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摘 要：食品的货架寿命是食品安全的一个核心问题。时间、温度的累积效应是影响食品货架寿命的原因。时间-温度指示标签能够指示这种时间、温度的累积效应，监视食品的质量安全。本研究阐述了RFID技术及原理，研究了基于RFID技术的时间-温度指示标签的应用。
关键词：无线射频识别技术 时间-温度指示标签 食品安全
"民以食为天"，食品是人类赖以生存发展的物质基础，食品安全是关系人类健康的关键所在。近些年来，国内外相继发生了多起食品安全事件，这些严重威胁人类生命和健康的问题，引发了人们对食品安全空前的担扰和关注。所以，在科技高度发达的今天，如何保证食品的安全性是必须关注的重要课题。温度是影响食品安全的一个重要因素，而时间温度指示标签能够指示其累积效应，预测食品安全风险。无线射频识别技术（RFID）是21世纪的重要技术，已逐渐成为优化食品物流的重要手段，并在食品加工生产、跟踪溯源、生产过程优化、防伪等方面得到了越来越广泛的应用。本研究探讨了基于RFID的时间-温度指示标签，对于时间-温度指示标签（TTI）发展做出了的探索。
一、RFID技术及原理
（一）RFID的概念
无线射频识别技术（Radio Frequency Identification RFID）是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，无须人工干预。与传统的条形码、磁条、磁卡、IC卡等自动识别技术相比，RFID技术具有自动化程度高、识别距离远、储存信息量大、环境适应性强等优点，而且RFID技术实现了无源和免接触操作，应用便利，无机械磨损，寿命长，能更好的保证器具的安全性。
（二）RFID系统的组成
射频识别系统至少应包括以下两个部分，一是读写器，二是电子标签（或称射频卡、应答器等，本文统称为电子标签）。另外还应包括天线，主机等。RFID系统在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应用环境，系统的组成会有所不同，但从RFID系统的工作原理来看，系统一般都由信号发射机、信号接收机、发射接收天线几部分组成。图1为系统组成示意图：
图1.RFID系统的组成
（三）RFID的工作原理
标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（即Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（即Active Tag，有源标签或主动标签），阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
二、TTI技术及原理
（一）TTI的概念及原理
时间-温度指示剂（Time-Temperature Indicator，简称TTI）是一种简易的质量记录装置，可以对商品整个货架期中的一些关键参数进行监控和记录，通过时间温度积累效应指示食品的温度变化历程和剩余货架信息，也可称为风险指示标签、风向标、货架寿命指示器、时间-温度指示卡和时间-温度指示器等。
（二）TTI的工作原理
TTI的工作原理包括了力学、化学、电化学、酶学和微生物学变化的不可逆可见反应，主要是通过机械形变或颜色变化来显示时间和温度的变化。TTI在时间和温度过程之间建立了一个关系，指示结果比保质期、最迟销售期更有效地保障食品质量，其具体关系如下图2所示。
其中X轴表示时间，Y轴表示温度，Z轴表示食品的质量情况。它们之间存在着密切的联系。温度和时间的累积效应是食品的质量变化的深层次原因。食品的理论货架寿命Tshelf 是在一定温度条件下的保存时间，因此其时间温度累积效应是一个相对稳定的数值EQ 。因此，食品在实际存放过程中，其时间和温度的累积效应为△E ，当 △E 小于 EQ 时，食品就是安全的。因此，食品在实际贮藏过程中，其货架寿命应当与其所处的环境的温度和时间是存在着一定函数关系的。其具体函数如下（1），（2），（3）所示：
