The Cold Chain and its Logistics
Authors: Dr. Jean-Paul Rodriguez and Dr. Theo Notteboom
1. Overview
While Globalization has made the relative distance between regions of the world much smaller, the physical separation of these same regions is still a very important reality. The greater the physical separation, the more likely freight can be damaged in one of the complex transport operations involved. Some goods can be damaged by shocks while others can be damaged by undue temperature variations. For a range of goods labeled as perishables, particularly food, their quality degrades with time since they maintain chemical reactions which rate can be mostly mitigated with lower temperatures. It takes time and coordination to efficiently move a shipment and every delay can have negative consequences, notably if this cargo is perishable. To ensure that cargo does not become damaged or compromised throughout this process, businesses in the pharmaceutical, medical and food industries are increasingly relying on the cold chain technology.
The cold chain refers to the transportation of temperature sensitive products along a supply chain through thermal and refrigerated packaging methods and the logistical planning to protect the integrity of these shipments.
Specialization has led many companies to not only rely on major shipping service providers such as the United Parcel Service (UPS) and FEDEX, but also more focused industry specialists that have developed a niche logistical expertise around the shipping of temperature sensitive products. The potential to understand local rules, customs and environmental conditions as well as an estimation of the length and time of a distribution route make them an important factor in global trade. As a result, the logistics industry is experiencing a growing level of specialization and segmentation of cold chain shipping in several potential niche markets within global commodity chains. Whole new segments of the distribution industry have been very active in taking advantage of the dual development of the spatial extension of supply chains supported by globalization and the significant variety of goods in circulation.
From an economic development perspective, the cold chain enables many developing countries to take part in the global perishable products market. From a geographical perspective, the cold chain has the following impacts:
Global. Specialization of agricultural functions permitting the transport of temperature sensitive food products to distant markets. Enables the distribution of vaccines and other pharmaceutical or biological products.
Regional. Can support the specialization of functions and economies of scale, such as specialized laboratories.
Local. Timely distribution to the final consumer, namely grocery stores and restaurants.
2. Emergence of Cold Chain Logistics
While global commodity chains are fairly modern expansions in the transportation industry, the refrigerated movement of temperature sensitive goods is a practice that dates back to 1797 when British fishermen used natural ice to preserve their fish stock piles. This process was also seen in the late 1800s for the movement of food from rural areas to urban consumption markets, namely dairy products. Cold storage was also a key component of food trade between colonial powers and their colonies. For example, in the late 1870s and early 1880s, France was starting to receive large shipments of frozen meat and mutton carcasses from South America, while Great Britain imported frozen beef from Australia and pork and other meat from New Zealand. By 1910, 600,000 tons of frozen meat was being brought into Great Britain alone. The first reefer ship for the banana trade was introduced in 1903 by the United Food Company. This enabled the banana to move from an exotic fruit that had a small market because it arrived in markets too ripe, to one of the worlds most consumed fruit.
The temperature controlled movement of pharmaceuticals and medical supplies is a much more modern transit option than the shipping of refrigerated or frozen food. Since the 1950s, logistical third party companies began to emerge and institute new methods for successfully transporting these global commodities. Before their emergence, cold chain processes were mostly managed in house by the manufacturer. In the United States, Food and Drug Administration restrictions and accountability measures over the stability of the cold chain incited many of these companies to rely on specialty couriers rather than completely overhauling their supply chain facilities. A specialized industry was thus born. The value of the cold chain in the preservation of expensive vaccines and medical supplies was only beginning to be recognized when these logistical providers started to appear. As awareness began to grow, so did the need for efficient management of the cold chain.
