0 引言

近年來，射頻識別技術（radio frequency identification，RFID）已被廣泛應用于交通管理、物流運輸、醫藥、食品生產等十多個行業，其在食品追溯系統中的應用己成為食品安全的重要保障。在動物性食品生產過程中存在原料、生產、加工、貯運和銷售等諸多環節，任何環節都有污染食品的可能。RFID作為一項易于操控、簡單實用、靈活的技術，所具備的優越性是條碼、磁卡、IC （ integrated circuit， IC）卡等其他識別技術無法比擬的，因此已被許多國家應用于動物性食品的溯源。歐洲、美國、澳大利亞的很多飼養場都己經運用RFID標簽來全程監測畜禽動物生產的基本情況，并把RFID結合條碼技術的自動識別技術貫穿于食品安全監管產業的全過程，以保證向市場提供優質的放心產品［f8l。相對于發達國家，中國對食品溯源研究起步較晚，但近年來的快速發展使中國在即ID的技術和應用領域都取得了一些成果［9－10］。目前已經具備自主研發生產多類型多標準的RFID標簽和設備的能力，也出現了一批與RFID生產相關的企業，RFID已經在交通、物流、食品、票證等領域獲得應用。如國內一些城市已將RFID技術應用于城市智能交通，實現車流量信息的采集，據報道陜西省車載RFID標簽用戶已經達到6．8萬戶；2005年上海市將基于RFID技術的“安全豬肉監控追溯系統”正式投入使用，該系統將RFID標簽打在豬耳朵上，實時獲取生豬的飼料、病歷、喂藥、轉群、檢疫等信息 2008年北京奧運會期間，畜禽類產品的追溯體系也采用了RFID射頻識別技術。但目前RFID在中國食品安全方面的應用仍屬于起步階段，其應用僅局限于北京、上海等發達城市，且使用的范圍與食品品種非常有限，處于應用示范階段。這主要是由于RFID標簽成本較高，大大影響了其在食品安全溯源系統中的規模應用。要做到單件產品不論豬肉、牛肉、雞肉都貼有RFID標簽，勢必要求標簽價格非常低，像現在的條碼一樣。而有機RFID因其成本較低而備受關注該文擬探討這種新型的低成本RFID—有機RFID，并對有機RFID這一新型技術在動物性食品溯源系統中的應用進行分析探討，為動物性食品追溯系統的廣泛應用提供技術支撐。

1 有機RFID及其特點

RFID標簽的高成本是其大量普及的最大障礙。為了降低成本，RFID研究者一直在尋找新的技術和生產工藝，近年來有機RFID技術成為該領域的重大突破。傳統的無機RFID標簽由芯片和天線構成，芯片部分由傳統IC工藝在硅片上制備得到，然后再把芯片和天線集成在一起構成完整的標簽。有機RFID標簽則采用印刷電子技術，把有機薄膜晶體管制備在便宜的塑料基底上形成電路。依據此技術，把有機物墨水和金屬印刷在塑料基底上形成芯片和天線從而得到有機RFID標簽。通過印刷批量生產有機RFID標簽，簡化了制作工藝，大大降低了成本。世界各國都認為有機RFID的市場前景巨大，紛紛加大有機RFID標簽技術的研發力度，并且已經取得了很大成就。一些國家已經邁入了從實驗室研究向應用轉化的起步階段，并且研究也在逐步的深入。如德國PoIyIC公司在2006年開發出使用印刷技術生產的有機RFID標簽該標簽集成了數百個有機晶體管，可以保存8bits的數據；2007年該公司又開發出了32和64 bits存儲能力的有機RFID標簽，工作頻率為13．56 MHz； 2008年比利時微電子研究中心（interuniversity microelectronics centre IMEC ） 開發出了已接近實用水平的有機RFID標簽；2007年德國有機電子大會在其大會票證上采用了有機RFID標簽；另據報道，英國曼徹斯特大學Syngenta傳感器創新中心的研究人員正在開發一種有機RFID標簽，應用于水果等產品進入供應鏈后的質量監控和管理，該產品有望在2011年底用于為生產和種植企業提供可靠的追蹤方案。國內關于有機RFID研究的報道幾乎空白，僅有北京交通大學光電子技術研究所的徐征等對有機RFID標簽的射頻信號調制方法進行了研究，而對于其應用還未見報道。

有機RFID作為一種新的技術，是有機半導體和RFID技術相結合的產物。有機RFID標簽的工作原理、結構、功能及頻譜劃分等與無機RFID基本類似，二者主要的區別在于材料和加工工藝的不同，并由此衍生出來部分差異，具體分析如下：

1）成本。據Nature Materials Commentary雜志報導，有機RFID標簽成本有望降至每枚0．01 ｝ 0．02美元甚至更低，而目前常用的無機RFID標簽的成本約為0．2美元。

