本期特邀专家、江南大学食品学院院长刘元法，围绕“未来食品新业态：数字化食品产业”撰写署名文章，分享自己的独到观点。刘元法院长指出，未来食品行业发展将催生出“安全、营养、方便、个性化”的产品新需求和“智能、节能、环保、可持续”的产业新追求。其中，基于多学科交叉的食品科技创新、数字化食品的产业诞生和发展将是未来食品产业满足产品需求与产业追求的必然趋势。
江南大学食品学院院长刘元法教授(右一)
1、食品行业亟待产业革新
进入21世纪之后，我国的发展环境和居民的生活环境、生活状态、物质需求正在发生深刻的改变，面向未来也同样面临着人口增长、生态效应、气候变化、资源与环境问题、公共健康问题等前所未有的挑战，特别是目前全世界正在遭遇新冠病毒疫情等重大影响。在这个发展与挑战并存的背景下，我们有必要对国家重要的民生产业-食品产业的未来发展方向进行梳理和研究。我们近期在《未来食品科学与技术》(科学技术出版社，2021)一书中，指出未来食品行业发展将催生出“安全、营养、方便、个性化”的产品新需求和“智能、节能、环保、可持续”的产业新追求。其中，基于多学科交叉的食品科技创新，数字化食品的产业诞生和发展将是未来食品产业满足产品需求与产业追求的必然趋势。
其实，我们生活的方方面面已经在数字化革命的浪潮当中了，包括零售、通讯、到教育、媒体、娱乐，经济，人类社会正在进入以数字化为主要标志的新阶段。过去十年风行“由外而内”的数字化转型，而今则更趋向于利用呈指数级发展的技术“由内而外”地发挥数据的潜力。食品行业作为国民经济重要支柱产业和民生保障的基础产业，正步入以营养健康为标签的高质量发展阶段，食品消费正由生存型消费向健康型、享受型消费转变，由吃饱、吃好向保障食品安全、健康、满足食品消费多样化转变。而在数字化社会的大背景下，食品行业也正在发生着巨大变革性变化，基于此，我们提出了数字化食品的新业态概念：基于食品营养数字化、人体健康数字化、加工制造数字化前提下的全数字化链条制造出的食品，就是数字化食品，其未来在食品行业中的发展将为食品产业的转移/更新/革命带来了新机遇，这既是食品行业健康发展的必要需求，也是顺应国家时代发展的需求。
通过利用物联网、云计算、人工智能、区块链技术等数字化技术对食品原料物性、营养特性、人群营养特征等信息数据化和整合分析，继而与食品生物合成、食品重组、增材制造、智能化加工、智慧化物流、智慧化包装等高新技术深度融合后，可以得到具有精准化创制典型特征的数字化食品。食品行业已经开始逐步通过数字技术与实体食品企业的深度融合来形成上述数字化食品的产业模式，来满足和促进食品行业和企业本身的可持续发展。
2、数字化食品是食品产业发展的新模式新业态
国家政策明确背景下，食品行业未来发展前景较为广阔。国家已经针对食品发展问题提出多项行业政策，通过改善食品供给、健全食品标准体系、提升产品质量等措施来促进食品产业发展并推进健康中国建设。但食品工业的发展目前仍存在很多不足，特别是企业所提供的产品和服务不能有效满足消费者需求(如健康需求)、产品形式单一、产能与有效供给的不对称、健康食品产业与食品安全问题频发等。食品制造产业长期以来的以数量扩张为主的粗放型发展方式仍然未得到全面改变，随着市场需求的转变和国际竞争日趋激烈，产业结构亟待优化调整。推动产业升级和结构优化调整，促进食品制造业发展方式改变的任务依然不可懈怠。而数字化食品的产业模式被认为是解决食品行业痛点和未来食品发展的新业态，即伴随着物联网、云计算、大数据等技术的发展，食品加工行业以人体营养健康需求、食品原料物性等数据流驱动产业链条来实现食用资源与产品的最优配置，这类食品的新业态具有精准或定制化制造和供给的典型特征。
随着时代的发展，人们对食品特征开始有额外的滋味、口感、营养特性、安全特性的需求，甚至对原料产地也开始有需求限定。正因为如此，从加工-生产-运输过程中，都必须考虑食品的化学、物理或生物特性;同时食品创制过程中也需要考虑到消费者营养状况背后的健康需求，这些足以使食品行业在产品决策方式发生根本性的改变。这些决策方式包括对大数据的集成数据分析和管理系统，在此基础上进行系统优化和决策管理，来产生特定需求的数字化食品。
3、数字化食品产业模式的精准化创制特征
