數(shù)字化食品在新時代下的發(fā)展與挑戰(zhàn)

李兆豐，劉炎峻，徐勇將，王 靜，陳 堅，劉元法,5,*

（1.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122；2.江南大學(xué) 糧食發(fā)酵與食品生物制造國家工程研究中心，江蘇 無錫 214122；3.北京工商大學(xué)食品與健康學(xué)院，北京 100048；4.江南大學(xué)未來食品科學(xué)中心，江蘇 無錫 214122；5.白馬未來食品研究院，江蘇 南京 211225）

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能等新一代信息技術(shù)的不斷突破和廣泛應(yīng)用，全球正在經(jīng)歷一場顛覆性的數(shù)字革命，改變著人類生產(chǎn)生活方式、各國經(jīng)濟社會發(fā)展、全球治理體系和人類文明進程。數(shù)字化經(jīng)濟已經(jīng)是事關(guān)國家發(fā)展大局的戰(zhàn)略選擇。目前，美國2020年數(shù)字經(jīng)濟已達到13.6萬億 美元，數(shù)字化轉(zhuǎn)型布局起步較早，其數(shù)字經(jīng)濟在國內(nèi)經(jīng)濟中占據(jù)主導(dǎo)地位，約占GDP的60%以上。而中國數(shù)字經(jīng)濟雖然發(fā)展迅速（2020年數(shù)字經(jīng)濟增速9.6%），但數(shù)字經(jīng)濟以5.4萬億 美元的規(guī)模位居第二，數(shù)字經(jīng)濟規(guī)模占中國國內(nèi)生產(chǎn)總值比重約40%，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型亟待穩(wěn)步推進。

食品行業(yè)作為國民經(jīng)濟重要支柱產(chǎn)業(yè)和保障民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其中數(shù)字化食品也已經(jīng)成為其未來發(fā)展模式的必要趨勢。我國的食品產(chǎn)業(yè)也進入高質(zhì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)變，成為目前食品行業(yè)相關(guān)工作者的首要任務(wù)。目前，中國的數(shù)字化食品產(chǎn)業(yè)主要體現(xiàn)在食品制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級與現(xiàn)代食品安全檢測方面。其中，食品個性化設(shè)計也在逐步數(shù)字化。例如，食品領(lǐng)域的3D打印技術(shù)作為一種新興的食品加工技術(shù)，集成了數(shù)字化和食品加工等多種技術(shù)，具有節(jié)約原料成本、產(chǎn)品造型豐富和個性化營養(yǎng)定制等獨特優(yōu)點，可以根據(jù)配方和營養(yǎng)成分的不同，對食品組分進行優(yōu)化以制造出可滿足不同人群需求的健康食品等。隨著工業(yè)4.0的推動，涉及飲料、乳制品等領(lǐng)域的食品制造業(yè)已經(jīng)逐步開始智能數(shù)字化，食品生產(chǎn)自動化及智能化成為企業(yè)控制運營成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量、確保產(chǎn)品安全以及靈活地適應(yīng)消費多樣化需求等的重要技術(shù)手段之一，但是數(shù)字化程度僅僅局限于部分關(guān)鍵鏈條。此外，目前已有多個食品專業(yè)機構(gòu)發(fā)起并建立了基于大數(shù)據(jù)分析的食品安全信息平臺，作為推進大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)在食品安全監(jiān)管領(lǐng)域的信息化平臺，如何實現(xiàn)最大程度的數(shù)字化和數(shù)據(jù)公開化，實施智慧監(jiān)管，逐步實現(xiàn)食品安全數(shù)字化監(jiān)管和安全信息的數(shù)據(jù)流共享，也是食品行業(yè)正在穩(wěn)步推進的方向之一。除食品制造和食品監(jiān)管之外，食品營銷、食品供應(yīng)等多數(shù)食品領(lǐng)域中的數(shù)字化食品均已在穩(wěn)步發(fā)展。例如，食品企業(yè)通過在線食品選擇、套餐配搭、食品配送應(yīng)用程序來用于零售服務(wù)和飲食干預(yù)，并根據(jù)個人需求進行個性化需求設(shè)計。這種數(shù)字化食品零售服務(wù)通過擴大對消費者的食品供應(yīng)，進一步影響飲食習(xí)慣并調(diào)整商業(yè)模式。

