食品質量安全的溯源系統(tǒng)

該系統(tǒng)最初用于汽車、飛機和其他行業(yè)產品的銷售系統(tǒng)。自20世紀70年代以來,食品安全問題日益突出,國際上,瘋牛病、禽流感等相繼爆發(fā)跨國傳播;在國內,發(fā)生了蘇丹紅、毒奶粉、瘦肉精等食品安全事件,食品溯源系統(tǒng)才逐漸被人們認識和接受。作為食品質量安全管理的一種有效手段,農產品溯源和召回制度受到政府重視,國家正通過立法和行政手段,鼓勵企業(yè)或有關政府部門盡快建立食品溯源系統(tǒng)。日前發(fā)布的《國務院關于加強食品安全工作的決定》更是明確要求,推動食品安全全程追溯,規(guī)范食品安全信息報告和信息公布程序。目前,影響農產品安全的主要問題就是缺少產品標志,消費者無法辨別所購買產品的安全信息;受中國國情影響,小生產經營者占多數,質檢監(jiān)督部門也未能無縫監(jiān)管;出了問題,相互推責,難以追究。因此,為了確保農產品安全,必須加強源頭監(jiān)管,明確責任主體,推行農產品質量安全溯源制度。國內對農產品溯源的研究雖起步較晚,但發(fā)展很快,以農產品溯源為關鍵詞的文獻已經超過百篇。陸昌華等、熊本海等分別開展了生豬和肉牛的個體標志與溯源研究;孫傳恒等設計并實現(xiàn)了基于嵌入式技術的農產品流通追溯設備;楊信廷等研究了基于UCC/EAN-128的蔬菜安全生產管理規(guī)范;張小波等研究了豬肉DNA分子標記的溯源技術;郭波莉等研究了同位素指紋分析技術在食品產地溯源中的引用。本文綜述了近年來溯源技術在農產品(蔬果產品、畜產品、禽產品和魚產品)中的應用研究進展,分析了農產品的個體標志、溯源標志和溯源方法,討論了溯源粒度,提出了以企業(yè)為追溯單元的大粒度溯源系統(tǒng)。1農產品溯源的整合一般而言,從農場到餐桌的食品需要經過種植(養(yǎng)殖)、加工、儲運和銷售過程。常見的農產品溯源系統(tǒng)主要包括植物源溯源系統(tǒng)(蔬菜、瓜果、糧油等)、畜禽溯源系統(tǒng)(豬、牛、羊、雞、鴨、鵝等)、水產品溯源系統(tǒng)(捕撈魚、養(yǎng)殖魚、海鮮產品等)。筆者根據多年的溯源推廣經驗,從農產品流通的角度,把這三類溯源系統(tǒng)合并成農產品溯源系統(tǒng)(圖1)。通過XML數據管理各個子溯源系統(tǒng)的信息,形成供用戶查看的自擴展溯源平臺。即其中某個產品溯源信息較少時,顯示單個頁面;某個產品溯源信息多時,自動增加多個界面;溯源產品之間允許多級調用,溯源信息伴隨貨物流通,自動提交到食品加工企業(yè)、餐飲和超市;溯源過程的信息(圖片、視頻和文字),允許跨平臺調用。在農產品溯源系統(tǒng)中,消費者只需通過一個查詢頁面,就可檢索到該食品的安全信息(新鮮度、加工點、責任人等)。從圖1可看出,種養(yǎng)殖基地、加工廠、配送站、超市等地的溯源信息獨立傳輸給Web服務器,消費者通過手機掃描二維碼可獲取農產品的安全信息。溯源過程不強調詳盡的過程信息,反而重視各個階段的責任人和處理時間,以保證食品的新鮮度。2源標記2.1電子、在線標識大畜體常用的標志方法有耳缺、顏色標記、刺青、牲畜耳標、電子耳標、電子膠囊、瘤胃球等,還有一些高端標記方法如DNA分子標記、鼻紋識別、視網膜識別、虹膜識別也在肉牛等領域進行探索性研究。目前,塑料牲畜耳標仍是使用最廣泛的畜體標志。加拿大肉牛從2001年起使用一維條形碼耳標,從2005年起逐步過渡到使用電子耳標。美國AVIDIDSystems以及EZID公司正在共同開發(fā)一種集成電路瘤胃球,其優(yōu)點是可提供一種安全、防篡改(除非動手術取出)的電子標志方法,每年保留率達99%以上。歐盟主要國家,如法國、德國、意大利、葡萄牙和西班牙聯(lián)合實施了家畜電子標志(IDEA)項目。