畜類肉品加工溯源系統研究綜述

摘 要：隨著消費者對畜類肉品品質與安全的要求日益提高，畜類肉品加工溯源系統成為研究熱點。此綜述聚焦于物聯網、區塊鏈和人工智能在畜類肉品加工溯源中的應用。物聯網技術通過傳感器和射頻識別等設備，實現對畜類養殖環境、生長狀況及加工過程中關鍵環節的實時數據采集。區塊鏈技術因為具備去中心化、不可篡改和可追溯的特質，有效保證了溯源數據的真實性和完整性，提高了供應鏈的信任度。人工智能則在數據分析和預測方面發揮重要作用，能夠對肉品品質進行評估、預測潛在風險，并優化溯源流程。然而，這些技術的融合應用仍面臨諸多挑戰，如技術成本較高、數據隱私保護不夠、跨平臺兼容性不足等。未來，需進一步優化技術方案，加強技術協同，以構建更高效、可靠和智能化的畜類肉品加工溯源系統，保障消費者權益和行業的可持續發展。

關鍵詞：畜類肉品加工；溯源系統；肉品質量與安全

中圖分類號：TS272.7 文獻標志碼：A 文章編號：1674-7909（2024）9-129-6

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.09.030

0 引言

畜類肉品是農產品的重要部分，一定程度上滿足了人們對蛋白質的需求。近年來，面對諸如瘋牛病、非洲豬瘟等畜類疾病爆發而導致各種病害肉時有出現的局面，國內外對畜類食品安全格外重視。食品安全影響深遠，與公眾的身體狀況及生活品質息息相關。尤其在當今社會，隨著全球化和供應鏈的復雜性增加，確保食品的安全性變得尤為重要。食品安全需要從源頭到餐桌的全程監管和控制。從養殖到加工，從運輸到零售，每個環節都需要嚴格的監測和管理。這包括了養殖生產的科學規范、獸藥的合理使用、喂食原料的可追溯、加工過程的衛生控制等一系列措施。

為了保障食品安全，很多地方建設了食品溯源系統。該系統主要用來跟蹤食品從生產到流通的全過程，確保品質、安全和可追溯。該體系涵蓋了從原材料的生產、處理、運送、分銷以至最后的銷售，對質量管理及必要時的退貨都起著重要作用。溯源系統的出現有利于確保食品的品質、安全和可追溯性，有利于消費者了解產品的食品標簽、生產日期和相關認證信息，保障了消費者的知情權等權益。

隨著時間的推移，溯源系統得到進一步發展和應用。各種溯源應用層出不窮，如區塊鏈技術溯源。區塊鏈技術溯源被認為具有不可篡改的技術屬性，但關鍵在于如何確保初始數據的真實性。當前，基于物聯網技術的視頻化溯源系統被認為是溯源系統的主流發展方向。這種系統體現了簡單實用、容易普及、投入成本低的優勢，并且可以從源頭控制偽造作假，從而實現溯源的真實性、直觀性和精準性。

溯源系統的發展歷史與科技的進步緊密相連，科技的發展為溯源系統的升級和優化提供了可能。通過使用現代技術，如物聯網、區塊鏈和人工智能，溯源系統能夠實現對產品生產、加工、運輸和銷售全過程的監控和記錄。

1 國外研究現狀

1996年，歐盟部分成員國發生的瘋牛病引發了公眾恐慌。為了應對這個問題，歐盟開始逐步建立并完善首個食品安全溯源系統。該系統主要針對牛肉及其制品，通過驗證和注冊系統，消費者能夠對牛肉產品從飼養到銷售的全流程信息進行追蹤。隨后，歐盟利用信息管理技術，對產品的相關信息進行記錄和保存，進一步確立了更為成熟且具備規律特征的農產品溯源系統。該系統的覆蓋范疇涉及畜禽動物及其制品、轉基因生物及含轉基因生物的食品與飼料等多個方面。自2005年1月1日起，歐盟強制執行牛肉產品溯源的法規，規定所有出口到歐盟的牛肉產品必須通過國家認證系統提供追溯信息，而歐盟成員國進口的牛肉也要在2007年1月1日前建立追溯制度。

