畜禽及產品可追溯技術研究進展及應用

王虎虎，徐幸蓮

(南京農業(yè)大學國家肉品質量安全控制工程技術研究中心，教育部肉品加工與質量控制重點實驗室，江蘇南京210095)

畜禽及產品可追溯技術研究進展及應用

王虎虎，徐幸蓮

(南京農業(yè)大學國家肉品質量安全控制工程技術研究中心，教育部肉品加工與質量控制重點實驗室，江蘇南京210095)

為了確保畜禽動物健康及其產品的質量安全，可追溯體系已被眾多國家和企業(yè)應用到了畜禽動物及產品的全程供應鏈當中，而實現高效、精確地追溯需要不同技術的聯(lián)合運用。本文在闡述可追溯基本信息的同時，重點介紹了畜禽追溯中所用的標識技術、編碼技術、大型動物個體鑒別技術和產地溯源技術的原理和應用，最后對畜禽追溯技術的發(fā)展前景進行了展望。

畜禽，可追溯，技術，應用

Abstract:In order to ensure the health of animials and safety of theirs products，the tracing system had been implemented in animial food supply－chain by many countries and enterprises，and an effective and precise tracing system needed many different technologies.With discription of essential information of traceability，this paper focused on introducing the principle and implemention of the technologies of animial identification，technologies of coding，technologies of individual animial diagnosis，as well as the technologies of animial geographical origin traceability.At last，the development future trend of technologies in the tracing system was viewed.

Key words:livestock and poultry;traceability;technology;application

可追溯的概念并不是一個新的術語，它最早應用于汽車等一些工業(yè)品的產品召回制度中。近十年來，瘋牛病、禽流感、“瘦肉精”等畜禽產品質量安全問題的連續(xù)爆發(fā)，嚴重威脅了人們的身體健康和生命安全，引起了全世界的廣泛關注，同時隨著ISO9000、HACCP等質量控制體系不能全供應鏈監(jiān)管缺點的暴露，可追溯體系逐漸被重視并引用到畜禽產品的生產、加工和銷售的全程供應當中?？勺匪蒹w系現已被認為是提供食品來源和生產相關信息的主要途徑，目前，全世界已有78%的國家制定了畜禽標識相關法規(guī)，69%的國家制定了可追溯管理的法律規(guī)定［1］，可追溯已被消費者用于保護自己的消費安全，調查顯示可追溯制度已成為提高消費信心的重要措施［2］，高收入消費者愿意為具備可追溯性的食品支付更高的價格［3］。可追溯的實施離不開相關技術的強力支撐，相關技術的進步是可追溯發(fā)展的基礎。

1 可追溯的定義

關于食品可追溯性的定義到目前為止，不同的組織、機構和學者從不同的角度給出了不同的定義，不同的說法已超過30種。現在應用比較普遍的是歐盟委員會和美國食品藥品管理局(FDA)給出的定義。歐盟的定義為［4］:在生產、加工及銷售的各個環(huán)節(jié)中，對食品、飼料、食用性動物及有可能成為食品或飼料組成成分的所有物質有追溯或追蹤的能力。FDA的定義為［4］:通過紙或電子方式記錄產品和生產者何時從何處來，以及何時將產品運往何地的能力。從定義中可以看出不同機構對追溯定義的重點不同，歐盟主張使用追溯能力，美國主張使用產品追溯。雖然不同機構對可追溯性的定義表述有所不同，但應用到畜禽追溯中均包含三個要點:a.動物及產品的標識;b.篩選并記錄主要信息;c.通過信息記錄跟蹤了解動物及產品的活動軌跡。

2 可追溯體系的框架和內容

一個完整的可追溯體系框架主要包括四大方面:動物及產品的標識、追溯指標的篩選、信息傳遞系統(tǒng)、網絡操作平臺系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中以追溯指標信息為基礎，以動物標識和傳遞方式為載體，在網絡平臺中實現追溯查詢是最終目標。

在可追溯框架下，追溯的內容主要有以下兩方面:a.跟蹤和回溯。可追溯包括跟蹤和回溯兩層意思。跟蹤是從上游向下游流動，實現從原材料(動物)到消費者的全程控制，以監(jiān)控產品的品質和安全?；厮菔茄刂a鏈從下游向上游流動，實現從消費者到原料的全程查詢，目的是發(fā)現導致產品質量安全問題的根源。b.內部追溯和外部追溯。內部追溯是指從原料進入企業(yè)加工到成品出廠，在企業(yè)內部對原料信息、加工信息等都要記錄并確定追溯項，它是食品鏈溯源的基礎和關鍵。企業(yè)內部溯源必須做到“一步向前，一步向后”，既向上追溯到原料供應商，向下追溯到產品客戶［5］。外部追溯是指溯源項已經確定，是在整個生產鏈不同環(huán)節(jié)企業(yè)之間進行原料或產品交接時候產生的溯源。如養(yǎng)殖企業(yè)和加工企業(yè)、加工企業(yè)與銷售企業(yè)之間的對接，需要追溯的信息主體是以產品(或原料)為基礎的交易企業(yè)雙方。

