区块链赋能乳制品供应链质量安全监测研究

许雯宏，唐衍军，2*

（1.华东交通大学 经济管理学院，江西 南昌 330013；2.泰豪科技股份有限公司博士后科研工作站，江西 南昌 330013）

食品安全关乎人民群众身体健康、生命安全，甚至是社会稳定[1]。科学、完善的食品安全风险监测体系，对于政府掌握食品安全情况和解决食品安全隐患意义重大[2]。现阶段应构建多要素融合的全供应链质量安全精准监管系统[3]，对乳制品供应链质量安全实施全过程可视化监测[4]。有学者利用物联网、大数据等技术对食品质量安全监测平台及监管机制做了探讨[5-6]。但这类传统技术在实际应用中存在数据中心化的问题，难以保障信息的安全性及可靠性[7]。区块链的出现为食品供应链管理提供了一种去中心化整合资源的解决方案[8]，构建基于区块链技术的食品全供应链可信追溯模型，能够保证供应链各环节数据安全可靠[9]。区块链拥有分布式账本、公私钥、数字签名及共识机制等核心技术，能够实现对乳制品质量安全信息的及时安全传递和有效追溯。依靠科技手段构建严格、科学且覆盖全过程的监管体系，是有效提升食品质量安全监管效能的必经之路[10]。本文尝试以区块链为底层技术，构建覆盖乳制品全供应链的质量安全监测平台，通过优化信息采集、查询、监测及追溯流程，来强化乳制品供应链质量安全管理、保障食品安全。

1 乳制品供应链质量安全监测的关键环节

乳制品供应链的诸多环节中，生鲜乳供应以及乳制品加工、储运环境存在较多的质量完全隐患，应将其作为关键控制点加强质量监测。乳制品供应链是从生鲜乳供应、质量检测到乳制品加工、储运以至销售的全过程如下：

1.1 生鲜乳供应环节

大部分中小型乳制品生产企业没有自己的专属牧场，乳制品质量水平受到奶牛养殖、生鲜乳生产及检验检测等因素的制约。其中奶牛养殖环节的影响因素主要包括奶牛品种、饲料配比、防疫措施、兽药使用等。乳制品企业一般与上游养殖户签订购销合同，生鲜乳供不应求时往往会通过放宽检测标准来争夺奶源。部分养殖户利用潜规则做出投机行为，降低了生鲜乳品供应质量，甚至在养殖户之间出现降低鲜奶供应质量的恶性竞争[11]。此外，生鲜乳加工过程中挤乳消毒环节规范性、卫生条件、存储条件等也对乳制品质量安全造成影响。乳制品企业无法对奶牛养殖及生鲜乳生产环节的卫生防疫状况进行实时监测，奶站在收集散户生鲜乳时，受限于检测设备不足、专业人员缺乏及检测标准不完善等方面的限制，无法做到通过全面检测来保证乳制品质量，致使部分不合格产品流通到供应链的下一环节，进而流入终端消费市场。

1.2 乳制品生产加工环节

生鲜乳经机械化收集及质量检测后，通过乳槽车运至乳制品企业，因而乳槽车清洗消毒工作格外重要[12]。乳制品加工过程中的质量安全问题主要由工艺不合规、操作不规范、环境不整洁、杀菌不彻底、设备器皿不卫生等因素导致[13]。不少乳制品企业在生产加工阶段存在各种不规范操作现象，致使乳制品质量安全不能得到有效保证。除食材本身的质量状况以外，食品加工过程中的厨具、工具设备、存放器皿等食品相关产品也是保障食品安全的重要因素[14]。乳制品生产加工环节应确保加工用水、工具设备以及存放器皿的清洁卫生，防止外来污染。部分中小型乳制品生产企业不仅面临生产设备不先进、生产及时性不强、生产技术无法满足消费者需求等问题，还可能因为卫生条件不达标、包装消毒不彻底而造成产品污染，存在严重的产品质量安全隐患。此外，中小型乳制品生产企业没有能力对生产加工工艺进行全过程监控监测，导致生产加工环节的质量安全隐患不能被实时排查到。

1.3 乳制品运输储存环节

生鲜农产品在物流配送环节最容易出质量安全问题[15]，易发生乳制品包装破损、温度湿度不宜等二次污染问题。目前国内冷链物流业发展尚不成熟，大部分冷库只起到一个低温储藏仓库的作用，服务于乳制品行业的专业化冷库和冷链物流中心更加缺乏。低温运输-虽然在乳制品物流中被普遍采用，但运输过程中会出现运输与仓储脱节等“断链”现象[16]。运输储存环节因物流时间过长、温湿度不适宜而造成乳制品品质受损的风险始终存在。部分冷链物流企业为降低成本，甚至采用运输途中关闭制冷机、快到目的地时在打开制冷机的现象，更是增加了乳制品的变质风险，易在消费端诱发严重的食品质量安全事故我国乳制品行业供应链信息共享机制尚未真正形成[17]，不仅导致因信息传递不及时而造成物流时间过长、质量受损[18]，还导致发生质量安全事故时产品信息难以被有效追溯[19]。

