1、食品行業(yè)亟待產業(yè)革新

進入21世紀之后，我國的發(fā)展環(huán)境和居民的生活環(huán)境、生活狀態(tài)、物質需求正在發(fā)生深刻的改變，面向未來也同樣面臨著人口增長、生態(tài)效應、氣候變化、資源與環(huán)境問題、公共健康問題等前所未有的挑戰(zhàn)，特別是目前全世界正在遭遇新冠病毒疫情等重大影響。在這個發(fā)展與挑戰(zhàn)并存的背景下，我們有必要對國家重要的民生產業(yè)－食品產業(yè)的未來發(fā)展方向進行梳理和研究。我們近期在《未來食品科學與技術》（科學技術出版社，2021）一書中，指出未來食品行業(yè)發(fā)展將催生出“安全、營養(yǎng)、方便、個性化”的產品新需求和“智能、節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)”的產業(yè)新追求。其中，基于多學科交叉的食品科技創(chuàng)新，數(shù)字化食品的產業(yè)誕生和發(fā)展將是未來食品產業(yè)滿足產品需求與產業(yè)追求的必然趨勢。

其實，我們生活的方方面面已經在數(shù)字化革命的浪潮當中了，包括零售、通訊、到教育、媒體、娛樂，經濟，人類社會正在進入以數(shù)字化為主要標志的新階段。過去十年風行“由外而內”的數(shù)字化轉型，而今則更趨向于利用呈指數(shù)級發(fā)展的技術“由內而外”地發(fā)揮數(shù)據(jù)的潛力。食品行業(yè)作為國民經濟重要支柱產業(yè)和民生保障的基礎產業(yè)，正步入以營養(yǎng)健康為標簽的高質量發(fā)展階段，食品消費正由生存型消費向健康型、享受型消費轉變，由吃飽、吃好向保障食品安全、健康、滿足食品消費多樣化轉變。而在數(shù)字化社會的大背景下，食品行業(yè)也正在發(fā)生著巨大變革性變化，基于此，我們提出了數(shù)字化食品的新業(yè)態(tài)概念：基于食品營養(yǎng)數(shù)字化、人體健康數(shù)字化、加工制造數(shù)字化前提下的全數(shù)字化鏈條制造出的食品，就是數(shù)字化食品，其未來在食品行業(yè)中的發(fā)展將為食品產業(yè)的轉移/更新/革命帶來了新機遇，這既是食品行業(yè)健康發(fā)展的必要需求，也是順應國家時代發(fā)展的需求。

通過利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈技術等數(shù)字化技術對食品原料物性、營養(yǎng)特性、人群營養(yǎng)特征等信息數(shù)據(jù)化和整合分析，繼而與食品生物合成、食品重組、增材制造、智能化加工、智慧化物流、智慧化包裝等高新技術深度融合后，可以得到具有精準化創(chuàng)制典型特征的數(shù)字化食品。食品行業(yè)已經開始逐步通過數(shù)字技術與實體食品企業(yè)的深度融合來形成上述數(shù)字化食品的產業(yè)模式，來滿足和促進食品行業(yè)和企業(yè)本身的可持續(xù)發(fā)展。

2、數(shù)字化食品是食品產業(yè)發(fā)展的新模式新業(yè)態(tài)

