冷藏鏈研究現(xiàn)狀及分析

摘要：近年來市場對于冷藏冷凍食品的需求量大大上升，為了保障此類食品的食用價值及食用安全性，冷藏鏈成為人們關(guān)注的焦點。文章從冷藏鏈的概念出發(fā)，總結(jié)了目前國內(nèi)外學(xué)者在冷藏鏈研究領(lǐng)域的熱點問題并加以分析，就冷藏鏈配送系統(tǒng)的研究方法提出了展望。

關(guān)鍵詞：冷藏鏈；TTI；貨架期；配送；VRP

中圖分類號：F273.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1002-3100(2008)10-0082-05

Abstruct: Since the market of frozen food is expanding rapidly in recent years， the research on cold chain has now become a focus issue in the logistics field. In this paper， we tried to overview and analyze the current situation of researches in the field of cold chain， based on which we also made an outlook of the future of cold chain distribution system.

Key words: cold chain；TTI；shelf life；distribution；VRP

0引言

隨著生活水平的提高，人們對食品的安全性提出了更高的要求。僅2005年，衛(wèi)生部共收到全國食物中毒事件報告256起，中毒9 021人，死亡235人。2005年各地上報的食物中毒事件中，微生物性食物中毒的中毒人數(shù)最多，占總數(shù)的43.0%，主要是由于食用了受細(xì)菌污染的食品而引起[1]。

易腐、生鮮食品要在低溫環(huán)境下才能保證質(zhì)量、減少損耗，這就要求我們從生產(chǎn)地到最終消費者整個過程中都要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，遵守“不高于原則”（The Never Warmer Than Rule）——從生產(chǎn)者到消費者各個環(huán)節(jié)的溫度都不高于設(shè)定的溫度[2]。但是在現(xiàn)實生活中，生產(chǎn)、加工、運輸、儲存、銷售等各個環(huán)節(jié)都是由不同的部門甚至公司完成的，為了使得整個過程的各階段的溫度始終處于控制范圍，實現(xiàn)各環(huán)節(jié)低溫環(huán)境的無縫對接，冷藏鏈的概念由此而生。

1冷藏鏈研究現(xiàn)狀

1.1國外冷藏鏈研究現(xiàn)狀

冷藏鏈（Cold Chain）最早是由美國人阿爾貝特·巴爾里爾（Albert Barrier）和英國人J.A.萊迪齊（J.A.ruddich）于1894年先后提出來的。但是，直到20世紀(jì)40年代，冷藏鏈才得以足夠重視和迅速發(fā)展。1943年世界食品物流組織成立，主要目的是改善食品及其它貨物在保存、配送過程中的冷藏技術(shù)、人才培訓(xùn)、信息溝通等。應(yīng)該說國外食品冷鏈物流是隨著食品安全理論和供應(yīng)鏈理論的發(fā)展而發(fā)展的。1959年美國皮爾斯柏利公司與美國航空和航天局聯(lián)合開發(fā)航天食品時形成了HACCP食品安全管理體系，即危害分析與關(guān)鍵控制點（Hazard Analysis and Critical Control Point）體系，是一種科學(xué)、簡便、實用的預(yù)防性食品安全質(zhì)量控制體系，現(xiàn)被世界各國所采用[3]。隨著供應(yīng)鏈理論的發(fā)展，Den Ouden、Zuurbier等學(xué)者于1996年首次提出了食品供應(yīng)鏈（Food Supply Chain）概念，并認(rèn)為食品供應(yīng)鏈管理是農(nóng)產(chǎn)品和食品生產(chǎn)、銷售等組織，為了降低食品和農(nóng)產(chǎn)品物流成本、提高質(zhì)量、提高食品安全和物流服務(wù)水平，而實施的一種一體化運作模式[4]。從政府宏觀調(diào)控角度看，丹麥學(xué)者Eva Roth、Harald Rosenthal（2006）詳細(xì)研究了發(fā)展中國家向歐盟出口魚類的整個冷藏鏈中，政府監(jiān)控部門應(yīng)處于整個鏈條的什么位置才能取能最佳效果，并給出了四種模型進(jìn)行了比較分析[5]。加拿大學(xué)者Simon Jol、Alex Kassianenko（2007）提出冷藏鏈還應(yīng)包括加拿大卡車聯(lián)盟（CTA）、加拿大獨立零售商協(xié)會（CFIG）和加拿大零售商配送中心協(xié)調(diào)委員會（CCGD）等聯(lián)盟組織。他們認(rèn)為只有在此類有政府引導(dǎo)背景的組織加入時，才能保證以HACCP為基礎(chǔ)的冷藏鏈可以從生產(chǎn)到最終消費者的各環(huán)節(jié)上沒有弱點，從而使整個冷藏鏈一體化運行順暢[6]。

