曾新安，曹詩林，馬 驥，成軍虎，汪浪紅

（1 廣東省食品智能制造重點實驗室 佛山科學技術(shù)學院 廣東佛山 528000 2 華南理工大學食品科學與工程學院 廣州 510641）

近幾年來，我國預制食品產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)迅猛發(fā)展勢頭，各地紛紛布局預制食品產(chǎn)業(yè)，一個萬億級的新藍海正在開啟。預制食品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，一是積極踐行習近平總書記所倡導“大食物觀”，讓中國飯碗端得更好、更健康，有助于國民食物結(jié)構(gòu)的調(diào)整及各種食物資源的協(xié)同開發(fā)，進一步提升國民的健康水平；二是推動鄉(xiāng)村振興與共同富裕的加速器，是由“菜籃子”轉(zhuǎn)變?yōu)椤安吮P子”的重要途徑，一頭連接田間地頭，一頭連接市場餐桌，從種植到加工再到運輸和銷售，是延伸農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈、提升價值鏈、打造供應鏈的有效手段，有效帶動一、二、三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展；三是后疫情時代盤活食品工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的主要抓手，是迎合新時代年輕時尚元素的重要體現(xiàn)，預制食品已成為年輕人的“新寵”，通過秘制配方、獨特風味、字號品牌等抓住消費群體，滿足預制食品個性化產(chǎn)品市場需求。

預制食品是以農(nóng)產(chǎn)品、禽類畜類產(chǎn)品、水產(chǎn)品等為主要原料，經(jīng)過洗滌、切割、配制加工等過程后，可以直接烹飪的預制食品（也稱預制食品、快手菜等）[1]。預制食品烹飪方便、選擇豐富，能滿足全國不同地域、不同人群的口味，逐漸被餐飲業(yè)和家庭所接受和使用，同時也使得預制食品的品質(zhì)、新鮮程度以及相關(guān)的食品安全問題引起越來越多的關(guān)注[2]。

目前預制食品行業(yè)存在規(guī)?；髽I(yè)少，行業(yè)集中度低，產(chǎn)業(yè)鏈條長，自動化程度有待提高，與國人消費理念有差異等問題。此外，由于預制食品發(fā)展迅速，許多小餐飲企業(yè)、小作坊的加入導致制作過程不規(guī)范、添加劑濫用、原料不新鮮、食品添加劑濫用等問題，對監(jiān)管和溯源工作帶來挑戰(zhàn)。在預制食品的冷鏈運輸方面，存在全過程冷鏈運輸和儲存難保障，冷鏈物流信息易斷鏈，預制食品品質(zhì)難以實時檢測與監(jiān)控等問題。鑒于此，建立預制食品的品質(zhì)監(jiān)控體系以及食品安全溯源系統(tǒng)，從原材料、生產(chǎn)加工、倉儲物流、市場流通等過程進行全鏈條的有效追溯，實現(xiàn)從源頭到終端的把控與檢查，是一個十分迫切且值得研究的方向。

本文簡述預制食品的分類，探討與預制食品有關(guān)的食品無損現(xiàn)場檢測技術(shù)與裝備（機器視覺、近紅外光譜、高光譜、拉曼光譜、太赫茲光譜）、預制食品品質(zhì)智能感知標簽（時間-溫度標簽、pH/氣體感知標簽） 以及基于區(qū)塊鏈的食品溯源系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和存在的科學與技術(shù)難題，并展望其未來研究趨勢。

