果蔬冷链追溯体系研究现状与应用建议

2022-11-22周大森陈静张鑫李继兰李志成郑晓冬公维敏宋烨

农业大数据学报 2022年1期

周大森陈静张鑫李继兰李志成郑晓冬公维敏宋烨

（中华全国供销合作总社济南果品研究所，济南，250014）

1 引言

随着社会经济发展，消费者对果蔬产品的质量需求从安全向新鲜、好吃、营养等多样化需求升级。尤其是2020 年全球爆发新型冠状病毒疫情后，通过冷链运输的进口车厘子、火龙果表面均出现病毒核酸检测阳性的情况，相关部门对果蔬冷链产品追溯的关注和管理要求提高。

果蔬冷链技术的发展对保持果蔬产品新鲜、好吃具有重要的保障作用，果蔬全程冷链技术，要求果蔬产品从采摘后就要处于低温环境中，并且在后续各个环节都要处于这样的环境之中[1]，通过果蔬冷链运输的产品其新鲜度、贮藏时间明显高于普通物流运输的产品，对于提供新鲜、营养、好吃的果蔬具有重要的保障作用。但中国果蔬冷链应用比率较低，损失率较高。据国家统计局统计，2019 年，中国果蔬总产量达9.93 亿吨，但是采后损失率高达20%～25%[2]，每年损失金额达1000 亿元以上，而在发达国家该比率控制在5% 以下，美国更是仅有1%～2%[3]，发达国家80%以上的果蔬产品实现冷链贮运，而中国目前进入冷链系统的蔬菜类比重只占到全部蔬菜的5%；由于冷链利用率低，果蔬产品品质下降快，利润率较低，目前中国冷链利润率为8%;而发达国家冷链利润率可以达到20%～30%[4]。

果蔬追溯技术通过物联网、大数据等技术，完整记录果蔬产品从“田地”到“餐桌”全过程，实现“来源可查、去向可追、责任可究”，对于保障果蔬产品的安全、健康，保障果蔬冷链的全程实现具有重要的监控作用[5]。关于果蔬产品追溯的研究，国外起步较早，早在20 世纪80 年代的欧洲，相关专家就提出了食品溯源概念[6]，2000 年欧盟发布《食品安全白皮书》，2002 年日本发布《食品安全基本法》，这些举措最终奠定了食品追溯制度的法律基础；国内从2002 年开始，国家倡导逐步建立食品（农产品）追溯体系法律法规，2015 年《食品安全法》第一次修改，食品安全追溯制度在中国第一次得到法律确认，此后，果蔬追溯产业蓬勃发展，全国31 个省（自治区、直辖市）均开展果蔬产品追溯建设。政府机构、民间团体、第三方企业纷纷推出各自的追溯体系，中国的果蔬产品追溯事业进入高速发展期[7]。但这些追溯系统，大多以果蔬产品生产为追溯中心，对冷链流通、贮藏、销售等环节关注度低，具体到果蔬冷链领域，中国尚未建立完善的信息溯源体系。

2 果蔬冷链追溯关键控制点研究

果蔬冷链追溯涵盖从采收到销售的完整过程，主要包括采收、前处理、预冷、贮存、流通等环节，要建立科学、有效的冷链追溯系统，必须确定冷链过程的关键控制点，通过对关键控制点的信息追溯，实现对冷链流通过程的全程追溯。

2.1 果蔬冷链关键控制点研究

由于果蔬产品易腐烂、保质期短，为保证其产品质量，需在生产加工、储存以及产品产业链的其他环节遵循3T 原则（Temperature，Time，Tolerance）[8]。在果蔬冷链过程中，需要对温度、流通时间和农产品的耐储性做精确地把握。但目前中国冷链物流行业发展仍不充分，存在“散”和“乱”的现象，建立冷链质量风险评价和控制体系及确定关键控制点有较多困难。目前，果蔬冷链关键控制点研究主要有两条路径：