盡管數(shù)字化食品的發(fā)展已經(jīng)成為食品行業(yè)的發(fā)展趨勢，但是數(shù)字化食品的發(fā)展也面臨著新機遇與挑戰(zhàn)。因此，本文綜述了數(shù)字化食品在食品領(lǐng)域的研究進展與關(guān)鍵技術(shù)，并展望了其在食品行業(yè)的未來發(fā)展趨勢。加速數(shù)字化食品成為未來食品的重要工業(yè)制造與發(fā)展模式，推進食品產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，將對食品行業(yè)所有部門的發(fā)展升級產(chǎn)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。

1 數(shù)字化食品概念與內(nèi)涵

1.1 數(shù)字化食品概念

數(shù)字化食品是順應(yīng)時代發(fā)展基于推進數(shù)字化進程所產(chǎn)生出來的一種產(chǎn)品類型，是數(shù)字轉(zhuǎn)型的產(chǎn)物，反映了消費者對便利服務(wù)的持續(xù)需求。數(shù)字化的特點是以數(shù)字信號的方式關(guān)聯(lián)、使用，或存儲數(shù)據(jù)或信息。數(shù)字化食品目前被認為是利用人工智能等數(shù)字化技術(shù)，通過人類營養(yǎng)健康需要、食品原料物性等數(shù)據(jù)化，借助食品生物合成、食品重組、增材制造、智能化加工、智慧化包裝等食品加工相關(guān)技術(shù)產(chǎn)生，具備精準(zhǔn)或定制化制造和供給的典型特征。數(shù)字化食品的產(chǎn)業(yè)模式是以數(shù)字知識和信息為關(guān)鍵生產(chǎn)要素，以數(shù)字技術(shù)為核心驅(qū)動力，以現(xiàn)代信息平臺為重要載體，通過數(shù)字技術(shù)與實體食品企業(yè)的深度融合來升級革新整個食品產(chǎn)業(yè)鏈條的發(fā)展模式。

1.2 數(shù)字化食品特征

數(shù)字化食品已經(jīng)被認為是食品產(chǎn)業(yè)主體、消費、產(chǎn)業(yè)監(jiān)管通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型來相互融合的新產(chǎn)業(yè)、新模式、新業(yè)態(tài)。數(shù)字化食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目的，正是為了通過對食品生產(chǎn)/加工/監(jiān)管/消費全鏈條的數(shù)據(jù)流進行有效利用和整合分析，基于開放的數(shù)據(jù)生態(tài)體系，使得食品產(chǎn)業(yè)的數(shù)字價值充分釋放，來最大限度地滿足消費者需求和食品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字化食品以原料來源、消費者愛好與個性需求、食品檢測等全方位收集與整合的大數(shù)據(jù)為核心，通過食品數(shù)據(jù)資源的有效利用以及開放的數(shù)據(jù)生態(tài)體系使得數(shù)字價值充分釋放，來驅(qū)動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級和新食品業(yè)態(tài)的培育發(fā)展。因此，數(shù)字化食品的發(fā)展依賴于推動數(shù)字化發(fā)展的幾項關(guān)鍵技術(shù)，例如物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)及云計算等技術(shù)，同時也是食品企業(yè)、食品消費/物流/監(jiān)管系統(tǒng)不斷實現(xiàn)數(shù)字化的必然趨勢。

與其他物質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)不同的是，數(shù)字化食品的生產(chǎn)有額外的具體需求。由于原材料的可變性，加工-生產(chǎn)-運輸過程中都必須考慮食品的化學(xué)、物理或生物特性；而由于食物攝入的營養(yǎng)性與安全性，食品生產(chǎn)過程中同樣必須考慮到消費者的健康需求，這些足以使食品行業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)、加工制造、儲運流通過程中的每項決策發(fā)生改變或改進（圖1）。

圖1 數(shù)字化食品的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及其技術(shù)基礎(chǔ)Fig.1 Industrial structure and technical basis of digital foods

