全壽命周期下茶葉質量安全可追溯體系評價與關鍵技術研究

徐水太，汪亞波，衛引凱

（江西理工大學，江西 贛州 341000）

中國是世界上最大的茶葉生產國，中國以茶葉品種多，茶葉品質高，享譽世界。近年來，除了2020年受疫情影響茶葉出口量有所下降外，總體呈上升趨勢，如圖1所示。在國內市場，茶葉銷售量也呈上升趨勢。一片普通的茶葉從茶園進入到消費者的杯中，要經過多道工序和流程，在全壽命周期視角下，茶葉質量安全可追溯體系涉及茶園種植、茶葉初加工、茶葉精加工、茶葉運輸和倉儲、茶葉銷售、茶葉售后整個流程。食品質量安全無小事，近年來，社會上茶葉質量安全事件時有發生，部分企業存在以次充好，重金屬超標，售賣過期茶葉等行為，嚴重損害了茶葉行業形象和消費者利益。這說明當前的茶葉質量安全可追溯體系存在漏洞。隨著數字信息技術的發展，全壽命周期下茶葉質量安全可追溯體系日臻完善。

圖1 中國茶葉出口量

1 茶葉質量安全可追溯體系現狀

在食品安全管理領域，追溯一般被定義為：通過記錄的標識對具體實體的歷史、應用或位置進行回溯的能力[1]。以美國為代表的發達國家食品安全體系健全，食品質量安全溯源技術先進，而我國食品質量溯源體系相對落后[2]。近年來國家加大了相關建設力度，2018年中央一號文件提出，要加強農業投入品和農產品質量安全追溯體系建設。茶葉質量安全追溯手段多種多樣，傳統的追溯技術，如同位素標定法。LU[3]等人對西湖龍井茶葉不同生長時期，利用Pb同位素標定法進行了實驗，數據分析發現西湖龍井茶葉從萌芽、中葉到老葉Pb含量逐漸遞增。隨著信息通信技術的發展，大數據技術結合IOT等新興技術在農業領域的不斷深化普及，可以實現對農產品全產業鏈的質量安全可追溯體系的監控。目前茶葉質量安全面對的問題主要有農藥殘留超標、重金屬污染、有害微生物殘留、非茶類物質混入、儲存過程中的發霉變質等[4]。建立全流程的農產品質量安全可追溯體系，如圖2模型所示，有助于加強農產品質量安全動態管理和監控，及時發現各個環節中的問題。

圖2 農產品安全可追溯體系概念框架[5]

2 全壽命周期視角下茶葉質量安全可追溯體系指標

一個完整的茶葉產業鏈包括茶葉種植、茶葉加工、茶葉運輸倉儲、茶葉銷售和茶葉售后，如圖3所示。根據上述產業鏈的每個階段，通過查閱相關文獻，與實際調查，為了研究問題的方便，本文將茶葉全壽命周期分為四個階段，合并了茶葉銷售和茶葉售后。根據每個階段影響茶葉質量安全的關鍵指標建立指標體系[3]，如表1所示。

圖3 茶葉全壽命周期

表1 全壽命周期茶葉質量安全可追溯體系[6]

3 層次分析法理論

層次分析法由美國運籌學家Saaty創立，其基本運算步驟如下：

第一步 建立指標體系的層次結構模型。

第二步 邀請行業內相關專家進行打分。層次分析標度法如表2所示。

表2 層次分析法標度

第三步 對比較矩陣規范化處理。

對規范向量求和除以n得到各指標權重：

第四步 層次單排序以及一致性檢驗并進行一致性評價。

計算判斷矩陣最大特征值λmax，計算一致性指標：

第五步 獲得一致性指標值RI。如表3所示。

表3 隨機一致性指數

第六步 將CI與隨機一致性指標RI進行比較，計算一致性比率，CR值小于0.1則判斷矩陣會基本滿足完全一致性，否則，就要對判斷矩陣重新賦值，直至滿足一致性要求。

4 案例分析

4.1 西湖龍井茶概況

西湖龍井茶產于浙江省杭州市，茶葉清香淡雅，被譽為中國十大名茶之首。西湖龍井茶2021年種植面積22374.7畝，其中一級保護區7369.7畝，二級保護區15005畝。“西湖龍井”為國家地理保護標志。2020年，浙江省龍井茶產量為2.6萬噸，同比增長9.0%。2021年西湖龍井茶一級產區春茶產量為160噸左右。

