無線射頻識別技術在乳品質量控制中的應用

王玲玲，董文賓，穆小婷，修秀紅

(1.陜西科技大學 生命科學與工程學院，西安 710021；2.山東福田藥業有限公司，山東 禹城 251200)

0 引 言

乳品行業是近年來迅速發展的一個行業，然而層出不窮的質量安全事件使得吃上放心乳制品對于消費者變得奢侈。這也反映出我國乳制品安全控制體系尚不完善，不能完全保障乳制品的質量安全性[1]。基于RFID技術，對奶牛養殖、原輔料溯源、人員設備記錄、操作環境及生產線控制、生產過程監測等全過程進行識別，從而獲取相關數據信息以實現安全追溯，這將有力地保障乳制品質量[2]。本文將簡要介紹RFID技術及其在乳品質量控制中的應用研究。

1 無線射頻識別技術

1.1 RFID的概念

無線射頻識別技術 （Radio Frequency Identification，RFID）是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，它是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。按其工作頻率分為：低頻（125～135 kHz）RFID系統、高頻（6～13.56 MHz）RFID系統和超高頻（860～960 MHz）RFID系統。

1.2 RFID的工作原理

1.2.1 RFID的基本組成部分

標簽（Tag）：由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象。閱讀器（Reader）：讀取（有時還可以寫入）標簽信息的設備，可設計為手持式RFID讀寫器（如：C5000W）或固定式讀寫器。天線（Antenna）：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。

1.2.2 RFID的工作原理

RFID技術的基本工作原理如下：標簽進入磁場后，接收解讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息（Passive Tag，無源標簽或被動標簽），或者由標簽主動發送某一頻率的信號（Active Tag，有源標簽或主動標簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理。

1.2.3 電子標簽的形式

RFID電子標簽的形式主要有四種：項圈式、耳標式、藥丸式和注射式。頸圈式電子標簽可以很容易地從一頭奶牛身上換至另外一頭奶牛身上，主要應用于飼料的自動配給以及牛奶產量的測定。耳標式電子標簽主要用在含有油漬、雨水等比較惡劣的環境，閱讀器和電子標簽距離數米也可以讀出數據。藥丸式電子標簽能夠被奶牛吞咽，并且長時間被保留在胃腸道里面[3]。注射式電子標簽相對其他三種形式的電子標簽，可以有效的降低奶牛丟失的風險，但是使用要求比較高，主要包括注射可行性、生物兼容性以及技術可實施性等[4]。

1.3 RFID在乳品質量控制中的應用

1.3.1 RFID在國外的應用

國外對于RFID技術在各個方面的應用都已經相對比較成熟，美國研究出了使用RFID技術檢測瘋牛病的方法，政府還規定使用電子標簽對牲畜進行跟蹤。日本對果蔬等農產品進行了基于RFID技術的追蹤試驗，也取得了不錯的效果。澳大利亞則頒布了相關計劃來保證食品質量安全。ABDUL S[5]等開發了一個綜合性的RFID技術系統來扶持小型奶農，以確保數據的記錄可信度，并避免出現不法行為。他們證明即使是在農村的小型設備，這種基于射頻識別技術的系統也可能帶來相當大的效益。ELLISON[6]等研究了在牛奶制品中使用無線電頻率識別(RFID)技術，并在他們的研究地區利用英國勞易測電子集團的RFID技術優化牛奶生產商的生產流程，得出使用RFID系統可以幫助提高數據傳輸和牛奶產量的結論。

RFID在動物身份識別和溯源方面的應用已經非常普遍，也被應用到食品供應鏈中進行溯源控制。RFID標簽中的傳感器，使新鮮食品低溫運輸系統的監控以及環境監測、灌溉、特種作物和農業機械等新應用領域的開發變成可能。ATHANASIOS S[7]等研究了一個基于RFID芯片移動設備的牲畜管理平臺，引入可再寫的標簽來存儲識別及防動物丟失的信息，不需要進入數據庫就可以識別一些基本信息（如有別于其他動物的行為）。從動物出生直到被屠殺，系統一直跟蹤它們，監控每一個我們可能感興趣的參數。PATRIZIA P[8]等將電子跟蹤系統與無損質量分析系統相整合，來改進一種典型的意大利干酪的質量控制過程，結果證明RFID系統是一種有效、可靠并且與生產過程兼容的工具。

由于乳品供應網絡變得越來越復雜，這些供應網絡中的污染事件已變得非常普遍。更為復雜的是，污染源的確定經常會被延遲。SELWYN P[9]等人利用無線射頻識別技術來明確上下游更精細的水平，從而提高污染源識別的準確性，對于被污染乳制品的召回有著非常重要的意義。