The reliance on the cold chain continues to gain importance. Within the pharmaceutical industry for instance, the testing, production and movement of drugs relies heavily on controlled and uncompromised transfer of shipments. A large portion of the pharmaceutical products that move along the cold chain are in the experiment or developmental phase. Clinical research and trials is a major part of the industry that costs millions of dollars, but one that also experiences a failure rate of around 80%. According to the Healthcare Distribution Management Association, of the close to 200 billion dollars in pharmaceutical distribution, about 10% are drugs that are temperature sensitive. This makes the cold chain responsible for transporting a near 20 billion dollar investment. If these shipments should experience any unanticipated exposure to variant temperature levels, they run the risk of becoming ineffective or even harmful to patients.
Temperature control in the
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冷链及其物流
1、概述
虽然全球化的趋势使得世界上不同地区之间的相对距离变得越来越小，但是他们之间的物理距离较远仍是赤裸裸的现实。较远的物理距离，可能会使得货物在这复杂的运输过程中被损坏，或是因为碰撞，或是因为温度变化。对于易腐物品，特别是食品，他们质量下降的主要原因是其中的化学反应，而降低温度就可以使这种化学反应的时间变长。所以这就需要协调时间以有效的移动货物，如果是易腐货物的话，每次拖延都会产生不良的后果。为了确保货物在运输途中不被损坏，制药、医疗和食品等行业的企业正越来越多的依靠冷链技术。
冷链是指在温度敏感产品的运输中，通过冷藏包装和后勤规划，以保证这些货物的完整性的供应链系统。
这种运输系统的专业性，使得许多公司不仅要依靠重要的航运服务提供商，如美国联合包裹服务公司和联邦快递，也要行业专家开发一个基于周围温度敏感产品的后勤运输线，用以联系当地的各种规则，海关情况，环境条件，以及分布路线的时间和长度估计。这都是全球贸易中要考虑的重要因素。因此，物流行业经历了几个潜在的市场，冷链运输变得日益专业化，在全球商品链中的地位也日益上升。整个分销业的市场一直十分活跃，这种市场条件是供应链全球化和各种货物流通双重发展的重要基础。
从经济发展的角度来看，冷链技术使得许多发展中国家的易腐产品能够参与到全球市场中来。从地理的角度来看，冷链技术有一下几方面的影响:
全球化，冷链运输使得农产品，疫苗，药品和生物制品及对温度敏感的食品能够运输到遥远的市场。
区域化，可以支持规模和功能经济的专业化，如专业化实验室。
