中藥材溯源技術現狀及前景分析

摘要:為進一步完善溯源體系的建設，分別從信息采集方式、信息存儲方式及追溯范圍等方面剖析目前溯源體系中的全過程溯源技術和產地溯源技術。其中，使用廣泛、成本適中的為物聯網溯源技術；以區塊鏈為主的新溯源技術溯源效果更好，但開發成本偏高。未來可以將物聯網技術與區塊鏈這類新興溯源技術結合起來使用，讓新技術作為其他溯源技術的二次溯源補充，提高溯源結果的可信度；同時，可以用產地溯源技術輔助驗證溯源鏈條的真實性。

我國土地資源和種類較為豐富且環境氣候類型多樣，中藥材種類繁多，產地分布較廣。中藥材從其栽培、采收、加工、運輸，再到中成藥物的研發、生產、經營等環節繁多。每個環節都會不同程度地影響最終藥品的質量，而中藥材的質量與臨床用藥的安全性和有效性關系最為密切。若沒有安全可靠的溯源系統，一旦發生中藥材藥品質量事件，將無法快速精準地定位成品所涉及藥材的產地、生產、流通信息，并展開質量關聯性分析。這將嚴重影響到我國中藥市場的高質量發展^[1,2]。筆者通過對目前已經在中藥材質量溯源體系中使用的溯源技術進行分析和對比，旨在對比不同技術的優勢和劣勢，從而對我國中藥材溯源系統的合理構建提出參考性建議。

1 政策導向

2015年至今，國家中醫藥管理局等多部門發布《中藥材保護和發展規劃（2015—2020年）》《全國道地藥材生產基地建設規劃（2018—2025年）》等多個規劃意見，全都著重強調了藥材溯源的重要性。《中華人民共和國中醫藥法》也明確提出建立中藥材流通追溯體系，鼓勵發展中藥材流通體系；《藥品管理法》明確生產經營企業應當建立、實施嚴格的追溯制定；《藥品生產監督管理辦法》詳細指出藥品生產企業應建立并實施藥品追溯制度，賦予各級銷售包裝追溯標識，采用信息化手段實施藥品追溯，并向藥品追溯協同服務平臺提供追溯信息。由此可見實現從藥材到飲片，再到成品的全過程可追溯已成為大勢所趨，構建溯源體系勢在必行。

2 國家中藥材質量溯源系統建設現狀

目前國內中藥材質量溯源體系的建設具有明顯的區域化特征，各地都在建設自己的質量溯源系統。以安徽亳州為例，亳州市擁有目前國內最大的中藥材交易市場。為了保證市場內中藥材的質量，亳州市于2009推出了“亳州市中藥材質量安全追溯系統”。企業可以通過直接使用該系統或者向該系統推送數據的方式提交溯源數據，實現了對中藥材產業鏈的溯源，同時可以促使當地企業提高中藥材質量，完善對產業鏈的管控。除了安徽亳州以外，四川成都、廣西玉林及河北安國等地均建設了中藥材溯源系統。由此可見，中藥材質量溯源系統在國內的建設是呈區域化的。
國內中藥材質量溯源體系建設的另一個特征是：不同溯源系統所使用技術不一，從而產生的差異化較大，主要表現在可溯源范疇、功能、數據的獲取及存儲方式等方面。可溯源范疇和功能的差異主要體現在系統是否只應用于中藥材流通領域，是否涵蓋上游種植、飲片加工及下游產品的追溯；數據獲取方式的差異主要體現為數據通過技術手段自動采集，或由人工錄入；數據存儲方式的差異體現為存儲在二維碼中，或統一的數據庫中，或分布式的區塊鏈中。

3 溯源技術現狀分析

隨著技術的進步，中藥溯源技術也經歷了一次又一次的更新。根據溯源數據的采集方式和溯源范圍，溯源技術可以從兩個不同的維度進行分類。（見圖1）根據數據采集方式的不同，溯源技術可以分為人工錄入和自動錄入兩類。其中人工錄入包括二維碼溯源技術、區塊鏈溯源技術等；自動錄入包括窄帶物聯網（NB-Io T）、射頻識別（RFID）等技術。根據溯源范圍，溯源技術可以分為源頭追溯和全過程追溯。其中源頭追溯包括同位素溯源技術、中藥質量標志物（quality marker,Q-Marker）溯源技術等；全過程溯源包括二維碼溯源技術、區塊鏈技術、NB-Io T、RFID等。

