无线射频识别技术在乳品质量控制中的应用

王玲玲，董文宾，穆小婷，修秀红

(1.陕西科技大学 生命科学与工程学院，西安 710021；2.山东福田药业有限公司，山东 禹城 251200)

0 引 言

乳品行业是近年来迅速发展的一个行业，然而层出不穷的质量安全事件使得吃上放心乳制品对于消费者变得奢侈。这也反映出我国乳制品安全控制体系尚不完善，不能完全保障乳制品的质量安全性[1]。基于RFID技术，对奶牛养殖、原辅料溯源、人员设备记录、操作环境及生产线控制、生产过程监测等全过程进行识别，从而获取相关数据信息以实现安全追溯，这将有力地保障乳制品质量[2]。本文将简要介绍RFID技术及其在乳品质量控制中的应用研究。

1 无线射频识别技术

1.1 RFID的概念

无线射频识别技术 （Radio Frequency Identification，RFID）是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，它是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。按其工作频率分为：低频（125～135 kHz）RFID系统、高频（6～13.56 MHz）RFID系统和超高频（860～960 MHz）RFID系统。

1.2 RFID的工作原理

1.2.1 RFID的基本组成部分

标签（Tag）：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。阅读器（Reader）：读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式RFID读写器（如：C5000W）或固定式读写器。天线（Antenna）：在标签和读取器间传递射频信号。

1.2.2 RFID的工作原理

RFID技术的基本工作原理如下：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

1.2.3 电子标签的形式

RFID电子标签的形式主要有四种：项圈式、耳标式、药丸式和注射式。颈圈式电子标签可以很容易地从一头奶牛身上换至另外一头奶牛身上，主要应用于饲料的自动配给以及牛奶产量的测定。耳标式电子标签主要用在含有油渍、雨水等比较恶劣的环境，阅读器和电子标签距离数米也可以读出数据。药丸式电子标签能够被奶牛吞咽，并且长时间被保留在胃肠道里面[3]。注射式电子标签相对其他三种形式的电子标签，可以有效的降低奶牛丢失的风险，但是使用要求比较高，主要包括注射可行性、生物兼容性以及技术可实施性等[4]。

1.3 RFID在乳品质量控制中的应用

1.3.1 RFID在国外的应用

国外对于RFID技术在各个方面的应用都已经相对比较成熟，美国研究出了使用RFID技术检测疯牛病的方法，政府还规定使用电子标签对牲畜进行跟踪。日本对果蔬等农产品进行了基于RFID技术的追踪试验，也取得了不错的效果。澳大利亚则颁布了相关计划来保证食品质量安全。ABDUL S[5]等开发了一个综合性的RFID技术系统来扶持小型奶农，以确保数据的记录可信度，并避免出现不法行为。他们证明即使是在农村的小型设备，这种基于射频识别技术的系统也可能带来相当大的效益。ELLISON[6]等研究了在牛奶制品中使用无线电频率识别(RFID)技术，并在他们的研究地区利用英国劳易测电子集团的RFID技术优化牛奶生产商的生产流程，得出使用RFID系统可以帮助提高数据传输和牛奶产量的结论。

RFID在动物身份识别和溯源方面的应用已经非常普遍，也被应用到食品供应链中进行溯源控制。RFID标签中的传感器，使新鲜食品低温运输系统的监控以及环境监测、灌溉、特种作物和农业机械等新应用领域的开发变成可能。ATHANASIOS S[7]等研究了一个基于RFID芯片移动设备的牲畜管理平台，引入可再写的标签来存储识别及防动物丢失的信息，不需要进入数据库就可以识别一些基本信息（如有别于其他动物的行为）。从动物出生直到被屠杀，系统一直跟踪它们，监控每一个我们可能感兴趣的参数。PATRIZIA P[8]等将电子跟踪系统与无损质量分析系统相整合，来改进一种典型的意大利干酪的质量控制过程，结果证明RFID系统是一种有效、可靠并且与生产过程兼容的工具。

由于乳品供应网络变得越来越复杂，这些供应网络中的污染事件已变得非常普遍。更为复杂的是，污染源的确定经常会被延迟。SELWYN P[9]等人利用无线射频识别技术来明确上下游更精细的水平，从而提高污染源识别的准确性，对于被污染乳制品的召回有着非常重要的意义。

1.3.2 RFID在国内的应用

我国将RFID技术运用到动物追踪过程的研究起步相对发达国家落后，但是发展态势很好，发展前景相当广阔。目前主要用于奶牛的精细饲养，通过非接触式读取在奶牛身上放置带有信息的电子标签，并与计算机系统联合使用。饲喂人员可以通过计算机读取奶牛的全部档案，如品种、年龄、产奶量、病史等，了解奶牛的生长发育全过程，调节适宜的饲喂方案。农业部发布《动物电子耳标试点方案》的通知，在天津武清县、新疆建设兵团等四个地方采用RFID技术开展动物电子耳标试点，总规模约4万头[10]。

黑龙江省是畜牧业大省，也是我国重要的奶源基地，奶牛存栏数量与产奶量都名列前茅，是全国奶业发展的重要省份之一[11]。2008年11月，黑龙江省农科院建成了拥有现代化牛场管理系统及配套硬件设施的养殖示范基地[12]。耿丽微等利用瘤胃式电子标签对奶牛标记，采用RFID技术、PC机与单片机的通信技术进行识别，从而可以及时对奶牛监控管理。结果表明RFID系统的读卡器识读率达到100%，识读距离达到8米以上[13]。