地方化，能够使产品及时分发到最终消费者，即杂货店和餐馆。
2、冷链物流的兴起
虽然现代全球商品链在运输行业扩张十分迅速，但通过冷藏的方式运输温度敏感货物还是一种新的尝试。这种方式可以追溯到1797年，英国渔民使用天然冰保护鱼类。在18世纪末期，粮食从农村流向城市消费市场，即乳制品，也出现了这一过程。冷藏也是殖民国家与其殖民地之间粮食贸易的一个重要组成部分。例如在19世纪70年代末和80年代初，法国开始大量接收来自南美洲的冷冻肉和羊肉，而英国则从澳大利亚进口冷冻牛肉和从新西兰进口猪肉和其他肉类，到1910年，仅英国就采购60万吨冻肉，第一艘用于香蕉贸易的冷藏船是1903年由联合食品公司引进的。这使得香蕉从一个异国水果变得有了小市场，因为它到达市场的过程很成熟，所以它成为了世界上消费量最多的水果之一。
药品和医疗用品的温度控制运输比冷藏或冷冻食品的运输要现代得多。自20世纪50年代以来，第三方物流公司开始出现，并为成功运输这些全球商品制定了新的方法。在此方法出现之前，冷链运输流程大多由制造商内部管理。在美国，食品和药物管理局对冷链稳定性的限制和问责措施使得许多相关公司依赖特种快递，而不是彻底检修其供应链设施。于是诞生了这样一个专门的产业。冷链在保存昂贵的疫苗和医疗用品方面的价值只有在这些后勤提供者开始出现时才开始得到承认。随着这种意识的增强，对冷链高效管理的需求也开始增加。
冷链的重要性日益上升。例如，在制药工业中，药物的测试、生产和流动在很大程度上依赖于不便控制的运输。利用冷链运输的大部分医药产品都处于实验或开发阶段。临床研究和试验是该行业的一个主要部分，花费数百万美元，经历了大约80%的失败率。根据医疗配送管理协会的数据，在近2000亿美元的药品配送中，大约10%是温度敏感的药物。这使得冷链负责运输近200亿美元的投资。如果这些运输意外的暴露于不同的温度水平，他们就有可能变得无效，甚至对病人有害。
食品运输中的温度控制是该行业的一个组成部分，随着国际贸易的需要，这一行业将继续上升。随着越来越多的国家把出口经济的重点放在粮食和生产上，使这些产品长期保持新鲜的必要性变得越来越重要。收入水平的提高带来了饮食的变化，人们对新鲜水果和更高价值的食品（如肉类和鱼类）的胃口越来越大。社会经济地位较高、经济能力较强的人更有可能食用蔬菜和水果，特别是新鲜蔬菜和水果，不仅数量较高，而且种类也较多。购买力增强的消费者已经开始专注于健康饮食，因此生产者和零售商的反应是来自世界各地的一系列异国新鲜水果。
世界上任何一家大型杂货店都有可能出售来自南非的橘子、来自新西兰的苹果、来自哥斯达黎加的香蕉和来自墨西哥的芦笋。因此，出现了为这些商品链提供服务的冷链产业。2002年，一支由400000个冷藏集装箱组成的车队运送了价值约1200亿美元的粮食。仅美国就进口了大约30%的水果和蔬菜，20%的出口食品可以被认为是易腐食品。这种食品的质量和安全性不受损害往往是理所当然要保持的，尽管这是销售食品能力背后的主要原因。冷链的功能是使食品长期保持新鲜，消除对食品质量的怀疑。在它所关注的所有供应链中，冷链物流都倾向于更高层次的集成，因为保持温度完整性需要对所涉及的所有过程进行更高层次的控制。它甚至可能煽动第三方物流供应商获取供应链的要素，其中时间和其他绩效因素是最重要的，甚至是农业。这可能涉及收购农产品生产农场（例如橘子），以确保供应的可靠性。
- 提供受控环境温度
依靠冷链的行业的成功取决于知道如何运输一种适合航运环境的温度控制产品。不同的产品需要不同的温度水平维护，以确保其在整个旅行过程中的完整性。例如，最常见的温度标准是“香蕉”（13°C）、“冷”（2°C）、“冷冻”（-18°C）和“深冷冻”（-29°C）。对于完整的货物供应链和易腐食品来说保持在这个温度是至关重要的，它能够确保最佳的保质期。任何差错都会导致不可挽回的后果和严重的损失；一种产品会因此失去任何市场价值。
