区块链技术赋能果品供应链质量安全管理研究

　　致病微生物引起的食源性疾病是食品质量安全应关注的头号问题。大连市卫健委于2021年1月初步判定，大连自2020年12月以来发生的疫情来源于污染了新冠病毒的进口冷链产品。在后疫情时期仍应继续强化食品安全风险管理，通过建立食品安全供应链信息共享平台，完善食品安全风险监测体系。早在2019年5月，中共中央、国务院就已给出《关于深化改革加强食品安全工作的意见》，要求深刻认识食品安全面临的形势，不断推进大数据、云计算、人工智能、区块链等技术在食品安全监管领域的应用。果品供应链的每个环节都面临着技术保证及管理优化的问题，应用先进的信息技术对果品供应链全过程进行质量安全信息实时监测及风险预警显得尤为迫切。当前，我国大部分食品质量安全管理系统无法满足供应链上不同主体需求，以区块链为底层技术建立的供应链信息共享平台具有更高的安全性。本文拟通过剖析果品供应链中的薄弱环节及主要质量安全隐患，对区块链技术带来的果品质量安全风险监测效果提升作用进行理论探讨，并以果品供应链质量安全信息监测平台构建为基础，对区块链技术赋能果品质量安全风险管理的路径做出阐释，在食品质量安全管理领域的新技术应用方面做出探索。

 

　　果品供应链中的主要质量安全隐患

 

　　在图1所示的果品供应链诸多环节中，种植、分拣加工及物流仓储环节存在较多的质量完全隐患。

　　图1  果品供应链流程图

 

　　种植环节的农药残留问题

 

　　水果、蔬菜在其生长过程中容易受到外源性污染。一是人类活动、工农业生产过程中汞、铅、镉等重金属污染；二是种植过程中大量使用农药、化肥、杀虫剂等造成的化学污染。果品种植园区的水源受到农药污染，引起水源质量恶化，也会导致食品质量安全隐患。大量不规范使用农药使农作物及其生长水源被污染，由农药残留引发的食品质量安全问题，正日益引起各国政府的高度重视。部分污染物暴露于外部环境能够被降解，但微量的有害物质及农药残留在消费端仍可带来严重的质量安全隐患。一些涉农企业为增加自身利润，采取降低生产成本的经营对策，逃避检测的案例时有发生。鉴于果品种类繁多，收购企业或分销商无法对其生长及环境情况进行实时监测，致使部分农残超标的产品流通到供应链的下一环节，进而流入终端消费市场。

 

 

　　分拣加工过程的清洁和消毒工序，旨在清除微生物等污染，对保障果品产品质量安全至关重要。但该环节存在大量手工式小作坊，设备落后、卫生条件较差，工作本身甚至会造成食品质量安全隐患。分拣加工设备选择不当、包装物强度不够，都会导致产品毁损、外物混入等情形发生，不仅能降低产品质量，严重的还会导致果品被二次污染。包装设备、容器器具、包装物上的细菌病毒，也是果品被二次污染的一个重要源头。因此，采用合理的保鲜包装技术是降低果品损耗率、延长保鲜期的重要手段之一。但当前市场上果品包装方式普遍较为粗糙，包装材料也主要局限于纸箱或泡沫箱等，增加了破损、外物混入、微生物侵袭等情形发生的概率，在消费环节存在质量安全事故发生的风险。

 

 

　　随着经济发展水平和消费者健康意识的提升，生鲜果品物流越来越多地采用冷链方式。但生鲜食品在冷链物流配送环节最容易发生质量安全问题。生鲜果品对运输过程中的温湿度环境、挤压碰撞等比较敏感，需要较厚实的包装及恒定的温湿度条件。生鲜食品冷链物流运输过程中应严格控制冷链中断的时间。但国内大部分冷链运输企业与冷库之间相对独立，未形成一体化产业。二者之间衔接不畅，会增加冷链中断的时间，生鲜果品长时间暴露在常温下，腐烂变质的风险大大增加。部分冷链司机甚至运输途中关闭制冷机、快到目的地时再打开制冷机，不能真正做到全程冷链。此外，冷链物流装卸货过程中若没有封闭月台作为保温缓冲区，强烈的温差会造成微生物大量滋生，加快生鲜果品腐烂变质的速度。

 

 

　　区块链技术是构成去中心化网络的底层技术，由公私钥、共识机制及数字签名等一系列核心技术构成。发挥区块链去中心化网络及技术体系优势，能够为果品供应链质量安全管理进行技术赋能。

 

 

　　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。去中心化意味着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。区块链技术使交易各方在无第三方担保的情况下实现互信，供应链相关各方对源污染进行实时联合监测，及时上传农药残留检测数据及市场反馈信息，织牢质量安全追溯网，确保对果品供应链质量安全风险的源头把控。

 

　　区块链记录数据信息的方式是将存有交易或事项的区块按照时间顺序持续添加到链尾，每个节点都会存储整个链条的所有数据和信息。数据经过多数节点的确认才能修改，共识机制的存在使得修改大量区块的成本极高。区块链共识机制与智能合约结合，在探测到果品质量异常信息时，自动进行预警，利于质量检测及数据回溯。果品质量安全检测过程中，需要按照管理规范运行质量检测程序，提高检测结果的准确性。区块链网络中的任何一方都可以通过共识机制，对果品流通过程中出现的质量问题进行记录与追溯。共识机制确保对果品从供货商经由物流公司最终送达客户全过程进行质量追踪，使质量安全检测更加透明，并确保质量安全信息传输的安全和高效。

 

 