1 預制食品的分類

根據(jù)不同的特征，預制食品有不同的分類方法：1）按加工程度可分為毛菜、凈菜（一級凈菜、二級凈菜、三級凈菜）、半成品菜、成品菜；2）根據(jù)生熟程度可分為生制預制食品、熟制預制食品；3）根據(jù)保存方式可分為常溫、冷藏、速凍；按包裝形式可以分為散銷、小包裝、大包裝3 類；4）根據(jù)食用方式，預制食品可分為即配食品、即烹食品、即熱食品與即食食品四大類。其中，即配食品指經(jīng)過清洗、分切等初步加工而形成的生鮮凈菜、小肉塊等食品；即烹食品指需要進行一些烹飪步驟才可食用的半成品材料，按加工程度可以進一步分為熟料加熱調(diào)味食品（指經(jīng)過腌制、調(diào)味、滾揉、淺油炸等加工過程，按份分裝后冷藏或常溫保存的半成品，后續(xù)需入鍋并加入調(diào)味品進行炒制）和生料加熱調(diào)味食品（經(jīng)過清洗、分切等初步物理加工的肉制品、水產(chǎn)、凈菜等，需要自行搭配配菜和調(diào)料，經(jīng)過炒制后食用）；即熱食品指只需經(jīng)過加熱即可食用的食品，如速凍快手菜，包含快餐料理包、自嗨鍋、小龍蝦、魚香肉絲、羅宋湯等；即食食品指開封后可以直接食用的調(diào)理制品，如即食泡椒鳳爪、雞腿和罐頭等。

2 預制食品品質(zhì)監(jiān)控與溯源領(lǐng)域研究進展

肉類與果蔬的劣變標志物有所不同。果蔬類食品內(nèi)源變化及微生物外源作用導致品質(zhì)劣變的相關(guān)微生物、代謝及蛋白標志包括類胡蘿卜素類、呋喃類、黃酮類、多酚類、核苷酸、萜類、有機酸類、乙烯、乙醇、乙酸乙酯、二氧化碳、醛酮類、呼吸強度等；大宗肉品、水產(chǎn)的劣變標志主要包括感官特性、色澤、質(zhì)構(gòu)、水分、蛋白質(zhì)、脂肪、核苷酸及三甲胺生成等，以及各特定腐敗菌?，F(xiàn)簡述與預制食品相關(guān)的現(xiàn)場檢測裝備技術(shù)、食品品質(zhì)感知智能標簽、食品溯源系統(tǒng)等方面的研究進展。現(xiàn)場檢測裝備可用于預制食品生產(chǎn)過程中品質(zhì)現(xiàn)場檢測，智能感知標簽可用于供應鏈儲運銷過程中的品質(zhì)實時感知與監(jiān)控，食品溯源系統(tǒng)可用于預制食品生產(chǎn)、貯運銷過程的食品安全信息追朔與監(jiān)管。

2.1 食品品質(zhì)的現(xiàn)場檢測無損裝備及技術(shù)

食品品質(zhì)的現(xiàn)場無損檢測技術(shù)主要包括機器視覺和光譜學技術(shù)。機器視覺是人工智能的一個分支，通過圖像獲取裝置把帶測目標轉(zhuǎn)換成圖像信號并傳送至專門的圖像處理系統(tǒng)中，將被拍攝目標的像素分布、亮度、顏色等信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并通過運算提取目標的特征，進而根據(jù)判別結(jié)果來控制現(xiàn)場生產(chǎn)設備的后續(xù)工作。

基于光譜學技術(shù)的食品快速無損檢測方法可有效彌補傳統(tǒng)檢測方法檢測周期長，效率低，對產(chǎn)品有破壞性等問題。利用光譜學方法實現(xiàn)食品的無損檢測，是當前的研究熱點。通過光譜檢測設備獲取食品樣本的光譜學曲線，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘、機器學習等方法從光譜曲線中提取出特征信息（波長、強度、峰位置等信息），并將其與食品的新鮮度、劣變標志物的含量等信息進行關(guān)聯(lián)，研究目標樣品內(nèi)部成分信息和結(jié)構(gòu)信息。現(xiàn)有的用于食品無損檢測的光譜學設備包括：近紅外光譜、高光譜、拉曼光譜、太赫茲光譜設備。

2.1.1 機器視覺技術(shù)在食品檢測中的應用 機器視覺技術(shù)在食品現(xiàn)場檢測中應用廣泛，可用于烘焙產(chǎn)品[3]、肉制品[4]、魚類[5]、水果和蔬菜[6]和預制食品。該技術(shù)利用基于計算機與人工智能的自動化評估預測系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的手動檢查方法，提高效率以及判斷正確率。

