基于物联网技术的乳品安全与质量追溯系统的研究与应用

荆泽亮+王俊勇

摘 要：根据国家相关法规，乳品企业必须建立相应的产品安全及质量管理体系。但在实际应用中，还存在成本高、监管不到位的问题。因此，基于物联网技术，以生产中的各项原料为核心标的物，利用温度传感器、称重传感器、位置传感器自动采集数据，以网络技术和计算机进行数据存储和分析，开发一套规范乳品生产、加工、流通、销售的安全监测和追溯管理系统。实践证明，将该系统应用到实际生产后，企业食品单位安全规制成本降低20%，保证了乳品安全和质量稳定。

关键词：射频识别（RFID）；产品电子代码（EPC）；物联网；乳品生产

中图分类号：F27；TP319 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2017）11-0158-04

引言

一直以来，国家重视婴幼儿乳制品的安全问题，制定了《中华人民共和国食品安全法》，国家食品药品监督管理总局以此为基础，制定了《婴幼儿配方乳粉生产企业食品安全追溯记录规范》，要求各地食品药品监督管理部门要督促指导地区乳粉生产企业结合实际情况建立和完善乳粉生产企业食品安全追溯体系，实现婴幼儿配方乳粉生产过程可记录、可追溯、可管控、可召回、可查询保障乳粉质量安全。但是，由于地区、产品及人员素质等问题，企业在实际执行相应食品安全规制过程中，执行规制的成本过高、持续性差、存在监管盲点[1，2]。

随着物联网技术的兴起，使低成本、高效地实施乳品质量安全监督管理成为可能[3]。物联网技术能够保证在原料、生产过程控制及检验检测手段、成品管理及消费运输过程中能够达到追溯标准[4]，有机组成溯源机制的整体，实现这一过程中的信息交换与通信[5]。一些食品生产中已经实现了应用并取得较好效果。本研究通过规范和梳理婴幼儿乳品生产中的信息流和相应的食品安全规制结合点，研究并实际建立一套适于乳品及婴幼儿产品生产企业的乳品安全与质量追溯体系。

一、试验

（一）材料、设备及开发平台

开发平台：ORACLE 9i/10g，数据库：SQL-Server（2015版本）数据库上，J2EE中间件：WebSphere、WebLogic，服务器端支持操作系统：Windows 2000 /2003，客户端：2000/XP/VISTA/Windows7/Windows8、IE 6/7/8浏览器。试验分析及检测设备依据国家强制检测办法确定。

（二）方法

1.系统开发流程图

为实现乳产品从牧场到消费者的全链条基于物联网技术的食品溯源及管理系统，本系统主要分为原料供应、牧场、乳品生产、销售及消费者查询5个模块，生产原料和生产原料的标签信息在整个体系内交互流动、互相验证。各模块具体功能和实现技术如图1所示。在原料供应部分，利用RFID技术对奶牛和运输牛奶的器具进行标识；在牧场牛群饲养阶段，利用NFC技术、卫星定位技术进行奶牛健康的智能监控；在乳品生产阶段，利用NFC技术、互联网技术进行原料信息、生产过程及成本等信息管理；在销售环节，利用卫星定位技术、NFC技术对产品名称、生产批次，销售数量；销售门店进行管理；最后，在消费者终端，将上述信息无缝连接供消费者和国家相关部门监控和查阅。

2.样品及标签信息采集及体系运行情况评估

为保证该体系正常运行，在体系建立及运行过程中，分别进行乳品样品采集及信息采集。乳品样品采集是针对体系中流动的乳品产品进行安全及质量监控，采集后通过根据国家规定的法规进行乳品质量检测，通过乳品质量评估体系运行情况。信息采集是针对体系中流动的信息流进行检测，分为2种采样方式。一种为鉴伪信息采集，除消费终端，由各节管理员录入虚假产品批号及相应的标签信息，后续流程进行这些标签信息的鉴伪识别，目的是保证信息流流动过程中无丢失及识别错误的问题。采集节点具体如图2所示。

3.原料奶安全及质量管理体系的建立

根据国家相应的管理制度，建立原料奶管理体系原料奶管理体系。体系基于RFID技术，选择合适的RFID射频标签、读写器和具体位置，并比較留胃式、牛腿部式及耳标式电子的采集效率并以每百头牛标签信息丢失率作为评估指标。

4.原材料收购及运输管理节点的开发

系统通过原料的唯一身份RFID电子标识来确认原料，并可以将此原料的初级样本做电子标识后封存。在原料奶运输环节，通过RFID技术、卫星导航定位、视频监控等技术应用，确保原料奶在运输过程中的安全。运送原材料的罐车、货车各个开口放置摄像头实施监控，将视频和电子标识同步记录。

5.乳品生产加工环节的开发

以乳粉湿法加工为例，其加工环节为：原料购入→原料奶验收→原料奶储存→净乳、标准化→冷却存储→配料工序→预热→均质→杀菌浓缩→喷雾干燥→流化床→粉仓贮存→筛粉→包装→入库。经过运用RFID技术对生产的各个环节进行详细的记录，如原料奶进厂日期、原料奶产地、各工艺环节参数的记录、质量检查记录、生产批次、产品合格记录、产品包装记录、仓储记录等。

6.销售及消费者信息查询环节的开发

此环节是食品销售终端。为销售方、消费者建立方便快捷的食品查询平台，目的是使销售方卖着安心、消费者买着放心。在进入到销售渠道后，通过RFID和NFC技术识别设备来对食品电子标识芯片的记录数据进行查阅，帮助销售方确认食品是否符合销售条件。

