食品冷链物流是一个庞大、庞大的系统, 各个环节和种种因素之间相互交织、相互影响, 只有将这些条件很好地结合, 才华包管食品冷链物流的正常运行 。要想把各部分之间的关系很好地联系起来, 就需要一种模拟或简化要领 。建模技术具有此优势, 它是凭据研究目的把实际单位或舷笼统简化为具体的模型的技术 。建模是一种创立性劳动, 必须透过事物庞大的外貌现象, 抓住其根天性质,找出解决问题的途径 。目前, 食品冷链中的建模主要是从模型建立、模型简化(或优化)及模型证实三个方面进行的,海内外的相关研究也主要是围绕确定性模型、随机模型及简化模型这三个方面开展的 。本文主要针对建模技术在食品冷冻加工、冷冻贮藏、冷藏运输和冷冻冷藏销售等冷链物流环节的应用进行剖析, 指导农产品加工历程, 使农产品从田间地头到餐桌消费各个环节的品质获得控制 。
海内外研究发明, 通过模型的构建能得出冷链物流系统中容易泛起问题的环节及其原因, 并为冷链物流历程提出合理化的指导思想和要领, 使冷链物流完善合理 。食品冷链物流模型的建立主要有以下几个方面的特点:
第一, 模型的建立是基于因变量与自变量之间的关系, 比较客观实际, 因此不但可以对生鲜易腐食品的温度变革进行预测, 还可以为食品的货架期提供理论参考 。Derens等[1]使用温度纪录仪对冷鲜肉、肉制品和乳制品这三种类型的冷藏品进行全程监控, 经数据模型剖析发明,在冷链的运输、销售以及冰箱蕴藏这三个环节进行温度控制, 能够较长时间坚持产品品质 。Morelli等[2]在冷链物流的运输、销售、冰箱蕴藏环节中对温度进行建模剖析, 推荐货架期为四周的产品最佳收藏温度为4℃ 。James等[3]在视察冰箱蕴藏食品历程中, 建立了数据模型, 发明冰箱温度过高会导致食品宁静问题 。
第二, 模型是基于无数次丈量建立起来的, 比较稳定,因此温度引起的微生物变革的模型研究关于食品冷链物流也至关重要 。Koutsoumanis等[4]多次纪录巴氏奶在冰箱中差别贮存位置的温度变革情况, 通过建立温度模型, 预测单增李斯特菌的危害 。Landfeld等[5]在建模历程中, 多次视察购置后放入家用冰箱期间单增李斯特菌的生长情况, 发明有27.3%产品会有严重的微生物污染, 并且蕴藏时间和冰箱温度是影响微生物生长的最大因素 。邹毅峰等[6]在实验室模拟冷藏条件下巴氏杀菌乳中的微生物在运输历程中的详细变革, 发明巴氏杀菌乳8℃收藏时, 配送时间应控制在12 h内, 可以有效坚持乳品的品质 。
第三, 冷链模型还能提供实时、在线、自动监控的可能性, 关于剖析冷链各环节的关系以及保存的问题具有重要作用 。林朝朋[7]以生鲜猪肉供应链宁静危害作为研究工具, 运用区间值模糊综合评价法比照建立了评估模型, 并以实际调研数据进行验证, 发明生猪在养殖、运输和冷库贮藏环节的总体宁静危害为中等, 在加工、配送、销售环节的宁静危害都很高 。除了冷链历程危害评估之外, 对整个冷链系统的性能评估也是很是有须要的 。邹毅峰[8]建立了冷链物流宁静可靠度模型, 用于评价冷链单位与系统的性能, 经模型剖析发明, 冷链单位的失效率与食品经过冷链单位的时间和温度的平方成正比, 单位之间的宁静可靠性是相互独立的 。
确定性模型是指不包括任何随机成份的模型, 一旦确定输入的自变量和各个输入之间的关系, 其目标输出也是确定的, 与实验次数无关 。针对冷链研究主要是从最小货损、效益最大、节能经济等角度切入, 目标函数往往不尽相同, 所得公式也有差别 。目前, 应用最多的是外洋学者建立出盘算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD的模型, 即气体流速和温度漫衍可通过一组偏微分方程对证量、动量和能量进行预测 。
冷库中空气流速、差别区域之间的交换速率、气体温度、湿度、氧气和二氧化碳的浓度等对食品品质有决定性的影响 。Hoang等[9]在一个空蕴藏室建立了一个用于盘算气体流速、温度和湿度漫衍的瞬时三维CFD模型, 接纳两相空气产品模型研究了差别的空气流速、温度和相对湿度对菊苣的冷却特性的影响 。鲍永生[10]选取生鲜食品的进货量和进货周期、生鲜食品的多级库存的控制与调理、生鲜食品的配送治理三部分作为研究内容, 将经典经济订货批量模型扩展并构建冷链物流的多级库存决策模型, 提出冷链物流的宁静需要兼顾体制、人、设施和设备、物流流程、计量与测试手段、情况因素等, 此模型富厚了库存控制理论并提高了古板模型的应用空间 。Delele等[11]建立的高压雾化系统模型可以对产品水分过多损坏所造成的品质降低情况进行良好的预测, 并可用于研究影响加湿系统效率的操作参数, 进而为之确定最佳条件 。