中國食品領(lǐng)域目前存在很多不足，特別是企業(yè)所提供的產(chǎn)品和服務(wù)不能有效滿足消費者需求（如健康需求）、產(chǎn)品形式單一、健康食品產(chǎn)業(yè)亂象、產(chǎn)能與有效供給的不對稱、食品安全頻發(fā)等等。對此，數(shù)字化食品的轉(zhuǎn)型是食品行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要途徑。研究證明，某些傳統(tǒng)食品產(chǎn)業(yè)通過實施智能制造試點示范項目，建設(shè)具有較高水平的數(shù)字化車間，生產(chǎn)效率平均提升37.6%、能源利用率平均提升16.1%、運營成本平均降低21.2%、產(chǎn)品研制周期平均縮短30.8%、產(chǎn)品不良率平均降低25.6%。根據(jù)2017年世界經(jīng)濟論壇的數(shù)據(jù)，數(shù)字化食品的物流數(shù)字化轉(zhuǎn)型使物流服務(wù)業(yè)成本降低34.2%、營收增加33.6%，通過物流網(wǎng)、5G等技術(shù)能提升供應(yīng)鏈透明化程度，減少腐爛變質(zhì)，擴大運輸半徑，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)果蔬、畜禽、水產(chǎn)等生鮮食品和食材原料供給，確保整個冷鏈物流的可控、可防、可追溯。此外，值得注意的是，由于不健康的飲食導(dǎo)致全世界每年高達五分之一的人類過早死亡。這些不健康的飲食攝入很大程度上取決于食品產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)和運輸過程中產(chǎn)生的安全和健康問題?！督】抵袊?030規(guī)劃綱要》指出，“全面推進健康中國建設(shè)，堅持預(yù)防為主的方針，深入實施健康中國行動，完善國民健康促進政策”。數(shù)字化食品的個性化特征可以有效推進食品的健康化進程，其數(shù)字化特征可以完整監(jiān)控食品安全問題，從而改善國家公民身體素質(zhì)。因此，數(shù)字化食品的轉(zhuǎn)型將是轉(zhuǎn)變我國食品行業(yè)發(fā)展方式、推動食品行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和保障人民健康的重要途徑。

2 數(shù)字化食品的技術(shù)基礎(chǔ)

數(shù)字化食品的產(chǎn)生中，信息化技術(shù)能夠為數(shù)字化食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)、產(chǎn)品、服務(wù)等方面的支持。此外，基于上述大數(shù)據(jù)管理和分析的數(shù)字化食品的加工技術(shù)，例如食品合成生物學(xué)、食品重組科學(xué)、增材制造、智能化加工包裝等技術(shù)，在信息化技術(shù)高速發(fā)展的趨勢下，在食品工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的驅(qū)動作用。

2.1 數(shù)字化食品的信息化技術(shù)

新一代信息技術(shù)作為國家確立的七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，主要包括下一代通信網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、三網(wǎng)融合、新型平板顯示、高性能集成電路和以云計算為代表的高端軟件。目前，第五代移動通信技術(shù)（5G）、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈等新興信息技術(shù)正在全球范圍內(nèi)引發(fā)新一輪科技革命。目前最新的5G具有高速率、低延時和大連接的特點，為數(shù)字化食品產(chǎn)業(yè)提供了更快的數(shù)據(jù)傳輸能力。云計算技術(shù)的成熟為后端透明化的超大規(guī)模數(shù)據(jù)處理提供了基礎(chǔ)設(shè)施。大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)技術(shù)的出現(xiàn)加速了人工智能的跨越式發(fā)展。信息化技術(shù)在數(shù)字化食品領(lǐng)域的不斷應(yīng)用與融合正在加速食品行業(yè)技術(shù)的積累和擴散，通過食品供應(yīng)鏈體系使各方能夠捕捉、追蹤、共享數(shù)據(jù)，為食品產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化發(fā)展提供堅實基礎(chǔ)，推動食品產(chǎn)業(yè)向智慧化轉(zhuǎn)型升級。隨著新一代信息技術(shù)深入應(yīng)用于食品領(lǐng)域，數(shù)字化食品產(chǎn)業(yè)將擁有更大的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用空間，主要體現(xiàn)在：創(chuàng)新信息服務(wù)模式，推動產(chǎn)品供需平衡；推進全供應(yīng)鏈信息管理，支持食品加工智能化；開展智能信息分析，提升精準(zhǔn)營養(yǎng)制造能力。