中國從2006年起,在全國范圍內推廣牲畜二維碼溯源耳標,對動物的產地標志起到了一定的作用。一些地方,如四川省邛崍市在生豬可追溯系統(tǒng)中,使用了RFID耳標,為1萬頭生豬安裝動物電子標簽,稱為“金卡豬”,由于RFID耳標價格較高,在高價值的動物中應用更為廣泛,如肉牛、寵物、信鴿等。2.2內部克氏原螯蝦的識別對于肉雞的個體標志,主要有翅號和腳環(huán)。肉雞對腳環(huán)常有啄食現(xiàn)象,且隨著肉雞的長大,也有卡腿現(xiàn)象出現(xiàn),丟失也較嚴重。翅號一般在肉雞育肥時佩戴,內嵌在翅膀上并藏于羽毛之下,等長大屠宰時,可完整顯現(xiàn)個體信息。為了屠宰快速識讀,在翅號上面印刷一維條形碼。翅號的編碼規(guī)則是:第1位為4,家禽標志;第2位到第7位,養(yǎng)殖場所在地的行政代碼;第8位到第15位,家禽個體序號。由于某一批次的肉雞大多在同一雞舍飼養(yǎng),所使用的飼料基本一致,通過數據庫技術把肉雞翅號和批次號建立多對一的關系,只需登記批次號,就可批量錄入養(yǎng)殖場信息。2.3活魚生產情況魚的個體標志有可植入式玻璃管RFID標簽、激光標記等。中國臺北應用RFID技術,實現(xiàn)對健康的活魚從養(yǎng)殖場到經銷商“續(xù)養(yǎng)”過程的產銷履歷管理。“續(xù)養(yǎng)”過程的養(yǎng)殖情況將直接影響水產品質量。馬莉等針對我國水產品行業(yè)存在的質量安全問題,以水產品為研究對象,建立了基于Web服務的數據傳遞技術的多層可追溯水產養(yǎng)殖管理系統(tǒng),采用射頻標簽技術保證在整個流通過程中對水產品身份的唯一標志。3源標志技術3.1條形碼管理3.1.1立法、法規(guī)、ec歐盟在牛肉溯源領域,利用EAN·UCC國際統(tǒng)一標志系統(tǒng),標志產自不同國家、不同飼養(yǎng)廠、不同分割廠和不同銷售地的肉牛及其產品,實現(xiàn)了可溯源。盡管最終的標簽很大,條形碼較多,但系統(tǒng)邏輯清晰,每經過一個地方,加印一個條形碼,便于操作,真實有效。另外,歐盟通過法規(guī)(EC)NO1830/2003建立了轉基因食品可追溯性管理框架,并通過法規(guī)(EC)1829/2003來規(guī)范轉基因食品的授權和投放市場后的監(jiān)督以及轉基因食品的標簽管理;通過唯一標志系統(tǒng)法規(guī)(EC)65/2004實現(xiàn)轉基因食品的溯源管理。楊信廷等實現(xiàn)了基于UCC/EAN-128條碼的農產品質量追溯系統(tǒng),在對EAN·UCC全球統(tǒng)一標志體系研究的基礎上,制定了農產品編碼標準,同時結合農產品供應鏈的實際情況,設計了農產品追溯條碼,通過.Net平臺實現(xiàn)了農產品追溯標簽的自動生成。3.1.2法國denso公司的“損害賠償”編碼二維碼,和一維條碼相比,其信息容量大,編碼能力強,可對文字、聲音、簽名等信息進行編碼,糾錯能力強,譯碼可靠性高,具有極強的防偽能力。目前,采用不同的編碼規(guī)則,使用率較好的編碼方式有QR碼(QuickResponse)、DM碼(DataMatrix)、漢信碼、PDF417等。QR碼是由日本Denso公司于1994年9月研制的一種矩陣二維碼符號。QR二維碼在水平和垂直方向上攜帶信息,它能包含包括數字的、字母的、和中文漢字的信息。QR碼的糾錯有L、M、Q、H4個等級,在許多場合下仍能夠讀取有損傷的編碼。手持解碼器或者移動手機可用來讀取編碼。對消費者來說,通過二維碼中包含的信息,可查詢食品安全信息,獲得食品安全最新資訊,同時,還可與企業(yè)對食品安全問題進行互動,如發(fā)現(xiàn)食品有質量問題,能便捷地進行舉報。