数字化食品的核心在于食品原材料、加工生产、物流、销售原料、终端消费(特征与需求)等全方位收集与整合的海量大数据的收集与处理，分别在食品营养数字化、人体健康数字化、加工制造数字化链条中产生。在数字化食品产业模式中，我们可以通过建立人体营养需求与复杂食品体系中原料组分、结构、品质与加工工艺参量之间相互关联的数据分析体系，以个性化需求、符合健康和安全需求为主要目标，基于食品营养数字化、人体健康数字化、加工制造数字化前提下的全数字化链条的数据处理/分析/决策，将加工过程的热量、动量、能量平衡等参数与食品感官、质构和理化特性相互连通，实现食品产业链的全元素的连接与整合，来达到数字化食品的设计与制造。
例如，植物基产品是当前更符合新一代消费者对健康饮食追求的产品形式。包括植物基肉制品和乳制品的产品正在快速发展。植物基肉制品正是通过利用生物质构重组技术，针对产品形式(适合中国消费习惯的产品形式)、色香味形(风味物质分析、感官特征)、营养功能(多种营养组分)的大数据分析与整合，拟合仿真并进行多组分重组形成的产品。比如利用人工智能/机器学习技术对植物蛋白原料特性、谷氨酰胺转氨酶的使用参数、产品的热稳定性、乳化性、凝胶特性、保水性、流变学特性、切片性、出品率的数据进行拟合分析，系统性地筛选不同的成分或配方，根据个人需求的不同得以快速进行产品设计。这种新型植物肉的生产模式将改变食品的传统农业生产方式，也重塑未来食品供给和加工制造模式。另一种角度讲，数字化食品的精准化特征也完全可以有效推进食品的健康化进程，实现更安全、更营养、更健康和可持续的农业生产和食品获取方式，也更方便了国家监管体系和国民对于食品安全的监管。因此，数字化食品的产业模式将是转变我国食品行业发展方式、推动食品行业高质量发展和保障人民健康的发展新业态。其中，食品组学与新一代信息技术的集成通过研究和分析食品制造全过程的质量、安全、营养数据，如食品物性数据、人体营养体征数据等，可为数字化食品的创制奠定技术基础。
在数字化食品的加工制造过程中，人工智能等信息化技术的使用还使得数字化食品的工业生产中例行或管理任务实现自动化，通过实时对生产线各个环节、各个设备运行中的设备参数、工艺、中间产品特征数据进行采集，实现多维度的动态数据分析，实现对生产过程工艺优化、质量管控、设备管理与维护等功能。某饮料生产企业已经通过物联网技术在生产线上安装不同的传感器，实现了从产品调配、吹瓶、灌装到包装、码垛等环节的在线实时监测以及产品生产过程中产品参数的在线实时监测。此外，我们也可以基于食品合成生物学、食品重组科学、增材制造、智能化加工包装技术与信心技术的深度融合，根据产品的定制化需求，基于上述对生产过程、供应链和产品运行、用户使用过程中的海量数据分析，通过虚拟产线模型分析，根据订单情况快速进行产品设计、调动物料供应、安排产线生产，实现食品的定制化制造。3D/4D打印技术就是数字化食品的加工制造技术中非常典型的一个技术案例，根据配方和营养成分的不同，能够在成分、结构、质地和口味上产生更为精准定制化的食品，具有节约原料成本、产品造型丰富和个性化营养定制、极易满足人体健康需求等优点，这种技术在未来数字化食品的产业发展的现状和趋势中可以发挥更大的作用。
数字化食品的产业模式
4、数字化食品生产模式的未来发展前景
数字化食品是以来源于食物本身的营养特性、人体健康特征(消费者身体生理特征、健康需求、爱好与个性需求)、食品加工制造中的特征变化等全方位收集与整合的大数据为核心的，所以数字化食品的产品设计极其依赖于大数据和人工智能的数据驱动。这些数据也是我们身处数字化时代的新型战略资源。利用这些资源，我们可以彻底改变食品系统的资源利用模式。甚至随着未来技术的发展，我们可以预想的到是，基于数字化系统与智能化制造线的实现，将来的某一天仅仅需要消费者通过指尖和屏幕的交互即可达到产品个性化需求的完美满足。
因此，数字化食品的发展模式有利于打造企业竞争力，也可以解决传统工业的发展转型升级，从而降本增效。当然，我们更为关注的是数字化食品能够带来食品行业的高质量可持续发展和国民膳食营养与安全领域的正向发展，来真正的实现“健康中国”。作为食品产业主体、消费、产业监管通过数字化转型来相互融合的新产业新模式新业态，数字化食品的发展将对食品行业的所有部门的发展升级产生越来越大的影响，也将重新塑造食品行业的核心竞争力，是未来食品发展的重要工业制造模式。
作者：江南大学食品学院院长 刘元法