2.1.1 大數(shù)據(jù)與智能化

大數(shù)據(jù)是指來源眾多、類型多樣、大而復(fù)雜、具有潛在價值但難以在期望時間內(nèi)處理和分析的數(shù)據(jù)集。作為數(shù)字化時代的新型戰(zhàn)略資源，大數(shù)據(jù)正在改變著食品工業(yè)的加工和生產(chǎn)方式，而食品組學(xué)和營養(yǎng)組學(xué)技術(shù)的發(fā)展為數(shù)字化食品提供了收集更多數(shù)據(jù)的能力。其中食品組學(xué)是一種綜合性的分析手段，涵蓋了食品及營養(yǎng)相關(guān)的所有研究領(lǐng)域及其使用的研究工具，特別是基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，食品組學(xué)研究邁入新時代，能夠用于研究和收集食品制造全過程的質(zhì)量、安全、營養(yǎng)數(shù)據(jù)，如食品物性數(shù)據(jù)、營養(yǎng)體征數(shù)據(jù)等，為食品生產(chǎn)的數(shù)字化奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

基于多組學(xué)技術(shù)提供的大數(shù)據(jù)分析，食品供應(yīng)鏈智能化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的建設(shè)也能為數(shù)字化食品提供更多精準(zhǔn)信息。應(yīng)用集成數(shù)據(jù)方法和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，可以提高食品系統(tǒng)的資源使用效率，包括食品加工、安全、質(zhì)量控制和進行系統(tǒng)檢測等。在此基礎(chǔ)上進行系統(tǒng)優(yōu)化和管理決策，有助于優(yōu)化食品加工過程并實現(xiàn)回收利用，減少在制造過程中以及之后的浪費。此外，除了食品制造，數(shù)字化食品的物流過程中溫度控制、監(jiān)控、檢測的全過程信息整合等，同樣產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，基于大數(shù)據(jù)管理將使流程標(biāo)準(zhǔn)化、智能化，才能規(guī)?；靥幚睚嫶蟮奈锪魇袌?。食品大數(shù)據(jù)管理作為一種操作概念，可以實現(xiàn)“循環(huán)經(jīng)濟”，充分利用廢物流。在食品生產(chǎn)制造的數(shù)字化與智能化升級過程中，簡單、透明的食品大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對于食品及其配料的科學(xué)營養(yǎng)搭配、無縫供應(yīng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

2.1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過二維碼識讀設(shè)備、射頻識別裝置、紅外線供應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)進行連接，通過傳播媒介開展信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理?；ヂ?lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的核心，可在物品之間對用戶端進行延伸和擴展。物聯(lián)網(wǎng)主要包括射頻識別和無線傳感網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵技術(shù)，具有智能的管理系統(tǒng)和強大的運算能力兩個特點，是繼互聯(lián)網(wǎng)、計算機和移動通信網(wǎng)之后，第三次信息產(chǎn)業(yè)革命的產(chǎn)物，具有廣闊的發(fā)展前景。在數(shù)字化食品產(chǎn)業(yè)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日益發(fā)揮著關(guān)鍵的功能和作用。首先，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可在食品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息獲取和生產(chǎn)控制中扮演重要角色，包括食品原料溯源系統(tǒng)和食品生產(chǎn)物聯(lián)控制系統(tǒng)等。其中食品溯源系統(tǒng)可借助射頻識別技術(shù)和移動二維碼技術(shù)對食品不同環(huán)節(jié)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息提供上傳和下載，從而便于消費者查詢食品相關(guān)信息。

在智能供應(yīng)鏈中，基于先進傳感器和網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的供應(yīng)鏈全程監(jiān)控，生鮮食品供應(yīng)鏈過程通過溫度、濕度和振動等信息采集和微環(huán)境控制以及運輸/配送節(jié)點和路徑優(yōu)化，將供應(yīng)流程進行標(biāo)準(zhǔn)化與智能化，以便實現(xiàn)龐大的智能供應(yīng)。此外，該系統(tǒng)還能夠?qū)κ称飞a(chǎn)過程進行嚴(yán)格的安全監(jiān)督，使企業(yè)必須按照平臺制定的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)食品，為數(shù)字化食品的精準(zhǔn)制造提供安全保障。其次，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以同步處理食品流通過程的數(shù)據(jù)信息，在服務(wù)器接受數(shù)據(jù)的同時對其進行更改和分析，并能夠在遠端數(shù)據(jù)庫提供下載。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可助力數(shù)字化食品產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)高效聯(lián)通，為市場提供更安全、可靠的生產(chǎn)操控系統(tǒng)及產(chǎn)品。

2.1.3 區(qū)塊鏈技術(shù)