能够确保一批货物在一段较长时间内保持在一个温度范围内，主要取决于所使用的集装箱类型和制冷方法。在决定需要何种类型的包装时，诸如过境时间、货物的大小和所经历的环境或外部温度等因素都是需要认真考虑的。它们的范围可以从需要干冰或凝胶包装、滚动容器的小绝缘箱到53英尺的冷藏箱，后者有自己的动力制冷装置。主要的冷链技术包括：
干冰。固体二氧化碳，大约是-80摄氏度，并且能够使一批货物长期冻结。它主要用于运输药品、危险货物和食品。干冰不会融化，相反，当它与空气接触时会升华。
凝胶包。药品和医药运输的大量份额被归类为冷冻产品，这意味着它们必须储存在2至8°C的温度范围内。提供这种温度的常用方法是使用凝胶包，或含有相变物质的包装，这些物质可以从固体到液体，反之亦然，以控制环境。根据运输要求，这些包可以在冷冻或冷藏状态下启动。在转运过程中，它们融化成液体，同时捕获逃逸的能量并保持内部温度。
共晶板。原理类似于凝胶包。相反，板里装满了液体，可以重复使用很多次。
液氮。一种特别冷的物质，约为-196°C，用于长时间冷冻包装。主要用于运输组织器官等生物货物。但它被认为是一种危险物质。
被子。放置在货物上方或周围作为温度变化的缓冲器。可以保持相对恒定的温度。因此，冻结的货物将在更长的时间内保持冻结，往往足够长的时间没有理由使用更昂贵的制冷设备。被子也可以用来在室温下保持温度敏感货物的温度，而外部条件可以变化很大（例如在夏天或冬天）。
冷藏室。温度控制容器的通用名称，可以是面包车、小型卡车、半容器或标准ISO容器。这些容器是绝缘的，是专门设计的，允许温度控制的空气循环，由一个附属的和独立的制冷工厂维持。这一术语越来越多地适用于冷藏40英尺的ISO集装箱。
易腐或温度敏感物品用冷藏集装箱（称为“冷藏箱”）运输，冷藏货物在世界各地运输中所占份额越来越大。虽然1980年海运冷藏运输能力只有33%是集装箱化的，但这一比例在1990年迅速上升到47%，2000年为68%，2010年为90%。到2009年，大约有169万标准箱在使用。所有的冷藏器都是白色的，以增加反射率（入射光的比例被反射；高反射率意味着太阳能被表面吸收较少），主要尺寸是40个高立方体（45R1是尺寸和类型代码）。例如，在晴天，当外部温度达到25°C时，低反射率容器的内部温度可以提高到50°C，而在相同的条件下，高反射率容器的内部温度只提高到38°C。
冷藏机的制冷装置在运输过程中和在集装箱堆场时都需要一个电力源。普通集装箱船有10%到20%的槽位可以用来装载冷藏船，一些船只有25%的槽位是专用的。必须强调的是，制冷装置的设计是为了保持温度在一个合适范围内，而不是冷却它。这意味着货物在装入冷藏箱之前必须达到所需的温度，这需要专门的仓储和装卸设施。新一代冷藏车即将上线，它配备了一系列传感器，有效地监测温度，并在不必要时关闭冷却装置。这可以提高温度控制的可靠性，并扩大冷藏器的自主性。
由于冷藏车多式联运的发展，越来越多地要求港口这一运输终端将其部分储存场专用于冷藏车。这种占用占码头总容量的1%至5%，而转运枢纽却可以更高。堆垛要求仅仅涉及到有一个相邻的电源插座，但更重对的任务是需要大量的劳动力，因为每个容器必须手动插入和拔出，并定期监测温度，终端操作人员有责任确保冷藏器的温度保持在预设的范围内。这也可能禁止使用架空龙门吊，这意味着冷藏堆放区可以由不同的设备服务。即使冷藏车涉及更高的终端成本，他们也是非常有利可图的，因为他们运输的是高价值商品。
- 冷链的设置和组织
在整个供应链中运送一批货物而不受任何挫折或温度异常的影响，需要建立一个全面的后勤流程，以保持装运的完整性。这一过程涉及从准备装运到最后核实交货地点货物完整性的几个阶段：
准备装运。当温度敏感产品被移动时，首先评估其特性是至关重要的。一个关键问题涉及装运的温度调节，此时应该已经在所需的温度。冷链设备通常被设计成保持温度恒定，但不能将货物带到这个温度，因此如果货物没有准备和条件，它们就无法充分执行。其他方面包括货物的目的地和这些地区的天气条件，例如货物是否会在运输路线上暴露在极端寒冷或高温下。