2.1.2 近紅外光譜 近紅外是介于可見光和中紅外之間的電磁輻射波，波長范圍780～2 526 nm，可再細分為近紅外短波（780～1 100 nm）和近紅外長波區(qū)域（1 100～2 526 nm）[7]。利用近紅外光譜對食品樣品進行檢測，是可通過建立食品樣本結(jié)構(gòu)和特性與近紅外光譜檢測數(shù)據(jù)特征值之間的關(guān)系進行定量和定性分析，實現(xiàn)樣品的快速無損檢測。近紅外光譜分析技術(shù)的優(yōu)點包括樣品無需預處理、不損壞樣品、多通道檢測，可對固體、液體、膠體等不同形態(tài)的樣品進行檢測。近紅外光譜檢測設備繁多，主要可分為3 類：實驗室設備、分選設備、便攜式設備[8]。近紅外光譜現(xiàn)已用于分析果蔬[9]、肉類[10]、水產(chǎn)[11]、奶制品等食品中的糖、脂肪酸、蛋白、氨基酸等含量。

2.1.3 高光譜 高光譜成像技術(shù)結(jié)合圖像技術(shù)和光譜技術(shù)，可以同時獲得物體的二維圖像信息和光譜維信息。不同物質(zhì)因化學組成不同而具有不同的光譜信息（C-H、N-H 和O-H 基團的泛音和組合），基于此，可利用高光譜成像技術(shù)獲取食物表面或內(nèi)部的信息，實現(xiàn)無損檢測[12]。獲得高光譜數(shù)據(jù)有3 種基本成像方法，即：點掃描成像、線掃描成像、面掃描成像和一次成像。常用的是線掃描成像和一次性掃描。根據(jù)光源、成像光譜儀和相機等不同，高光譜系統(tǒng)可獲得300～2 500 nm 波長范圍的光譜數(shù)據(jù)，并提取感興趣區(qū)域的平均光譜和圖像特征[13]。

監(jiān)測和保持肉類的新鮮度對確保供應安全食用的肉類至關(guān)重要。Baek[14]提出一種短波紅外（SWIR） 高光譜成像系統(tǒng)，結(jié)合偏最小二乘回歸（PLSR）模型和特征選擇方法，預測新鮮豬肉中的總揮發(fā)性堿性氮（TVB-N）含量。

目前能表征水果或蔬菜新鮮度的指標相對缺乏，即使想要提高產(chǎn)品質(zhì)量也無從下手，最終導致食物的損失和浪費。Guo 等[15]對西蘭花中的硫代葡萄糖苷含量以及硫代葡萄糖生物合成基因?qū)Σ珊竺{迫的轉(zhuǎn)錄表達進行評估，發(fā)現(xiàn)西蘭花中硫苷生物合成途徑與其采后貯藏期間的衰老進程相一致。他們應用基于機器學習的高光譜圖像（HSI）分析、分解和亞像素目標檢測方法來評估芥子油苷水平，檢測西蘭花的采后衰老，為評估花椰菜新鮮度提供一種可行方法。

由于大部分預制食品成分復雜，不同批次產(chǎn)品難以保持穩(wěn)定且同一產(chǎn)品不同部位成分也有所不同，因此其包裝上的營養(yǎng)標簽難以準確代表食品的實際成分。利用高光譜成像技術(shù)不僅可以預測食品主要成分的總體組成，而且可以對主要成分的分布可視化，解決上述問題。Gou 等[16]研究腌制食品，確定預處理高光譜圖像的最佳方案，并選擇具有代表性的高光譜數(shù)據(jù)，在極度異質(zhì)的樣本中建立準確的預測模型，研究采集異質(zhì)切片肉和均質(zhì)未切片干腌肉的高光譜圖像 （400～1 000 nm），采用偏最小二乘（PLS）回歸模型預測脂肪、水、鹽和蛋白質(zhì)含量，分別在不同數(shù)據(jù)集中測試。從干腌火腿切片的整個表面建立的PLS 預測模型，是預測脂肪、水分、鹽和蛋白質(zhì)含量最準確的模型，說明高光譜成像技術(shù)在可視化檢測包裝火腿中不同成分的分布具有應用潛力[16]。

