一、前言

食媒性疾病(foodborne disease)為經由吃進被污染的食物或水所致的疾病。根據世界衛生組織(WHO)報告，每年約有6億件食源性疾病案例，並且約有42萬人死於該疾病。為了預防食源性疾病和改善食品安全，各國政府與國際組織(如美國、WHO、聯合國糧食及農業組織等)積極推廣應用新科技於食安管理。美國FDA於2020年推出智慧食品安全新時代(New Era of Smarter Food Safety Blueprint)，期望透過四大主軸，建立起安全、數位化、可追溯的食品系統，以減少食源性疾病的發生。四大主軸分別為：(1)應用科技實現可追溯性；(2)發展用於預防和傳染病應對的智慧工具和方法；(3)採用新型態的商業模式與現代化的零售方式，保護食品免受汙染；(4)建立食品安全文化。下面段落將針對有助於改善食品安全，促進食品安全新時代實現之新興食品監測與追蹤技術作介紹。

二、食品監測與追蹤科技

依照技術類型，食品監測與追蹤技術可區分為兩大類，分別為數位科技與電子科技。其中，數位科技包括：物聯網、區塊鏈、預測分析等新興技術；電子科技涵蓋：印刷電子、無線射頻辨識(Radio frequency identification, RFID)、智慧感測器等新興技術。以下分別闡述前述各項關鍵技術之特色、研發趨勢與挑戰(各項技術摘要請參閱圖一)：

(一) 物聯網(Internet of Things, IoT) 
物聯網能串連食品供應鏈的各個環節，包括生產設備、檢測裝置、運輸、儲存設備等，並且 共享相關數據，以即時監控及追蹤食品生產與運輸等流程，能減少能源需求、提高生產效率以及減少食物浪費，協助業者實現良好的食品安全管理。另外，蒐集之數據經過分析，能進一步提供生產設備耗損、污染來源等相關見解。

目前研發的重點在於將物聯網與人工智慧、區塊鏈等技術整合，強化數據分析能力，以提升管理效率。然而，透過物聯網收集之資訊容易遭受網路攻擊，對食品追踪和汙染追溯造成嚴重風險。因此，網路安全性為物聯網於食品供應鏈採用面臨之重要挑戰。 

(二) 區塊鏈(Blockchain) 
區塊鏈技術能大幅改善食品供應鏈的資料追蹤與管理效率。將數據儲存於區塊鏈中，能避免數據遭受竄改，實現可追溯性，同時能提高數據透明度，讓供應鏈中各利害關係人之間建立信任，減少第三方交易(third-party transactions)之需求。

目前研究發展專注於降低能源消耗，以及與物聯網的整合，以提高數據分享的可靠性與效率。然而，區塊練技術需要大量的運算資源與基礎設施支持，包括數據儲存、運算能力、電力等，同時也需要食品供應商、加工廠、物流業者等利害關係人共同參與以及合作。因此目前將其應用於食品產業仍有一定的難度，尤其是低收入國家。降低區塊鏈技術採用的成本，為待克服之挑戰。

(三) 預測分析(Predictive Analytics) 
人工智慧與機器學習能根據過去蒐集的數據，進行分析並且提供見解，以預測未來可能發生的食安危機，例如：食源性疾病之爆發預測，以盡早採取預防措施；生產設備耗損分析與故障預測，以即早進行維護與檢修。

食品安全分析方法與資料相當多樣，目前研發著重於不同類型資料之分析模型與演算法的開發。此外，由於食安相關之數據量相當龐大，且常需要使用超級電腦進行分析，然而高性能運算基礎設施成本高昂，為預測分析於食品產業採用與普及的主要限制。其次，預測分析之準確性仰賴於數據的真實性，但食品供應鏈業者能否提供精準的檢測數據，為影響分析結果可信賴度的主要變因。

(四) 無線射頻辨識(Radio frequency identification, RFID) 
RFID為一種非接觸式的識別技術，能藉由高頻率(High frequency, HF)或超高頻(Ultra-high frequency, UHF)無線電波識別帶有電子標籤(Tag)的物體，具備低能源消耗及使用靈活等特性。相較於傳統條碼(Barcode)只能讀取單一標籤，且條碼資訊不得更改，RFID不僅能一次讀取數百個標籤，還能重複寫入電子資訊，並且能儲存較大的資料量。另外，RFID系統能IOT、資料庫管理等技術結合，適合用食品供應鏈之倉儲管理、物流追蹤、產線監測等應用。