供應(yīng)鏈?zhǔn)侵竾@核心企業(yè)，從配套零件、制成中間產(chǎn)品到最終產(chǎn)品，最后由銷售網(wǎng)絡(luò)把產(chǎn)品送到消費者手中的，將供應(yīng)商、制造商、分銷商和最終用戶連成一個整體的功能網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)。隨著電子商務(wù)的發(fā)展及營銷業(yè)態(tài)的變革，食品供應(yīng)鏈體系已經(jīng)演化為一個具有多重復(fù)雜因素且相互依存的網(wǎng)絡(luò)體系，新技術(shù)和新工藝被不斷應(yīng)用于食品供應(yīng)鏈體系中。區(qū)塊鏈技術(shù)開創(chuàng)了數(shù)字化食品產(chǎn)業(yè)的新時代，既有利于保障和改善食品安全狀況，提高信息的透明度，也有利于提高溯源的效率，降低企業(yè)成本。

區(qū)塊鏈技術(shù)可被理解為是一種去中心化的分布式賬本數(shù)據(jù)庫。在區(qū)塊鏈中，信息或記錄被放在一個個區(qū)塊中，然后以密碼簽名的方式“鏈接”到下一個區(qū)塊。這些區(qū)塊鏈在系統(tǒng)的每一個節(jié)點都有完整拷貝，并帶有可追溯的時間記錄。因此，區(qū)塊鏈技術(shù)天然地符合供應(yīng)鏈管理的需求，其鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)與供應(yīng)鏈中產(chǎn)品流轉(zhuǎn)的形式有相似之處。充分利用區(qū)塊鏈本身分布式架構(gòu)帶來的公信力、不可篡改性、非對稱加密體系保證的透明性、聚類成天然可信大數(shù)據(jù)、連續(xù)數(shù)據(jù)作為風(fēng)險控制依據(jù)所帶來的可溯源性等優(yōu)勢，可以針對性地解決目前食品溯源、食品安全、食品質(zhì)量控制等面臨的問題，成為數(shù)字化食品產(chǎn)業(yè)的顛覆性技術(shù)。例如，區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用，使得電商可以從原料到貨運到派送等環(huán)節(jié)中各種設(shè)備自動化采集的信息實現(xiàn)完整溯源，以區(qū)塊鏈所具有的不可篡改和時間戳的存在性證明等特質(zhì)支持產(chǎn)品的溯源防偽。

2.2 數(shù)字化食品的加工技術(shù)

數(shù)字化食品的加工技術(shù)基礎(chǔ)包括食品合成生物學(xué)、食品重組科學(xué)、增材制造、智能化加工包裝等。食品合成生物學(xué)是在傳統(tǒng)食品制造技術(shù)基礎(chǔ)上，采用合成生物學(xué)技術(shù)，特別是食品微生物基因組設(shè)計與組裝、食品組分合成途徑設(shè)計與構(gòu)建，創(chuàng)建具有食品工業(yè)應(yīng)用能力的人工細胞，將可再生原料轉(zhuǎn)化為重要食品組分、功能性食品添加劑和營養(yǎng)化學(xué)品，以解決食品原料和生產(chǎn)方式過程中存在不可持續(xù)的問題，實現(xiàn)更安全、更營養(yǎng)、更健康和可持續(xù)的食品獲取方式。食品合成生物學(xué)能夠基于食品營養(yǎng)、人體健康、食品制造大數(shù)據(jù)，靶向生產(chǎn)精準(zhǔn)營養(yǎng)與個性化食品，有助于解決未來食品面臨的重大挑戰(zhàn)。

食品重組科學(xué)主要可分為擠壓質(zhì)構(gòu)重組技術(shù)和生物質(zhì)構(gòu)重組技術(shù)，是改善食品口感、提高營養(yǎng)價值和經(jīng)濟效益的重要手段。其中擠壓質(zhì)構(gòu)重組技術(shù)是通過機械混合、揉搓、剪切、高壓等物理或化學(xué)作用，賦予食物原料新的質(zhì)地和結(jié)構(gòu)。根據(jù)擠壓產(chǎn)品的最終形態(tài)，擠壓技術(shù)可分為擠壓膨化、擠壓蒸煮和擠壓組織化。而生物質(zhì)構(gòu)重組技術(shù)則是采用生物手段即重組酶的作用，實現(xiàn)食品性能的優(yōu)化。例如谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶可改善肉制品、乳制品、植物蛋白制品等食品的凝膠強度，脂肪酶可將天然的脂肪或脂肪酸進行改性重新構(gòu)建，得到特殊性能的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)。食品重組科學(xué)技術(shù)是數(shù)字化食品加工的重要手段之一。