國家政策明確背景下，食品行業(yè)未來發(fā)展前景較為廣闊。國家已經針對食品發(fā)展問題提出多項行業(yè)政策，通過改善食品供給、健全食品標準體系、提升產品質量等措施來促進食品產業(yè)發(fā)展并推進健康中國建設。但食品工業(yè)的發(fā)展目前仍存在很多不足，特別是企業(yè)所提供的產品和服務不能有效滿足消費者需求（如健康需求）、產品形式單一、產能與有效供給的不對稱、健康食品產業(yè)與食品安全問題頻發(fā)等。食品制造產業(yè)長期以來的以數(shù)量擴張為主的粗放型發(fā)展方式仍然未得到全面改變，隨著市場需求的轉變和國際競爭日趨激烈，產業(yè)結構亟待優(yōu)化調整。推動產業(yè)升級和結構優(yōu)化調整，促進食品制造業(yè)發(fā)展方式改變的任務依然不可懈怠。而數(shù)字化食品的產業(yè)模式被認為是解決食品行業(yè)痛點和未來食品發(fā)展的新業(yè)態(tài)，即伴隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術的發(fā)展，食品加工行業(yè)以人體營養(yǎng)健康需求、食品原料物性等數(shù)據(jù)流驅動產業(yè)鏈條來實現(xiàn)食用資源與產品的最好配置，這類食品的新業(yè)態(tài)具有精準或定制化制造和供給的典型特征。

隨著時代的發(fā)展，人們對食品特征開始有額外的滋味、口感、營養(yǎng)特性、安全特性的需求，甚至對原料產地也開始有需求限定。正因為如此，從加工－生產－運輸過程中，都必須考慮食品的化學、物理或生物特性；同時食品創(chuàng)制過程中也需要考慮到消費者營養(yǎng)狀況背后的健康需求，這些足以使食品行業(yè)在產品決策方式發(fā)生根本性的改變。這些決策方式包括對大數(shù)據(jù)的集成數(shù)據(jù)分析和管理系統(tǒng)，在此基礎上進行系統(tǒng)優(yōu)化和決策管理，來產生特定需求的數(shù)字化食品。

3、數(shù)字化食品產業(yè)模式的精準化創(chuàng)制特征

數(shù)字化食品的核心在于食品原材料、加工生產、物流、銷售原料、終端消費（特征與需求）等全方位收集與整合的海量大數(shù)據(jù)的收集與處理，分別在食品營養(yǎng)數(shù)字化、人體健康數(shù)字化、加工制造數(shù)字化鏈條中產生。在數(shù)字化食品產業(yè)模式中，我們可以通過建立人體營養(yǎng)需求與復雜食品體系中原料組分、結構、品質與加工工藝參量之間相互關聯(lián)的數(shù)據(jù)分析體系，以個性化需求、符合健康和安全需求為主要目標，基于食品營養(yǎng)數(shù)字化、人體健康數(shù)字化、加工制造數(shù)字化前提下的全數(shù)字化鏈條的數(shù)據(jù)處理/分析/決策，將加工過程的熱量、動量、能量平衡等參數(shù)與食品感官、質構和理化特性相互連通，實現(xiàn)食品產業(yè)鏈的全元素的連接與整合，來達到數(shù)字化食品的設計與制造。

例如，植物基產品是當前更符合新一代消費者對健康飲食追求的產品形式。包括植物基肉制品和乳制品的產品正在快速發(fā)展。植物基肉制品正是通過利用生物質構重組技術，針對產品形式（適合中國消費習慣的產品形式）、色香味形（風味物質分析、感官特征）、營養(yǎng)功能（多種營養(yǎng)組分）的大數(shù)據(jù)分析與整合，擬合仿真并進行多組分重組形成的產品。比如利用人工智能/機器學習技術對植物蛋白原料特性、谷氨酰胺轉氨酶的使用參數(shù)、產品的熱穩(wěn)定性、乳化性、凝膠特性、保水性、流變學特性、切片性、出品率的數(shù)據(jù)進行擬合分析，系統(tǒng)性地篩選不同的成分或配方，根據(jù)個人需求的不同得以快速進行產品設計。這種新型植物肉的生產模式將改變食品的傳統(tǒng)農業(yè)生產方式，也重塑未來食品供給和加工制造模式。另一種角度講，數(shù)字化食品的精準化特征也完全可以有效推進食品的健康化進程，實現(xiàn)更安全、更營養(yǎng)、更健康和可持續(xù)的農業(yè)生產和食品獲取方式，也更方便了國家監(jiān)管體系和國民對于食品安全的監(jiān)管。因此，數(shù)字化食品的產業(yè)模式將是轉變我國食品行業(yè)發(fā)展方式、推動食品行業(yè)高質量發(fā)展和保障人民健康的發(fā)展新業(yè)態(tài)。其中，食品組學與新一代信息技術的集成通過研究和分析食品制造全過程的質量、安全、營養(yǎng)數(shù)據(jù)，如食品物性數(shù)據(jù)、人體營養(yǎng)體征數(shù)據(jù)等，可為數(shù)字化食品的創(chuàng)制奠定技術基礎。