3 畜禽可追溯的技術及應用

畜禽動物及產品的可追溯體系是一項系統(tǒng)工程，它是集標識技術、個體鑒別技術、自動識別技術、編碼技術、數據采集、網絡通訊和計算機技術等為一體的綜合系統(tǒng)。要實現從養(yǎng)殖場到消費者的全程控制，就要從動物標識開始，把編碼體系中承載的信息傳遞到消費終端，必要時，還要對畜禽的產地來源進行鑒定確認。畜禽及產品追溯中涉及到的主要技術有以下幾種。

3.1 畜禽及產品標識技術

標識是畜禽及產品可追溯的關鍵和基礎，高效、準確的標識方法對追溯起著至關重要的作用。

3.1.1 傳統(tǒng)機械標識方法 傳統(tǒng)的標識方法是采用機械方式在動物體上進行烙鐵、紋身、刺墨法、烙角，但隨著動物福利的發(fā)展，以及這些方法自身的缺陷，使它的應用受到了極大的限制，現在這些標記方法已逐漸被淘汰。

3.1.2 數字碼標識技術 數字碼標識是由一系列的數字和字母組成，粘貼在動物耳標或產品包裝上，這種方式在追溯的最初階段起了很大的作用，這種設計簡單、廉價，畜禽追溯最早的數字耳標就是基于此設計的，它的不足之處在于，需要很多人力來管理和操作編碼的實施，編碼的讀寫需要人工操作，沒有自動化，且編碼沒有統(tǒng)一標準，追溯范圍有限，這種方式很容易造成信息的混亂、誤配和不實信息的傳遞［6］。

3.1.3 條形碼標識技術 條形碼技術指由一組規(guī)則排列的條、空及其對應字符組成的標識，是很常用的標識方法，條形碼可分為一維條形碼［只是在一個方向(一般是水平方向)表達信息，在垂直方向則不表達任何信息］和二維條形碼(某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在二維方向上分布的黑白相間的圖形來記錄相關信息)，現在一維條形碼耳標應用于牛的標識，二維條形碼耳標應用于豬的標識，均取得較好效果［7］。2002年加拿大強制性的牛標識制度中就要求采用29種經過認證的條形碼、塑料懸掛耳標來標識初始牛群。Frochle等［8］運用二維條形碼對禽類動物進行了標識研究，結果表明二維條形碼印在嘴部條碼讀取效果最好。采用條形碼標識是現階段畜禽及產品標識的主要手段之一。

3.1.4 RFID標識技術 無線射頻識別(Radio Frequency Identification，縮寫RFID)俗稱電子標簽，它是一種非接觸式的自動識別技術，具有信息讀取方便、讀取距離遠、防水、防磁、防高溫等優(yōu)點，是畜禽標識的理想選擇。RFID主要有四種應用形式:項圈電子標簽、鈕扣式電子耳標、耳部注射式電子標簽以及通過食道放置的瘤胃(網胃)電子標簽［7］，采用RFID技術標識將是未來標識方式的潮流，應用RFID技術不僅可以對畜禽個體進行識別，而且可以對供應鏈全過程的每一個節(jié)點進行有效的標識，從而對供應鏈中的動物原料、加工、包裝、貯藏、運輸、銷售等環(huán)節(jié)進行跟蹤與追溯，及時發(fā)現存在的問題，并進行妥善處理［9］。目前很多國家和企業(yè)都在應用，在國外，澳大利亞建立的國家牲畜標識計劃要求加入該系統(tǒng)的牛必須使用統(tǒng)一的RFID電子耳標，2003年韓國政府頒布的農畜產品追溯制度強制要求安裝RFID自動追溯系統(tǒng)，各企業(yè)已基本于2004年底前完成了設施配套安裝［10］。在國內，2005年上海五豐上食有限公司投入運行了RFID屠宰實時生產監(jiān)控管理系統(tǒng)，完全采用可讀寫RFID電子標簽技術，實現從活體動物入廠到屠宰交易的全程實時生產管理?！?008年北京奧運食品安全行動綱要》中也明確要求對奧運食品全部加貼電子標簽，電子標簽采用RFID技術，北京千喜鶴公司從豬源基地的標識、加工過程的標識和銷售終端的標識等主要環(huán)節(jié)形成了追溯鏈接，建立和實施了較為完整的可追溯體系［11］。