2.1.4 拉曼光譜 拉曼光譜是采用非彈性散射光分析樣品材料的一種光學測量技術(shù)。來自光粒子的能量首先轉(zhuǎn)移一部分到材料中的分子，然后將剩余的能量作為非彈性光散射發(fā)射[17]。拉曼光譜的產(chǎn)生主要與散射光的強度及拉曼位移映射有關(guān)。在分子振動過程中因極化率發(fā)生變化而引起的鍵延伸和彎曲的振動模式信息都可以通過拉曼光譜獲得。拉曼光譜作為一種無損傷的定性、定量分析方法，目前被應用于表征化學物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，識別分子中存在的官能團，實現(xiàn)化學分子的指紋識別等。

拉曼光譜不僅可以提供物質(zhì)分子的半寬、半高、去偏比、振動頻率、峰寬、峰位變化、譜峰強度等信息，而且對樣品的結(jié)構(gòu)和分子鍵非常敏感。每個樣品或分子都有自己的“指紋”。拉曼光譜儀可以獲得拉曼光譜，主要包括傅里葉變換拉曼光譜、色散拉曼光譜（DRS）、空間偏移拉曼光譜（SORS）、共振拉曼光譜，顯微共聚焦拉曼光譜。

拉曼光譜法作為一種快速、靈敏的檢測方法，可以推廣到酒[18]、肉類[19]、乳制品、飲料成分和品質(zhì)的檢測，在食品安全檢測中具有廣闊的應用前景。Ellis 等[18]采用近紅外（1 064 nm）激發(fā)手持拉曼光譜技術(shù)對多種酒精飲料進行過罐鑒別。Pedersen等[19]利用拉曼光譜PLSR 建模方法預測肉的腐敗過程，通過拉曼譜線表征蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及持水力的變化。

2.1.5 太赫茲光譜 太赫茲（THZ）光波是指介于毫米波和光波之間的非常小的一個間隙，這一波段區(qū)間也被稱為THz 間隙。具有特殊性質(zhì)的太赫茲光波波長區(qū)間為0.03～3 mm （0.1 THz 到10 THz），太赫茲光波具有電子學與光子學的綜合特性。相比于其它類型的光譜，太赫茲光譜具有瞬態(tài)性、相干性、安全性、光譜分辨特性及選擇透過性等獨特性。物質(zhì)的太赫茲光譜中包含許多物理、化學信息及多種分子振動模式，如低頻振動、分子轉(zhuǎn)動、晶體聲子振動及氫鍵拉伸扭曲等。根據(jù)太赫茲光區(qū)域的光子能量特性，分子的振動活性可以用太赫茲光譜研究[20]。

太赫茲技術(shù)被廣泛應用于食品質(zhì)量和安全檢測中，如含水量檢測、肉類檢測及食品摻假檢測等。太赫茲光譜的一個重要應用就是透視成像，在包裝食品的無損檢測領(lǐng)域具有巨大前景。如Liu等[21]采用一種太赫茲光譜結(jié)合吸收系數(shù)光譜積分面積的方法，對槐樹蜂蜜中的糖漿含量進行定量檢測。劉歡等[22]利用太赫茲時域光譜技術(shù)對烘焙食品中的水分含量進行檢測。齊亮等[23]建立了一種基于THz 光譜分析技術(shù)的豬肉新鮮K 值（品鮮度）無損檢測新方法。

2.2 食品品質(zhì)感知智能標簽

食品品質(zhì)感知智能標簽可在無需直接接觸食品的情況下，對包裝中食品的新鮮程度進行實時感知，它有別于傳統(tǒng)的色譜法或電子傳感器，具有無源（不需使用電池）、成本低、快速可靠、識別方法簡單（通過肉眼觀察顏色變化或通過手機APP可識別）等優(yōu)點。將智能標簽用于預制食品，特別是鮮切類預制食品的新鮮度感知，具有很好的應用前景。常見的食品智能感知標簽包括溫度、氣體/pH 等不同種類。

2.2.1 時間-溫度指示標簽 時間-溫度指示標簽（TTI）可以感知和記錄食品所處的環(huán)境溫度變化，通過自身產(chǎn)生不可逆的改變來體現(xiàn)環(huán)境維度的累積變化，因此可用于預制食品冷鏈運輸過程中防止冷鏈斷鏈監(jiān)控[24]。時間-溫度標簽包括物理型[25]、化學型[26]、酶型[27]。

