區塊鏈應用視角下的乳制品供應鏈質量安全監管研究

鐘海巖，于 瑤，劉媛媛

(黑龍江東方學院 管理學院，黑龍江 哈爾濱 150065)

1 引言

新冠肺炎病毒席卷全球，對人們的生命和財產安全都造成嚴重的危害，食品質量安全的控制問題再次引發了社會和學界的密切關注。習近平總書記強調積極推動區塊鏈技術在商品防偽、食品安全中的應用[1]。乳制品供應鏈主要包括奶牛養殖、原奶供應、乳制品生產、包裝貯存、運輸、銷售等環節。乳制品對這些環節所應具備的條件有著極高的要求。老酸奶“工業明膠”等一系列安全事件曾徹底摧毀了消費者對乳制品的信心，也引起國家對乳制品質量安全的高度重視，此類問題的發生很大程度上是乳制品供應鏈管理不嚴格造成的。應用先進的信息技術對乳制品供應鏈全過程進行質量安全信息實時監測及風險預警顯得尤為迫切。

2 乳制品供應鏈

2.1 乳制品供應鏈的過程描述

乳制品供應鏈是以乳制品為研究對象，從奶源的采購，到乳制品公司的生產加工，再到分銷商把乳制品分到各個終端店鋪，如超市、餐廳等，最終銷售給消費者。乳制品生產加工企業、分銷商、零售商到最終消費者形成了一個整體的功能模型[2]。供應鏈中的任何節點出現問題將不可避免地導致乳制品的質量特性最終偏轉,那么必然會導致消費者的需求偏離質量的風險，甚至健康問題。

2.2 乳制品供應鏈的特性

乳制品供應鏈的特點具有波動性、可操控性和不可預測性。乳制品是非常活躍的，因此在運輸、貯存過程中對保質期、衛生條件等有嚴格的標準。例如，乳制品需要短時間的運輸，并且還需要整個過程中的冷鏈控制以及高衛生條件和產品質量。顯而易見，乳制品供應鏈包括的環節眾多，參與質量活動的各個環節多而復雜，與此同時，參與供應鏈的各成員間存在信息的傳遞、物流的更新、契約等不受控制的要素影響[3]。

3 乳制品供應鏈各個節點質量安全存在的問題

3.1 原料奶生產、貯存和運輸環節

在原奶生產環節中，奶牛在飼養的時候，存在不先進的生產條件、不合理的飼養結構等眾多問題[4]。國家規定飼料和獸藥等物質必須達標。但現階段，在動物的飼養環節，仍存在著過度使用藥物等現象，主要是由于飼養者過度地追求經濟利益。為了提升牛奶蛋白的數量，在飼料中添加三聚氰胺；為了提高牛奶的產量，在飼料中添加激素等現象經常發生。原料奶在貯存環節中摻假現象普遍存在。作為商人，在利益驅動下，一些奶農和奶站將米湯、淀粉等混入原料奶中，甚至一些奶農在原料奶中加入化肥、防腐劑等嚴重威脅人類健康的物質，以達到檢測原料奶的目的。在運輸環節中，奶農從牛身上提取出來的原奶易產生微生物，為了控制微生物的傳播，要將溫度保持在4℃以下。原奶的運輸也必須低于4℃。但由于冷凍原奶的車成本較高，絕大多數小型乳品加工企業仍使用桶裝運輸，易產生細菌，從而影響產品質量。

3.2 乳制品加工、運輸、貯存和銷售環節

在加工環節中，乳制品檢測能力不足。目前企業對于乳制品微生物的檢測方法古老、敏感度低，仍使用微生物培養法,包括真菌體積檢測等。另外，乳制品檢測缺少第三方檢測機構的合格證書，沒有準確的測試結果。還有眾多企業為了延長牛奶保質期，添加了超標的食品添加劑等現象。另外，乳制品具有易腐化的特點，在運輸和貯存過程中，對溫度有嚴格的要求，需要冷藏運輸，運輸溫度必須控制在0～4℃。乳制品運輸利用率較低，其貯存受溫度、濕度的限制，貯存時要根據乳制品的品種選擇適宜的溫度，溫度過高會加速微生物的生長繁殖，導致乳制品質量下降。此外，要提高現有的銷售環境，銷售環節必須要求出售乳制品的場所要配備相應的冷藏設備，乳制品的保質期極短，銷售過程中應注意儲存最新保質期，售賣即將到期的產品。

4 區塊鏈技術改善乳制品質量安全風險監測效果

區塊鏈技術是分布式的系統，并且擁有公私鑰技術、共識機制等核心技術。參與者每個操作都記錄在區塊鏈中，區塊鏈中的每個人都可以使用記錄的數據，并且不能對其進行更改或刪除。從而在技術上加強乳制品供應鏈的質量安全管理。