二、结果与讨论

（一）平台实现与应用

乳品质量追溯是全链条基于物联网技术的食品溯源及管理系统，系统技术涵盖了物联网技术、RFID技术、NFC技术、无线传感器技术、卫星定位技术、互联网技术，系统之间可以做到无缝连接、信息共享。实现农牧产品种植、养殖环境、健康状况、收购及运输监控，从源头对乳品质量安全溯源与预警。对工厂生产质量跟踪、成品运输跟踪，监控成品品质。图3为产品实现的操作界面。用于在乳品生产各个阶段录入信息及自动采集信息。

（二）基于RFID技术的原料奶管理

在奶牛饲养管理过程中，RFID技术的应用可以准确实现饲养管理和原料奶品质监控，对奶牛的个体特征、产奶量等相关的属性信息進行读取、记录基本数据。在挤奶环节上既可读取奶牛的全部相关资料，自动记录奶牛饲养各个环节的工作数据，如奶牛卡片、系谱、日产奶量、产犊、生长发育等，也可以通过系统统计奶牛的产奶量、繁育、疾病、饲料消耗等信息，并且在统计的基础上进行分析和总结或制成图表、泌乳曲线等，方便随时监控观察分析，发现问题并及时解决。

信息读取过程如下。奶牛进入挤奶槽位后，奶牛腿部配戴的RFID电子标签进入RFID读写器的射频感应范围，此时RFID读写器读出该奶牛的全部个体信息，对该奶牛进行身份识别，结合智能管理系统主动数据库提示，饲养管理人员能够立刻对奶牛的产量、牛奶品质、奶牛健康给予正确评价，并制定合理的饲养管理方案。做到产奶量高的奶牛得到更多的精饲料的供给，处于泌乳期旺盛的奶牛得到采食及营养的均衡，从最终意义上提高个体奶牛的产奶量。其中，对原料奶的安全控制如检测奶牛的体细胞含量，判断奶牛健康状况及是否有疾病，并以此作为治疗的依据。治疗过程及抗生素的使用情况记录在案，从而保证合格的原料奶安全地进入下一环节。

（三）原材料收购及运输管理环节的应用

系统通过原料的唯一身份RFID电子标识来确认原料，并可以将此原料的初级样本做电子标识后封存。在原料奶运输环节中，通过RFID技术、卫星导航定位、视频监控等技术应用，确保原料奶在运输过程中的安全。运送原材料的罐车、货车各个开口放置摄像头实施监控，将视频和电子标识同步记录。如图4所示。

例如，查看运输过程中的环境温度是否达到食品运输存储条件，是否有食品受到高温而变质的情况发生。符合销售条件的食品才可以顺利上架销售。食品上架后，消费者在购买时，可以使用RFID、NFC识别设备来对欲购买的食品进行溯源查询。例如，在大中型超市中，利用现有电子查询器，加装RFID、NFC识别设备和相应查询软件后，可以为消费者显示食品RFID电子标识芯片内所有信息；或是消费者通过具有RFID、NFC识别功能的手机来查阅食品RFID电子标识芯片所有信息。

（四）乳品生产加工环节的应用

以乳粉湿法加工为例，其加工环节为：原料购入→原料奶验收→原料奶储存→净乳、标准化→冷却存储→配料工序→预热→均质→杀菌浓缩→喷雾干燥→流化床→粉仓贮存→筛粉→包装→入库。经过运用RFID技术对生产的各个环节进行详细的记录，如原料奶进厂日期、原料奶产地、各工艺环节参数的记录、质量检查记录、生产批次、产品合格记录、产品包装记录、仓储记录等，如图5、图6所示。从而便于乳品生产企业对乳品生产过程及产品质量得以控制，从原料进场到生产过程到销售过程，全程实施追踪与追溯，如图7所示，以便食品药品监督管理部门对生产企业进行监督。

（五）销售方和消费者信息查询环节的应用

此环节是食品销售终端，为销售方、消费者建立方便快捷的食品查询平台。使销售方卖着安心、消费者买着放心。在进入到销售渠道后，可以通过RFID识别设备来对食品的RFID电子标识芯片的记录数据进行查阅，帮助销售方确认食品是否符合销售条件。例如，查看运输过程中的环境温度是否达到食品运输存储条件、是否有食品受到高温而变质的情况发生。符合销售条件的食品才可以顺利上架销售。食品上架后，消费者在购买时，可以使用RFID、NFC识别设备来对欲购买的食品进行溯源查询。例如，在大中型超市中，利用现有电子查询器，加装RFID、NFC识别设备和相应查询软件后，可以为消费者显示食品RFID电子标识芯片内所有信息。或是消费者通过具有RFID、NFC识别功能的手机来查阅食品RFID电子标识芯片所有信息。

结语

乳品质量追溯系统通过物联网、RFID技术建立了多层次的链接生产、检验和监管的产品质量追溯体系，使企业合理利用和共享信息资源，提高产业节约化程度，减少乳品生产企业在质量追溯和产品召回方面投入的人力和物力；提高监管部门的工作效率和追溯手段，有利于打击假冒伪劣产品；能够提高消费者质量安全防范手段，提升消费者对国产乳制品的信心，从而促进民族乳业复兴与发展。

参考文献：

[1] 何雨欣，章谟晓.婴儿乳粉、网络食品纳入食品安全责任险试点[J].中国食品学报，2015，（2）.

[2] 魏传峰.食品安全责任险 只有坚持才能胜利[J].中国食品，2015，（1）.

[3] 吴冬燕，石瑞华，周霞，陈园园，吴阳江.基于物联网的食品冷链安全监控系统研究[J].食品工业，2015，（174）.

[4] 马长路，曲爱玲.物联网技术与食品质量安全管理的相辅效应[J].食品工业，2015，（212）.

[5] 李建新，周华.基于物联网技术的食品冷链物流研究[J].食品工业，2015，（223）.

[责任编辑 王燕文]