1.2國內(nèi)冷藏鏈研究現(xiàn)狀

相對于國外發(fā)展較為成熟的食品冷鏈物流，目前國內(nèi)對食品冷鏈物流還沒有統(tǒng)一的定義和標(biāo)準(zhǔn)，因此文獻(xiàn)中出現(xiàn)了很多近似的稱謂，比如（冷藏）食品物流、（食品）冷鏈物流、（食品）冷藏物流、冷藏鏈和保鮮鏈，或者簡稱為冷鏈。比較有代表的研究學(xué)者有：謝如鶴（1998）對冷藏鏈和保鮮鏈都有所研究，認(rèn)為冷藏鏈?zhǔn)窃诘蜏叵庐a(chǎn)、供、運、銷易腐食品的系統(tǒng)。保鮮鏈不但要求低溫條件，還要最大限度的保持其鮮活特性[7]。雖然《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)物流術(shù)語》已經(jīng)于2001年就提出了低溫條件下的食品冷鏈物流網(wǎng)絡(luò)論，術(shù)語中稱冷鏈（cold chain）是為保持新鮮食品及冷凍食品等的品質(zhì)，使其在從生產(chǎn)到消費的過程中，始終處于低溫狀態(tài)的配有專門設(shè)備的物流網(wǎng)絡(luò)，并定義了溫度保持在0℃~10℃范圍內(nèi)的倉庫區(qū)域為冷藏區(qū)，溫度保持在0℃以下的倉庫區(qū)域為冷凍區(qū)，但業(yè)界各位學(xué)者對于冷藏鏈內(nèi)涵的研究仍在繼續(xù)。劉北林（2004）提出食品冷藏鏈（cold chain）是指易腐食品在生產(chǎn)、貯藏、運輸、銷售、直至消費前的各個環(huán)節(jié)中始終處于規(guī)定的低溫環(huán)境下，以保證食品質(zhì)量、減少食品損耗的一項系統(tǒng)工程[8]。這種定義被廣為接受，被稱為低溫條件下的食品冷鏈物流系統(tǒng)工程論。而韓宇紅（2006）在認(rèn)為該項“系統(tǒng)工程”是“防止污染的特殊供應(yīng)鏈系統(tǒng)”[9]，從供應(yīng)鏈角度研究我國冷鏈物流。

根據(jù)冷藏鏈中食品貯藏溫度的不同，將食品冷藏鏈分為冷卻食品的冷藏鏈（0℃~15℃）、冰鮮冰溫冷藏鏈（以下至各自凍結(jié)點的范圍內(nèi)）、凍結(jié)食品冷藏鏈（-18℃）及超低溫冷藏鏈（-45℃以下）等。該種分類方法主要是針對食品而言，在現(xiàn)實生活中，國外冷藏鏈中的易腐物品也包括了需要低溫運輸?shù)尼t(yī)藥類。本文所討論的冷藏鏈僅限于食品范圍。

2冷藏鏈研究主要方向

2.1冷藏鏈基礎(chǔ)理論

從研究的內(nèi)容上來看，目前國內(nèi)外對于冷藏鏈?zhǔn)称返难芯恐饕性趯τ谡麄€鏈條上溫度的監(jiān)控，冷藏鏈配送方案的設(shè)置以及針對易腐、生鮮食品的配送中心選址問題上。