一是以现有HACCP（Hazard Analysis Critical Control Point）、GAP（Good Agricultural Practices）和现有的果蔬质量管理体系为基础，分析农产品冷链物流过程中影响产品质量因素，探讨控制农产品质量安全的关键点和控制危害发生的措施，从农产品冷链关键控制点结合果蔬冷链流通特点确定果蔬冷链关键控制点。李洁等基于HACCP 体系研究果蔬冷链流通过程的关键控制点，分析确定从种植到销售环节质量控制关键点，包括种植过程的产地选择、种植管理、采收，加工过程的原料验收、预冷、加工、包装，贮藏流通过程的装卸、存储、物流配送以及销售环节的销售检验和展示等[9]。

二是通过研究果蔬冷链产业现状，以果蔬冷链流通体系特点为基础，科学提出果蔬冷链风险评价体系，并以此为基础提出果蔬冷链关键控制点。崔璟丽通过研究，提出了果蔬冷链风险的关键控制点，包括运作风险、销售风险、技术风险、外部环境风险等4 个风险因素以及运输损失率、装卸损失率、温控设备适用性、价格风险、经济周期风险等18 个风险变量，并运用模糊综合评价法，筛选出果蔬冷链流通过程中具有较高风险的是运输损失、存储损失、采购损失、温控设备、保鲜技术、质量检测、运输设备和价格[10]。

2.2 果蔬冷链追溯系统关键指标研究

果蔬冷链物流追溯系统应立足风险，以科学实用、提质增效为主要目的，链接从果蔬生产到终端销售的每个环节，实现果蔬生产、采收、加工、贮藏、流通、销售全程可视可控。基于追溯系统特性，其关键指标在涵盖所有关键质量控制点的基础上，需进一步增加追溯基本点，包括基础信息、信息交互信息、编码信息。其中基础信息包括种植基地信息、农户（种植者）基本信息、产品基本信息、采购商基本信息等，信息交互信息指因各环节信息交互产生的信息，编码信息指遵循“一物一码”原则的编码信息[11]。

基于各环节具有不同的特点和追溯要求，在果蔬生产、加工、贮藏、流通环节，均通过不同模式实现冷链追溯。通过防伪溯源系统的建设，有利于激发品牌发展活力，提升品牌魅力和知名度，让更多的人参与品牌保护和推广，打造具有国际竞争力的中国品牌[9]。

3 果蔬冷链追溯解决方案研究

3.1 果蔬冷链追溯体系架构

当前果蔬冷链追溯体系多为基于物联网的追溯体系，采用物联网设备自动获取数据和人工上传数据相结合的数据获取方式，通过系统自动比对验证数据，实现追溯系统的自动化和智能化。果蔬冷链追溯体系架构主要包括物理层、数据层、处理层、交互层。

3.1.1 物理层

物理层是果蔬冷链追溯体系的数据获取层，通过物联网设备（如温湿度检测仪、实时定位模块、田间气象站等）、传感器技术和移动通信技术获取并传输果蔬冷链流通过程中的原始数据。

3.1.2 数据层

数据层用于接收和存储物理层获取的原始数据，并向逻辑层提供功能运行的实时数据、历史数据、元数据和模型。数据层包括数据库、模型库和数据接口。通过数据完整记录果蔬冷链的全过程信息，保证了果蔬产品从农田到消费者整个过程的正向追踪和逆向溯源。同时数据层也实现了数据在消费者、果蔬农产品供应链相关企业、监管机构之间的信息共享，提高了信息传递的效率，有效地规避“信息孤岛”。