自2008年，美國政府開始采用國家動物標識系統（National Animal Identification System，NAIS）。該系統是由美國農業部（USDA）開發的用于記錄家畜信息的系統，主要對農場和加工廠的家畜進行標識和追蹤。該系統的建立目標是在發生緊急疫情時，能夠在48 h內識別出與病源有直接接觸的動物及飼養場地，以便進行診斷、圍堵和根除動物疫情。

在2001年，澳大利亞實行牲畜標識計劃（National Livestock Identification Scheme，NLIS）。這個計劃主要對牛和羊進行身份標識，活牛借助經過NLIS認證的耳標及瘤胃標識球來標識身份，而羊則使用統一直徑的耳標。所有的標識信息都由國家中央數據庫進行統一管理。這個系統可以實現對動物個體從出生到屠宰的全過程追蹤。

1.1 物聯網技術

物聯網（Internet of Things，IoT），即萬物互聯，是指將物理設備與互聯網連接，通過數據傳輸和相互通信實現智能化和自動化的網絡系統。物聯網可以讓各種設備、傳感器和物體之間進行數據交換和協作，從而創造出更智能、高效和便捷的生活和工作環境。在國外，物聯網在溯源系統中的應用已經得到了廣泛的發展。通過物聯網技術，溯源系統能夠在產品的生產、加工、運輸、銷售等諸環節進行跟蹤和溯源，做到對產品的全程監管與信息追溯。

目前，尚不清楚可追溯性（尤其是在物品級別和實時情況下）如何影響供應鏈健康、安全和環境（HSE）控制。ZHOU等［1］基于IoT（物聯網）自動跟蹤/追蹤技術研究了實時和單品級可追溯性。YADAV等［2］確定績效指標并確定其優先級，從而推動基于物聯網（IoT）的農業供應鏈（ASC）追溯系統的開發。SOUPRAYEN等［3］提出了利用物聯網的高效食品追溯技術，并獲得了數據預測的解決方案，適應了現有的金融環境和全球食品供應鏈的發展。

1.1.1 條碼

條碼技術起源于1940年，在最近20年，其實際應用開始得到注重，并迅速發展起來。條碼技術已在發達國家普遍使用，并在全世界普及，其應用開始迅速擴大。目前，條碼技術被廣泛應用于溯源系統中。條碼是一種利用黑白相間的條紋表示信息的編碼技術，具有易于識別、制作簡單、讀取快速等優點。

現在世界上的各個國家和地區都已普遍使用條碼技術。國際物品編碼協會CS1（Global Standard one）建立的EAN·UGC系統為農產品的標識與追溯提供了一個標準的條碼解決方案。目前，該方案已在許多國家得到應用。

1.1.2 RFID

無線射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）是一種用于自動識別和跟蹤目標的技術。它通過使用無線電波來讀取和寫入附著在物體上的標簽信息，從而實現快速、非接觸式的識別。RFID技術的優點包括抗干擾性強、數據容量大、可動態操作、使用壽命長、批量讀取等?？偟膩碚f，RFID技術具有許多優點，在多個領域都有廣泛的應用前景。KELEPOURIS等［4］研究RFID技術如何滿足可追溯性的主要要求，所使用的技術方法對與追溯系統相關的成本及其部署的簡易性具有重大影響。

在國外，RFID技術在溯源系統得到了很好的應用，可以幫助養殖場進行管理，如動物追蹤等。LIANG等［5］提出了牛/牛肉供應鏈可追溯性模型和基于RFID技術與EPC global網絡的可追溯系統，實現了供應鏈業務間信息的高效共享和牛/牛肉供應鏈的無縫隙追溯。