增材制造也可被稱為3D打印，是20世紀(jì)80年代誕生的一項革命性技術(shù)。由于具有產(chǎn)品無需組裝、生產(chǎn)成本低、制造周期短和可自定義產(chǎn)品形狀等優(yōu)勢，該技術(shù)在近年得到了快速發(fā)展。3D打印在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用有許多優(yōu)點，如定制化食品設(shè)計、個性化和數(shù)字化營養(yǎng)定制、簡化食品供應(yīng)鏈和拓寬食品原料來源等。由于3D打印技術(shù)能夠在成分、結(jié)構(gòu)、質(zhì)地和口味上創(chuàng)造出更多樣的食品，在未來食品工業(yè)數(shù)字化發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢中將發(fā)揮更大的作用。

智能化加工/包裝主要體現(xiàn)在工業(yè)機器人在食品產(chǎn)業(yè)中的廣泛使用，覆蓋了食品原料預(yù)處理、食品加工、食品包裝與物流等領(lǐng)域。隨著數(shù)字化生產(chǎn)的發(fā)展以及模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的進一步應(yīng)用，工業(yè)機器人控制系統(tǒng)正在向基于信息技術(shù)的開放型控制器演變，以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化及網(wǎng)絡(luò)化。同時，器件的集成度也在不斷提高，并采用模塊化結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性，使生產(chǎn)流程更加高效快捷。智能化加工/包裝在數(shù)字化食品工業(yè)時代有望得到更快的發(fā)展，實現(xiàn)食品行業(yè)供應(yīng)鏈的全覆蓋，打造智能廚房、智慧工廠制造系統(tǒng)，推動食品生產(chǎn)和食品企業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

3 數(shù)字化食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

數(shù)字化食品的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級是食品行業(yè)健康發(fā)展的必要需求，也是順應(yīng)國家時代發(fā)展的需求?！笆奈濉币?guī)劃綱要中明確提出，需要促進數(shù)字技術(shù)與實體經(jīng)濟深度融合，催生新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式，充分發(fā)揮海量數(shù)據(jù)和豐富應(yīng)用場景優(yōu)勢，促進數(shù)字技術(shù)與實體經(jīng)濟深度融合。數(shù)字化經(jīng)濟已經(jīng)是事關(guān)國家發(fā)展大局的戰(zhàn)略選擇。目前，美國由于數(shù)字化轉(zhuǎn)型布局起步較早，其數(shù)字經(jīng)濟在國內(nèi)經(jīng)濟中占據(jù)主導(dǎo)地位，約占GDP的60%以上。而中國數(shù)字經(jīng)濟雖然發(fā)展迅速（2020年數(shù)字經(jīng)濟增速9.6%），但數(shù)字經(jīng)濟規(guī)模占中國國內(nèi)生產(chǎn)總值比重約40%，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型亟待穩(wěn)步推進。

3.1 數(shù)字化食品的加工與安全監(jiān)管

目前在數(shù)字化革命的大背景下，中國數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展迅速的同時，其中數(shù)字化食品也在穩(wěn)步發(fā)展。食品企業(yè)利用區(qū)塊鏈?zhǔn)称匪菰唇Y(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和遙感信息等技術(shù)，已經(jīng)開始通過感知設(shè)備、通訊網(wǎng)絡(luò)射頻識別、防偽標(biāo)簽和二維碼等設(shè)備為產(chǎn)品建立食品溯源的全程數(shù)字化。依托于大數(shù)據(jù)和人工智能的數(shù)據(jù)驅(qū)動及智能化安全制造，食品企業(yè)的部分產(chǎn)業(yè)鏈開始數(shù)字化與智能化，用于食品企業(yè)控制運營成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量、確保產(chǎn)品安全以及靈活地適應(yīng)消費多樣化需求，但是數(shù)字化程度目前僅限于部分關(guān)鍵鏈條?；跀?shù)字化技術(shù)的3D打印手段已經(jīng)開始被用作食品的個性化設(shè)計，根據(jù)配方和營養(yǎng)成分的不同，對食品組分進行優(yōu)化以制造出可滿足不同人群需求的健康食品，具有節(jié)約原料成本、產(chǎn)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。