3.1.3 逻辑层

逻辑层是果蔬冷链追溯系统业务逻辑和功能实现的核心。包括数据接口模块、全程追溯模块、精准召回模块和智能化管理模块，各功能模块应用系统数据库分析提出管理功能和决策功能，包括关键点质量控制、过程评价、关键点预警和故障诊断、基于市场反馈的销售决策。数据接口模块接收外部数据，与数据层通信，存入数据库，实现与数据层的互联互通。全程追溯模块通过模型建设，打通果蔬生产、流通各环节，实现信息全程展示，精准召回模块在“一物一码”全程追溯基础上，实现发生问题后的产品精准召回。智能化管理模块通过存储果蔬冷链相关的法律法规、行业标准等内容，以智能合约的形式嵌入到追溯信息中，通过设计比对模型比对原始数据与相关条文，实现数据的智能比对，从而对问题数据进行预警，实现了果蔬冷链的监管标准化、智能化，提高了监管的效率。

3.1.4 交互层

交互层向用户和外部数据源提供与业务逻辑层进行数据交互的界面和接口，完成外部数据源的数据融合、格式转换并向业务逻辑层进行数据推送。采用B/S 技术架构，通过电脑或者手机终端，为监管部门、消费者、果蔬冷链上全部企业进行查询和追溯服务[12]。

3.2 果蔬冷链追溯环节

3.2.1 生产环节

生产阶段是果蔬冷链追溯的起点，也是决定果蔬质量安全的基础性因素，是冷链追溯传输的数据基础，相关信息需通过信息流流入追溯系统。该阶段主要包括种子种苗、土肥水管理、病虫害控制等，主要特点是外界投入品较多、环境因素影响大、人工操作难掌控。为使获取的数据更加客观、真实，该阶段需引入实时定位技术、即时通信技术、传感器技术等。

对于农药、化肥、种子等投入品来源等外部数据，通过追溯购买凭证、购买记录等确定其来源，实现外部数据的接入；对于难掌控的农事操作，通过实时定位技术确定其使用位置，通过高清视频监控、农事记录确定农事操作时间、类型、操作人等；对于环境因素，通过物联网设备、田间气象站采集田间气温、土温、降雨量、光照强度、空气湿度、CO2浓度、空气质量指数、污染物含量等指标。相关信息通过物联网设备直接对接追溯系统或由人工录入系统，成为展示产品生产过程的主体信息。

3.2.2 采收环节

合理采收可减少产品损伤，对提高产量、降低贮运损耗、保持和改进产品品质、防止感病腐烂有直接影响，果蔬产品采收时需进行田间质量检测，检测合格产品才能作为食品销售。短期或长期贮存的果蔬产品，还需进行田间预冷。该阶段核心追溯信息是采收时间，另外还需记录采收方式、采收人、检测报告、预冷方式、预冷终温等信息。

对于采收时间，以及采收方式、采收人，可引入高清摄像技术进行确认，并与采收人录入信息进行比对验证，确定真实采收时间；对于田间初筛，可通过智能快检设备检测，并通过API 接口接入追溯系统，实现信息自动上传，避免人为操作影响数据真实性；田间预冷方式、预冷设备、预冷终温等信息，同样可使用智能预冷设备接入追溯系统，实现数据的实时采集，降低发生人工录入引起数据真实性、权威性不足问题的可能性。

3.2.3 贮藏环节

果蔬贮藏的主要目的是延长产品的储藏期，解决产销异地问题，并调节果蔬淡旺季间的均衡供应。贮藏环节涉及的主要追溯主体包括贮藏库库体、通风换气系统、二氧化碳发生系统等。该环节要加强贮藏环境监测，依靠温度传感技术、气体监测设备等，保证果蔬冷库的贮藏符合要求。此环节要切实做好贮藏温度、湿度、CO2浓度、出入库时间、方式、设备清洗消毒以及库存信息等记录。

对于产品出入库，建设智慧门，通过RFID（Radio Frequency Identification）技术实现出入库产品出入库时间、批次、数量等信息自动获取和上传，通过温湿度、气体监测设备，实现贮藏库内环境识别和预警，通过传感器技术可智能获取贮藏产品位置、重量等关键信息。