运输是影响食品品质的要害环节, 确定性模型在海内外食品运输历程中获得了一定的应用, 并进行着逐步的完善 。冷藏车中一般通过控制集装箱形状、托盘巨细、托盘的位置和装载的紧凑状况、空气输送速率及其流动情况等方面来实现运输历程中温度的调解 。因此, 在食品运输历程中建模, 关于食品质量宁静控制也具有实际意义 。Foster等[12]运用并剖析CFD模型来量化5个巨细差别的门的空气渗透率, 结果发明这些模型一般倾向于高估渗透率,最大可抵达38.6%, 但由于这方面的研究比较庞大和笼统,因此没能够更深一步的探究 。Finn等[13]对二维CFD参数的研究发明, 托盘的气流速度从正面向背面偏向减小, 而在托盘背面主要是自然对流模式 。今后, Moureh等[14]在研究卡车模型的通风情况时, 利用通风管系统使车辆后部停滞区的空气流动增大, 同时降低前部空气的流动, 以此提高卡车内部空气均匀性 。Tapsoba等[15]又运用三维CFD法研究开槽托盘上方和里面的通风情况, 通过应力方程模型(Response Surface Methodology, RSM)、标准两方κ-ε模型和重正化群(Renormalization Group, RNG)的相互比较, 在数据结果中着重对托盘内部的空气流速与激光多普勒测速(Laser Doppler Velocimetry, LDV)进行比较, 发明了气流总趋势由RSM模型能很好地体现出来, 运输车内部水平偏向上的气流从后面到前面泛起出很高的异质性, 而这些差别可能是由内部与外部空气在进行热交换时门漏洞的渗透造成的 � ；菩�[16]以热平衡法为基础建立了由冷藏运输车外气象模型、围护结构传热模型、车内热平衡模型等组成的能耗剖析与评价模型, 发明模型可以对能耗进行实例剖析,包管了食品宁静, 节约了本钱 � ；拼炕�[17]凭据食品冷链物流上的库存互补问题, 融合集群式供应链思想, 建立了基于物料清单耦合的供应商库存互补模型, 发明冷链中链间的库存互补能有效地从源头抑制主顾需求的波动, 从而减少物流本钱; 还对运输中冷藏空箱的进出货仓、中转模型进行构建, 为远程运输的优化问题提供了新的研究要领和视角 。
对摆设柜设备的选择、配套设施的使用和产品的摆放位置等方面研究, 通过确定性模型的建立有利于延长产品的货架期、包管产品的品质 。针对销售环节中的冷链建模,最开始是基于摆设柜的设施配置、温度以及气流特性等简单因素的研究 。Evans等[18]建模发明, 在前口开放式摆设柜里, 空气帘不但能制冷, 还能阻遏周围的空气 。Navaz等[19]构建出摆设柜内部和外部有空气幕离开的二级域名模型, 认为在雷诺准数适用规模内, 跨越空气幕的温度梯度与动力梯度对夹层的渗透无任何作用; 增加夹层纷歧定直接增加渗透率, 这种相关性只增加混淆条件下的整个空气幕; 另外, 关于冷藏柜内温度的探讨也有一定的进展 。Smale等[20]强调通过CFD剖析和实验所发挥的增补作用可以获取位于蕴藏柜前端的温度临界域, 而Chen等[21]在基于室内情况的研究中指出, 摆设柜操作可极大影响幕帘的空气性能, 同时可通过送风和回风历程使情况温度上升,进而引起摆设柜内温度的上升 。
近几年, 关于摆设柜建模主要从多个影响因素出发,使模型越发的完整合理 。Cortella等[22]运用CFD模型去研究摆设柜的几何形状、操作条件和周围情况对产品温度漫衍和气流模式的影响, 同时也将水分转移、热传导、对流和辐射考虑到该模型中, 使所建立的模型更具现实性 。邹毅峰[8]对食品冷链的宁静可靠度进行了剖析和评价, 证实了所建立的宁静可靠度模型可用于预测食品的货架期; 要包管乳品销售宁静必须包管冷藏摆设柜的温度在10℃以下, 并且每天最好对外层安排和里层安排的牛奶进行位置的更换, 该研究为巴氏杀菌乳的收藏提供了新的要领 。
确定性模型也多用于冰箱, 冰箱主要通过自然对流和气流转移实现热交换的, 这些与温度和湿度梯度有关 。Lee等[23]对家用冰箱冷冻室的通风情况进行模拟, 通过数值盘算发明通风流程十分庞大, 进口气流呈喷射状, 壁面上的气流呈攻击状或停滞状, 并且内部有较大的循环气流 。今后, Laguerre等[24]相继又探究了带有湿润装置的冰箱在自然对流条件下的蒸发和冷凝状况, 通过建立三维CFD来模拟空气流动、传热和传质情况, 经模拟数值与实验测定值进行比较后发明, 蒸发和冷凝的位置可以被很好地预测 。随着数值研究法在食品售后终端贮藏历程中应用的日渐成熟, Kinoshita等[25]运用数值要领研究家用冰箱在自然对流时蒸发器的位置对温度和速度漫衍的影响, 发明在水平位置上没有明显改变的温度场, 而在竖直偏向上有明显的温度漫衍的作用 。