2.2.2 氣體或pH 指示標簽 食品新鮮度感知中常見的可被智能標簽檢測的特征標志物包括二氧化碳和胺類物質(zhì)。二氧化碳是多數(shù)微生物生長過程中的主要代謝物，也是果蔬采后呼吸作用中的主要代謝物。由于二氧化碳溶于水后呈酸性，因此可以利用酸堿指示劑指示。根據(jù)不同食品釋放二氧化碳規(guī)律的差異，以及氣調(diào)包裝內(nèi)二氧化碳濃度的特征，采用不同pH 指示劑指示。肉類在劣變過程中會產(chǎn)生總揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N），該類物質(zhì)會顯著改變食品包裝內(nèi)微環(huán)境的pH 值。通過pH 響應性材料對包裝中的pH 值進行指示，可實時感知肉類制品的新鮮度。

常見的pH 指示劑可分為天然指示劑和人工合成指示劑。花青素、姜黃素、茜素、紫草素、類胡蘿卜素是常見的天然pH 指示劑。由于天然色素作為顯色的pH 指示劑更加安全，因此其在食品領(lǐng)域的應用前景更優(yōu)。下面介紹基于天然pH 指示劑的食品智能標簽。

1） 花青素，是自然界一類水溶性色素，主要是花色苷水解的有色苷元產(chǎn)物，廣泛存在于植物中?；ㄇ嗨厥枪咧谐Ｒ姷某噬镔|(zhì)，具有較好的光熱穩(wěn)定性，可在較寬的pH 值范圍內(nèi)發(fā)生顏色變化，可用于pH 值指示[28]。從玫瑰花萼[29]和竹節(jié)花[30]中提取出的花青素已被成功用于豬肉[31]、雞肉[32-33]的新鮮度感知。

2） 姜黃素，一種從姜黃植物中提取的天然多酚化合物。動物實驗和臨床試驗表明，姜黃素具有多種生物活性，如抗炎、抗病毒、抗菌、抗氧化和抗癌活性。姜黃素在不同的pH 值下結(jié)構(gòu)會發(fā)生酮烯醇互變異構(gòu)，從而引起顏色變化。在酸性和中性條件下，姜黃素以二酮形式存在，在堿性條件下，姜黃素以酮-烯醇結(jié)構(gòu)存在，且更易被分解[34]。研究表明，姜黃素可負載在纖維素[35]、殼聚糖和卡拉膠[36]等天然聚合物，以及聚氧化乙烯（PEO）等合成聚合物，用于豬肉[35]、雞肉[37]、魚肉類[38]制品的新鮮度感知。

3） 茜素（1，2-二羥基蒽醌，C14H8O4），是從茜草根部提取的媒介染料，是古代的紅色染料和現(xiàn)代生物研究的染色劑。在溶液pH 值變化時，茜素的分子結(jié)構(gòu)會發(fā)生質(zhì)子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，在酸性條件下呈黃色，堿性條件下呈紫色[39]。茜素被成功負載在包裝膜上，用于魚肉[40]、牛肉[41]的新鮮度感知。

4） 紫草素（萘醌色素），來源于原產(chǎn)新疆的中藥——紫草干根的一種親脂性紅色素。紫草素的主要化學成分是紫草素和紫草醌，比花青素更加穩(wěn)定[42]。紫草素被成功用于魚[40]、蝦[43]、豬肉[43]的新鮮度感知。

2.3 食品安全溯源體系

食品安全溯源體系指在食品產(chǎn)、貯、運、銷各個環(huán)節(jié)（包括種植養(yǎng)殖、生產(chǎn)、流通以及銷售與餐飲服務等） 中實現(xiàn)食品安全相關(guān)信息能夠被順向追蹤和逆向回溯，從而使得食品相關(guān)的生產(chǎn)經(jīng)營活動時刻處于監(jiān)控之中的系統(tǒng)。食品安全溯源體系的參與主體包括原料供應、生產(chǎn)加工、供應鏈貯運銷、終端消費者。記錄參與主體的信息，有效推動食品安全監(jiān)管，增強消費者信心，為食品安全提供保障。

2.3.1 傳統(tǒng)食品安全溯源系統(tǒng) 我國的食品安全溯源系統(tǒng)建立時間較國外短，與發(fā)達國家相比存在一定差距。傳統(tǒng)的溯源系統(tǒng)存在一些問題：1）供應鏈系統(tǒng)信息化標準不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)不連通；2）以手工錄入數(shù)據(jù)為主，數(shù)據(jù)全面性不足；3）溯源系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)易被篡改。近年來，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，逐步出現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)的區(qū)塊鏈溯源系統(tǒng)。