2）讀取速度。PoIyIC公司的有機RFID標簽最大的讀取速度為196 bits／s。無機RFID的讀取速度一般較高，意法半導體2010年推出的無機RFID芯片LRiS64K的讀取速度為53kbits／。

3）存儲容量。目前研發的有機RFID標簽的存儲容量較小，一般只能存儲幾十到上百bit的數據。無機RFID的存儲容量一般較大，可達53kb／s。

4）使用壽命。有機RFID標簽的壽命較短。PoIyIC公司的研究表明有機RFID標簽在最初的10個月特性沒有下降，但是經過較長時間特性會發生改變，認為有機RFID標簽能夠確保la的使用壽命。無機RFID芯片則具有非常長的壽命，LRiS64K的壽命至少為40a。

5）易用性。有機RFID標簽的基底為塑料，厚度非常小并具有良好的柔韌性，可以制成柔性標簽，使用時可以隨意粘貼，不受軟硬度及厚度等限制。無機RFID標簽由于采用了硅芯片則不具有這方面的優勢。

6）重復使用性。有機RFID標簽在印刷時己經決定了內部存儲的數據，在使用過程中只能讀取數據而無法修改數據。無機RFDI標簽由于采用硅芯片，所以在使用中可以多次修改存儲的內容，如無機RFDI芯片LRiS64K可以重復寫1000，000次。

2 有機RFID與傳統的二維條碼、無機RFID的比較

目前，食品供應鏈安全管理的技術手段主要有2大類技術：RFID技術和條碼技術，結合有機RFID標簽技術，這3類標簽技術的比較如表1所示。

由表1可知，有機RFID標簽具有無機RFID標簽方便易用的優點，又具有類似于二維條碼的低廉成本，雖然在讀取速度、容量和使用壽命方面劣于無機RFID，但是這些差距在很多應用中并不是必須的，如對于許多貼有RFID標簽的消費品來說，RFID標簽只是用于庫存、POS （point of sale POS）機及產品退貨，并需要特別長的使用壽命。因此這些應用為低成本的有機RFID標簽提供了發揮積極作用的空間。

3 動物食品溯源系統

3．1 動物食品追溯流程和信息模型

動物食品安全溯源系統包括從“養殖場”到“消費者”的諸多環節，主要有：養殖場、運輸物流、屠宰場、物流倉儲、超市和消費者6個環節，其構成的溯源流程和與之相匹配的信息模型如圖1所示。

圖1動物食品追溯流程和信息模型

為了保證消費者從餐桌到養殖場的全過程追溯，需要在圖1的6個環節中依靠不同的標簽對動物進行標識，并在每個環節中對標識的動物食品管理和記錄圖中的信息。

3．2 溯源系統的基本框架

溯源系統的數據在動物食品生產過程中的多個環節逐漸生成，并在相應環節中添加到溯源系統中。大量多類型追溯信息的存儲和管理僅僅通過標識標簽是很難實現的，需要采用標簽和數據中心結合的方式才能滿足追溯系統中信息管理的復雜需求。通過標簽技術對動物性食品加工環節中每個產品進行唯一標識，如圖2所示。在每個加工環節都建立相應的信息管理平臺，該平臺采集加工環節中每個產品的信息并匯總到食品安全數據中心。在整個環節中都有政府專門機構進行監管。消費者可以根據產品的標簽從數據中心查詢到該產品所歷經的所有生產環節及其關鍵信息，任何環節的生產廠家都可以通過系統對產品向上追溯和向下跟蹤，政府可以通過數據中心的信息建立自動的食品安全監測平臺。

圖2動物食品追溯系統框架

4 有機RFID在動物食品溯源系統中的應用探討

動物食品涉及畜牧養殖、屠宰加工、流通銷售等眾多環節，其從養殖場到餐桌的整個生產流程與其他食品相比要復雜得多，因此追溯的信息涵蓋面更廣、信息量更大、追溯信息間的轉換頻率更高。在整個生產流通環節中全部使用電子標簽，在中國現有經濟基礎和行業發展水平上還不現實。不同的生產環節對標簽技術具有不同的需求，可針對需要進行靈活選擇。

4．1 養殖場

在養殖場牲畜出生后，養殖場管理平臺生成唯一的“生產標識碼”，并在食品安全數據中心中進行信息的登記，建立起牲畜個體信息數據庫。牲畜在飼養過程中的批次、飼料、免疫、檢疫等情況都分別通過管理平臺記錄在食品安全數據中心。由于牲畜養殖過程中二維條碼易受污染，且易受牲畜的破壞等，并且在信息的錄入環節需要逐個登記牲畜的標簽，不適合多個標簽同時錄入。因此養殖環節中，適合采用RFID標簽作為“生產標識碼”的載體，每個RFID標簽和“生產標識碼”在數據中心一一對應。綜合牲畜的養殖時間和無機RFID標簽的壽命，對于養殖超過I年的牲畜采用無機RFID標簽，低于1年的牲畜采用有機RFID標簽。在養殖環節根據需要可選用有機RFID標簽或無機RFID標簽，盡管無機RFID成本比有機RFID標簽高，但由于飼養階段牲畜數量有限，所以增加的成本對于大型動物是可接受的。