4.1 去中心化實現質量安全實時監控

區塊鏈主要使用網絡技術、密碼學、共識算法等技術，這些技術決定了區塊鏈具有去中心化、信息透明性和可追溯性的特點。為了確保數據的安全性和完整性，區塊鏈網絡的去中心化結構保證了雙方之間的互動，使交易高效化。區塊鏈技術支持交易，可以讓雙方在無任何擔保的前提下，實現雙方彼此交易時的信任。原奶供應商、牛奶加工公司、物流公司和分銷商之間的信息交換不必經過中間流程。通過每個節點創建的信息交換聯盟，可以實現乳制品的聯合監控。

4.2 共識機制提高質量安全監控的效率

共識機制可以在分布式網絡中實現數據一致性和記錄有效性[5]。區塊鏈按時間順序記錄數據，將數據區塊以順序相連的方式組合成鏈式數據庫。共識機制保證了數據的真實性，實現了在監測到質量安全異常時系統會自動進行報警。乳制品在流通過程中會受到溫度限制，若在流通的過程中溫度高于或低于室溫，則自動觸發報警裝置，并將該溫度的所有過程記錄在區塊鏈上以供追溯。

4.3 公私鑰技術保證質量安全信息的真實性

公鑰通常用于加密會話密鑰、驗證數字簽名或加密可使用相應私鑰解密數據。公私鑰技術用于確保客戶隱私和數據安全[6]。將區塊鏈中公私鑰技術運用到乳制品供應鏈上，讓供應鏈上的所有參與人員設有各自的私鑰，都不能偽造對方的私鑰。公鑰記錄從生產商到消費者手中所有相關聯的數據。公司通過公鑰請求有關乳制品交付質量的信息，然后使用私鑰將其加工信息傳輸到區塊鏈，以確保乳制品的質量安全。

5 區塊鏈技術可以實現乳制品供應鏈的質量安全監控

將區塊鏈和RFID技術相結合，構建乳制品可追溯性平臺，通過供應鏈的各個環節，實現乳制品質量安全信息的交換[7]。本研究建立了以區塊鏈為基礎的乳制品供應鏈質量安全信息監控平臺。如圖1所示。

5.1 實時獲取質量安全信息模塊

在乳制品供應鏈質量監測平臺中，可以實時監測到原料和鮮奶生產、質量控制、生產加工、運輸、儲存、原料和鮮奶平臺的信息，將實時收集的數據從非結構化和半結構化數據轉換為結構化數據。在乳制品加工業務中主要關注生產和儲存條件。溫度、濕度監測器、微生物敏感器用于監測方面，得到相關信息利用傳感器上傳至區塊鏈的信息中心。分揀加工完成后，使用二維碼將奶源、物品編號以及參與處理的員工批號、消毒信息和個人基本信息掃描到區塊鏈網絡中。

5.2 實時監控質量安全信息模塊

在分布式區塊鏈存儲結構下，質量安全信息監控平臺返回相關信息，如乳制品生產加工等信息，通過實時收集和處理乳制品供應鏈質量安全數據，并在獲得整個網絡的批準后將其存儲在區塊鏈數據中心，實時向網絡系統發送質量檢測和其他信息。在原料奶供應環節中，利用射頻識別技術對每批次產品的所粘貼的標簽，對奶牛養殖的衛生情況實施監測，將信息存儲到區塊鏈分布式存儲系統中。還可以通過區塊鏈對運輸車輛的情況實時定位追蹤，并對反饋的信息進行優化，提高乳制品的質量安全性。

5.3 技術資源模塊

監控平臺使用的技術資源，通過軟硬件的綜合運用，對乳制品質量安全開展追蹤，來提高質量安全效果。區塊鏈共識機制允許乳制品供應鏈中的每個環節達成共識，縮短相互驗證數據的時間，并及時警視與乳制品加工相關的質量安全風險。質量監控平臺的數據層和操作模塊通過神經網絡等技術進行實時通信，如果乳制品的存儲環境出現異常，系統會自動發出警報。通過智能合約中的規則，實時將數據上傳到區塊鏈中，并根據算法程序，采取相應的應急措施，解決乳制品供應鏈的質量安全問題。

圖1 乳制品供應鏈質量安全信息監測平臺

5.4 系統應用界面

乳制品供應鏈質量安全監控平臺的接口是一個紐帶，可以為運營商提供操作界面，授權人員通過網絡端口登錄系統，不同用戶的職能分配權限不同，根據權限級別，執行并輸入有關乳制品供應鏈的相關信息。對信息進行實時監控、檢索查詢、智能溫控、溯源防偽查詢等操作。如果乳制品存在質量安全問題，可以跟蹤區塊鏈并找到相關信息，這些信息可以以圖形、圖像和視頻的形式呈現，客戶可以通過終端查詢質量安全數據，避免乳制品的質量安全風險。

6 結語

乳制品質量安全問題一直以來都得到全社會的廣泛關注。所研究的乳制品質量安全監控系統是區塊鏈技術與乳制品質量安全管理的深度融合。建立有效的乳品養殖、原料奶收集、原料奶運輸、乳制品加工和銷售的質量安全檢驗和管理體系。該系統用于監控牛奶生產和銷售過程中的所有鏈接，提高乳制品質量監測的效率，以確保最終消費者獲得質量安全的乳制品。