3.2.4 流通环节

流通阶段是冷链物流中连接产销、推动冷链物流畅通运行的核心环节。该阶段包括用冷藏车辆将采购之后的果蔬产品运达配送中心进行加工、集货与存储和按照超市或其他零售商所需，将果蔬产品按所需的种类和数量进行装车，然后按时送达超市或其他零售地。流通阶段的主要作业内容包括装卸设备清洗消毒、货物搬运、装车、货物运输、卸货以及运输配送全程的温控和信息追踪。

该阶段需要运用的追溯技术主要有温湿度监控技术、传感器技术、实时定位技术等。使用集成几种物联网技术的智慧冷藏车，其中通过温湿度监控技术监控和预警冷链运输环境，通过实时定位技术确定冷藏车运输位置，确保冷藏车按要求进行配送，通过传感器技术可以监控冷藏车内果蔬产品重量。智慧冷藏车的应用，可同时将运输时间、运输温湿度、起止地点、运输产品量进行采集和上传。

3.2.5 销售环节

销售阶段是果蔬冷链物流的最终阶段，主要内容是将配送来的果蔬产品置于冷藏柜或冷藏货架，然后售卖给消费者，以实现其最终价值。

该阶段需要运用的追溯技术主要是温湿度监控技术。通过温湿度监控技术监控和预警冷藏柜或冷藏货架。主要记录销售时间、销售柜温湿度、销售地点等信息。

4 果蔬冷链追溯发展建议

4.1 健全法律法规体系

政府部门多部门联动、协商合作提出全流程、多维度的法律文件，进一步完善和细化果蔬冷链追溯领域法律法规体系，推动农产品智慧物流的转型升级和长期可持续发展，以稳定市场秩序，明确管理责任，为果蔬冷链追溯发展提供必要的法律保障。剖析农产品智慧物流运营模式，针对果蔬冷链追溯特点，制定数字化、智能化监管措施，实施必要且严格的监督与管理，提升企业违法违规成本，降低农产品质量安全隐患。

4.2 建立并完善标准体系

在现有农产品追溯标准体系的基础上，针对果蔬冷链特点，建立适用于果蔬冷链追溯的标准体系，为行业发展提供标准化指引。只有建立完整的农产品追溯标准体系，才能实现食品链的信息互通与质量控制，保证追溯有效性[13]。通过标准体系的建立，实现果蔬冷链各环节的关联与协调。一方面是建立统一的追溯编码规则和编码、转码技术，保证不同追溯系统间编码可通用，避免因编码规则不一致导致追溯信息“隔离”，另一方面是建立追溯系统软件设计标准，针对同一产品，需追溯相似或相同关键节点，保证不同追溯系统间能够便捷进行数据交流，避免产生“信息孤岛”，为真正实现果蔬产品互联互通奠定基础。

4.3 推动相关技术研究

果蔬冷链追溯系统集成多种物联网技术，包括田间气象站、温湿度监控仪、冷库智慧门等，在当前技术条件下，因成本较高导致许多企业无法做到全链条冷链追溯，严重阻碍全过程冷链追溯系统建设。建议国家通过项目支持、政策扶持、资金扶持，积极推动相关科学技术开发，提高技术精度和工作效率，降低成本和能耗，同时，要推动计算机技术、人工智能技术与物联网技术的结合，通过互联网平台、移动网络技术赋能，实现智慧物联、全程物联、万物物联。建议农产品物流企业积极采用基于新一代信息技术的软硬件系统，开展共性技术应用改进，同时扩大对外交流与合作，跟踪并引领行业国际发展趋势[14]。

4.4 提高追溯产品认可度

针对追溯系统投入高、见效慢的特点，政府机构应从多方面着手，提高社会和消费者对果蔬追溯产品的认可度，提高企业开展追溯的积极性[15]。一是通过政府和权威机构开展追溯宣传，推动追溯理念深入人心，提高社会对果蔬冷链追溯的认可，更好实现果蔬冷链追溯产品的优质优价和品牌建设。二是针对追溯产品，实行政府补贴，提高企业建设追溯系统、使用追溯系统、销售追溯产品的意愿，推动追溯产品更多走向市场、走进消费者生活。