Развитие устойчивой пищевой холодильной цепочки представляет собой серьезную проблему с различными факторами и барьерами, которые взаимосвязаны и имеют множество обратных связей, различающихся в зависимости от страны и местных экономических, экологических, социальных, культурных и политических условий. Речь идет не только о приобретении и установке холодильных камер на солнечных батареях у ворот фермы или холодильных шкафов с хладагентами с более низким потенциалом глобального потепления в супермаркетах. На системном уровне на устойчивость холодильной цепи также влияют, среди прочего, управление послеуборочными запасами, упаковочные и погрузочно-разгрузочные материалы, утилизация отходов, утилизация тепла, а также используемые операционные модели и процедуры. Основные проблемы связаны с доступом к надежным и недорогим источникам энергии, поведенческими проблемами, набором навыков, а также бизнес-моделями и моделями финансирования, которые лежат в основе общих инвестиций. Необходимы решения для сокращения выбросов парниковых газов в глобальной пищевой холодильной цепочке и повышения ее экологической устойчивости.
Однако критерии принятия решений разработчиками холодильных цепей пищевых продуктов и инвесторами сегодня, как правило, сводятся к простому измерению экономии за счет повышения энергоэффективности и снижения выбросов при охлаждении. Необходим более широкий системный подход, который позволил бы сосредоточить внимание на других ключевых функциях и межсекторальных мероприятиях в пищевой холодильной цепочке, способствующих устойчивости и жизнестойкости агропродовольственной системы. Растет понимание того, что для создания устойчивых холодильных цепочек продуктов питания и устранения препятствий на пути к успеху наиболее эффективным образом необходим комплексный подход на системном уровне.
Однако это может быть трудно успешно реализовать в реальном мире, поскольку требует сотрудничества многих заинтересованных сторон и содержит множество взаимозависимостей. Следовательно, в настоящее время применение такого подхода ограничено, и большинство тематических исследований, приведенных в этом отчете, являются передовой практикой, направленной на решение отдельных проблем в системе холодильной цепочки пищевых продуктов и часто позволяющей быстро добиться дополнительных результатов. Эти тематические исследования включены для того, чтобы вдохновить заинтересованные стороны на краткосрочных и среднесрочных этапах развития пищевой холодильной цепочки.
Цели работы
В этом отчете освещается сложность развития пищевой холодильной цепочки во всем мире и исследуется, как она может эволюционировать, чтобы стать более устойчивой. Основные цели анализа — дать обзор состояния, движущих сил и последствий развития продовольственных холодильных цепей во всем мире; описать преимущества устойчивых продовольственных холодильных цепей; определить ключевые движущие силы, барьеры и возможности на пути к ним; а также продемонстрировать существующие технологии, проекты, финансы и бизнес-модели, а также политика, как на местном, так и на международном уровнях. Отчет завершается рекомендациями по комплексному системному подходу для ускорения действий и укрепления сотрудничества между различными участниками в целях продвижения более устойчивых продовольственных холодильных цепочек во всем мире. В долгосрочной перспективе для достижения устойчивого развития пищевой холодильной цепи потребуется изменить подход к ее развитию с линейного на циклический, понимая взаимосвязанные и динамичные отношения и циклы обратной связи в рамках всей системы, как указано в рекомендациях.
Пищевая холодильная цепь: глобальная перспектива
Чтобы прокормить ожидаемую численность населения в 9,7 миллиарда человек к 2050 году (Организация Объединенных Наций, 2019), необходимо значительно увеличить производство продовольствия. Для этого потребуется сократить 56-процентный разрыв в мировых поставках продовольствия между тем, что было произведено в 2010 году, и тем, что потребуется в 2050 году (World Resources Institute [WRI], 2019). Обеспечение питания населения планеты также означает обеспечение того, чтобы производимые продукты питания не пропадали впустую. Отсутствие эффективной холодильной цепи для поддержания качества, питательной ценности и безопасности пищевых продуктов является основной причиной глобальных потерь продовольствия и отходов, что имеет последствия для здоровья людей и их средств к существованию. Холодильная цепь — это интегрированная система распределения продуктов с регулируемой температурой, которая помогает обеспечить качество, питательную ценность и безопасность скоропортящихся продуктов и/или продуктов, чувствительных к температуре.