1.3.2 RFID在國內的應用

我國將RFID技術運用到動物追蹤過程的研究起步相對發達國家落后，但是發展態勢很好，發展前景相當廣闊。目前主要用于奶牛的精細飼養，通過非接觸式讀取在奶牛身上放置帶有信息的電子標簽，并與計算機系統聯合使用。飼喂人員可以通過計算機讀取奶牛的全部檔案，如品種、年齡、產奶量、病史等，了解奶牛的生長發育全過程，調節適宜的飼喂方案。農業部發布《動物電子耳標試點方案》的通知，在天津武清縣、新疆建設兵團等四個地方采用RFID技術開展動物電子耳標試點，總規模約4萬頭[10]。

黑龍江省是畜牧業大省，也是我國重要的奶源基地，奶牛存欄數量與產奶量都名列前茅，是全國奶業發展的重要省份之一[11]。2008年11月，黑龍江省農科院建成了擁有現代化牛場管理系統及配套硬件設施的養殖示范基地[12]。耿麗微等利用瘤胃式電子標簽對奶牛標記，采用RFID技術、PC機與單片機的通信技術進行識別，從而可以及時對奶牛監控管理。結果表明RFID系統的讀卡器識讀率達到100%，識讀距離達到8米以上[13]。

新疆是我國奶牛養殖大省，但是奶牛的飼喂管理水平低，基于RFID技術的飼喂管理模式將是新疆奶牛集約化養殖的必然趨勢。2011年1月18日，新疆維吾爾自治區質量技術監督所發布了《動物電子標識(射頻識別RFID)通用技術規范》新疆地方標準(DB65/T32O9-2011)，于2011年2月18日開始實施[14]。 蔡文青等建立了一種可以通過控制奶牛的日常飼喂來減低奶牛疾病發生率的模型，并且可以對奶牛個體的追蹤的實際情況，控制粗、精、青飼料的比例，從而提高養牛場的經濟效益[15]。

2 RFID存在的問題

RFID在奶牛場應用中暴露了許多問題，我國乳品行業中RFID的大規模應用發展也受到很多因素的限制，主要包括成本過高、標準不統一以及技術開發落后等幾個方面。

2.1 成本過高

成本過高是制約RFID發展與推廣的最主要因素之一，RFID的成本不僅包括標簽、閱讀器和天線等中間件，還包括軟件的管理與升級費用等。RFID標簽相對小養牛場和散戶而言，價格還不能被普遍接受，導致其應用范圍尚不廣泛。

2.2 標準不統一

標準不統一也是制約RFID發展的重要因素，雖然不同國家和企業都有各自的標準，但是缺乏權威的全球共同遵守的統一標準。 RFID的行業標準不僅包括RFID技術本身的標準，如芯片、頻率、天線等方面，也應該包括RFID在身份識別、物流供應鏈等各環節的具體應用標準。標準化是推動技術廣泛應用的必然選擇[16]。

2.3 技術開發落后

我國眾多RFID企業中，從事核心技術開發并具有自主知識產權的企業少于10%[17]。國內市場上絕大部分RFID芯片主要是由飛利浦、德州儀器、日立等國外廠商提供的，目前中國只有復旦微電子、清華同方、中芯等少數的幾家企業能夠生產超高頻RFID產品[18]。

總之，RFID面臨各種挑戰和局限：在乳品質量監控過程中，環境充滿污垢、溫度極端惡劣、數據量龐大、識讀距離遠、隨頻率而表現差異等挑戰，同時要面臨不同地域、不同標準的多樣性和級別性[19]。國外利用RFID系統，對在棲息地周圍移動的動物進行了跟蹤，研究表明在嘈雜的環境中跟蹤動物時，該系統目前不能保證足夠的準確和精度。

3 展 望

無線射頻識別技術是一種具有良好發展潛力的技術，其應用范圍有望在未來繼續增廣。在我國，RFID在乳品質量控制中的應用主要集中在奶牛精細養殖及奶牛身份識別中，將來還有望引入到整個乳品的生產和銷售過程中的追溯。深入研究乳制品整個生命周期的跟蹤追溯體系，對于提高我國乳品的質量和安全水平，提高消費者對乳品的消費信心都具有深遠的社會意義。RFID技術的應用有利于規范和凈化我國的乳品市場，為廣大消費者提供綠色、健康、安全的原料奶；同時可以使農業信息技術與乳品市場經濟有效的結合，為我國創造更多的經濟效益。

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