以CFD为代表简直定性模型可以针对温度、湿度和气体流速等确定参数进行量化并建立相关模型, 还可以对设备设计的腾贵用度或无法执行的测试等操作情况的影响效果进行预测 。确定性模型作为一款功效强大的模拟工具,但由于它需要许多单位而导致长的盘算时间, 并使其模型的应用受到限制 。关于时间的盘算是CFD等确定性模型的劣势, 因此, 有须要对其进行简化 。当多个设备在冷链中被同时用于研究和模拟多项目产品参数来实现“现实条件”时,这些模拟则被优化为一组常微分方程或稳态代数方程组 。在冷链装置的设计方面, Hoang等[26]视察前部和后部装载处空气的对流状况以及开关车厢门时空气渗透量测定值变革, 建立了冷藏车传热的简化模型, 通过模型剖析发明前端接近通风装置处与后部装载处相比具有较高的气流和较低的温度, 使箱体气体漫衍不均匀 。在冷链运输历程中,Zertal等[27]建立的车内装载托盘的气流简化模型, 整合了高液压网络系统, 认为在两个托盘间、托盘与壁面间保存着气流空间, 发明简化模型具有比确定性模型更好的定性作用 。在冷链物流的终端蕴藏阶段, Laguerre等[28]建立的家用冰箱和冷藏摆设柜的简化模型可以使空气状况和负载温度获得很好的预测, 模型剖析发明自然对流是导致冰箱中温度不均匀的主要因素, 而在笔直开放式摆设柜中, 周围空气透过空气幕的渗透作用导致柜内前面、底部温度比后面、上方温度高 。
随机模型是一种非确定性模型, 变量间的关系以统计值的形式给出的, 即模型中的任一外生变量不确定, 并且随着具体条件的改变而改变 。食品冷链随机参数包括设备顺序、情况温度、产品在设备中的位置和设备中停留时间等 。随机模型参数会受到诸多因素的影响, 对其建模的研究思想和要领也不尽相同 。
最初, 外洋学者主要围绕单个因素开展相关研究 。Rosset等[29]运用随机模型研究了影响微生物生长的因素指出微生物的生长受到初始微生物数量、生理状态、温度变革和生长动力学参数等随机参数的影响 。随后, Rediers等[30]凭据温度和微生物生长对冷链中的设备顺序进行了系统探讨, 该研究仅仅基于测定温度的变革, 没有建立模型去预测产品温度的变革 。而Flick等[31]以温度、水分含量、微生物数量等系统状态为特征, 提出了一种基于冷链中产品的初始状态和操作条件下的新型建模要领, 用于预测产品从农场到餐桌的变革 。Hoang等[32]运用随机建模要领来预测冷藏摆设柜、购物篮及冰箱中微生物污染状况发明在每一个环节中产品的平均温度与视察的数据相比较都有很好的一致性, 可是对微生物的预测缺乏数据, 很难和视察数据比较 。
然而, 将确定模型和随机模型结合起来的混淆模型使随机模型越发切合实际 。贾培培[33]对生鲜食品冷链物流系统流程进行剖析, 构建了多目标、多维变量、有约束的随机计划模型, 并将混淆动态系统建模要领应用于描述随机计划问题中, 使所研究的模型能更好的满足实际冷链运营需要, 这种研究要领不但富厚了食品科学的研究要领和冷链系统工程理论, 还增补了生鲜食品冷链中的不确定性问题的优化思想 � Ａ碛斜ǖ乐赋�, 在不确定情况中对生鲜食品供应链进行建模, 可用以包管食品品质和减少物流本钱[34,35] 。
冷链物流为食品宁静提供了重要包管, 增进了生鲜食品行业的生长 。随着冷链物流在我国的进一步扩大, 其将朝着智能化、信息化、专业化、多元化、标准化和环� ；蛏� 。建模是冷链物流中的重要环节, 有利于提高冷链物流食品的品质, 降低食品宁静事件爆发率 。关于建模的研究, 将进一步增强冷链物流体系涉及到的治理、运输、制冷、食品、机械、经济、气候等学科的综合研究、提高学科之间的协同作用; 由于随机模型的参数具有不确定性且易变革, 对它的研究还仍停留在以确定性要领解决这些不确定性问题的思想上; 冷链物流建模也将进一步考虑冷链中各个环节、各个影响因素, 将会把温度控制与纪录、作业宁静与作业效率、物流中心应急系统以及逆向冷链物流充分结合起来, 以增进冷链物流的完善和健康生长 。
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