對于整個冷藏鏈的溫度控制，許多學(xué)者提出冷藏鏈的低溫運輸技術(shù)和設(shè)備是關(guān)鍵。我國已經(jīng)認(rèn)識到了冷鏈系統(tǒng)建設(shè)的重要性，并早于1998年將低溫運輸技術(shù)與設(shè)備的開發(fā)列為“九五”國家科技攻關(guān)的重要課題之一[10]。從原料的準(zhǔn)備過程開始、預(yù)冷、速凍、冷藏、流通、配送、直至食品到達(dá)最終消費者，不同的冷藏設(shè)備應(yīng)用于不同環(huán)節(jié)以達(dá)到全程溫度控制的目的，具體技術(shù)設(shè)備如圖1所示。

但是冷藏鏈在食物運輸過程中會因為很多客觀因素而中斷，影響商品的最終品質(zhì)。K.Likar、M.Jevsnik（2006）對斯洛文尼亞首都的17家銷售終端就散裝禽肉、散裝臘腸、黃油、鮮蛋等8種易腐、生鮮食品進(jìn)行了調(diào)查，目的是為了研究在這些食品的運輸過程中，冷藏鏈的運行情況如何[11]。該研究將17家終端按照規(guī)定面積分為三組：傳統(tǒng)型食雜店（約12m2），自選型商店（約40m2）和超級市場（約1 000m2）。通過現(xiàn)場考察銷售終端是否正確按照產(chǎn)品說明儲藏放置食物，測量對比食品實際的品質(zhì)保有期和標(biāo)簽標(biāo)注的貨架期，并通過一對一問卷隨機調(diào)查顧客對于冷鮮食品品質(zhì)的敏感度，發(fā)現(xiàn)大部分終端銷售點的收貨區(qū)溫度不能達(dá)到冷藏鏈的要求，整個鏈條在此最容易中斷，而溫度的波動會比較大的影響食品的品質(zhì)（含菌量上升）；在賣場，銷售人員更關(guān)心的是突出賣點，而不是商品的放置條件。雖然生鮮食品放在冷柜中出售，但是冷柜上方照明燈的熱量直接散發(fā)在食品上，加速了食品的變質(zhì)。顧客在選擇此類食品的時候?qū)τ谄焚|(zhì)并不敏感，他們絕大部分僅僅察看商品標(biāo)簽上標(biāo)注的貨架期，埋下了食品安全問題的隱患。為了更有效地監(jiān)控易腐、生鮮食品的實際運輸儲藏溫度，保證食品質(zhì)量，顧客需要比標(biāo)注貨架期更精準(zhǔn)的方式獲得食品品質(zhì)信息。

關(guān)于冷藏鏈?zhǔn)称菲焚|(zhì)變化與時間、溫度的關(guān)系，Arsdel教授在1958年就提出了3T理論并一直沿用到今天，該理論是通過大量的實驗總結(jié)出來的，用于闡述食品的容許期（Tolerance）與時間（Time）、溫度（Temperature）之間的關(guān)系，與初始質(zhì)量Q0相關(guān)的產(chǎn)品完全變質(zhì)可以通過總結(jié)冷鏈各個環(huán)節(jié)中的產(chǎn)品變質(zhì)情況來確定全變質(zhì)率lqm（%）用實用保存期限縮減量PLS來確定[12]。

從式（1）可以看出，求解全變質(zhì)率最終要的是時間和溫度這兩個要素。由于食品在整個分配、貯藏和消費的整個過程中溫度存在不可預(yù)測性，使得對食品預(yù)測的貨架期與食品真正可流通的期限難以達(dá)到一致。為了使得消費者在購買該類食品時保證食用安全性，一種能夠監(jiān)測產(chǎn)品溫度歷程的指示器——時間-溫度指示器（Time-Tempperature Indicator，TTI）被廣泛應(yīng)用于冷藏鏈。

2.2TTI技術(shù)