2.3.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的食品溯源系統(tǒng) 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)指綜合利用各種信息傳感器、射頻識別技術(shù)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、紅外感應器、激光掃描器等各種裝置和技術(shù)，實時采集任何需要監(jiān)控的對象的聲、光、電、熱、力學、生物、化學信息，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)任何物體與網(wǎng)絡鏈接，實現(xiàn)對監(jiān)控對象的智能化感知、識別和管理的過程。

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實現(xiàn)對食品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實時監(jiān)控與反饋。比如：利用非接觸式射頻識別技術(shù)（Radio frequency identification，RFID）可實現(xiàn)食品信息的非接觸感知[44]；利用二維碼實現(xiàn)溯源系統(tǒng)與移動終端的無縫對接[45]，利用無線傳感網(wǎng)絡技術(shù)實現(xiàn)溯源數(shù)據(jù)的傳遞[46]；利用GIS/GPS/北斗等物流跟蹤定位技術(shù)，實現(xiàn)食品物流過程的準確跟蹤與實時定位[47]。

由于食品生產(chǎn)、貯、運、銷過程中所涉及主體眾多，實時監(jiān)控消耗資源多，溯源系統(tǒng)數(shù)據(jù)量巨大且復雜等原因，溯源系統(tǒng)存在體系管理效率低，難度大以及數(shù)據(jù)存儲的安全性較低，尚難實現(xiàn)防篡改等問題。

2.3.3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的食品溯源系統(tǒng) 區(qū)塊鏈是去中心化的分布式數(shù)據(jù)庫，由若干數(shù)據(jù)區(qū)塊組成的鏈條[48]。每個區(qū)塊均有保存信息，區(qū)塊通過各自產(chǎn)生的時間順序鏈接成鏈條，被保存在所有服務器（區(qū)塊鏈節(jié)點）中。區(qū)塊鏈的節(jié)點為整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)提供算力與儲存空間。由于區(qū)塊鏈節(jié)點由若干參與主體持有，修改區(qū)塊鏈中的信息必須征得半數(shù)以上節(jié)點同意并修改所有節(jié)點的信息，篡改區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)幾乎無可能。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡相比，區(qū)塊鏈具有2 個主要特點：去中心化和數(shù)據(jù)防篡改，因此其信息真實可靠，無法篡改，可以解決主體間相互不信任的問題。這說明區(qū)塊鏈在溯源領(lǐng)域應用前景巨大。區(qū)塊鏈基礎技術(shù)包括4 個方面：去中心化分布式存儲、非對稱加密、共識機制、智能合約。

目前，利用區(qū)塊鏈技術(shù)進行食品溯源引起越來越多研究人員的興趣。Tian[49]構(gòu)建了結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)的食品供應鏈溯源系統(tǒng)。Kim 等[50]開發(fā)了一個基于以太坊區(qū)塊鏈的“農(nóng)場到餐桌”的全流程溯源管控APP，利用APP 把以太坊區(qū)塊鏈系統(tǒng)和可交換GS1 全球商品標識條碼的物聯(lián)網(wǎng)設備有機結(jié)合。Lin 等[51]開發(fā)了一個基于區(qū)塊鏈技術(shù)和電子產(chǎn)品代碼信息服務 （Electronic product code information services standard，EPCIS） 的食品安全追溯系統(tǒng)，為了緩解物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈系統(tǒng)存在的數(shù)據(jù)爆炸問題，該系統(tǒng)利用鏈上數(shù)據(jù)和鏈下數(shù)據(jù)協(xié)同管理的方式降低單節(jié)點存儲的數(shù)據(jù)量。Mondal等[52]提出基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，在架構(gòu)中使用基于對象證明（Proof of object） 的身份驗證協(xié)議，以及工作量證明協(xié)議（Proof of work，POW），該架構(gòu)通過集成在網(wǎng)絡層的區(qū)塊鏈框架和集成在物理層的RFID 傳感器實現(xiàn)實時、準確、不可篡改的食品供應鏈溯源。