4．2 物流運輸

在物流運輸中，通過物流運輸管理平臺在食品安全數據中心中登記物流企業的基本信息和物流的基本情況。此時可仍舊按照養殖環節的RFID標簽作為管理的唯一標識。

4．3 屠宰場

屠宰場存在若干生產環節，可根據牲畜的標識對生產過程進行流水線的監控，每個環節都分別通過屠宰場管理平臺登記在數據中心。屠宰場中牲畜被宰殺后進行分割。分割前管理平臺讀取待分割肉類的“生產標識碼”，并根據將要分割的數量生成多個“屠宰標識碼”，每個屠宰標識碼對應相應的分割部位，比如頭、里脊、肝臟等。“屠宰標識碼”和“生產標識碼”在數據中心進行登記并建立對應關系。“屠宰標識碼”再被標記到標簽上，成為特定牲畜特定部位的唯一標識。通過“生產標識碼”可以追蹤到分割后的肉類，通過“屠宰標識碼”可以追溯到分割前的動物，完成了動物從整體到肉類的追溯信息的轉移和傳遞。

在肉類分割后，每個部分都需要標簽進行標識，需要的標簽數量相對較多，采用無機RFID標簽會帶來極大的成本負擔，因此只能對批次進行跟蹤管理，難以對分割后的肉類進行個體的跟蹤管理。采用價格非常低廉的有機RFID標簽或二維條碼可以很好的解決成本問題。但二維條碼的讀取受限制，不適合屠宰場中多個生產環節中對標識碼的自動讀取，且二維條碼易受污染，不適合屠宰場的需要。鑒于屠宰環節的時間較短，有機RFID壽命可以滿足此環節的需要。有機RFID標簽具有環境適應性、成本、讀取方式等方面的優點，在屠宰、分割環節可以發揮不可替代的作用。

4．4 倉儲物流

基于4．3中的分析，在物流倉儲環節采用“屠宰標識碼”進行信息的管理。通過管理平臺向信息中心匯總物流基本信息、倉儲基本信息、多個時間節點的物流溫度、倉儲溫度等信息，實現動物性食品在物流倉儲環節的個體化過程管理。

4．5 超市

在超市肉類被繼續分割。超市管理平臺讀取有機RFID標簽標識的“屠宰標識碼”，根據分割的情況自動產生多個標識碼。“用戶標識碼”和“屠宰標識碼”在數據中心進行登記并建立對應關系。“用戶標識碼”被標記在標簽上。“用戶標識碼”的數量非常龐大，由于成本的原因，無法采用無機RFID標簽，只能采用二維條碼或者有機RFID標簽。此時二維條碼和有機RFID標簽不存在明顯的優劣，可以根據用戶的習慣加以選擇。

4．6 消費者

消費者根據超市提供的用戶二維條碼或有機RFID標簽可以通過公共查詢系統查詢到產品的“用戶標識碼”。根據“用戶標識碼”可以查詢到超市的信息，并且可以追溯到“屠宰標識碼”。根據“屠宰標識碼”可以查詢到肉類的運輸、倉儲信息，肉類在屠宰場中的生產信息，并且可以追溯到肉類的“生產標識碼”。由“生產標識碼”可以查詢牲畜的運輸銷售信息、飼養環節的各種信息等。消費者可以由終端產品追溯整個肉類的生產過程。

根據肉類生產的不同環節的特點和需求，各種標簽技術具有特定的適用性，如表2所示。

5 結論

有機RFID標簽具有無機RFID標簽方便易用的優點，又具有類似于二維條碼的低廉成本，雖然在讀取速度、容量和使用壽命方面劣于無機RFID，但在動物性食品溯源過程的應用中，這些特性并不是對每個環節都是必要的，這為低成本的有機RFID標簽提供了發揮積極作用的空間。

動物食品安全溯源系統的主要環節包括養殖場、運輸物流、屠宰場、物流倉儲、超市和消費者等，根據每個環節的特點及其對標簽技術的要求，有機RFID有望在屠宰場、運輸倉儲中替代無機RFID，對于養殖時間較短的動物，也可在養殖與物流運輸環節使用有機RFID，而在超市環節可選擇性使用有機RFID或二維標簽。有機RFID的使用將大大降低動物食品溯源的成本，從而促進動物食品溯源技術的廣泛使用。