△E= （1）
EQ≤△E （2）
Tfresh=G(△E) （3）
TTI就是基于上述的理念。随着时间的推移而变化，食品的新鲜度和质量也同时发生变化，用附在包装物表面的TTI对食品的贮存时间和贮存温度做出显示，记录食品在贮存和销售期间的温度变化的连续过程，进而预示食品的质量变化情况。
TTI指示食品质量，要求响应值与食品的质量变化具有同步效应，即TTI的动力学模型可以模拟食品质量变化过程，Arrhenius方程是影响最深也是最为普遍接受的方程，适用范围也最广。因此由它推导得到的质量函数方程也是最值得研究的。
（三）TTI的应用
TTI可应用于两个方面：一是作为仓库管理和零售食品的巡回检测工具，可以据此对临近到期的食品作出正确的处理是继续陈列还是处理掉，这有助于保持所售食品的质量水平的稳定状态。TTI的应用有助于建立一个真实销售系统；二是作为每包产品的货架寿命标签。每个包装产品的TTI是一个动态的或活性的包装内部的货架期标签而不是一个开放式的日期标签。TTI能够确保消费者所购食品是否保存良好、是否正处在货架寿命之内。
三、基于RFID技术的TTI应用
在食品的加工和储藏中，温、湿度、时间等因素对食品品质影响很大，记录分析这些因素就显得十分重要。将RFID技术与传感器技术相结合，可以感知周围物品和环境的温度、湿度和光照等状态信息，可利用无线通信技术方便地把这些状态信息及其变化传递出来。因此，可将内置RFID芯片的TTI标签应用于食品包装。
基于RFID技术的TTI主要由芯片和天线组成，核心是含有IC芯片的射频电路和传感器，内部装有可程序化的集成电路和天线，可通过无线射频信号与读写装置进行信息的接收和传输（如图3即为RFID的TTI的系统组成）。芯片主要用于接收和传送数据，通过由阅读器发出的无线射频信号来读取，阅读器与天线和计算机网络相连，形成一个电子模块，阅读器发送来自其天线的特殊信号给特定区域的电子标签，再将反馈信息处理后传送给计算机网络，从而使管理人员得到商品的特殊信息。
RFID是由芯片、天线等组成的射频电路，标签是由标签印刷工艺使射频电路具有商业化的外衣。从印刷的角度来看，TTI智能标签的出现会给传统标签印刷带来更高的含金量。基于RFID技术TTI的芯片层可以用纸、PE、PET甚至纺织品等材料封装并进行印刷，制成不干胶贴纸、纸卡或其他类型的标签（如图4即为RFID的TTI的立体结构）。芯片是这种TTI的关键，由其特殊的结构决定，不能承受印刷机的压力，所以，除喷墨印刷外，应采用先印刷面层，再与芯片层复合、模切的工艺。
基于RFID技术的TTI的核心问题是将食品的时间温度累积效应的变化拟合为芯片的模拟信号。只有两者能够完全匹配，才能够准确的实时监测食品的质量。目前，国外已经进行了一些这方面的研究。例如，Fresh Alert公司则将温度传感器和定时器内置于RFID标签中，从而能够在食品腐烂无法食用时发出信号。北美最大的食品服务营销和分配组织SYSCO公司已经完成低温储运系统的无线射频和传感系统测试，表明RFID技术在食品运输过程中具有监控温度和环境条件的能力。日本NTT公司开展了使用RFID技术保持酒质新鲜的试验，通过监控运输过程中的温度变化来掌握米酒的品质变化。澳大利亚Moraitis公司和IBM公司进行合作使用RFID追踪系统，该系统将提供每天从Moraitis运出西红柿的关于产地、包装日期、种类、质量和大小等方面的详细信息。英国Trenstar和 Scottish Courage Brewing公司利用RFID标签更好实现对盛酒桶的追踪，监控能够影响酒产品质量的酒桶所在环境的温度变化。
四、结论与展望
目前，在成本方面，由于组成部分不同，这种RFID智能标签要价格较高，有内存芯片的主动射频标签价格在2美元以上，被动射频标签的成本也在1美元以上。但是基于RFID技术的TTI，可确保的食品的安全，有效控制食源性疾病的爆发，为食品品行业的发展提供了技术保障。随着科技的进步及在标签制作领域的应用，全新、多功能的基于RFID技术的TTI智能标签必将广泛应用，它将为标签制印带来新的生机和活力，为食品安全防护带来全新的技术革新。