通過二維碼食品溯源,可發(fā)布企業(yè)信息,產品信息,接收消費者留言,強化產品生產銷售管理力度;對工商管理部門來說,食品溯源深入食物生產銷售的各個環(huán)節(jié),相關信息能夠被追蹤和回溯,可對食品的整個生產經營活動進行有效監(jiān)控。3.1.3后臺學生“針”相比傳統(tǒng)的二維碼,彩碼是在原來平面矩形二維碼的基礎上,加上R、G、B、K4色矩陣而構成的彩色三維矩陣。彩碼自身并不帶有任何的具體內容,含有類似“指針”的信息,其對應的信息均在后臺的服務器上存放,并和彩碼“指針”逐一對應。為了確保彩碼的可設計化的個性,彩碼以降低信息的攜帶量為前提,確保在有限的圖形空間,能夠為圖形化設計創(chuàng)造更大的便利。一般有2種解碼方式,一是手機拍照后,把照片上傳到服務器,服務器主動解碼,同時返回解碼后對應的URL地址;二是手機拍照后,直接解碼形成ID號,發(fā)送ID到服務器,從服務器查找ID對應的URL地址。3.2電子耳標rfidRFID(RadioFrequencyIdentification)是一種非接觸式的識別技術,它通過射頻信號識別目標對象并獲取相關數據。實際應用的RFID電子標簽,它附著在待識別物體的表面,保存有約定格式的電子數據。而閱讀器可無接觸地讀取,并識別電子標簽中所保存的電子數據,從而達到自動識別的目的。閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號,當標簽進入磁場時產生感應電流從而獲得能量,發(fā)送出自身編碼等信息。通過采用RFID電子標簽,沃爾瑪超市每年可節(jié)省83.5億美元的管理資金。一些發(fā)達國家在種畜上實行的電子耳標RFID,掉標率各不相同。歐盟在實施IDEA項目期間(1998—2001),在4種動物(肉牛,綿羊,山羊,水牛)身上的電子耳標的平均回收率為82.1%。3.3凝膠電泳檢測DNA標志是動物天生固有的條形碼,利用它能夠實現(xiàn)從餐桌肉品到飼養(yǎng)場種畜的追溯,肉品可以是新鮮的、加工的甚至是烹調過的。Jeffreys(1985)等發(fā)現(xiàn)當利用特定的酶消化DNA時,凝膠電泳分解的結果DNA片段模式,對于每個個體均是特定的。Mullis(1986)等發(fā)展了新的處理方法,即聚合物鏈反應(PCR),微衛(wèi)星方法和單核苷酸多態(tài)性(SNP)標志方法獲得應用,在基于DNA的可追溯系統(tǒng)中將更多地采用SNP分析方法。西班牙Oviedo大學利用DNA指紋進行肉牛追蹤研究,建議采用3個多態(tài)微衛(wèi)星標志來進行日常檢測?；贒NA的追溯系統(tǒng)優(yōu)點是它有非常高的準確率,對疾病控制有重要意義。缺點是成本較高,需要建立大量的活體DNA數據庫。3.4面膜認證算法早在1987年,兩名眼科專家Leonard和Aransafir提出虹膜特征可用于個人身份鑒別。1993年英國的JohnDaugman博士提出了虹膜識別算法。與其他生物識別技術相比,虹膜認證的錯誤接受率和錯誤拒絕率很低。近年來,虹膜識別技術取得了較大的進展。具有虹膜識別功能的自動取款機在美國開發(fā)并應用。眼膜圖像是眼底視網膜血管模式圖像,眼膜圖像消除了其他動物標志系統(tǒng)中的欺騙以及設備功能異?，F(xiàn)象。耳標可能會損壞或丟失,植入性標志還可能會被纖維性結締組織覆蓋不能識別,血樣DNA測試也可能丟失或調換,而虹膜丟失的概率很小且難以造假。3.5超微分析3.5.1其他克氏原螯蝦生物酶溯源生物體內的同位素組成受氣候環(huán)境的影響,從而使不同種類及不同地域來源的食品原料中同位素自然豐度存在差異,以此區(qū)分不同種類的產品及其可能來源地。