由於食品的儲藏環境經常是極端高溫與低溫，或者是液態或熔融狀態，目前研發重點之一是提高RFID標籤的耐用性，使其能適用於各種惡劣環境，以實現完整的食品追踪。其他的研發主軸包括：降低RFID的成本、提升各式RFID標籤的產量等。儘管RFID具備多項優勢，但RFID目前沒有全球統一的射頻標準，導致在追蹤各國貨物之污染來源時易遭受阻礙。

(五) 印刷電子(Printed Electronics, PE) 
印刷電子可將複雜電路印刷於產品表面。隨著印刷技術的進步，目前印刷電子已能將多種電子材料(如有機半導體、非有機半導體、金屬導體和奈米碳管等)，印刷於多樣的材質表面上(如生物可降解材質等)。與傳統電子電路相比，印刷電子重量輕且耐折疊，能印刷在食品包裝上，並可同時偵測對保持食品新鮮度相當重要的pH值、溫度或氣體等，甚至可檢測病原體的存在。

目前研究除了著重於印刷技術(如印刷油墨材料、印刷精細度)的改善、生產優化以外，能檢測病原體與環境參數，並且能與供應鏈相關業者即時交流資訊的智慧印刷電子晶片，也是研發的重點。

(六) 智慧感測器
智慧感測器由感測元件、微處理器、輸出元件等組成。感測元件能檢測與收集數據，微處理器會對數據進行處理與分析，再由輸出元件將處理後的結果輸出。智慧感測器能自動地進行食品檢測，包含食品新鮮度、病原體、環境參數、化學汙染等，並且能透過物聯網與其他設備溝通，實現食品即時監測與追蹤。

由於智慧感應器會接觸到食物，因此確保智慧感應器之衛生安全為研發的核心議題，如材料改進等。除此之外，當前的食物新鮮度常使用變色的新鮮度指示標籤，但該標籤之準確度不佳。為了克服前述問題，結合RFID技術之智慧感測器，以大幅提升檢測準確度，亦是目前的研發重心。

三、創新案例
目前許多廠商投入上述六項科技產品開發，包括Controlant、NanoSpy、Innoscientia、Zebra Technologies、C2Sense、Trace Register、IBM等業者，以下針對其中三家代表性廠商與產品作介紹：

(一) 結合物聯網、感測器與預測分析之冷鏈監測平台-冰島Controlant
冰島Controlant推出了Cold Chain as a Service平台，該平台結合了物聯網、感測器和數據分析，能夠及時追蹤產品位置(如配送狀態)，監測環境與產品狀態(如溫度、光照)，同時還能提供風險預測(庫存、運送延遲)、需求預測、配送路線等物流優化等建議，以減少浪費、能源消耗，並且提升營運的可靠性。目前Controlant為食品與醫藥等領域之供應鏈業者提供客製化解決方案，且在COVID-19爆發時，與BNT合作將疫苗高效率配送至全球各地，大幅舒緩各國在防疫方面的壓力。

(二) 以印刷電子技術為基礎的食品病原體生物感測器-美國NanoSpy
美國新創公司NanoSpy利用高導電性的石墨烯材料，研發出印刷電化學生物感測器，能於20分鐘內檢測出低濃度(1 CFU/mL)的食品病原菌，包括李斯特菌、沙門氏菌、大腸桿菌等，且不會偵測到死細菌，假陽性率低。該感測器已經於魚肉湯樣品上進行初步的驗證，目前NanoSpy正致力將此成果商品化。

(三) 能即時監測微生物生長的動態有效期限標籤-瑞典Innoscientia
過去由於無法直接得知食品實際的腐敗程度，因此食品供應商多僅能透過估計的方式提供保存期限，且消費者亦只能憑經驗判斷食品的新鮮度。瑞典新創公司Innoscientia與印刷電子紙製造商Ynvisible Interactive合作開發了一款創新的動態有效期限標籤(dynamic expiry date label)。該標籤包含著感測器，能夠偵測微生物的生長，並且透過視覺化的圖示提醒消費者與供應商食品的新鮮度。同時，該標籤還能透過RFID技術，與智慧手機或其他系統連接，提供保存期限預測，方便使用者即時監控食物品質，有助於倉儲管理，並且減少食物浪費。

四、成長機會

區塊鏈、物聯網和人工智慧預測分析等數位科技，以及RFID、印刷電子以及智慧感測器等電子科技，能即時監測食品的生產、加工、物流與儲存等流程，並能大幅改善可追溯性，有助於智慧食品安全新時代的實現。在電子科技方面，由於印刷電子具備易客製化且成本低等優勢，預估將成為食品供應鏈業者重視的技術項目。在數位科技方面，能強化食品汙染來源的分析預測或改善物流管理的人工智慧與區塊鏈技術，評估將會是食安領域未來重視的核心技術。