2 区块链赋能乳制品供应链质量安全监测的机理

区块链是由多种技术组合而成的技术体系，主要涉及公私钥技术、分布式算法、数字签名技术等[20]。发挥区块链去中心化网络及技术体系优势，能够为乳制品供应链质量安全管理进行技术赋能。

2.1 去中心化体系强化生鲜乳供应环节质量监测

区块链采用的对等网络、密码学算法及共识算法等技术，决定了其本身具有去中心化、信息透明、可追溯等特性[21]。区块链网络中不需要中心化的服务器，每个分布式节点的权责对等，都可以进行数据的分布式存储和核算。区块链网络中的各个在线节点遵守同样的数据储存、验证与加密规则，对链上的交易和数据共同进行实时维护，各节点对数据进行独立备份以保障数据安全完整。区块链网络去中心化的体系架构保证了交易方之间的点对点交互，能够使大规模数字交易得以高效率地实现。基于区块链组成去中心化的网络体系，生鲜乳供应商、乳制品加工企业、物流企业、分销商之间的信息沟通将毋需通过中心处理器，通过系统各节点组成信息共享联盟即可实现对奶源质量安全情况的联合监测监控。构建去中心化的区块链网络体系，还能够实现对生鲜乳供应环节饲养信息、挤乳消毒情况、动物防疫信息、饲养区环境卫生状况等信息的实时监测，有助于织牢乳制品质量安全追溯网，确保对乳制品质量安全进行源头把控。

2.2 公私钥技术助力乳制品加工环节污染问题控制

区块链公私钥技术将密钥存储的职责交由各节点共同承担，相较于传统中心化公钥系统能够提供更好的抗干扰能力[22]。为保障数据安全性与信息私密性的需要，区块链采用公私钥技术，将密钥封装机制和数据封装机制相互结合，对链上数据进行及时安全传递。生鲜奶供应商是保证加工环节产品质量的重要对象[23]，将区块链公私钥技术用于乳制品供应链，有助于打通乳制品加工企业与生鲜奶供应商之间的信息壁垒，实现对生鲜奶供应质量信息的实时监测。区块链网络平台中，乳制品企业和生鲜奶供应商分别拥有各自的专有私钥，双方都不能破解对方的私钥密码或者伪造私钥。乳制品加工企业应用区块链系统上的公钥查询生鲜奶供应环节的质量信息，并将加工过程中的设备、流程、操作等，通过私钥以文字、视频的形式传送到区块链上。通过公私钥技术在乳制品质量安全监测中的应用，能够加强设备工具清洗、消毒、工作环境杀菌等环节的控制，消除产品污染，保障乳制品质量安全。

2.3 数字签名技术确保乳制品运输储存环节衔接

区块链构建的信任网络，将带来多场景模式下的便利流通[24]。区块链采用数字签名技术使交易方在无第三方担保情况下实现互信，实现对产品质量的在途、实时监测，保障物流仓储环节的产品质量安全。数字签名规定两种互补的机制，一个用于签名，另一个用于验证。区块链数字签名技术下，对乳制品物流运输中的所有车辆做数字签名，车辆类型、产品种类、车内温度等信息储存在公有链上，同时以私有链的形式将签名发送到相应的仓储企业。数字签名验证机制确保仓储企业收到签名，并将空余仓位信息形成唯一的代码发回至物流运输企业。建立基于数字签名技术的乳制品物流信息共享平台，有助于实现乳制品加工企业、鲜奶供应商、销售商及物流服务商之间的网络互信、信息互联，进而高效匹配乳制品供应链上的庞大货源、车源、仓位等信息，缩减乳制品的物流在途时间，有效保障乳制品质量安全。

3 区块链赋能乳制品供应链质量安全监测的路径

区块链技术应用必将朝着建立产业服务平台的方向发展[25]，以区块链为底层技术建立的信息平台具有更高的安全性和运作效率[26]。本研究构建了基于区块链技术的乳制品供应链质量安全信息监测平台（图1），并对该平台下的乳制品供应链质量安全监测流程及其效果进行分析。

图1 乳制品供应链质量安全信息监测平台Fig.1 Dairy supply chain quality and safety information monitoring platform

3.1 质量安全信息实时采集

乳制品供应链质量安全信息监测平台的信息采集中心是一个带有数据库和数据分析功能的决策系统，能够实现对生鲜乳供应、质量检测、生产加工、运输存储及分销消费等环节数据的实时采集。生鲜乳供应环节主要采集奶牛饲养、挤乳消毒、动物防疫、环境卫生等方面的信息，通过密钥交换协议和非对称加密相结合的方式，实时传递生鲜乳质量信息。质量检测环节依据规定的检测和数据收集程序，实时收集生鲜乳中激素、抗生素、农药兽药残留等的检测结果与含量信息。生产加工环节主要采集乳制品加工过程中的设备、工艺及操作规范性等数据，对消毒环节进行重点监测。使用温湿度监测仪、微生物敏感测试仪等监测乳制品生产加工环境，通过传感器将信息上传至信息中心。产品完成包装及质量检测工作后，其奶源、品种规格、货号批号等信息，将通过条形码被实时扫描到区块链网络中。运输存储环节主要通过计算机、手机、平板电脑等各类数据采集终端，对冷库供应、运输车辆、产品种类、车内温度等信息进行采集。乳产品销售阶段需采集的信息主要包括超市温湿度、产品储存时间，重点关注物生物污染及超标问题。