ALAVI等［6］分析了最近提出的3種RFID認證協議的隱私性，為了維護和保護RFID用戶的隱私，提出了2個改進版的分析協議，優化了現有技術。GANDINO 等［7］研究分析基于RFID的信息系統，用于農業食品鏈中的跟蹤和追溯，分析了如何正確使用射頻識別（RFID）來改進農產品鏈中的可追溯系統。ABAD等［8］的主要目標是驗證專為食品行業設計的RFID智能標簽系統的性能，該系統旨在實現實時追蹤與冷鏈監控，確保食品流通的安全與效率。

1.2 區塊鏈技術

區塊鏈（Blockchain）作為一種數據結構，是由在分布式網絡上運行的多個實體所共享的數據分類賬，其主要特性表現為去中心化、不可篡改及透明性。在溯源系統中，區塊鏈技術可以用于確保數據的安全性、可信度和不可篡改性。

CARO等［9］提出了AgriBlockIoT，其是一個具有可追溯性的完全去中心化的農業食品供應鏈管理的區塊鏈解決方案，能夠無縫集成物聯網設備，在整個供應鏈上生成和消費數字數據，解決了基于物聯網的農業食品供應鏈追溯和來源系統的可篡改等問題。FENG等［10］對區塊鏈技術的特征和功能予以回顧，提出了用于解決食品可追溯性問題的方案，并輔助研究人員給出基于區塊鏈技術的食品追溯系統的架構設計框架及適用性應用分析流程圖，可助力實踐者運用基于區塊鏈技術的食品追溯系統。SUNNY等［11］在概述文獻中分析了各種基于區塊鏈的可追溯性解決方案。

1.3 人工智能

人工智能在許多領域都有廣泛的應用，如自然語言處理、計算機視覺、機器學習、專家系統等。隨著技術的不斷發展和應用場景的不斷擴大，人工智能可以運用到溯源系統中。

人工智能在國外畜類產品溯源上已經得到了廣泛的應用。例如，美國農業部建立了國家動物標識系統，該系統可用于家畜身份識別、疾病控制、生產管理等多個方面。在生產管理方面，該系統通過人工智能技術對家畜的生產、養殖、屠宰等全過程進行監測和管理，確保產品的安全性和可追溯性。BHAVNA等［12］預測在畜牧業中使用人工智能技術將使畜牧流程自動化且易于管理，提出將人工智能技術應用到畜類產品從農場到餐桌的質量追溯中；并且論述人工智能有助于畜牧業從動物出生到生產和食品的全程機械化，總結人工智能在動物領域的未來是不可預測。

此外，一些歐洲國家也建立了類似的追溯系統，如丹麥的Danish Pig Production和瑞典的國家豬肉標識計劃。這些系統都使用了人工智能技術對家畜的生產、加工、流通等全過程進行監測和追溯，確保產品的真實性和可追溯性。

2 國內研究現狀

我國有關牲畜產品質量安全可追溯系統的研究起始于20世紀90年代，而后逐漸制定出了相關的標準和準則。與此同時，中國許多地方政府和機構正在自行開發和實施豬肉可追溯系統，如豬肉生產加工信息可追溯系統等。

我國的一些地區已經建立了專門的畜類產品溯源系統。例如，山東省建立了省級食品安全監管綜合信息平臺，建成了包括生產環節、流通環節及服務環節的安全監管系統，實現了食品安全電子追溯監管系統的全覆蓋。上海市也建立了食品安全信息追溯平臺，針對肉、菜等重點食品進行追溯管理。這些溯源系統的建立，有助于提高畜類產品的質量安全水平，保障消費者的健康和安全。

2.1 物聯網技術

國內物聯網技術在溯源系統的應用已經逐漸成熟。在農產品溯源方面，物聯網技術可以幫助實現農產品全流程追溯。智慧農業平臺溯源系統通過產品從原材料加工到銷售的全鏈數據整合，能滿足消費、管理、監管等多方溯源的需求，可實現從農田到餐桌的全流程追溯。

