散戶生鮮乳時，受限于檢測設備不足、專業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量，致使部分不合格產品流通到供應鏈的下一環節，進而流入終端消費市場。

1.2 乳制品生產加工環節

生鮮乳經機械化收集及質量檢測后，通過乳槽車運至乳制品企業，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量安全問題主要由工藝不合規、操作不規范、環境不整潔、殺菌不徹底、設備器皿不衛生等因素導致[13]。不少乳制品企業在生產加工階段存在各種不規范操作現象，致使乳制品質量安全不能得到有效保證。除食材本身的質量狀況以外，食品加工過程中的廚具、工具設備、存放器皿等食品相關產品也是保障食品安全的重要因素[14]。乳制品生產加工環節應確保加工用水、工具設備以及存放器皿的清潔衛生，防止外來污染。部分中小型乳制品生產企業不僅面臨生產設備不先進、生產及時性不強、生產技術無法滿足消費者需求等問題，還可能因為衛生條件不達標、包裝消毒不徹底而造成產品污染，存在嚴重的產品質量安全隱患。此外，中小型乳制品生產企業沒有能力對生產加工工藝進行全過程監控監測，導致生產加工環節的質量安全隱患不能被實時排查到。

1.3 乳制品運輸儲存環節

生鮮農產品在物流配送環節最容易出質量安全問題[15]，易發生乳制品包裝破損、溫度濕度不宜等二次污染問題。目前國內冷鏈物流業發展尚不成熟，大部分冷庫只起到一個低溫儲藏倉庫的作用，服務于乳制品行業的專業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運輸與倉儲脫節等“斷鏈”現象[16]。運輸儲存環節因物流時間過長、溫濕度不適宜而造成乳制品品質受損的風險始終存在。部分冷鏈物流企業為降低成本，甚至采用運輸途中關閉制冷機、快到目的地時在打開制冷機的現象，更是增加了乳制品的變質風險，易在消費端誘發嚴重的食品質量安全事故我國乳制品行業供應鏈信息共享機制尚未真正形成[17]，不僅導致因信息傳遞不及時而造成物流時間過長、質量受損[18]，還導致發生質量安全事故時產品信息難以被有效追溯[19]。

2 區塊鏈賦能乳制品供應鏈質量安全監測的機理

區塊鏈是由多種技術組合而成的技術體系，主要涉及公私鑰技術、分布式算法、數字簽名技術等[20]。發揮區塊鏈去中心化網絡及技術體系優勢，能夠為乳制品供應鏈質量安全管理進行技術賦能。

2.1 去中心化體系強化生鮮乳供應環節質量監測

區塊鏈采用的對等網絡、密碼學算法及共識算法等技術，決定了其本身具有去中心化、信息透明、可追溯等特性[21]。區塊鏈網絡中不需要中心化的服務器，每個分布式節點的權責對等，都可以進行數據的分布式存儲和核算。區塊鏈網絡中的各個在線節點遵守同樣的數據儲存、驗證與加密規則，對鏈上的交易和數據共同進行實時維護，各節點對數據進行獨立備份以保障數據安全完整。區塊鏈網絡去中心化的體系架構保證了交易方之間的點對點交互，能夠使大規模數字交易得以高效率地實現。基于區塊鏈組成去中心化的網絡體系，生鮮乳供應商、乳制品加工企業、物流企業、分銷商之間的信息溝通將毋需通過中心處理器，通過系統各節點組成信息共享聯盟即可實現對奶源質量安全情況的聯合監測監控。構建去中心化的區塊鏈網絡體系，還能夠實現對生鮮乳供應環節飼養信息、擠乳消毒情況、動物防疫信息、飼養區環境衛生狀況等信息的實時監測，有助于織牢乳制品質量安全追溯網，確保對乳制品質量安全進行源頭把控。