关键词：无线射频识别技术 时间-温度指示标签 食品安全
"民以食为天"，食品是人类赖以生存发展的物质基础，食品安全是关系人类健康的关键所在。近些年来，国内外相继发生了多起食品安全事件，这些严重威胁人类生命和健康的问题，引发了人们对食品安全空前的担扰和关注。所以，在科技高度发达的今天，如何保证食品的安全性是必须关注的重要课题。温度是影响食品安全的一个重要因素，而时间温度指示标签能够指示其累积效应，预测食品安全风险。无线射频识别技术（RFID）是21世纪的重要技术，已逐渐成为优化食品物流的重要手段，并在食品加工生产、跟踪溯源、生产过程优化、防伪等方面得到了越来越广泛的应用。本研究探讨了基于RFID的时间-温度指示标签，对于时间-温度指示标签（TTI）发展做出了的探索。
一、RFID技术及原理
（一）RFID的概念
无线射频识别技术（Radio Frequency Identification RFID）是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，无须人工干预。与传统的条形码、磁条、磁卡、IC卡等自动识别技术相比，RFID技术具有自动化程度高、识别距离远、储存信息量大、环境适应性强等优点，而且RFID技术实现了无源和免接触操作，应用便利，无机械磨损，寿命长，能更好的保证器具的安全性。
（二）RFID系统的组成
射频识别系统至少应包括以下两个部分，一是读写器，二是电子标签（或称射频卡、应答器等，本文统称为电子标签）。另外还应包括天线，主机等。RFID系统在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应用环境，系统的组成会有所不同，但从RFID系统的工作原理来看，系统一般都由信号发射机、信号接收机、发射接收天线几部分组成。图1为系统组成示意图：
图1.RFID系统的组成
（三）RFID的工作原理
标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（即Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（即Active Tag，有源标签或主动标签），阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
二、TTI技术及原理
（一）TTI的概念及原理
时间-温度指示剂（Time-Temperature Indicator，简称TTI）是一种简易的质量记录装置，可以对商品整个货架期中的一些关键参数进行监控和记录，通过时间温度积累效应指示食品的温度变化历程和剩余货架信息，也可称为风险指示标签、风向标、货架寿命指示器、时间-温度指示卡和时间-温度指示器等。
（二）TTI的工作原理
TTI的工作原理包括了力学、化学、电化学、酶学和微生物学变化的不可逆可见反应，主要是通过机械形变或颜色变化来显示时间和温度的变化。TTI在时间和温度过程之间建立了一个关系，指示结果比保质期、最迟销售期更有效地保障食品质量，其具体关系如下图2所示。
其中X轴表示时间，Y轴表示温度，Z轴表示食品的质量情况。它们之间存在着密切的联系。温度和时间的累积效应是食品的质量变化的深层次原因。食品的理论货架寿命Tshelf 是在一定温度条件下的保存时间，因此其时间温度累积效应是一个相对稳定的数值EQ 。因此，食品在实际存放过程中，其时间和温度的累积效应为△E ，当 △E 小于 EQ 时，食品就是安全的。因此，食品在实际贮藏过程中，其货架寿命应当与其所处的环境的温度和时间是存在着一定函数关系的。其具体函数如下（1），（2），（3）所示：
△E= （1）
EQ≤△E （2）
Tfresh=G(△E) （3）