白忠賀［13］以物聯網技術和肉品追溯系統的相關理論知識為基礎，對肉品追溯進程中采用的射頻識別技術和產品電子編碼（Electronic Product Code，EPC）技術進行了探究，提出了一個簡易的肉品追溯信息模型，開發并測試了所設計的肉品追溯應用系統。王艷［14］結合物聯網、互聯網技術和現代計算機技術，針對內蒙古肉食品從牧場到銷售這一過程，設計了肉食品溯源系統。該系統有助于肉食品產業鏈的透明化，可實現肉食品生產加工痕跡有記錄可查詢，提高了對肉食品生產廠家的監督水平，可實現有問題肉食品及時查詢至信息源頭［14］。

2.1.1 條碼

為推動條碼技術于食品追溯管理領域的運用，中國物品編碼中心在北京、上海、武漢等地設置了試點項目。以上海為例，當地構建了超市農產品信息查詢系統。此系統整合了信息技術與條碼技術，搭建起包含產品生產供應全程監控與管理、條碼標識及網絡平臺查詢的追溯體系，其目的在于助力企業達成標準化生產和規范化經營，保證農副產品從生產至銷售的全鏈條質量安全把控與管理。

在條碼技術內，EAN/UPC系列屬于常見的一維條碼，涵蓋UPC-A、EAN-13、UPC-E、EAN-8等類別。與二維條碼相比，一維條碼的優點在于成本較低且操作容易。不過，二維條碼能夠容納更多的數據。QR條碼作為二維條碼的一種，最初在日本問世，并被廣泛運用在可追溯標簽的信息采集中。消費者僅利用智能手機掃描QR條碼，就能快速獲取產品的追溯來源信息。

文斌等［15］提出憑借QR二維碼和數據聚合的手段，達成對產品信息的采集溯源。陳甲偉［16］基于QR-Code達成對食品的一碼一物追溯。鑒于傳統的一碼多物溯源方式難以達成對單體食品的精準定位，為每個食品設計構建專屬編碼，實現了對單個食品進行信息的溯源，提升了食品的溯源效率。焦玉聰等［17］利用二維碼及RFID技術，結合計算機通信技術與數據庫技術，構建了軍墾牌肉制品質量安全追溯系統，提高了軍墾牌肉制品信息的透明度，增強消費者對產品的信心，提高產品的可靠性與安全性，促進新疆地區農牧民增收，便于企業和政府對食品安全的監管。

2.1.2 RFID

RFID具有識別速度快、不怕遮擋、數據存儲量大等優點［18］。RFID是物聯網技術的基礎。國內RFID在加工環節的應用主要是實現自動檢測和控制。RFID電子標簽能夠對每一件產品進行唯一標識，借助應用程序記錄每一件產品的原料與來源、生產線位置、生產過程及庫存狀況等信息，為企業更優地管理生產及調整庫存等給予有效的依據［19-20］。趙秋艷等［21］提議運用RFID標簽技術來采集動物食品溯源數據，以低成本的標簽技術達成對食品溯源數據的追溯，并運用JSP技術展示動物食品信息。

借助RFID無線射頻識別與標簽識別技術，能夠對豬肉生產過程予以精準追蹤，進而達成豬肉安全溯源的精確目標。針對RFID系統在識別眾多標簽個體時存在的識別效率欠佳狀況，對其中的Aloha防碰撞算法予以了改進和優化。與此同時，將這一經改進優化后的RFID技術與生豬產品生產的各個環節緊密相融，為產品生產鏈專門定制了硬件和軟件系統。通過這些舉措，達成了對豬肉產品的一對一精準定位，并實現了產品的質量安全溯源查詢功能。賈浩等［22］針對RFID系統中多個標簽同時與閱讀器交互所產生的碰撞問題，以及二進制搜索算法中呈現的信息冗余和搜索效率低下的情形，提出了一種改進的二進制搜索防碰撞算法。