同位素的自然分餾效應是穩(wěn)定性同位素溯源技術的基本原理和依據。該技術在葡萄酒、蜂蜜、果汁等植源性食品的產地來源中應用較多,動物源性食品產地溯源研究主要集中在乳制品、牛肉和羊肉上。常用的同位素指標包括:δ2H、δ13C、δ15N、δ18O、δ34S和δ87Sr。動物組織中的δ2H和δ18O主要受飲用水的影響,與地理緯度、海拔高度等相關,是反映地理環(huán)境的指標。C同位素組成與動物飼料種類密切相關,可表征飼料中C4植物所占的比例。N同位素組成受飼料種類、土壤狀況、氣候等多種因素的影響。3.5.2生物成效指標的組成和含量圖譜受地質環(huán)境和人為因素的影響,不同生長環(huán)境和來源的物質中礦物元素組成和含量圖譜有其各自的特征。通過分析不同來源生物體中礦物元素的組成和含量,利用方差分析、聚類分析和判別分析等數理統(tǒng)計方法篩選出有效指標,進而建立判別模型和數據庫,實現(xiàn)食品溯源和確證。土壤、水、飼料、廢棄物以及空氣中的痕量元素組成和含量圖譜都有其各自的特征。通過水、飲食、空氣等介質,環(huán)境中的痕量元素在動物體中不斷累積,造成不同地域來源的動物體內礦物元素含量有較大差異。3.5.3紅外吸收光譜和紅外光譜近紅外光譜(nearinfraredspectroscopy,NIRS)技術因其快速、無污染、操作簡單等優(yōu)點受到人們的青睞。對物質自發(fā)發(fā)射或受激發(fā)射的紅外射線進行分光,可得到紅外發(fā)射光譜;對被物質所吸收的紅外射線進行分光,可得到紅外吸收光譜。不同來源和不同種類的生物體中化學組成存在很大差異,其紅外光譜具有各自的特征。Cozzolino等發(fā)現(xiàn)利用近紅外光譜能夠成功區(qū)分牧草飼喂和玉米飼喂的牛肉產品;利用可見和近紅外光譜法對豬、雞、牛、羊等不同品種的肉品進行判別分析,85%以上的樣品可被正確歸類。Renou等利用NMR分析了來自高山和平原的牛乳脂肪中多不飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸的化學特性,發(fā)現(xiàn)高山地區(qū)的牛乳脂肪中多不飽和脂肪酸含量顯著高于平原地區(qū)。張寧等采用近紅外光譜結合簇類獨立軟模式法(SIMCA)建立了羊肉產地溯源模型。4源通信方法4.1產選擇溯源信息目前大多數種植戶或小型企業(yè),多以紙質檔案保持農產品的種植記錄和銷售過程,包括生產日記,這是農產品溯源的基礎信息。因其操作方便,投資較少,是田間工作者常用的溯源手段。一旦出現(xiàn)問題,也可通過用藥記錄或購買記錄,查詢到相關的企業(yè)和責任人。為了適應信息時代,可通過電子化拍照和自動識別的手段,初步記錄農產品批次的溯源信息。4.2數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)在的溯源系統(tǒng),大多建立以數據庫為中心的溯源模式。依靠網絡,將分散的個體連在一起,應用3G技術,甚至在田間地頭也可實現(xiàn)數據的錄入和管理。結合GPS定位技術,可自動記錄地理信息到數據庫中;利用Web攝像頭技術,可實現(xiàn)添加操作的視頻信息自動錄入;利用XML技術,可實現(xiàn)多個企業(yè)或地方的溯源信息的共享。不可否認,沒有高度發(fā)達的信息技術,就不會有便捷的溯源服務。5以企業(yè)為最小責任主體的溯源系統(tǒng)溯源粒度,是進行食品追溯的最小個體,例如單個產品、批次或企業(yè)。追溯粒度越小,追溯信息則越詳細,同時追溯成本也成指數增長。我國的農產品溯源系統(tǒng)多是單個企業(yè)內部的