3.2 畜禽追溯編碼技術

在ENA條形碼、二五條形碼、庫德巴條形碼、三九條形碼、128條形碼等眾多的編碼技術中，在畜禽標識中應用最為廣泛的是EAN－UCC編碼體系，EPC(Electronic Product Code)有可能成為編碼技術發(fā)展的趨勢。

3.2.1 EAN·UCC編碼技術 EAN·UCC編碼技術現又稱為GS1(Global Standand)系統(tǒng)，是國際物品編碼協(xié)會(EAN International)和美國統(tǒng)一代碼委員會(UCC)共同開發(fā)、管理和維護的全球統(tǒng)一商業(yè)語言，為貿易提供全球唯一的標識，形成事實上的“國際標準”?，F在的追溯條形碼耳標基本上都是以EAN·UCC編碼為基礎的，很多國家制定的追溯標準或指南中都是基于EAN－UCC進行編碼的。2003年日本制定了基于EAN·UCC編碼技術的《食品追溯手冊》并于2006年進行了修訂。2004年中國也基于EAN· UCC編碼技術制定了牛肉產品跟蹤與追溯指南。EAN·UCC編碼技術在國內的應用已經有了一定的規(guī)模，利用EAN－UCC編碼技術北京建立了“牛肉產品追溯應用試點”，陜西建立了“牛肉質量與跟蹤系統(tǒng)”，福建建立了“遠山河田雞供應鏈跟蹤與追溯體系”［12］。

3.2.2 EPC編碼技術 產品電子代碼(EPC)是新一代與EAN·UCC系統(tǒng)的編碼體系兼容的編碼標準，它可以實現對所有實體對象進行唯一的有效標識，是對條碼技術的擴展和延續(xù)。目前就EPC在畜禽及產品中的應用還處于摸索階段，只有部分學者進行了研究，還沒有在企業(yè)中大量使用。2008年曾經［13］通過對EPC編碼技術和RFID技術的研究，提出了基于EPC編碼的豬肉溯源編碼方案，并以電子耳標、電子標簽和條碼為載體建立了飼養(yǎng)和屠宰過程的信息自動采集、分割肉用一維條碼標識的全程溯源體系。

3.3 大型動物鑒別溯源技術

追溯中常常根據不同畜禽動物種類制定不同的追溯單元，大型動物(牛、豬)常以單獨個體為追溯單元，這就要求追溯中除了耳標標識外，必要時還要具備個體識別的能力，現在DNA技術最常用的是個體鑒別技術，虹膜鑒別等其他技術還處于研究階段。

3.3.1 DNA技術 DNA技術在畜禽追溯中主要應用于品種［14］、種屬鑒別［15－16］和大型動物個體鑒別，該技術主要基于動物個體DNA序列的獨一無二性，可以達到100%的準確性。DNA溯源技術因其易分型、重復性好、檢測手段簡單快捷、成本低廉等已成為目前國際上公認的最具發(fā)展?jié)摿蛻脙r值的快速溯源技術［17］。國外已經開始采用DNA溯源技術進行肉制品溯源，如歐盟正積極發(fā)展DNA溯源技術，建立了牛肉制品的溯源系統(tǒng);加拿大楓葉公司在電子標簽的基礎上，借鑒DNA溯源技術，增強系統(tǒng)的追蹤能力，建立豬肉追蹤系統(tǒng);日本、澳大利亞等國在屠宰時采集動物DNA樣品，以便在后續(xù)對動物和肉制品進行追溯，我國目前還沒有應用此技術。目前來看，DNA溯源技術將成為以后動物和肉制品進行溯源的潮流。

3.3.2 虹膜鑒別技術 虹膜是位于眼睛黑色瞳孔和白色鞏膜之間的圓環(huán)狀部分，在紅外光下可以看到豐富的紋理細膩，如斑點、條紋、細絲、隱窩等細節(jié)特征，就像動物個體DNA序列一樣，虹膜紋理具有惟一性、穩(wěn)定性、可采集性和終生不變等特點，因此可以作為身份鑒別方法。目前，虹膜識別在人類身份鑒別中已經得到了廣泛的應用，在動物溯源識別中的應用還處于初步研究階段，但由于其本身的特點可能成為以后發(fā)展的方向，方超等［18］通過研究給出了實現動物虹膜識別的技術路線并構建了基于虹膜識別的肉食品可追溯系統(tǒng)，孔強等［19］以牛眼為例對大型動物虹膜識別的相關算法和虹膜定位等關鍵技術進行研究，分析了牛虹膜紋理特征的分布特點，實現了虹膜特征區(qū)域的提取及歸一化處理，他們的研究為虹膜技術在動物追溯中的應用奠定了一定的基礎。