　　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。为保障数据的安全性与客户的隐私，区块链上数据信息的加密过程需要将密钥封装机制和数据封装机制相互结合。将区块链公私钥技术用于果品供应链质量安全管理，加工商和分销商分别拥有各自的专有私钥，双方都不能伪造对方的私钥。公钥有效记录从果品种植到分拣、加工、包装、流通、贮存等一系列环节的相关数据。果品加工过程中的各种操作程序及其环境信息都会以文字、视频等形式，通过私钥记录至区块链上。公私钥技术下的即时签名和实时验证机制，还可确保冷链物流需求与冷库仓位之间的匹配。经公私钥技术记录的数据不可篡改，极大地保证了信息的真实有效，确保果品冷链各环节操作都符合食品加工及冷链物流规范，以信息真实性保障生鲜果品质量安全。

 

　　区块链技术赋能果品质量

 

　　降低冷链物流成本、优化生鲜食品供应链体系，需要加快供应链平台化进程。区块链与射频识别技术相结合构建食品溯源平台，能够通过供应链各环节的互联互通，实现食品安全事件快速定位责任方。基于区块链技术构建果品供应链质量安全监测平台（图2），能够实现质量安全信息实时采集、质量安全状况即时监测、质量安全风险及时预警，从而有效提升果品供应链质量安全风险管理效果。

　　图2  果品供应链质量安全监测平台的逻辑框架

 

 

　　区块链质量安全监测平台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，预设果品加工、物流仓储、分销零售等环节需采集数据的数据结构，将实时收集的数据由非结构化、半结构化数据转换为结构化数据。使用温湿度监测仪对生产加工环境进行监测，并通过传感器将温湿度数据上传至区块链信息中心。果品加工完成后，将产地信息、品种规格、货号批号、加工人员消毒信息及个人信息等汇总打包，并通过扫描仪扫描到区块链网络中，通过哈希算法生成相应的二进制密码。运输存储环节主要通过各类移动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。数据采集过程与区块链信息中心即时通信，并通过区块链智能合约对信息进行校验，提高信息采集效率，保证数据的准确性。

 

　　质量安全状况即时监测

 

　　区块链质量安全监测平台的信息监测模块，采用密钥交换协议和非对称加密相结合的方式，实现对果品加工环境及加工程序的全程无死角监测。信息监测模块还依据规定的检测方法和程序，对果品农药残留、重金属污染及霉变等情况自动检测，确保不符合卫生标准的产品及时下架销毁。该模块采用信息全程追溯技术，通过产品生成的哈希值对生鲜果品原料采购、加工、物流仓储等信息进行追踪监测，并将监测结果予以实时反馈。每一单果品都会被分配一个包含公私钥密码的标识符，通过哈希树数据结构对数据进行再次加密，果品供应链中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，确保数据安全、信息公开，利于果品供应链质量安全状况即时监测及质量安全问题高效处理。

 

　　质量安全风险及时预警

 

　　区块链共识机制使果品供应链各环节之间达成高效共识，缩短数据相互认证的时间，对果品加工及流通中的质量安全风险进行及时预警。质量安全监测平台数据层与操作对象之间通过神经网络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。用户登录后可进行数据分析与维护等操作，通过调用接口将处理结果更新到数据库，确保系统运行的快速高效。一旦发现果品存储温度、湿度等参数超标，系统会自动对数据进行分析聚合，并对异常情况进行预警。通过智能合约中的执行规则，对各类质量安全隐患及异常状况自动采取应急防范措施。区块链分布式账本存储技术确保数据及时传输、信息安全透明，能够快速识别果品供应链中的质量安全风险隐患，并将信息及时反馈到所有的去中心化节点，提高质量安全信息反馈及风险预警的效率。

 

　　质量安全风险有效控制

 

　　质量安全监测平台以Web浏览器的方式为用户提供数据管理窗口，并根据不同用户的职能分配权限，对区块链数据库的操作权限按照层次严格划分。授权操作人员可通过网络接口登录到系统平台，依据权限等级，对质量安全信息进行实时监控、检索查询、可视化操作及溯源防伪查询等。监管人员通过查看加工、运输仓储以及销售等环节的数据，实现对果品供应链质量安全的全覆盖式实时监测。在发生质量安全事故的情况下，监管人员也可以基于区块链溯源机制，对质量安全问题进行分析与溯源，将同一批次的产品及时销毁。区块链去中心化的网络体系，保证各个终端节点的授权人员都能够对果品供应链质量安全状况进行快速查询及实时反馈，实现对质量安全风险的群防群控，织密果品供应链质量安全风险管理的网络体系。

 

　　小结与讨论

 

　　食品安全问题一直以来都得到全社会的广泛关注。果品生产、贮运过程中存在着农药残留超标、交叉污染、微生物侵害等质量安全隐患，整个供应链的每个环节都面临着技术保证及管理优化问题。基于传统信息技术构建果品供应链质量安全监测平台，其中心化的系统架构难以对信息的安全性、可靠性及可追溯性给予有效保障。将区块链技术应用于果品供应链质量安全监测，发挥其去中心化网络及技术体系优势，能够保证信息真实可靠、提高检测效率、实现质量安全监测实时化。基于区块链数字签名、智能合约等技术构建果品供应链质量安全监测平台，实现对质量安全信息的实时采集、质量安全状况的即时监测，依据质量安全风险的及时预警与有效控制，为新技术赋能果品供应链质量安全管理提供了可行路径。区块链技术与果品供应链质量安全管理的深度融合， 成为保障果品质量安全、推动果品行业创新发展的新动力。

 

　　声  明：本文摘编自《中国果树》2021年第5期“区块链技术赋能果品供应链质量安全管理研究”（李海洲，周小刚，唐衍军）