3.2 數(shù)字化食品的食品營銷與公共衛(wèi)生

數(shù)字化食品的發(fā)展不僅影響了食品加工與食品安全監(jiān)管領(lǐng)域的發(fā)展，也在加速改變著公共衛(wèi)生領(lǐng)域。原料屬性、價格、供應(yīng)商、產(chǎn)品屬性、營銷和監(jiān)管、可及性、可承受性、便利性和可取性等食品環(huán)境的數(shù)字化，已經(jīng)促使新的食品買賣形式（如在線雜貨購物）、食物供應(yīng)（在線食品配送）的出現(xiàn)?；谏缃幻襟w或電商的數(shù)字食品營銷可以影響消費者的食品選擇、偏好和消費。需要特別指出的是，目前在線食品配送平臺使用密集的營銷策略，如廣告、折扣、免費配送和套餐（折扣食品、超加工食品或飲料）、服務(wù)時間的單項或組合策略，其中折扣食品或飲料的組合主要針對不健康的膳食，這也負面影響到了大眾的消費習(xí)慣，這種健康問題亟待解決。而相反的是，如果利用這些基于大數(shù)據(jù)的營銷策略，根據(jù)消費者的生理特征，分析并倡導(dǎo)消費者食用相應(yīng)的適合的食品，這也可以正面改變了大眾的消費習(xí)慣和公民身體素質(zhì)。在此過程中，人工智能技術(shù)和實時分析等信息化技術(shù)則幫助食品公司快速分析并通過數(shù)字化設(shè)計食品來響應(yīng)人群的需求，在促進合理消費、健康飲食和避免食品浪費方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

3.3 數(shù)字化食品的產(chǎn)業(yè)體系建立

值得注意的是，除了大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持，這種數(shù)字化食品體系的建立需要通過食品產(chǎn)業(yè)鏈上的各方（農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地/養(yǎng)殖基地、原料加工企業(yè)、食品加工企業(yè)、流通企業(yè)、零售企業(yè)、終端食品消費者、食品監(jiān)管部門）參與才能完全實現(xiàn)。在此過程中，食品監(jiān)管部門全程監(jiān)控食品生產(chǎn)的過程，可以更加精準(zhǔn)地監(jiān)控食品加工和運輸過程中的安全因素；食品企業(yè)則通過了解消費者的食品選擇、偏好和消費、原料屬性，來確定加工工藝和條件，以滿足消費者/監(jiān)管體系等對產(chǎn)品的需求；消費者更可以通過提出自己的需求愛好來得到相應(yīng)的數(shù)字化食品。數(shù)字化食品的以上場景的實現(xiàn)，必須依賴于以數(shù)字技術(shù)強化實體經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，來保證食品行業(yè)快速發(fā)展升級。工信部等八部門聯(lián)合發(fā)布的《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》提出，到2025年70%的規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)基本實現(xiàn)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化。得益于國家戰(zhàn)略的超前部署，數(shù)字中國的快速發(fā)展將極大提升食品企業(yè)對數(shù)字化食品的信任度和參與度。

4 數(shù)字化食品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)

4.1 數(shù)字化食品的機遇

中國的數(shù)字化革命雖然起步較慢，但是進程迅速，中國正在成為全世界數(shù)字化轉(zhuǎn)型的領(lǐng)軍者，為中國經(jīng)濟增長帶來新的動力。國家第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標(biāo)綱要明確指出加快數(shù)字化發(fā)展，建設(shè)數(shù)字中國，打造數(shù)字經(jīng)濟新優(yōu)勢，營造良好數(shù)字生態(tài)。在雙循環(huán)和新消費時代下，食品及加工行業(yè)從生產(chǎn)到銷售整個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展模式正在發(fā)生深刻變革，通過推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)與食品領(lǐng)域的深度融合，發(fā)展現(xiàn)代食品供應(yīng)鏈、食品加工/生產(chǎn)/物流/經(jīng)營/管理的數(shù)字化改造，將為食品產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移/更新/革命帶來創(chuàng)新/制造/加工/供應(yīng)的新機會。目前數(shù)字化食品已經(jīng)開始穩(wěn)步發(fā)展，從數(shù)字化食品的戰(zhàn)略取向和發(fā)展途徑來看，盡管對軟件、數(shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)基座方面的核心技術(shù)掌控力度仍然不夠，但是中國擁有巨大的原料來源、市場和完整的食品工業(yè)體系，并且擁有充滿活力的數(shù)字化創(chuàng)新場景，比如5G、人工智能和移動支付，中國的數(shù)字化食品正在成為全世界數(shù)字化食品轉(zhuǎn)型的領(lǐng)軍者。食品制造中數(shù)字化的參與也將使得生產(chǎn)/制造/加工方向和手段更加靈活和柔性，從而提升產(chǎn)品價值和管理可控性。高度個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品特征也可以重新塑造食品行業(yè)的核心競爭力。推進數(shù)字化食品的建設(shè)將助力食品全鏈條的全面升級。最重要的是，亟需通過數(shù)字化食品的生產(chǎn)、物流、監(jiān)管和零售的產(chǎn)品服務(wù)升級來解決我們國家面臨的食品安全和食品健康問題。