3.4 畜禽及產品產地溯源技術

3.4.1 同位素溯源技術 動物體內穩(wěn)定的同位素是動物的自然屬性，它與動物的生長環(huán)境密切相關，是動物體的一個自然標簽，它能為動物溯源提供科學的、不可改變的身份鑒定信息。在畜禽產品的溯源中，研究最多的是對牛肉和羊肉的產地溯源，肉雞因為食用的飼料批次差異很大，追溯相對困難［20］，很多研究表明［21－24］，不同地域來源的牛等動物組織中同位素含量有顯著性差異，表明同位素可以用來溯源動物產地。但也有研究表明在特定情況下利用同位素對雞肉可進行粗略溯源［25］。但目前對畜禽同位素溯源的最小地域范圍還不清楚，因此它的應用還不是很普遍。

3.4.2 痕量元素溯源技術 痕量元素是表征地域差異的較好指標，其依據是生物組織不斷從所生活的環(huán)境中累積各種礦物元素，不同來源的生物體中元素含量有很大差異［20］。由于痕量元素受外界環(huán)境和氣候變化的影響很大，所以只能在地域和氣候差異較大的不同地區(qū)之間溯源，郭菠莉［26］研究了中國四大肉牛產區(qū)脫脂牛肉的22種元素，發(fā)現特定的幾種元素對牛肉產地的判別效果比較好，整體的正確率達到了98.3%。目前該技術單獨用來溯源畜禽及產品的研究較少，把它和同位素等其他溯源技術聯(lián)合運用，溯源的準確性更高。

3.4.3 其他溯源技術 關于溯源畜禽動物的產地技術，很多學者進行了研究，運用很多技術進行了探索，例如紅外光譜法［27－30］、化學成分分析法［31］，雖然各種方法都有各自的缺陷，但在一定條件下，都能對特定的動物及產品進行產地溯源，多數情況下把幾種溯源方法同時聯(lián)合使用，利用多元統(tǒng)計分析篩選溯源指標［32］會取得更好的溯源效果。

4 可追溯技術的應用展望

隨著通信技術，計算機技術的不斷發(fā)展，在畜禽追溯中可運用的技術會越來越多，不論是動物的標識技術，還是信息傳遞技術，或是終端查詢技術，都會有巨大的進步，一些現代通信技術和現代分析技術也可能運用到畜禽動物的追溯當中，例如應用微波雷達技術可用于動物的跟蹤追溯中，GPRS可以用于追溯信息的常用查詢當中，各種質譜的聯(lián)用可以用于畜禽產地的溯源當中?？傊?，隨著技術的不斷發(fā)展，總有新的技術和設備被運用到畜禽動物及產品的追溯當中，以便實現更快、更精確的追溯。

［1］林超，李白宇，何昶熙，等.動物標識及疫病可追溯體系建設試點工作中存在的問題［J］.中國牧業(yè)通訊，2008(5):44.

［2］Rijswijk W V，Frewer L J，Davide F，et al.Consumer perceptions of traceability:A cross－national comparison of the associated benefits［J］.Food Quality and Preference，2008(19):452－464.

［3］Castro P D.Mechanization and Traceability of Agricultural Products:A Challenge forthe Future［R］.Agricultural Engineering International:the CIGR Journal of Scientific Research and Development，Invited Overview Paper，2002.

［4］Dawen T，Ellen G，Tomas N.Traceability－a literature review［R］.Canada，Department of Rural Economy Faculty of Agriculture＆ Forestry，and Home Economics University ofAlbertaEdmonton，2008.

［5］秦玉青，耿全強，晏紹慶.基于食品鏈的食品溯源系統(tǒng)解析［J］.現代食品科技，2007，23(11):85－88.

［6］Regattier A，Gamberi M，Manzini R.Traceability of food products:General framework and experimental evidence［J］.Journal of Food Engineering，2007(81):347－356.

［7］陸昌華，王立方，胡肄農，等.動物及動物產品標識與可追溯體系的研究進展［J］.江蘇農業(yè)學報，2009，25(1):197－202.

［8］Fochole H，Gonzales B U，Mcdonnell K，et al.Investigation of the potential use of e－tracking and tracing of poultry using linear and 2D barcodes［J］.Computers and Electronics in Agriculture，2009(66):126－132.