2.2 區塊鏈技術

區塊鏈技術應用于加工環節，可以對加工流程進行記錄，消費者可以通過智能終端查詢每一步操作。區塊鏈技術通過建立一個共享的、可信的數據平臺，可以實現監管部門與農民、生產商、加工商等各個環節的信息共享和協作。監管部門可以實時監控農產品的生產、流通和銷售情況，及時發現和處理問題。同時，區塊鏈技術還能夠憑借智能合約等功能，達成自動化的監管與執行，降低人為因素的干擾，提升監管的效率與準確性。何蒲等［23］闡明了區塊鏈技術的發展前景，并且細致地介紹了區塊鏈的關鍵技術、概念及應用方向等。

針對傳統的食品溯源體系存在的信息真實性無法保證、效率低、成本高等問題，區塊鏈的應用可以實現溯源系統的防篡改。尹斐生［24］依據先進的區塊鏈技術框架完成了食用農產品溯源信息防篡改架構的設計，實現了溯源系統的防篡改性能。

劉家稷等［25］設計了一條用于存儲溯源信息的區塊鏈，相比傳統的區塊鏈，這條區塊鏈具有更大的吞吐量，使溯源系統同時具有高吞吐量、低成本及高安全性的特性。吳夢宇等［26］對信息存入區塊鏈的方式予以研究，提出一種基于 PoW（工作量證明）和PoS（權益證明）改進的區塊鏈共識機制PoWaS，并構建區塊鏈展開試驗，并認定該機制具有降低算力浪費及平衡記賬權競爭的成效。

2.3 人工智能

在環境因素監測與調控方面，人工智能可根據畜禽的日齡及氣溫變化，自動調整飲水量和飼喂量，可提升飼料轉換率，節約用水，提高經濟效益。陳紅茜等［27］提出的基于機器學習的自動追蹤蛋雞行為算法，實現了對蛋雞行為視頻數據的自動分析。

李子豪［28］為了解決圖片在傳輸過程中因旋轉、透視變換等引起的圖片失真問題，基于深度學習模型設計了一套溯源小程序系統，該系統可達到溯源、防泄密的目的。

3 發展趨勢與展望

畜類肉品加工溯源系統的發展趨勢越來越完善和智能化。該系統可以記錄畜類從出生到養殖、檢疫流通、屠宰加工生產等環節的信息，實現來源可查、去向可追、責任可究，正品防偽。該系統不僅可以溯源查詢和規范生產，還能夠強化全過程質量安全管理與風險控制，降低召回成本，保護消費者權益。

展望未來，畜類肉品加工溯源系統將會越來越智能化、個性化和精細化，通過物聯網、區塊鏈、人工智能等技術的應用，實現更加全面、精準的質量控制和安全管理，進一步提高畜類肉品的品質和安全性，提升消費者的滿意度。同時，該系統也將不斷拓展和深化其應用領域，從單純的溯源查詢和規范生產，向更加廣泛的質量管理、防偽打假、供應鏈優化等領域延伸，為政府監管、企業經營和消費者購買提供更加全面、精準的服務和支持。

4 結束語

綜上所述，畜類肉品加工溯源系統的發展趨勢越來越智能化、個性化和精細化，通過應用先進技術，實現更加全面、精準的質量控制和安全管理，提高畜類肉品的品質和安全性，提升消費者的滿意度。同時，該系統也將不斷拓展和深化其應用領域，為政府監管、企業經營和消費者購買提供更加全面、精準的服務和支持。

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基金項目：河南省高等學校重點科研項目（23A520034）。

作者簡介：柴豪杰（1993—），男，博士，講師，研究方向：信息技術處理。

通信作者：王艷艷（1997—），女，碩士，助教，研究方向：邊緣計算、云計算。