2.2 公私鑰技術助力乳制品加工環節污染問題控制

區塊鏈公私鑰技術將密鑰存儲的職責交由各節點共同承擔，相較于傳統中心化公鑰系統能夠提供更好的抗干擾能力[22]。為保障數據安全性與信息私密性的需要，區塊鏈采用公私鑰技術，將密鑰封裝機制和數據封裝機制相互結合，對鏈上數據進行及時安全傳遞。生鮮奶供應商是保證加工環節產品質量的重要對象[23]，將區塊鏈公私鑰技術用于乳制品供應鏈，有助于打通乳制品加工企業與生鮮奶供應商之間的信息壁壘，實現對生鮮奶供應質量信息的實時監測。區塊鏈網絡平臺中，乳制品企業和生鮮奶供應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。乳制品加工企業應用區塊鏈系統上的公鑰查詢生鮮奶供應環節的質量信息，并將加工過程中的設備、流程、操作等，通過私鑰以文字、視頻的形式傳送到區塊鏈上。通過公私鑰技術在乳制品質量安全監測中的應用，能夠加強設備工具清洗、消毒、工作環境殺菌等環節的控制，消除產品污染，保障乳制品質量安全。

2.3 數字簽名技術確保乳制品運輸儲存環節銜接

區塊鏈構建的信任網絡，將帶來多場景模式下的便利流通[24]。區塊鏈采用數字簽名技術使交易方在無第三方擔保情況下實現互信，實現對產品質量的在途、實時監測，保障物流倉儲環節的產品質量安全。數字簽名規定兩種互補的機制，一個用于簽名，另一個用于驗證。區塊鏈數字簽名技術下，對乳制品物流運輸中的所有車輛做數字簽名，車輛類型、產品種類、車內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送到相應的倉儲企業。數字簽名驗證機制確保倉儲企業收到簽名，并將空余倉位信息形成唯一的代碼發回至物流運輸企業。建立基于數字簽名技術的乳制品物流信息共享平臺，有助于實現乳制品加工企業、鮮奶供應商、銷售商及物流服務商之間的網絡互信、信息互聯，進而高效匹配乳制品供應鏈上的龐大貨源、車源、倉位等信息，縮減乳制品的物流在途時間，有效保障乳制品質量安全。

3 區塊鏈賦能乳制品供應鏈質量安全監測的路徑

區塊鏈技術應用必將朝著建立產業服務平臺的方向發展[25]，以區塊鏈為底層技術建立的信息平臺具有更高的安全性和運作效率[26]。本研究構建了基于區塊鏈技術的乳制品供應鏈質量安全信息監測平臺（圖1），并對該平臺下的乳制品供應鏈質量安全監測流程及其效果進行分析。

圖1 乳制品供應鏈質量安全信息監測平臺Fig.1 Dairy supply chain quality and safety information monitoring platform

3.1 質量安全信息實時采集

乳制品供應鏈質量安全信息監測平臺的信息采集中心是一個帶有數據庫和數據分析功能的決策系統，能夠實現對生鮮乳供應、質量檢測、生產加工、運輸存儲及分銷消費等環節數據的實時采集。生鮮乳供應環節主要采集奶牛飼養、擠乳消毒、動物防疫、環境衛生等方面的信息，通過密鑰交換協議和非對稱加密相結合的方式，實時傳遞生鮮乳質量信息。質量檢測環節依據規定的檢測和數據收集程序，實時收集生鮮乳中激素、抗生素、農藥獸藥殘留等的檢測結果與含量信息。生產加工環節主要采集乳制品加工過程中的設備、工藝及操作規范性等數據，對消毒環節進行重點監測。使用溫濕度監測儀、微生物敏感測試儀等監測乳制品生產加工環境，通過傳感器將信息上傳至信息中心。產品完成包裝及質量檢測工作后，其奶源、品種規格、貨號批號等信息，將通過條形碼被實時掃描到區塊鏈網絡中。運輸存儲環節主要通過計算機、手機、平板電腦等各類數據采集終端，對冷庫供應、運輸車輛、產品種類、車內溫度等信息進行采集。乳產品銷售階段需采集的信息主要包括超市溫濕度、產品儲存時間，重點關注物生物污染及超標問題。