TTI就是基于上述的理念。随着时间的推移而变化，食品的新鲜度和质量也同时发生变化，用附在包装物表面的TTI对食品的贮存时间和贮存温度做出显示，记录食品在贮存和销售期间的温度变化的连续过程，进而预示食品的质量变化情况。
TTI指示食品质量，要求响应值与食品的质量变化具有同步效应，即TTI的动力学模型可以模拟食品质量变化过程，Arrhenius方程是影响最深也是最为普遍接受的方程，适用范围也最广。因此由它推导得到的质量函数方程也是最值得研究的。
（三）TTI的应用
TTI可应用于两个方面：一是作为仓库管理和零售食品的巡回检测工具，可以据此对临近到期的食品作出正确的处理是继续陈列还是处理掉，这有助于保持所售食品的质量水平的稳定状态。TTI的应用有助于建立一个真实销售系统；二是作为每包产品的货架寿命标签。每个包装产品的TTI是一个动态的或活性的包装内部的货架期标签而不是一个开放式的日期标签。TTI能够确保消费者所购食品是否保存良好、是否正处在货架寿命之内。
三、基于RFID技术的TTI应用
在食品的加工和储藏中，温、湿度、时间等因素对食品品质影响很大，记录分析这些因素就显得十分重要。将RFID技术与传感器技术相结合，可以感知周围物品和环境的温度、湿度和光照等状态信息，可利用无线通信技术方便地把这些状态信息及其变化传递出来。因此，可将内置RFID芯片的TTI标签应用于食品包装。
基于RFID技术的TTI主要由芯片和天线组成，核心是含有IC芯片的射频电路和传感器，内部装有可程序化的集成电路和天线，可通过无线射频信号与读写装置进行信息的接收和传输（如图3即为RFID的TTI的系统组成）。芯片主要用于接收和传送数据，通过由阅读器发出的无线射频信号来读取，阅读器与天线和计算机网络相连，形成一个电子模块，阅读器发送来自其天线的特殊信号给特定区域的电子标签，再将反馈信息处理后传送给计算机网络，从而使管理人员得到商品的特殊信息。
RFID是由芯片、天线等组成的射频电路，标签是由标签印刷工艺使射频电路具有商业化的外衣。从印刷的角度来看，TTI智能标签的出现会给传统标签印刷带来更高的含金量。基于RFID技术TTI的芯片层可以用纸、PE、PET甚至纺织品等材料封装并进行印刷，制成不干胶贴纸、纸卡或其他类型的标签（如图4即为RFID的TTI的立体结构）。芯片是这种TTI的关键，由其特殊的结构决定，不能承受印刷机的压力，所以，除喷墨印刷外，应采用先印刷面层，再与芯片层复合、模切的工艺。
基于RFID技术的TTI的核心问题是将食品的时间温度累积效应的变化拟合为芯片的模拟信号。只有两者能够完全匹配，才能够准确的实时监测食品的质量。目前，国外已经进行了一些这方面的研究。例如，Fresh Alert公司则将温度传感器和定时器内置于RFID标签中，从而能够在食品腐烂无法食用时发出信号。北美最大的食品服务营销和分配组织SYSCO公司已经完成低温储运系统的无线射频和传感系统测试，表明RFID技术在食品运输过程中具有监控温度和环境条件的能力。日本NTT公司开展了使用RFID技术保持酒质新鲜的试验，通过监控运输过程中的温度变化来掌握米酒的品质变化。澳大利亚Moraitis公司和IBM公司进行合作使用RFID追踪系统，该系统将提供每天从Moraitis运出西红柿的关于产地、包装日期、种类、质量和大小等方面的详细信息。英国Trenstar和 Scottish Courage Brewing公司利用RFID标签更好实现对盛酒桶的追踪，监控能够影响酒产品质量的酒桶所在环境的温度变化。
四、结论与展望
目前，在成本方面，由于组成部分不同，这种RFID智能标签要价格较高，有内存芯片的主动射频标签价格在2美元以上，被动射频标签的成本也在1美元以上。但是基于RFID技术的TTI，可确保的食品的安全，有效控制食源性疾病的爆发，为食品品行业的发展提供了技术保障。随着科技的进步及在标签制作领域的应用，全新、多功能的基于RFID技术的TTI智能标签必将广泛应用，它将为标签制印带来新的生机和活力，为食品安全防护带来全新的技术革新。