TTI是10多年前提出的，它是一種結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、能夠紀(jì)錄時間-溫度變化的儀器[13]。它既可以放在食品箱和冰箱內(nèi)，也可以貼于食品或食品包裝上。它能夠指示所監(jiān)視的食品經(jīng)歷的溫度變化過程，進(jìn)而可能根據(jù)溫度變化過程估計食品的變質(zhì)范圍和剩余貨架期。TTI也可以監(jiān)視在整個冷藏鏈中是否有違規(guī)的現(xiàn)象發(fā)生，如將食品處于過高的溫度環(huán)境內(nèi)、或制冷系統(tǒng)發(fā)生故障、食品溫度升高等現(xiàn)象。根據(jù)TTI的工作原理可以分為：擴散型、聚合反應(yīng)型和酶反應(yīng)型[14]。

對于TTI是否能夠準(zhǔn)確反映食品真實溫度變化從而保證食品品質(zhì)這一問題，M.C. Giannakourou，K.Koutsoumanis等學(xué)者研究了酶反應(yīng)型TTI在從愛琴海島嶼到意大利運輸冷凍海產(chǎn)品的冷藏鏈上反應(yīng)溫度變化的可靠性[15]。實驗方法是將整個運輸過程按照中轉(zhuǎn)站劃分成幾個時間段，如圖2所示。

按照中轉(zhuǎn)站分割的時間，分別測量各時段的食品實際溫度，與TTI（M2-3510型）紀(jì)錄下來的時間做比較，結(jié)果如表1所示。

從結(jié)果顯示TTI可以較為精準(zhǔn)的記錄下分銷過程中各點的溫度，從而顯示出食品真實的剩余貨架期。

現(xiàn)在國外的TTI食品品質(zhì)檢測系統(tǒng)的價格大約為幾美元左右[16]，但是這對國內(nèi)各生產(chǎn)廠商和經(jīng)銷商無疑增大了成本，所以目前在國內(nèi)TTI技術(shù)尚未應(yīng)用于冷藏鏈。但是隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，食品種類越來越多，消費者對食品品質(zhì)的要求也越來越高，民眾對于冷凍冷藏食品的需求量也與日俱增。鑒于冷藏鏈中出現(xiàn)的諸多不可預(yù)見的影響因素，運用TTI技術(shù)全程監(jiān)測食品品質(zhì)已經(jīng)是必然趨勢。TTI在國外已經(jīng)被多位學(xué)者用以研究監(jiān)測冷凍冷藏食品的品質(zhì)變化，如：冷凍鮭魚（Otwell， 1997）[17]，冷凍鯰魚片（Benner et al.， 1999）[18]，地中海黑鱸（Taoukis et al.， 1999）[19]，充氣包裝的烏頰（Koutsoumanis et al.， 2002）[20]，新鮮海魚類（Mendoza et al.， 2004[21]等，當(dāng)然除去魚類產(chǎn)品，TTI還被學(xué)者用以測量其他冷凍冷藏食品的溫度變化經(jīng)歷（Fu et al.， 1991;Labuza et al.， 1992; Labuza and Fu， 1995; Taoukis et al.， 1998）[22-25]。國內(nèi)學(xué)者谷雪蓮、劉寶林等也利用電子式時間-溫度指示器（ETTI）研究了牛乳在冷藏鏈中的保質(zhì)問題，發(fā)現(xiàn)ETTI實測的剩余貨架期和生物化學(xué)實驗的剩余貨架期相比，偏差極小，可滿足實際應(yīng)用需要，與通常的生產(chǎn)日期相比有極大的優(yōu)點[26]。

2006年起，由歐盟贊助的項目組Chill-On近日設(shè)計出一個電子元件，使時間溫度指示器（TTI）與RFID標(biāo)簽的連接成為可能。該項目組長期以來一直致力于設(shè)計可直接裝置在RFID標(biāo)簽上的TTI，該元件原型的開發(fā)意味著項目組終于朝成功的方向邁出了第一步。改進(jìn)后的TTI系統(tǒng)可用于遠(yuǎn)程監(jiān)控運輸冷藏鏈上貨物的貨架壽命。該項目目前還處于系統(tǒng)設(shè)計的初期，德國技術(shù)轉(zhuǎn)讓中心（TTZ）的項目經(jīng)理Mark Lohmann稱最終版本很可能是：RFID閱讀器安裝在卡車或船的背后，貨盤標(biāo)簽設(shè)定以一定的時間間隔報告溫度信息。閱讀器通過GSM和網(wǎng)絡(luò)將所有收集來的信息-溫度數(shù)據(jù)和貨盤標(biāo)簽ID號-發(fā)送給物流合作伙伴的數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)自動計算貨品的在架壽命，從而更好地保障冷凍冷藏食品的品質(zhì)。該套系統(tǒng)預(yù)計2010年可投入使用。