Холодильная цепочка играет ключевую роль в сокращении потерь пищевых продуктов и отходов после сбора урожая, а также в продлении срока хранения таких продуктов, как фрукты, овощи, молочные продукты, мясо и рыба. Это сложная система, требующая подотчетности на нескольких уровнях и включающая в себя действия, связанные с упаковкой, предварительным охлаждением, комплектацией, транспортировкой и хранением. В последние десятилетия глобальная инфраструктура пищевой холодильной цепи стремительно развивается. Однако этот рост неравномерен. В то время как в большинстве развитых стран существуют хорошо отлаженные продовольственные цепочки, многие развивающиеся страны, средства к существованию населения которых по-прежнему в значительной степени зависят от сельского хозяйства, этого не делают. Развивающиеся страны и предприятия с формирующейся рыночной экономикой нуждаются в значительных дополнительных мощностях на всех этапах холодильной цепочки, чтобы обеспечить бесперебойное подключение от фермы до склада.
Даже в развивающихся странах, где инфраструктура холодильной цепи развивается, увеличение пропускной способности может быть ограничено из-за неоптимального использования существующих мощностей. К числу проблем относятся, в частности, отсутствие доступа к надежному и недорогому энергоснабжению, наличие соответствующего инженерного потенциала (что приводит к плохому техническому обслуживанию оборудования и простоям), неправильное применение бизнес-моделей и неправильное управление прямыми или обратными связями. Результатом является неэффективное использование энергии и ресурсов, более низкая отдача от инвестиций, неоправданный перерасход финансовых средств и риски для безопасности пищевых продуктов при обрыве холодильной цепи для замороженных продуктов.
Стремительное развитие инфраструктуры и технологий холодильной цепочки пищевых продуктов требует параллельного обновления навыков и передовой практики, чтобы свести к минимуму операционные проблемы и финансовые потери, включая потерю продуктов питания. Холодильная цепочка пищевых продуктов также влияет на глобальное изменение климата и окружающую среду. Выбросы в результате потери пищевых продуктов и отходов из-за отсутствия холодильной техники в 2017 году составили, по оценкам, 1 гигатонну в эквиваленте двуокиси углерода (CO2) (в IIF/IIR 2021). В целом, на холодильную цепочку пищевых продуктов приходится около 4% от общего объема глобальных выбросов парниковых газов, включая выбросы, связанные с технологиями холодильной цепи (т.е. выбросы электроэнергии, топлива и хладагента), а также потери и отходы пищевых продуктов из-за отсутствия холодильной техники (IIF/IIR 2021).
По мере того как в развивающихся странах будет вводиться в эксплуатацию новая инфраструктура, связанная с охлаждением, выбросы от самой пищевой холодильной цепи значительно возрастут. Необходимы решения как для сокращения выбросов в глобальной пищевой холодильной цепочке, так и для того, чтобы сделать эту инфраструктуру более экологически устойчивой. Однако создание устойчивой пищевой холодильной цепочки — это гораздо больше, чем просто закупка и установка холодильных камер на солнечных батареях у ворот фермы или холодильных шкафов с более низким потенциалом глобального потепления в супермаркетах. Это представляет собой серьезную проблему с различными факторами и барьерами, все они взаимосвязаны и имеют множество обратных связей, варьирующихся в зависимости от страны и местных экономических, экологических, социальных, культурных и политических условий.
На системном уровне на устойчивость пищевой холодильной цепи влияют, в частности, управление послеуборочными запасами, упаковочные материалы и материалы для транспортировки, утилизация тепла и отходов, а также используемые операционные модели и процедуры. Ключевые проблемы связаны с поведенческими аспектами, набором операционных и коммерческих навыков, а также бизнес-моделями и моделями финансирования, которые лежат в основе общих инвестиций. В долгосрочной перспективе для достижения устойчивого развития пищевой холодильной цепочки потребуется изменить подход к развитию холодильной цепочки с линейного на циклический, признавая взаимосвязанные и динамичные отношения и обратные связи во всей системе.
Создание стоимости и ключевая роль холодильной цепи
Цепочка создания стоимости продуктов питания — это набор взаимосвязанных этапов, связанных с производством, хранением, переработкой, маркетингом, распределением и потреблением продуктов питания. Производители продуктов питания находятся на одном конце цепочки создания стоимости, а потребители — на другом. Между производством продуктов питания и их потреблением различные процессы и участники цепочки создания стоимости повышают ценность продукта питания несколькими способами. Это включает в себя первичные процессы (такие как сортировка), упаковку, предварительное охлаждение, хранение, переработку пищевых продуктов и транспортировку, которые позволяют продукту доставляться потребителю таким образом, чтобы сохранить качество и безопасность пищевых продуктов, минимизируя как пищевые, так и экономические потери. На рисунке показаны основные этапы, через которые проходит пища, прежде чем перейти к потреблению.