3.2 质量安全风险实时预警

乳制品供应链质量安全信息监测平台的技术资源模块由数据接口、存储设备、密码算法、共识机制、网络设备及智能合约等几部分构成，通过信息技术软硬件的综合运用对乳制品质量安全信息进行实时追踪，并对质量安全事项进行实时报警。共识机制使乳制品加工企业等多方参与者对交易信息达到高效共识，缩短相互间的认证时间，使得交易和记录在瞬间完成。数据层和实时操作模块之间通过神经网络、语言分析、图像和语音识别等智能化技术进行实时通信，完成交易、数据及指令的记录与更新。一旦发现乳制品存储环境中的温度、湿度等参数超标，系统会自动对异常情况进行预警。在智能合约中写入执行规则，将数据信息实时传输到区块链网络，根据算法程序对质量安全的异常状况采取应急防范措施。

3.3 质量安全状况实时监测

乳制品供应链质量安全信息监测平台的质量安全实时监测模块基于分布式数据存储与分析系统，对乳制品供应链质量安全情况进行实时监测，同时对数据进行实时处理。该模块主要使用信息全程追溯技术，对乳制品供应链中的奶源情况、质量检测信息、生产加工信息以及运输存储数据等进行追踪监测，并将监测结果予以实时反馈。整个乳制品供应链上的每一单产品，都会被分配一个包含公私钥密码的标识符。根据区块链上记录的哈希树值信息，供应链上的每一个节点都参与质量安全信息监测与共识机制的执行。参与者可以使用公钥访问公共账户，但不能更改账户中的数据记录，确保数据处理过程透明与安全。

质量安全状况实时监测流程是：首先，在奶牛饲养于生鲜乳供应环节，根据每批次产品粘贴的射频识别技术（radio frequency identification，RFID）标签，对奶牛养殖区的水源情况、免疫接种情况、农药兽医使用情况等实施监测，制作生鲜乳供应商诚信档案并存储到区块链分布式存储系统中。其次，根据电子信息采集器传输的可视化信息，对乳制品生产加工过程进行可视化监控，重点监测因人工操作不当造成的乳制品质量损耗、因加工环境中的微生物污染而导致产品微生物含量超标等情况。再次，实时监测运输环节的车辆定位信息、调度信息以及车厢温湿度信息。通过区块链实时存证系统对运输车辆所在的经纬度、运行速度、行驶路线等进行实时定位跟踪，并根据系统反馈信息优化运输路线，降低因物流时间过长而导致的乳制品变质风险。最后，通过温湿度传感器、探头等对乳制品分销零售过程中的超市及仓库温湿度、环境质量进行实时监测，当监测指标超出警戒线时报警并自动采取应急措施。

3.4 质量安全风险有效控制

乳制品供应链质量安全信息监测平台的应用界面是使用者直接进行信息交互的载体及操作界面。授权人员可通过网络接口登录到系统平台，依据权限等级，针对乳制品供应链上的相关信息执行录入或检索查询等操作。通过查看生鲜乳供应、质量检测、生产加工、运输存储及分销消费等环节的实时运行数据，对乳制品供应链质量安全进行全覆盖式实时监测，从而有效遏制质量安全事件的发生。发生质量安全事故时，监管人员可通过区块链溯源机制，对乳制品质量安全信息进行追溯。应用界面通过图形图像和视频的形式，将乳制品生产商的产品质量安全信息予以直观呈现。消费者通过终端接口查询乳制品质量安全数据，对影响乳制品质量安全的事项可以进行实时举报，能够实现对食品质量安全风险和隐患的群防群控。

4 结论

数字技术与乳制品供应链质量安全管理深度融合，已成为推动乳品工业创新发展的新动力。乳制品供应链上的质量安全问题及隐患，主要存在于生鲜乳供应、生产加工、运输存储等环节。区块链以其去中心化的网络体系及系列核心技术，为乳制品供应链质量安全监测与管理进行技术赋能。区块链去中心化网络体系能够强化生鲜乳供应环节质量监测，公私钥技术助力乳制品加工环节污染问题控制，数字签名技术确保乳制品运输和储存环节相衔接。以区块链为底层技术，构建由信息采集模块、技术资源模块、质量安全实时监测模块、系统应用界面构成的质量安全监测系统，实现信息实时采集、查询、监测、追溯等功能，为新技术赋能食品质量安全管理提供了新的可行路径。