2.3冷藏鏈配送系統(tǒng)管理研究

近幾年關(guān)于冷藏鏈研究的另外一個熱點問題是關(guān)于冷藏鏈配送系統(tǒng)管理。從本質(zhì)上來看，冷藏鏈?zhǔn)且环N特殊的供應(yīng)鏈。冷藏鏈管理的發(fā)展和供應(yīng)鏈管理的發(fā)展一脈相承，冷藏鏈配送系統(tǒng)管理和優(yōu)化同樣包括三個子問題：配送網(wǎng)點布局/選址問題；庫存控制問題；配送運輸問題。

關(guān)于冷藏鏈庫存控制問題，由于生鮮食品的易腐性和營養(yǎng)價值隨時間流失的特性，人們對于運送及時性越來越敏感，此類型的大部分食品（以新鮮果蔬為例）都要求從生產(chǎn)地采摘后通過冷藏鏈盡快送到終端，只有少量食品會涉及庫存問題，因此近幾年關(guān)于這個方向研究較少。Fujiwara等學(xué)者在1997年設(shè)計了一種針對于易腐食品的多階層庫存模型，但為了簡化條件，假設(shè)每個時間段只有一種產(chǎn)品會產(chǎn)生質(zhì)變[27]。這種假設(shè)和實際情況相差較大，應(yīng)用價值比較小。Liu和Shi在1999年對易腐食品庫存模型進(jìn)行了進(jìn)一步研究，將此類模型分成兩個類型：連續(xù)腐變型與相對保質(zhì)型[28]，兩類模型均允許同一時段下多種食品同時產(chǎn)生質(zhì)變，具有一定的實用價值。Kanchana Kanchanasuntorn和Anulark Techanitisawad（2006）兩位學(xué)者在原有的模型上加以改進(jìn)，將零售商的提貨策略考慮了進(jìn)去，經(jīng)過算例分析，證明改進(jìn)后模型可以使得整個庫存成本下降，凈利潤提高[29]。

由于人們對于生鮮、易腐食品運送時間上的特殊要求，冷藏鏈配送系統(tǒng)的管理和優(yōu)化問題聚焦在配送中心的選址和配送路線的優(yōu)化上。配送中心是貨物從制造商至零售商之間的中轉(zhuǎn)儲存點，是集中和分散物資、促進(jìn)貨物迅速流轉(zhuǎn)的倉庫。不同地區(qū)、不同品種的貨物通過配送中心的調(diào)節(jié)，按不同需求重新組合，發(fā)往收貨者手中。配送中心的合理選址（Location）以及車輛路線（Vehicle Routing Problem， VRP）的合理安排，既能縮短配送距離、提高配送速度、減少配送費用，又可以促使生產(chǎn)和消費兩種物流的有機協(xié)調(diào)與配合，使整個物流系統(tǒng)處于平衡發(fā)展的狀態(tài)[30]。配送中心按服務(wù)方式分類，冷藏鏈配送中心所實行的方式為：定時定量配送、定時定路線配送以及即時應(yīng)急配送。配送中心的模式是首先從生產(chǎn)企業(yè)把貨物送到配送中心，進(jìn)行一系列例如加工、包裝等物流環(huán)節(jié)工作后，將貨物送往到其服務(wù)區(qū)的各客戶點。從生產(chǎn)企業(yè)到配送中心的貨物運輸中，由于車輛都是滿載，該階段要解決的是配送中心的選址問題；從配送中心到客戶點，由于各客戶所需貨物經(jīng)常裝不滿一輛車，所以該階段要求解決地是經(jīng)典的VRP問題。