Хотя цепочки создания добавленной стоимости продуктов питания в той или иной форме существуют во всех странах, уровень их развития сильно различается. В развитых странах наличие современного оборудования, надежных и недорогих источников энергии, человеческого потенциала и легкого доступа к другим ресурсам обеспечивает механизацию, эффективность и изощренность производственных цепочек в сельском хозяйстве по сравнению с развивающимися странами. В развивающихся странах производственно-сбытовые цепочки, как правило, находятся в зачаточном состоянии, опираются на традиционные источники энергии, часто не имеют современных мощностей по переработке, хранению и транспортировке, страдают от нехватки людских ресурсов и имеют слабые рыночные связи.
Степень развития цепочки создания стоимости продуктов питания также влияет на разнообразие продуктов питания, которые могут быть произведены и доступны на рынке. Например, в развитых странах, где цепочки создания добавленной стоимости продуктов питания хорошо развиты, значительная доля молока перерабатывается в продукты с более высокой добавленной стоимостью, такие как сыр и сухое молоко, тогда как во многих странах Африки к югу от Сахары, например, где масштабы цепочек создания добавленной стоимости молока ограничены, относительно небольшое количество молоко перерабатывается в более ценные продукты.
Пищевая промышленность может принимать различные формы, включая замораживание, вяление, сушку, пастеризацию, ферментацию и консервирование, и это может принести значительные экономические выгоды за счет увеличения срока годности продуктов. Это позволяет сократить потери продовольствия, использовать продукцию для производства продуктов с добавленной стоимостью и продавать их в межсезонье.
Buencafé — колумбийская компания, производящая растворимый кофе премиум-класса и входящая в Колумбийскую федерацию производителей кофе (FNC). В промышленном производстве используется технология сублимационной сушки. Процесс начинается со сбора свежего зеленого кофе, который после обжарки измельчается и заливается чистой родниковой водой для извлечения растворимых кофейных компонентов. Экстракт замораживается при температуре около -5 градусов по Цельсию для сохранения вкуса и аромата, затем лед удаляется путем криоконцентрации.
Наконец, кофейные экстракты подвергают глубокой заморозке при температуре -50°C с использованием вакуумного давления (менее одной тысячной атмосферного) с последующей сублимацией оставшегося льда. С 1990 года в системах охлаждения газообразный фреон (R-22) был заменен на аммиак (R-717). Buencafé повысило свою энергоэффективность, снизив потребление энергии на килограмм сублимированного кофе с 40 киловатт-часов (кВтч) в 2015 году до 34 кВтч в 2018 году. Благодаря более эффективному использованию имеющихся природных ресурсов и внедрению стратегий экономики замкнутого цикла компания смогла приступить к замене ископаемого топлива в процессе производства.
Буэнкафе использует кофейные отходы и природный газ в качестве источников энергии для производства тепла, при этом большая часть электроэнергии вырабатывается с помощью солнечной фотоэлектрической системы мощностью 5 мегаватт (МВт) и гидроэлектростанции мощностью 2,5 МВт.
Что касается скоропортящихся продуктов, таких как мясо, молочные продукты, фрукты и овощи, то наличие доступа к холодильным установкам и холодильной цепочке крайне важно для поддержания качества и безопасности пищевых продуктов, а также для снижения потерь по всей цепочке поставок. Однако регулирование температуры и охлаждение являются энергоемкими процессами и, при использовании ископаемого топлива, могут привести к значительным выбросам парниковых газов. Кроме того, в обычном холодильном оборудовании в пищевой холодильной цепи используются хладагенты с высоким потенциалом глобального потепления (ПГП), что может еще больше увеличить общий объем выбросов парниковых газов в холодильной цепи.
Холодильная цепь является неотъемлемой частью цепочки создания стоимости продуктов питания. Это интегрированная система распределения продуктов питания с регулируемой температурой, которая гарантирует, что скоропортящиеся продукты и/или продукты, чувствительные к температуре, хранятся при оптимальных температуре и условиях окружающей среды (которые могут отличаться в зависимости от конкретных характеристик продукта) для сохранения их качества, питательной ценности и безопасности от источника до места назначения. Она включает в себя широкий спектр видов деятельности, от фермы до развилки, а также различные заинтересованные стороны, от производителей до потребителей.