新疆是我国奶牛养殖大省，但是奶牛的饲喂管理水平低，基于RFID技术的饲喂管理模式将是新疆奶牛集约化养殖的必然趋势。2011年1月18日，新疆维吾尔自治区质量技术监督所发布了《动物电子标识(射频识别RFID)通用技术规范》新疆地方标准(DB65/T32O9-2011)，于2011年2月18日开始实施[14]。 蔡文青等建立了一种可以通过控制奶牛的日常饲喂来减低奶牛疾病发生率的模型，并且可以对奶牛个体的追踪的实际情况，控制粗、精、青饲料的比例，从而提高养牛场的经济效益[15]。

2 RFID存在的问题

RFID在奶牛场应用中暴露了许多问题，我国乳品行业中RFID的大规模应用发展也受到很多因素的限制，主要包括成本过高、标准不统一以及技术开发落后等几个方面。

2.1 成本过高

成本过高是制约RFID发展与推广的最主要因素之一，RFID的成本不仅包括标签、阅读器和天线等中间件，还包括软件的管理与升级费用等。RFID标签相对小养牛场和散户而言，价格还不能被普遍接受，导致其应用范围尚不广泛。

2.2 标准不统一

标准不统一也是制约RFID发展的重要因素，虽然不同国家和企业都有各自的标准，但是缺乏权威的全球共同遵守的统一标准。 RFID的行业标准不仅包括RFID技术本身的标准，如芯片、频率、天线等方面，也应该包括RFID在身份识别、物流供应链等各环节的具体应用标准。标准化是推动技术广泛应用的必然选择[16]。

2.3 技术开发落后

我国众多RFID企业中，从事核心技术开发并具有自主知识产权的企业少于10%[17]。国内市场上绝大部分RFID芯片主要是由飞利浦、德州仪器、日立等国外厂商提供的，目前中国只有复旦微电子、清华同方、中芯等少数的几家企业能够生产超高频RFID产品[18]。

总之，RFID面临各种挑战和局限：在乳品质量监控过程中，环境充满污垢、温度极端恶劣、数据量庞大、识读距离远、随频率而表现差异等挑战，同时要面临不同地域、不同标准的多样性和级别性[19]。国外利用RFID系统，对在栖息地周围移动的动物进行了跟踪，研究表明在嘈杂的环境中跟踪动物时，该系统目前不能保证足够的准确和精度。

3 展 望

无线射频识别技术是一种具有良好发展潜力的技术，其应用范围有望在未来继续增广。在我国，RFID在乳品质量控制中的应用主要集中在奶牛精细养殖及奶牛身份识别中，将来还有望引入到整个乳品的生产和销售过程中的追溯。深入研究乳制品整个生命周期的跟踪追溯体系，对于提高我国乳品的质量和安全水平，提高消费者对乳品的消费信心都具有深远的社会意义。RFID技术的应用有利于规范和净化我国的乳品市场，为广大消费者提供绿色、健康、安全的原料奶；同时可以使农业信息技术与乳品市场经济有效的结合，为我国创造更多的经济效益。

[1]刘东红,唐佳妮.乳品质量安全溯源和监控体系构建[J].东北农业大学学报,2010,41(5):149-153.

[2]杜峻,尹作重,杨书评，等.基于RFID技术的乳制品安全追溯应用研究[J].制造业自动化,2013,35(3):148-150.

[3]周永亮.基于RFID技术的奶源产运监控系统研究[D].河南农业大学,2009.

[4]文汉云,金升藻.基于RFID技术的动物识别与跟踪管理系统研究[J].计算机系统应用,2006,(3):73-75.

[5]ABDUL S,PRASHANT M,ZOHAIB H.High-credibility RFID-based Animal Data Recording System Suitable for Small-holding Rural Dairy Farmers[J].Computers and Electronics in Agriculture,2010,73(2):213-218.

[6]ELLISON,KEVIN.Optimising Milk Production with RFID[J].Dairy Industries International,2011,76(7):39.

[7]ATHANASIOS S,CHARALAMPOS Z,ALEXANDER B.A Complete Farm Management System Based?on Animal Identification Using?RFID Technology[J].Computers and Electronics in Agriculture,2010,70(2):380-388.

[8]PATRIZIA P,CORRADO C,FRANCESCA A et al.A RFID Webbased Info Tracing System for the Artisanal Italian Cheese Quality Traceability[J].Food Control,2012,27(1):234-241.

[9]SELWYN P,POORYA F,MARTIN G.RFID-generated Traceability for Contaminated Product Recall in Perishable Food Supply Networks[J].European Journal of Operational Research,2013,225(2):253-262.

[10]农业部力推射频识别在动物产品追溯体系中应用 [J].四川畜牧兽医,2012,39(2):63-64.

[11]张永根.黑龙江省奶业发展现状及存在的问题 [J].中国畜牧杂志,2008,44(22):35-39.

[12]唐晓东.无线射频技术在乳品安全可追溯系统中的应用[J].黑龙江农业科学,2009(4):98-99.

[13]耿丽微,钱东平,赵春辉.基于射频技术的奶牛身份识别系统[J].农业工程学报,2009,25(5):137-141.

[14]动物电子标识（射频识别RFID）通用技术规范——新疆地方标准正式发布实施[J].新疆畜牧业,2011,(11):4-6.

[15]蔡文青,倪向东.基于RFID技术在新疆奶牛集约化养殖中的可控管理[J].畜牧与饲料科学,2010,31(4):72-73.

[16]李明学,黄立平.RFID在农业中的应用研究[J].安徽农业科学,2007,35(20):6333-6334.

[17]潘福斌.RFID技术在供应链中保证食品的安全性[J].中国包装工业,2010(3):63-66.

[18]潘建标.世界关注RFID中国标准何时出台.中国包装工业,2006(2):73-75.

[19]LUIS R,LOREDANA L.The Role of RFID in Agriculture:Applications,Limitations and Challenges[J].Computers and Electronics in A-griculture,2011,79(1):42-50.