圖1 溯源技術區別

3.1 全過程溯源技術

全過程溯源主要依靠溯源系統使用者主動上傳數據實現。數據的采集、讀取、儲存等主要涉及以下技術。

3.1.1 二維碼溯源技術

二維碼溯源是一種信息的記錄和讀取技術：將中藥材的種植、生產、加工等信息通過二維碼的方式記錄下來打印到藥材的外包裝上。掃描藥材包裝袋上的二維碼可獲取該藥材生產全過程信息。二維碼溯源成本低，不需要昂貴的設備，且在種植、飲片加工、成品流通等各個階段的實施和查詢都較為便捷，但存在易被仿制的弊端。

3.1.2 NB-Io T溯源技術

NB-Io T技術具有廣覆蓋、大連接、低功耗、低成本的四大優勢^[3]，解決了傳統物聯網存在的技術碎片化、覆蓋不足的問題^[4]。采用NB-Io T技術，可以將監測設備，包括溫度、濕度、風力、位置、攝像頭等傳感器設置在種植基地旁，將藥材生長及農事活動等數據，實時采集并傳輸至系統終端。基地監控終端可設專人實施監管，通過溫度、濕度等信息指導農事活動，及時糾正規范行為，最大限度地利用信息的即時性提升藥材種植質量。
采用NB-Io T可實現多處、異地的中藥材種植監控，降低實地巡查的頻次，節約差旅費用；且NB-Io T可降低種植端的人力操作，更容易為廣大種植農戶所接受。但由于其低功耗和直接部署在移動網絡環境的特點，一次只能傳輸少量數據，導致數據傳輸會有一定的時延，同時還需要向運營商支付運營費用；傳感器的覆蓋面積有一定的限制，面積較大的種植地塊，可能需要設置不止一臺傳感終端才能覆蓋；在種植輪作時，種植戶需要實施終端傳感設備的遷移。對于藥材基地來說，設備的購買、遷移、運維等費用也是需要列入考慮的范疇。

3.1.3 RFID溯源技術

RFID技術是一種信息的讀取技術，其工作原理為：當標簽經過閱讀器時，受閱讀器的射頻信號影響生成感應電流，依靠感應電流獲得的電能將存儲在標簽芯片內的信息向外發送，閱讀器收到信息并解碼后提交至數據管理端進行進一步處理^[5]，從而實現標簽的讀取功能。（見圖2）常見的應用有門禁卡、電子芯片、電子標簽等。RFID溯源的實現方式是：給被監測的藥材貼上電子標簽，當電子標簽經過各個環節的標簽閱讀器時系統就會記錄對應的信息。RFID標簽的芯片具有唯一編碼無法被仿造，因此RFID標簽的安全性極高。使用該技術可以將藥材的生產、加工、包裝、運輸等環節的信息記錄到系統中作為溯源的數據，實現藥材加工生產全過程的質量可溯。

圖2 RFID工作原理

3.1.4 NB-Io T與RFID對比

使用RFID技術可以高效地對藥材生產加工等過程進行監測溯源，但是無法追溯藥材源頭的可靠性，無法確定藥材種植全過程的操作是否合規，如果藥材源頭出現問題同樣會對藥品質量產生不小的影響。使用NB-Io T技術可以對固定區域的藥材種植全過程進行監測，包括每天，甚至是每小時的環境信息及種植者的操作；但是對于有產品流轉的加工生產環節，尤其是運輸環節的監測效果就不是很好。
NB-Io T技術側重于藥材種植階段，而RFID技術側重于藥材的加工生產階段。單用其中任何一項技術都不能實現對藥材從種植到銷售的全過程的監測。因此，將兩個技術有機串聯結合起來：使用NB-Io T技術監測并記錄藥材從種植到采收的全過程，使用RFID技術監測并記錄藥材的生產、加工、運輸以及出入庫等信息，方能實現對中藥材的全流程監測溯源，保證藥品質量安全。

3.1.5 區塊鏈溯源技術

區塊鏈溯源是使用區塊鏈技術進行藥材溯源信息的儲存^[6]。區塊鏈由多個有序的“區塊頭+區塊體”結構串聯而成。（見圖3）其中區塊頭中存放著上一區塊的哈希值、時間戳等信息；區塊體中存放著該區塊的數據信息。每個區塊的哈希值是由“區塊頭+區塊體”的數據拼接后使用SHA256加密算法計算得出，加之每一個區塊都包含著上一區塊的哈希值，并且每當新增區塊或者讀取鏈條上的數據時都會對該鏈條的哈希值進行校驗，驗證不通過就無法進行操作。這樣就能很好的保證一條鏈上的信息不被修改，若其中有一個區塊信息被修改就無法通過下一個區塊的驗證。同時，區塊鏈還具有不能刪除的特性，所有的操作都會留痕，因此區塊鏈中存放的信息安全性非常高。
使用區塊鏈技術進行溯源，不會過度依賴實體服務器，既可以做到去中心化又可以兼顧安全性，但是對于技術層面的要求會比較高。