3 預制食品品質(zhì)監(jiān)控與溯源領(lǐng)域當前存在的問題

我國在預制食品品質(zhì)監(jiān)控與溯源領(lǐng)域還存在較大短板，這主要歸因于我國預制食品供應鏈智能管控體系不完善，物流信息易斷鏈，基于區(qū)塊鏈等信息技術(shù)的全供應鏈品質(zhì)管控與溯源平臺缺乏等，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1） 現(xiàn)場檢測技術(shù)裝備適用性差、效率低 我國生產(chǎn)的高光譜、多光譜、近紅外檢測裝備在穩(wěn)定性、準確性等方面與國外差距大，相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應用程度低；中式餐的預制食品成分較單一農(nóng)產(chǎn)品更為復雜，其品質(zhì)劣變機制與不同光譜信號、圖像信息等的實時響應的機制不明晰。預制食品的現(xiàn)場檢測技術(shù)裝備實用性差，檢測效率低。

2） 品質(zhì)劣變及環(huán)境關(guān)鍵信號實時感知手段匱乏，數(shù)據(jù)采集難 用于預制食品質(zhì)量及新鮮度檢測的商業(yè)化指示標簽，檢測信號單一，使用效率低，目前主要為肉品新鮮度感知指示標簽。針對其余品類的預制食品，其品質(zhì)劣變因子快速可視化檢測智能標簽的研究不足，產(chǎn)業(yè)化應用難度較大。

3） 多傳感器數(shù)字化集成技術(shù)落后，信息融合技術(shù)較低 當前物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域雖有一定的發(fā)展和突破，但是針對預制食品供應鏈載具中傳感器采集到的溫度、濕度、氣體、振動、地理信息等環(huán)境信息采集信號，與預制食品生產(chǎn)線現(xiàn)場檢測裝備以及預制食品包裝中智能標簽所得品質(zhì)感知數(shù)據(jù)等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的實時采集、數(shù)據(jù)融合的相關(guān)技術(shù)仍有不足，易形成信息斷鏈（圖1）。

圖1 預制食品現(xiàn)場檢測信息、供應鏈信息等多元異構(gòu)信息一體化采集系統(tǒng)Fig.1 Integrated information acquisition system concerning about field detection and supply chain information of prefabricated food

4） 跨鏈、高效、協(xié)同的區(qū)塊鏈溯源數(shù)字信用平臺缺乏 我國溯源應用大部分采用的是公信力、綜合性能低于聯(lián)盟鏈和私鏈，沒有實現(xiàn)數(shù)據(jù)跨鏈、跨平臺流轉(zhuǎn)。高性能、高安全區(qū)塊鏈技術(shù)欠缺，缺乏跨鏈、高效、協(xié)同的預制食品產(chǎn)后全供應鏈品質(zhì)管控與溯源數(shù)字信用平臺。

4 預制食品品質(zhì)監(jiān)控與溯源技術(shù)未來研究展望

4.1 預制食品現(xiàn)場檢測技術(shù)與裝備

預制食品成分相比于其對應的生鮮農(nóng)產(chǎn)品原料更加復雜，其中不僅含有生鮮農(nóng)產(chǎn)品原料，還含有調(diào)味品、湯汁等。其現(xiàn)場檢測與表征的復雜度較高。現(xiàn)有的現(xiàn)場檢測技術(shù)主要針對果蔬、肉品、水產(chǎn)的單個品類，對集成了多個品類的食品檢測研究較少。對需要檢測的具體品類的預制食品成分進行深入分析，根據(jù)營養(yǎng)成分配比，對其不同成分分別制定檢測方案。比如，需要利用機器視覺和光譜學技術(shù)等手段檢測預制食品中果蔬成分的劣變標志物（類胡蘿卜素、黃酮類等）、水分和揮發(fā)物成分的變化；采用近紅外、高光譜儀器，結(jié)合化學計量學與機器學習技術(shù)，建立肉品、水產(chǎn)產(chǎn)后品質(zhì)特征（色澤、硬度、感官、蛋白質(zhì)降解）的劣變譜圖模型；通過多種儀器檢測相結(jié)合的方法解決預制食品測量過程中水汽/水分、包裝物對光譜數(shù)據(jù)的干擾，結(jié)合人工智能算法與多模態(tài)信息融合技術(shù)建立視覺、光譜數(shù)據(jù)與品質(zhì)劣變的關(guān)系。