［9］程雪，周修理，李艷軍.射頻識別(RFID)技術在動物食品溯源中的應用［J］.東北農業(yè)大學學報，2008，39(10):140－144.

［10］臧明伍，張迎陽，韓凱，等.RFID技術在畜產品可追溯系統(tǒng)中的應用［J］.肉類研究，2007(9):32－35.

［11］隋文，唐曉純.2008奧運會畜禽類產品的追溯體系研究［J］.食品科學，2008，29(8):697－699.

［12］劉文君.GS1，全球通用的食品追溯語言［J］.大眾標準化，2008(9):21－23.

［13］曾行.基于EPC編碼的豬肉質量安全追溯體系研究［D］.西北農林科技大學，2008.

［14］Shackell G H，Maehias H C，Cave V M，et al.Evaluation of microsatellites as a potential tool for product tracing of ground beef mixtures［J］.Meat Science，2005(70):337－345.

［15］Orru L，Gatillio G，Napolitano F，et al.Characterization of a SNPs panel for meat traceability in six cattle breeds［J］.Food Control，2009(20):856－860.

［16］Nakamura A，Kino K，Minezawa，et al.A method for discriminating a Japanese chicken，the Nagoya breed，using microsatellite markers［J］.PoultryScience，2006(85):2124－2129.

［17］吳瀟，潘玉春，唐雪明.肉制品的DNA溯源技術［J］.豬業(yè)科學，2009(3):105－106.

［18］方超，趙林度.基于虹膜識別的肉類食品可追溯系統(tǒng)研究［J］.中國安全科學學報，2008，18(7):11－17.

［19］孔強，趙林度.虹膜識別在肉類食品安全追溯系統(tǒng)中的應用及關鍵技術研究［J］.中國安全科學學報，2009，19(3):155－160.

［20］郭波莉，魏益民，潘家榮.牛肉產地溯源技術研究［M］.北京:科學出版社，2009.

［21］Sehmideo，Quilter J M，Bahar B，et al.Inferring the origin and dietary history of beef fromC，N and S stable isotope ratio analysis［J］.Food Chemistry，2005(91):545－550.

［22］劉澤鑫，郭波莉，潘家榮，等.陜西關中地區(qū)肉牛產地同位素溯源技術初探［J］.核農學報，2008，22(6):834－838.

［23］郭波莉，魏益民，潘家榮.同位素指紋分析技術在食品產地溯源中的應用進展［J］.農業(yè)工程學報，2007，23(3):284－290.

［24］郭波莉，魏益民，潘家榮，等.碳、氮同位素在牛肉產地溯源中的應用研究［J］.中國農業(yè)科學，2007，40(2):365－372.

［25］王慧文.利用穩(wěn)定同位素進行雞肉溯源的研究［D］.中國農業(yè)科學院，2007.

［26］郭波莉.肉產地同位素和指紋元素指紋溯源技術研究［D］.北京:中國農業(yè)科學院，2008.

［27］張寧，張德權，李淑榮，等.近紅外光譜結合SIMCA法溯源羊肉產地的初步研究［J］.農業(yè)工程學報，2008，24(12):309－312.

［28］Cozzolino D，Matto D，Martins D V.NIR reflectance spectroseopy for Predicting composition and tracing system of Produetion of beef muscle［J］.Animal Science，2002(74):477－484.

［29］李勇，魏益民，潘家榮，等.基于FTIR指紋光譜的牛肉產地溯源技術研究［J］.光譜學與光譜分析，2009，29(3):647－651.

［30］張寧.羊肉產地近紅外光譜溯源模型的建立于機理初探［D］.中國農業(yè)科學院，2008.

［31］Renou J P，Depong C，Gachon P，et al.Characterization of animial products according to geographic origan and feeding diet using nuclearmagnetic resonance and isotope ratio mass spectrometry:Cow milk ［J］.Food chemisty，2004(85):63－66.

［32］Bettin M F，Gremaud G，Hadom R，et al.Geographic origin of meat－element of ananalytica approach to its authentieation［J］.EuropeanJournalofFoodTechnology，2005(221):493－503.

Research progress of traceability technology of livestock and poultry and its applications

WANG Hu－h(huán)u，XU Xing－lian
(National Center of Meat Quality and Safety Control，Key Laboratory of Meat Processing and Quality Control，Ministry of Education，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China)

TS251.7

A

1002－0306(2010)07－0413－04

2009－08－11

王虎虎(1986－)，男，碩士研究生，研究方向:肉品加工與質量控制。

國家肉雞產業(yè)技術體系(nycytx－42－G5－02)。