圖3 區塊鏈結構圖

3.2 產地溯源技術

3.2.1 同位素溯源技術

同位素溯源是通過鑒別中藥材穩定同位素的差異來實現溯源產地的^[7]。同位素是指具有相同的質子數、不同的中子數的同一種元素的不同核素。處在不同生長環境下的藥材中同位素的比值會有所不同，從而可以通過這個比值對藥材進行溯源。
付海燕等^[8]采用同位素溯源技術對國內6個產地的白術開展產地溯源研究，結果表明同位素溯源技術能夠對不同產地的白術進行區分。MATTEO P等^[9]研究了意大利、伊朗、摩洛哥3個產地藏紅花的同位素比值，結果顯示使用同位素溯源技術可有效區分這3個產地的藏紅花。康露等^[10]采用鍶穩定同位素比值結合7種元素建模對紅棗產地進行溯源研究，結果表明同位素溯源技術能有效區分。不同產地的紅棗同位素溯源技術進行產地溯源的精度很高，使用該方法可以對藥材地質土壤和地理環境差異較大的產地進行準確的定位；對于產地的地理位置相近或氣候及土壤類型相同或相近的藥材，則不能完全區分^[11,12,13]。
目前，同位素溯源技術在中藥材產地研究中仍處于起步階段^[14]，雖然使用該技術對中藥材進行產地溯源已有應用，但從具體研究不難看出其主要是圍繞名貴中藥材開展，且研究的藥材往往是從幾個較小的范圍內進行選擇。這樣得出的研究結果會存在一定的偶然性與誤差，后續的研究應盡可能收集被研究藥材所有產區的樣本，進一步精準挖掘被研究藥材的產地同位素特征規律。

3.2.2 中藥質量標志物（Q-Marker）溯源技術

中藥質量標志物（Q-Marker）的概念由劉昌孝院士^[15,16]提出。該技術是將成品藥材與產地植株中的某些特定的化學成分進行比對從而達到對藥物進行溯源的目的。宮瑞澤等^[17]使用Q-Marker方法對市面上流通的鹿茸進行研究，結果表明γ-氨基丁酸等數據的檢測結果可以實現對鹿茸的基源、品種等的溯源。譚小娟等^[18]使用該方法對45批不同產地與炮制法的白術進行研究，結果表明該技術可以快速精準地識別所不同產地和炮制方法的白術。賴鑫^[19]對16批不同產地、不同種質、不同年限的川牛膝進行研究，結果顯示單糖、濱蒿內酯等指標在不同產地以及不同年限之間具有顯著差異，可以作為鑒別標準。趙秋龍^[20]對四川、河北等5個主要產地的白芍、不同產地的牡丹皮及不同產地的茯苓進行研究，成功確定出具有顯著性差異的指標，可以用于產地溯源。
該方法的優勢在于獲得的成品藥材的化學成分非常精確，通過比對后得出的品種、產地也會比較準確，對臨床研究和使用具有非常好的效果；該方法應用的難點在于需要通過反復多次實驗，系統地辨識中藥形成過程中各環節化學物質組及傳遞變化的規律，使用在此基礎上得出的結果進行比對，才能獲得精確的結果。

4 溯源技術分析與前景展望

以上為目前較為常見的溯源技術，其中使用最為廣泛的為物聯網技術。其開發、部署、推廣的成本與溯源效果等相較于其他技術是比較適中的。而以區塊鏈為主的新溯源技術雖然溯源效果好，但技術門檻、開發成本及推廣成本都偏高。這些新技術可以作為未來繼續深入研究的一個方向，或者作為其他溯源技術的二次溯源補充，從而提高溯源結果的可信度。比如：在物聯網溯源的基礎上將每個流程的信息作為一個區塊按照順序添加至一條區塊鏈上，這樣一來每一條鏈都是一個藥材的溯源鏈，物聯網技術可以快速保存信息，區塊鏈技術可以保證全流程的信息不被修改，每次查詢時先進行區塊鏈的校驗，校驗通過后方可查詢由物聯網設備收集上傳的信息。
相較于全過程溯源技術，源頭溯源技術更適用于輔助驗證溯源鏈條的真實性。生產加工企業可以對種植基地提供的藥材使用源頭溯源技術進行抽檢，將抽檢結果與全過程溯源信息進行對比，進一步確定中藥材全過程溯源信息的真實性和準確性，打擊以次充好的行為。監管部門同樣可以使用該方法對企業進行定期抽檢，確保原材料的品質，遏制違規行為。
未來在這些技術的配合下，中藥材溯源一定能實現預期目標，同時保證飲片及中成藥的安全，真正實現從源頭控制質量。