3.2 質量安全風險實時預警

乳制品供應鏈質量安全信息監測平臺的技術資源模塊由數據接口、存儲設備、密碼算法、共識機制、網絡設備及智能合約等幾部分構成，通過信息技術軟硬件的綜合運用對乳制品質量安全信息進行實時追蹤，并對質量安全事項進行實時報警。共識機制使乳制品加工企業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。數據層和實時操作模塊之間通過神經網絡、語言分析、圖像和語音識別等智能化技術進行實時通信，完成交易、數據及指令的記錄與更新。一旦發現乳制品存儲環境中的溫度、濕度等參數超標，系統會自動對異常情況進行預警。在智能合約中寫入執行規則，將數據信息實時傳輸到區塊鏈網絡，根據算法程序對質量安全的異常狀況采取應急防范措施。

3.3 質量安全狀況實時監測

乳制品供應鏈質量安全信息監測平臺的質量安全實時監測模塊基于分布式數據存儲與分析系統，對乳制品供應鏈質量安全情況進行實時監測，同時對數據進行實時處理。該模塊主要使用信息全程追溯技術，對乳制品供應鏈中的奶源情況、質量檢測信息、生產加工信息以及運輸存儲數據等進行追蹤監測，并將監測結果予以實時反饋。整個乳制品供應鏈上的每一單產品，都會被分配一個包含公私鑰密碼的標識符。根據區塊鏈上記錄的哈希樹值信息，供應鏈上的每一個節點都參與質量安全信息監測與共識機制的執行。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據記錄，確保數據處理過程透明與安全。

質量安全狀況實時監測流程是：首先，在奶牛飼養于生鮮乳供應環節，根據每批次產品粘貼的射頻識別技術（radio frequency identification，RFID）標簽，對奶牛養殖區的水源情況、免疫接種情況、農藥獸醫使用情況等實施監測，制作生鮮乳供應商誠信檔案并存儲到區塊鏈分布式存儲系統中。其次，根據電子信息采集器傳輸的可視化信息，對乳制品生產加工過程進行可視化監控，重點監測因人工操作不當造成的乳制品質量損耗、因加工環境中的微生物污染而導致產品微生物含量超標等情況。再次，實時監測運輸環節的車輛定位信息、調度信息以及車廂溫濕度信息。通過區塊鏈實時存證系統對運輸車輛所在的經緯度、運行速度、行駛路線等進行實時定位跟蹤，并根據系統反饋信息優化運輸路線，降低因物流時間過長而導致的乳制品變質風險。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、環境質量進行實時監測，當監測指標超出警戒線時報警并自動采取應急措施。

3.4 質量安全風險有效控制

乳制品供應鏈質量安全信息監測平臺的應用界面是使用者直接進行信息交互的載體及操作界面。授權人員可通過網絡接口登錄到系統平臺，依據權限等級，針對乳制品供應鏈上的相關信息執行錄入或檢索查詢等操作。通過查看生鮮乳供應、質量檢測、生產加工、運輸存儲及分銷消費等環節的實時運行數據，對乳制品供應鏈質量安全進行全覆蓋式實時監測，從而有效遏制質量安全事件的發生。發生質量安全事故時，監管人員可通過區塊鏈溯源機制，對乳制品質量安全信息進行追溯。應用界面通過圖形圖像和視頻的形式，將乳制品生產商的產品質量安全信息予以直觀呈現。消費者通過終端接口查詢乳制品質量安全數據，對影響乳制品質量安全的事項可以進行實時舉報，能夠實現對食品質量安全風險和隱患的群防群控。

4 結論

數字技術與乳制品供應鏈質量安全管理深度融合，已成為推動乳品工業創新發展的新動力。乳制品供應鏈上的質量安全問題及隱患，主要存在于生鮮乳供應、生產加工、運輸存儲等環節。區塊鏈以其去中心化的網絡體系及系列核心技術，為乳制品供應鏈質量安全監測與管理進行技術賦能。區塊鏈去中心化網絡體系能夠強化生鮮乳供應環節質量監測，公私鑰技術助力乳制品加工環節污染問題控制，數字簽名技術確保乳制品運輸和儲存環節相銜接。以區塊鏈為底層技術，構建由信息采集模塊、技術資源模塊、質量安全實時監測模塊、系統應用界面構成的質量安全監測系統，實現信息實時采集、查詢、監測、追溯等功能，為新技術賦能食品質量安全管理提供了新的可行路徑。