4.2 西湖龍井茶質量安全指標體系評價

4.2.1 指標體系的建立

本文邀請龍井茶行業內5名資深專家對龍井茶茶葉質量安全可追溯體系相關指標進行打分，通過實地調研與文獻查閱的梳理分析，運用層次分析法，以龍井茶全壽命周期為目標層，再細分為茶葉種植、茶葉加工、茶葉物流三個準則層。在第三級指標層中，將意義相同、內容相近、不具備研究性的評價指標進行相應整理、剔除合并，參考相關專家意見，精簡得到最終的指標層（表4）。

表4 修改后茶葉質量安全可追溯體系

4.2.2 計算準則層和指標層權重

詳情見表5、表6、表7、表8、表9、表10。關重金屬檢測，獲得相關質量安全認證，一旦出現茶葉質量安全事件，經過售后反饋，是最先追溯的階段。茶葉種植是農產品的源頭，殺蟲劑化肥農藥的使用直接決定了茶葉的質量安全品質[7]，所以緊隨其后。茶葉加工階段要經過殺青、炒制等流程，不當的機械設備使用，加工衛生環境差也會對茶葉質量安全產生影響。運輸倉儲階段，不恰當的溫度、濕度、氧氣等理化因素會導致茶葉發霉變質。

表5 準則層

表6 茶葉種植

表7 茶葉加工

表8 茶葉運輸與倉儲

表9 茶葉銷售與售后

表10 綜合權重表

4.3 相關數據分析

4.3.1 準則層分析

準則層中，權重向量排序為茶葉銷售與售后＞茶葉種植＞茶葉加工＞茶葉運輸與倉儲。茶葉銷售與售后階段指標權重最高，具有一定合理性。此階段是質量安全問題產生的階段，茶葉作為商品被銷售給顧客，要通過相

4.3.2 指標層分析

指標層中，如圖4所示，權重值排名前六位分別為信息技術＞原產地保護標識＞化肥農藥＞病蟲害防治＞添加劑＞機械設備。信息技術在所有指標中排名最高，在整個系統中具有舉足輕重的地位。這與實際情況相符，茶葉質量安全溯源離不開現代信息技術的支撐。以大數據融合物聯網技術可以實現對茶葉質量安全從種植園到客戶全流程監控。原產地保護標識[8]如“西湖龍井”國家地理標識，是對杭州地區龍井茶葉品質安全聲望和其他特征的認可，并且龍井茶的生產、加工或配置都在該區域內完成。化肥農藥被廣泛應用于現代農業，其可以有效地減少農作物病蟲害發生，促進植物生長。然而農藥殘留超標卻能對人體產生不利影響。不恰當的施肥會對茶樹生長造成不利影響，造成茶葉品質下降。我國主要有三十余種茶葉病蟲害，常見的有小綠葉蟬、螨類、蚜蟲、黑刺粉虱和尺蠖類等。茶樹病蟲害的發生不僅會影響茶葉產量，還會嚴重影響茶葉品質安全和美觀，應予以積極防治。食品添加劑，如防腐劑，其作用是防止食物發霉、變質，比較常見的防腐劑有雙乙酸鈉、山梨酸、苯甲酸等，超限量使用食品添加劑會對人體造成危害[9]。機械設備主要是小型生產線機械配套設備會對茶葉加工質量產生不利影響[10]。