Холодильная цепочка пищевых продуктов — это сложная система, состоящая из множества статичных и подвижных элементов. Таким образом, она требует подотчетности на нескольких уровнях, включая фермеров, агрегаторов, переработчиков и производителей, дистрибьюторов, розничных торговцев и потребителей. Как правило, он включает в себя этапы, включающие первичную обработку (например, сортировку и сортировочный лист), упаковку, предварительное охлаждение, холодильные склады, холодное хранение на оптовом/розничном уровне, общественное питание, мобильные компоненты (например, перевозку в рефрижераторах на грузовиках, судах и самолетах, а также тележки для уличной торговли с охлаждением), а также хранить в домашних условиях до употребления в пищу.
В чем разница между предварительным охлаждением и холодным хранением?
Предварительное или первичное охлаждение — это контролируемый и быстрый отвод тепла от свежесобранных или забитых продуктов перед хранением или транспортировкой. Для этого требуется высокопроизводительное охлаждение и оптимизированная работа, чтобы свести к минимуму потерю веса продуктов. Предварительное охлаждение является важным первым этапом в холодильной цепочке производства свежих продуктов. Это один из наиболее эффективных методов увеличения срока хранения свежих продуктов (при сохранении питательных свойств) и снижения энергетической нагрузки на остальных этапах пищевой цепочки (Салливан, Дэвенпорт и Джулиан, 1996). Однако в развивающихся странах предварительное охлаждение часто упускается из виду, поскольку основное внимание уделяется хранению в холодильнике.
Холодильная камера — это холодильный склад с камерами подходящего размера для хранения предварительно охлажденных продуктов. Холодопроизводительность холодильных камер рассчитана на поддержание температуры поступающих продуктов, а не на отвод тепла, как в случае с чиллерами/предохладителями. Таким образом, важно учитывать возможность предварительного охлаждения независимо от холодильного хранения, поскольку для этого требуется специально разработанное оборудование (Elansari, 2009).
Существует множество методов предварительного охлаждения, таких как камерное охлаждение, струйное охлаждение, гидроохлаждение, охлаждение льдом и вакуумное охлаждение (таблица 1). Выбор метода предварительного охлаждения зависит от нескольких факторов, включая характеристики продукта, а также такие критерии, как температура воздуха, относительная влажность, требования к снижению температуры, холодильная нагрузка, желаемая скорость охлаждения и эксплуатационные расходы.
Предварительное охлаждение также является важным этапом в цепочке поставок молока и может улучшить качество молока и снизить нагрузку на холодильные камеры при хранении, тем самым снижая потребности в энергии и затраты. Предварительное охлаждение уменьшает разницу между температурой молока после доения и требуемой температурой хранения до 4°C перед подачей в резервуар для дальнейшего охлаждения.
Обычно это достигается с помощью пластинчатых или трубчатых охладителей, использующих воду из сети, колодца или грунтовых вод (Bennett et al., 2015). Пластинчатый охладитель состоит из ряда пластин из нержавеющей стали. Холодная вода течет по одной стороне каждой тарелки, а молоко течет по другой в противоположном направлении, и тепло передается через тарелки от молока к воде. Трубчатые охладители работают аналогично. Трубчатый охладитель состоит из двух трубок из нержавеющей стали, одна из которых находится внутри другой, причем по внутренней трубке течет молоко, а по внешней — вода.
Холодильная цепь играет важную роль в любой цепочке поставок скоропортящихся продуктов, поскольку время и температура являются важнейшими переменными в послеуборочной обработке. Например, многие продукты садоводства портятся за один час при высокой температуре 25°C с той же скоростью, что и за неделю при низкой температуре 1°C (Броснан и Сан, 2001). Процессы разложения начинаются сразу после сбора урожая, убоя или комплектации и продолжаются по всей цепочке поставок до тех пор, пока продукт не испортится или не будет израсходован.
Процессы дыхания, транспирации, ферментативного расщепления и роста микроорганизмов усиливаются с повышением температуры, что приводит как к количественным потерям (из-за потери воды и гниения), так и к качественным потерям (например, из-за потери текстуры, вкуса, питательных свойств и безопасности) (Kader, 2002; Kitinoja, 2013). К другим экологическим параметрам, влияющим на срок годности продуктов к употреблению, относятся их влажность и состав окружающего воздуха. Эти параметры необходимо контролировать на протяжении всей пищевой холодильной цепочки. Кроме того, холодильная цепочка должна учитывать используемую упаковку, тип погрузочно-разгрузочного оборудования и другие технологические и логистические системы. Чтобы обеспечить значительный срок хранения (наличие на полках магазинов и кухонь) скоропортящихся продуктов, холодильная цепочка может значительно выиграть от цифровизации своей деятельности и мониторинга.