方式选择。如下几个关键因素影响了货物如何移动。原产地和最终目的地之间的距离（通常包括一组中间地点）、装运的大小和重量、所需的外部温度环境以及产品的任何时间限制都会影响可用的运输选择。短距离可以用货车或卡车来处理，而较长的行程可能需要飞机或集装箱船。
海关程序。如果货物跨越边界，海关程序就会变得非常重要，因为冷链产品往往对时间敏感，比普通货物更容易受到检查（例如药物和生物样本）。这项任务的难度取决于国家（或经济集团）和门户，因为程序和延误各不相同。
“最后一英里”。最后一个阶段是将货物实际交付到目的地，在物流中，这通常被称为“最后一英里”。在安排最终交货时，关键的考虑因素不仅涉及目的地，而且涉及时间。卡车和货车，这一阶段的主要运输方式，必须符合必要的规格，以转移冷链装运。同样重要的是，最后将货物转移到储存设施，因为有可能破坏完整性。
完整性和质量保证。在货物交付后，任何温度记录装置或已知的温度异常都必须记录并告知。这是建立信任和问责制的后勤进程的重要一步，特别是在发生损坏货物的赔偿责任时。如果损害装运的问题或异常确实发生，则必须努力确定来源并找到纠正措施。
因此，冷链的设置和运作取决于有关的供应链，因为每个要运输的货物单位在需求、货物完整性和运输完整性方面都有不同的要求。
- 食品运输
食品产品的运输有多种方法，香蕉是世界上最重要的商品，在食品冷链运输中，占所有海上冷藏船贸易的20%。陆地、海洋和空中模式在整个运输链中都有不同的结构来使食物保持新鲜。包装、水果和蔬菜涂料、生物工程（控制熟化）和其他减少食品变质的技术方面的创新扩大了易腐产品的范围。对于水果和蔬菜等食品，时间对其保质期有直接影响，因此对寄售可能产生的潜在收入有直接影响。与此同时，新的运输技术使易腐产品能够远距离运输。例如，非洲沿海改善了道路和多式联运，将粮食运往欧洲市场的时间从10天缩短到4天。
某些国内或跨国供应链可能只需要一种运输方式，但许多时候，陆运只是运输方式组合中的一个环节。这使得多式联运对冷链来说至关重要。多式联运通常使用20或40英尺的冷藏集装箱，可容纳多达26吨的食物。集装箱使装卸期缩短，不易遭受损坏。这些集装箱内的环境目前通过在船上或卡车上插入发电机或电源进行电子控制，但早期的食品运输将从湿冰或干冰储存处循环空气，以保持食品冷藏。冷链物流的效率使得冷库设施得以整合。
离开冰制冷使旅行的距离变得越来越远，并大大扩大了全球粮食市场的规模，使许多发展中国家能够抓住新的机会。空运食品的另一种有效方式是空运。虽然对于高度易腐和贵重物品来说，这是一种首选的旅行形式，因为它能够在更长的距离上更快地移动，但它确实缺乏对环境的控制，以及不及地面和海上运输的转移方便。此外，在飞行过程中，货物储存在15°C-20°C的环境中，但近80%的包裹在等待上飞机或被移动到机场时暴露在外部天气中。考虑到食物的价值和质量和新鲜度背后的重要性，这是令人不安的。为了使这种形式的粮食运输在市场用户中获得增长，必须接受并颁布更不妥协的战略和条例。
食品运输是一个完全适应冷链的行业，尽管存在空运问题，但仍可被认为是最具弹性的行业，特别是因为大多数食品对运输温度的暂时变化有更好的容忍度。因此，小错误可以在不担心不可逆损害的情况下加剧。例如，对于产品的运输，对于装运预冷的每一小时，必须计算相当于一天保质期的损失。冷藏集装箱的使用对此特别有帮助，因为它们占世界上所有运输的冷藏货物的50%以上。源装载可以是延长冷链产品保质期的一个重要因素，因为它直接装载在生产地点的冷藏箱中，而不需要额外的处理。例如，将原料装入冷藏箱可以使冷冻肉的保质期从传统方法延长约25天（从30-35天延长到55-60天），从而大大扩大产品的市场潜力。
温度控制运输的效率和可靠性已达到一定程度，使食品工业能够利用全球适宜的变化，这意味着在冬季，南半球可以向北半球出口易腐货物，而夏季则进行相反的贸易，一般规模较小。智利等国在这方面大有裨益，并发
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