圖4 龍井茶質量安全溯源體系指標權重分布圖

5 茶葉質量安全關鍵信息技術研究

5.1 區塊鏈技術（blockchain）

區塊鏈技術[11]是一種分布式總賬系統，使用了時間戳技術，將數據區塊按照順序相連的方式組合而成的一種鏈式數據存儲結構，綜合了密碼學方法，信息數據不可篡改和偽造。區塊鏈的核心工作原理如圖5所示[12]。區塊鏈體系核心特征是：去中心化、數據庫安全、集體維護、各方信任。區塊鏈技術作為一種嶄新的新技術，其獨特的特點引起各行各業學者的廣泛關注。食品質量安全溯源體系中引入區塊鏈技術得到了理想的效果。葛艷等[13]以生食牡蠣為例構建了基于區塊鏈的HACCP質量溯源模型，利用區塊鏈技術交易的不可篡改特點，保證了生食牡蠣質量溯源數據的可信度。在茶葉領域借助區塊鏈技術可以實現對茶葉從種植園階段幼苗日常管理、田間施肥、農藥噴灑等農業生產到最終送達消費者手中全過程的監控與管理，形成“產-供-銷-消”一體化的信息系統[14]。

5.2 物聯網技術（IOT）

物聯網技術[15]作為一種現代新興技術，是將廣泛存在的多種事物或目標通過傳感器、激勵器、RFID或者智能手機等設備和互聯網鏈接起來的技術。它主要融合了無線感應網絡（WSN）、對象名稱解析服務（ONS）、藍牙（Bluetooth）、紫蜂（ZigBee）等通信技術[16]，如圖6所示。Jouni Tervonen[17]使用了IOT技術對倉儲中馬鈴薯種子的不同WSN節點溫度做了數據分析，證實了IOT技術是農業食品供應鏈體系的有效解決方法。陽瓊芳[18]研究了廣西農墾茶葉產品，開發出基于物聯網技術的覆蓋茶葉生產、茶葉加工、茶葉銷售等全產業鏈的質量溯源系統。

圖6 IOT技術元素蜂窩圖

5.3 二維碼技術

二維碼技術[19]的基本原理是水平和垂直空間信息編碼，因而可以在橫向和縱向空間同時表達信息，在很小的空間表達大量信息。二維碼技術由于成本低廉，用途極為廣泛，食品包裝上應用二維碼技術非常普及。張帥等[20]運用二維碼技術對農產品溯源系統進行架構和功能模塊設計，指出二維碼信息對于農產品質量溯源與管控的重要性。

5.4 RFID識別技術

射頻識別（Radio frequency identification，RFID）技術[21]是一種無線網絡通信技術，具有可存儲大量信息和方便操作的優點。RFID技術溯源系統由RFID標簽、多個閱讀器和天線三部分組成，RFID標簽由多個芯片組成，用于識別目標對象。閱讀器讀取數據通過以太局域網傳送到數據服務器存儲，用戶通過互聯網共享數據庫中的信息。RFID基本工作原理如圖7所示。RFID技術方便快捷存儲信息量大的技術優勢在農產品質量溯源體系中應用廣泛。只需要在包裝上植入RFID電子標簽，用戶利用RFID探頭即可輕松獲取產品相關信息。其成本要比二維碼高很多，適用于價值較高的產品。

圖7 RFID基本工作原理圖[22]

5.5 電子鼻技術

電子鼻（electrical nose）技術[23]是以哺乳動物嗅覺系統的結構和機理為依據，融入了傳感器技術、電子技術和計算機技術，通過模擬人的感官系統去識別氣體圖譜，可有效地分析揮發性氣體，進而可以快速測定、區分不同品種和產地的農產品。郭永躍等[24]利用電子鼻技術對初榨橄欖油進行了鑒別試驗，試驗結果證實了電子鼻技術的可靠性。

6 結束語

基于對西湖龍井茶質量安全可追溯體系案例研究發現，信息技術是影響茶葉質量安全溯源體系最重要的指標。因此，農產品安全領域有必要加強現代化信息通信技術的應用力度和廣度。相關政府監管者應重視農業大數據平臺建設，有助于農產品質量安全溯源體系的完善[25]。通過對農產品質量安全溯源關鍵信息技術原理與應用的介紹拋磚引玉，有助于推動未來學者研究。本文對茶葉的研究具有一定的普遍適用性，也同樣適用于其他農產品質量安全溯源問題。