4.2 數(shù)字化食品的挑戰(zhàn)

數(shù)字化食品生產(chǎn)和零售服務(wù)在解決食品安全和食品健康問題上具備極其重要的作用，通過更為科學(xué)地設(shè)計和準(zhǔn)備食物來支持消費大眾的健康飲食。但是如何確保商家在利潤獲取和健康提倡方面做合適且道德的選擇，是需要解決的挑戰(zhàn)之一。雖然目前多數(shù)食品企業(yè)可以意識到數(shù)字化食品的轉(zhuǎn)型和信息化建設(shè)的重要性，但數(shù)字化食品的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)升級的過程較為依賴信息技術(shù)等專業(yè)技術(shù)，部分企業(yè)的轉(zhuǎn)型基礎(chǔ)和信息化建設(shè)基礎(chǔ)較差，難以支撐在轉(zhuǎn)型過程中企業(yè)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展。數(shù)字化發(fā)展從企業(yè)與消費者的主觀和客觀上均存在較大差異，主觀認為較為先進，客觀上感覺較為遙遠，實施起來短期效益無法達到預(yù)期的效果。食物營養(yǎng)與安全是民生的永恒主題。保障食品數(shù)量和質(zhì)量是最大的民生工程。探索建立適合我國國情的數(shù)字化食品發(fā)展模式，特別是傳統(tǒng)食品行業(yè)，如何快速高效得適應(yīng)系統(tǒng)數(shù)字化升級或改造、充分調(diào)動企業(yè)積極性、減少轉(zhuǎn)型風(fēng)險，是數(shù)字化食品發(fā)展亟待需要解決的問題。

正如以上所提及的，數(shù)字化食品體系的建立需要通過食品產(chǎn)業(yè)鏈上的各方（農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地/養(yǎng)殖基地、原料加工企業(yè)、食品加工企業(yè)、流通企業(yè)、零售企業(yè)、終端食品消費者、食品監(jiān)管部門）參與才能完全實現(xiàn)。目前中國的數(shù)字化食品的轉(zhuǎn)型尚缺乏整體戰(zhàn)略規(guī)劃。數(shù)字化食品達到預(yù)期效果之前，需要對食品全鏈條進行大量的研究和數(shù)據(jù)收集、處理，除了工作量巨大，如何保證并驗證數(shù)據(jù)趨向性的科學(xué)性和正確性，也是數(shù)字化食品的穩(wěn)步發(fā)展需要解決的問題。這也意味著，食品行業(yè)需要更多的食品科學(xué)與營養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)人員，解決和審查食品評估時的準(zhǔn)確性。此外，由于數(shù)字化食品中的數(shù)據(jù)的資產(chǎn)屬性，生產(chǎn)企業(yè)、食品物流企業(yè)、食品商貿(mào)企業(yè)、信息技術(shù)科技企業(yè)需要做到數(shù)據(jù)和服務(wù)器的本地化，保護中國的食品領(lǐng)域的本土數(shù)字市場，提升自我競爭力和戰(zhàn)略自主性。

5 結(jié) 語

數(shù)字化食品的發(fā)展逐漸已經(jīng)成為食品行業(yè)的發(fā)展趨勢，是未來食品發(fā)展的重要工業(yè)制造模式，同時數(shù)字化食品的發(fā)展也面臨著機遇與挑戰(zhàn)。作為食品產(chǎn)業(yè)主體、消費、產(chǎn)業(yè)監(jiān)管通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型來相互融合的新產(chǎn)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(chǎn)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。