在數(shù)字化食品的加工制造過程中，人工智能等信息化技術的使用還使得數(shù)字化食品的工業(yè)生產中例行或管理任務實現(xiàn)自動化，通過實時對生產線各個環(huán)節(jié)、各個設備運行中的設備參數(shù)、工藝、中間產品特征數(shù)據(jù)進行采集，實現(xiàn)多維度的動態(tài)數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)對生產過程工藝優(yōu)化、質量管控、設備管理與維護等功能。某飲料生產企業(yè)已經通過物聯(lián)網(wǎng)技術在生產線上安裝不同的傳感器，實現(xiàn)了從產品調配、吹瓶、灌裝到包裝、碼垛等環(huán)節(jié)的在線實時監(jiān)測以及產品生產過程中產品參數(shù)的在線實時監(jiān)測。此外，我們也可以基于食品合成生物學、食品重組科學、增材制造、智能化加工包裝技術與信心技術的深度融合，根據(jù)產品的定制化需求，基于上述對生產過程、供應鏈和產品運行、用戶使用過程中的海量數(shù)據(jù)分析，通過虛擬產線模型分析，根據(jù)訂單情況快速進行產品設計、調動物料供應、安排產線生產，實現(xiàn)食品的定制化制造。3D/4D打印技術就是數(shù)字化食品的加工制造技術中非常典型的一個技術案例，根據(jù)配方和營養(yǎng)成分的不同，能夠在成分、結構、質地和口味上產生更為精準定制化的食品，具有節(jié)約原料成本、產品造型豐富和個性化營養(yǎng)定制、極易滿足人體健康需求等優(yōu)點，這種技術在未來數(shù)字化食品的產業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢中可以發(fā)揮更大的作用。

4、數(shù)字化食品生產模式的未來發(fā)展前景

數(shù)字化食品是以來源于食物本身的營養(yǎng)特性、人體健康特征（消費者身體生理特征、健康需求、愛好與個性需求）、食品加工制造中的特征變化等全方位收集與整合的大數(shù)據(jù)為核心的，所以數(shù)字化食品的產品設計極其依賴于大數(shù)據(jù)和人工智能的數(shù)據(jù)驅動。這些數(shù)據(jù)也是我們身處數(shù)字化時代的新型戰(zhàn)略資源。利用這些資源，我們可以徹底改變食品系統(tǒng)的資源利用模式。甚至隨著未來技術的發(fā)展，我們可以預想的到是，基于數(shù)字化系統(tǒng)與智能化制造線的實現(xiàn)，將來的某一天僅僅需要消費者通過指尖和屏幕的交互即可達到產品個性化需求的完美滿足。

因此，數(shù)字化食品的發(fā)展模式有利于打造企業(yè)競爭力，也可以解決傳統(tǒng)工業(yè)的發(fā)展轉型升級，從而降本增效。當然，我們更為關注的是數(shù)字化食品能夠帶來食品行業(yè)的高質量可持續(xù)發(fā)展和國民膳食營養(yǎng)與安全領域的正向發(fā)展，來真正的實現(xiàn)“健康中國”。作為食品產業(yè)主體、消費、產業(yè)監(jiān)管通過數(shù)字化轉型來相互融合的新產業(yè)新模式新業(yè)態(tài)，數(shù)字化食品的發(fā)展將對食品行業(yè)的所有部門的發(fā)展升級產生越來越大的影響，也將重新塑造食品行業(yè)的核心競爭力，是未來食品發(fā)展的重要工業(yè)制造模式。