無論是選址問題還是VRP問題在原來的供應(yīng)鏈配送系統(tǒng)管理中研究都已經(jīng)很成熟，但是對于生鮮、易腐食品的配送中心選址及其配送路線優(yōu)化仍屬于一個比較新的領(lǐng)域。針對其食品的特殊條件，過去常溫下的模型并不能滿足要求，需要研究者有針對性的在模型中考慮這些因素。姜大立和楊西龍（2003）對于易腐配送中心的選址進(jìn)行了研究，在計算運費時要考慮到了物品以恒定速率腐敗后帶來的額外成本，并將所帶來的損失費一并放入模型中進(jìn)行考量[31]；對于冷藏鏈的配送路線問題，Guimei Zhang、Walter Habenicht等學(xué)者在整個冷藏鏈結(jié)構(gòu)優(yōu)化時引入了懲罰成本保證物品質(zhì)量上的特殊要求；并提出該成本的大小取決于：質(zhì)量下降已經(jīng)超過了最大容許變質(zhì)界限和已經(jīng)超過最大容許變質(zhì)產(chǎn)品總和的產(chǎn)品流量[32]。我國學(xué)者韓冰源和肖生苓用帶有時間窗的VRP模型進(jìn)行求解，用時間的約束條件來代替物品在運送中出現(xiàn)腐敗后增加的成本[33]。Ana Osvald和Lidija Zadnik Stirn在考慮時間約束的同時也計算了運輸中腐敗增加的成本。經(jīng)比較，僅考慮時間因素條件的模型可降低27.9%的成本，而同時考慮了腐敗成本后可以降低40%[34]。在現(xiàn)實生活中冷鏈配送需要保持在低溫環(huán)境下，所以要考慮額外的能源成本；一天中氣溫會隨著時間變化而變化，冷藏運輸車的油耗會隨著溫度上升而增加，要考慮溫度變化增加的能源成本；市區(qū)內(nèi)有上下班高峰時間，可能的交通堵塞使得各路段上冷藏車運行時間不固定，存有依時性（Time-Dependent）。綜合考慮上述因素的基礎(chǔ)上，Chaug-Ing Hsu等學(xué)者建立了一個帶有時間窗口的隨機性VRP模型（Stochastic Vehicle Routing Problem with Time-Windows，SVRPTW），經(jīng)過對比確證了該模型有很大的實用價值[35]。

3結(jié)論與展望

從目前國內(nèi)外研究冷藏鏈的文獻(xiàn)上看，各學(xué)者均以Arsdel教授的3T理論為基礎(chǔ)，在討論食品品質(zhì)變化與時間、溫度關(guān)系的前提下進(jìn)行側(cè)重不同的研究。現(xiàn)在國外實際的冷鏈運作中，最常用的TTI技術(shù)也正是在3T理論的基礎(chǔ)上研制的。我國的冷藏鏈還沒有形成體系，總體上還處于一個建設(shè)階段，合理地因地制宜地選擇國外先進(jìn)技術(shù)是關(guān)鍵。

對冷藏鏈進(jìn)行有效管理也是值得研究的方向。我們需要建立一個有效的管理機制，管理冷藏鏈中的信息流，使得整個鏈條可以更敏捷更有效率地完成任務(wù)，從而降低因為時間、溫度而帶來的額外成本，保證冷藏冷凍食品的質(zhì)量。

合理設(shè)計配送網(wǎng)絡(luò)可以很好地降低運輸過程中的成本。解決選址和路線選擇問題目前有很多方法，隨著計算機技術(shù)的應(yīng)用，如禁忌搜索算法、遺傳算法、蟻群算法、模擬退火算法等啟發(fā)式算法越來越多的應(yīng)用于該類問題的求解中。啟發(fā)式算法在解決該類問題上有其他算法不可比擬的優(yōu)越性。在冷藏鏈配送管理中，目前已經(jīng)成功應(yīng)用的是遺傳算法和禁忌搜索算法。但是這兩種算法均有其局限性，在冷藏鏈配送管理中是否能將其進(jìn)行結(jié)合，使得該混合算法得到比一般方法更優(yōu)的解，這為我們研究此類問題提出了一個新的途徑。

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