4.2 預制食品智能感知標簽

基于花青素、姜黃素等天然環(huán)境響應物質(zhì)的食品智能標簽已有一定的發(fā)展，然而，天然產(chǎn)物易被氧化和褪色，導致檢測效果不穩(wěn)定?；诖耍赏ㄟ^兩種途徑解決：1）對天然響應物質(zhì)進行改性、包埋，增加其穩(wěn)定性和抗氧化特性；2）利用聚集誘導發(fā)光材料、超分子材料、金屬納米顆粒、量子點等新型材料制備智能感知標簽材料。此外，可在常見的肉品pH 智能感知標簽、時間-溫度標簽的基礎上，開發(fā)針對物流環(huán)境感知的溫度、濕度、氣體、異常震動的環(huán)境信號感知材料。此外，深入研究品質(zhì)劣變、環(huán)境信號變化與智能感知材料響應特征之間的科學聯(lián)系，建立繼續(xù)計算模擬的智能感知材料理性設計算法。

4.3 預制食品品質(zhì)監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集與利用

目前，基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow band internet of things，NB-IoT） 技術(shù)的供應鏈運輸設備的檢測器相對成熟，如溫度、濕度、二氧化碳、氧氣傳感探頭，以及基于GIS/GPS 和北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的物流追蹤技術(shù)。然而，運輸載具信息與前文所述食品包裝上智能標簽感知的品質(zhì)信息、生產(chǎn)線現(xiàn)場檢測信息來源不同，且數(shù)據(jù)類型與格式多變（多元異構(gòu)信息）。如何實時處理與分析采集多源異構(gòu)的預制食品溯源信息是其難點。開發(fā)輕量級、高性能、分布式的計算系統(tǒng)，借助數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)等輕量級計算技術(shù)，降低系統(tǒng)計算負荷并解決系統(tǒng)響應延時問題是今后研究的方向。

4.4 基于區(qū)塊鏈的預制食品溯源體系

由于預制食品供應鏈主體眾多、供應環(huán)節(jié)長、物聯(lián)網(wǎng)終端設備巨大，對便捷、高效、安全的區(qū)塊鏈技術(shù)的需求極高，因此，如何研發(fā)高性能的基于鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、非對稱加密、共識機制、智能合約的區(qū)塊鏈支撐技術(shù)；如何在實現(xiàn)區(qū)塊鏈溯源的同時保障交易信息、食品配方和秘方信息、個人隱私信息的真實性和安全性；如何利用智能合約對溯源系統(tǒng)的事件、異常情況進行管控，實現(xiàn)區(qū)塊鏈和供應鏈的協(xié)同；如何構(gòu)建可視化的監(jiān)管溯源系統(tǒng)以及方便終端消費者使用的溯源小程序，都是未來需要研究的方向（圖2）。

圖2 預制食品區(qū)塊鏈溯源系統(tǒng)示意圖Fig.2 Schematic diagram of blockchain traceability system for prefabricated food

5 總結(jié)

預制食品行業(yè)的良性發(fā)展不僅關(guān)系田間地頭的鄉(xiāng)村振興，而且關(guān)系國人消費觀念的變革，對于實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、擴大內(nèi)需和促進消費有著十分重要的意義。我國預制食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍處于起步階段，存在許多問題，在預制食品品質(zhì)監(jiān)控、溯源等領(lǐng)域存在許多不足。本文簡述了預制食品現(xiàn)場檢測裝備、品質(zhì)智能感知標簽、溯源體系當前研究存在的不足以及未來發(fā)展方向。期待越多越完善的預制食品品質(zhì)監(jiān)控與溯源技術(shù)能促進產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，提升服務競爭力，激發(fā)市場活力，推進全產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟提質(zhì)、增效。這需要各級政府、食品科研工作者與企業(yè)通力合作，協(xié)同攻關(guān)，引導預制食品產(chǎn)業(yè)健康、有序、可持續(xù)發(fā)展。最終滿足人民群眾日益多元化的食物消費需求，推動實現(xiàn)全民健康。