هدف این پژوهش ، طراحی یک مدل ریاضی چند هدفه به در راستای بهینه سازی زنجیره تامین چهار سطحی کالاهای فاسد شدنی با استفاده از الگوریتم فرا ابتکاری هیبرید با عنایت به زمان تدارک، هزینه و رضایت مشتری است. زنجیره های تامین چهار سطحی مواد غذایی فاسدشدنی به دلیل تغییرات مداوم و قابل توجه در کیفیت محصولات غذایی در سراسر زنجیره تا زمان مصرف نهایی جزو زنجیره های تامین محصولات متفاوت محسوب می گردد. در این تحقیق، مدل ریاضی برای مسئله مکانیابی- مسیریابی تسهیلات در یک زنجیره تامین چهار سطحی برای محصولات فاسد شدنی با رویکرد بهینه سازی همزمان هزینه های کل زنجیره تامین، زمان تحویل سفارشات، انتشار آلاینده ها و سطح رضایت مشتریان ارائه می گردد. برای سنجش اعتبار تحقیق، مدل ریاضی در صنایع غذایی بهشهر مورد مطالعه قرار گرفته و مسئله پژوهش در قالب یک مدل چندهدفه برنامه ریزی غیرخطی عدد صحیح مختلط ارائه و برای حل آن، از ترکیب دو الگوریتم تبرید و گوزن قرمز استفاده شده است. نتایج الگوریتم پیشنهادی در یک مطالعه موردی حل و نتایج حاصل از عملکرد الگوریتم بر اساس شاخص های استاندارد بررسی شده و در نهایت نتایج محاسباتی، نشانگر کارایی الگوریتم برای طیف وسیعی از مسائل با اندازه های متفاوت است.