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当生物制造邂逅AI：食品产业的未来已来
现代畜牧网 http://www.cvonet.com 2025/4/26 10:21:31 关注：53 评论： 我要投稿
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变革前夜：传统食品产业的困境
在当下充满挑战的时代，全球人口激增、气候危机加剧以及经济复苏放缓等多重压力，似汹涌浪潮，无情冲击着传统食品生产系统，使其面临前所未有的严峻挑战。
随着全球人口持续攀升，食品需求急剧增长。据相关数据表明，过去几十年间，全球人口增长数十亿，这意味着需更多粮食、肉类、蔬菜等食品以满足人们日常需求。然而，传统食品生产方式面对如此庞大人口基数时，显得力不从心。
与此同时，气候危机加剧给传统食品生产带来沉重打击。极端天气事件愈发频繁，暴雨、干旱、洪水、高温等自然灾害不断肆虐。这些灾害不仅直接破坏农作物生长，导致粮食减产，还影响农业生产的稳定性与可持续性。以 2021 年河南洪水为例，大量农田被淹没，农作物受灾严重，许多农民一年心血付诸东流，给当地农业生产和粮食供应带来巨大冲击。
经济复苏放缓对传统食品产业亦产生负面影响。在经济不景气大环境下，消费者购买力下降，对食品价格更为敏感。这使食品企业面临巨大成本压力，难以通过提价转移成本。同时，资金短缺限制企业技术创新与设备更新，进一步制约传统食品产业发展。
传统食品生产系统还面临资源短缺与环境污染等问题。农业生产对土地、水资源和能源需求巨大，随着人口增长和经济发展，这些资源愈发稀缺。在一些地区，因过度开采地下水用于农业灌溉，导致地下水位下降，水资源枯竭。传统食品生产过程中会产生大量废水、废气和废渣，对环境造成严重污染。一些食品加工厂排放的废水未经处理直接排入河流，导致水体污染，影响水生生物生存。
传统食品产业在生产效率方面亦存在明显不足。许多传统食品生产企业仍依赖人工操作，生产流程繁琐，效率低下。与现代工业化生产相比，传统食品生产产量有限，难以满足市场大规模需求。在一些传统糕点制作作坊，工人手工制作糕点，一天产量可能仅几百个，而现代化糕点生产工厂通过自动化生产线，一天可生产数万个糕点。
生物制造，开启食品产业新篇
在科技飞速发展的当下，生物制造作为一股新兴力量，逐渐崭露头角，为食品产业带来全新机遇与变革。生物制造，是以工业生物技术为核心，利用酶、微生物细胞，结合化学工程技术进行目标产品加工的过程，其产品涵盖生物基材料、化学品、生物能源以及食品等多个领域。
据相关数据分析，未来生物制造将占据全球制造业产出三分之一以上，有望创造近 30 万亿美元价值，推动生物经济成为第四次产业浪潮。这一数据充分彰显生物制造的巨大潜力与广阔前景，也预示其将在未来经济发展中扮演举足轻重的角色。
在食品领域，生物制造展现出强大创新能力与应用价值。其正全方位、多途径开发食物资源，在替代蛋白、油脂、碳水化合物等大宗食品原料研发上取得显著进展。随着人们对健康和可持续发展关注度不断提高，替代蛋白作为传统动物蛋白替代品，受到越来越多关注。通过生物制造技术，可利用微生物、植物等原料生产富含蛋白质的产品，如人造肉、人造奶等。这些产品不仅在营养成分上与传统动物蛋白相似，且在生产过程中减少对环境影响，降低温室气体排放，具有广阔市场前景。
生物制造还在母乳低聚糖、乳铁蛋白等高附加值食品配料生产中发挥重要作用。母乳低聚糖是母乳中的重要成分，对婴儿肠道健康和免疫系统发育意义重大。然而，传统提取方法成本高昂，产量有限。生物制造技术的出现，为母乳低聚糖生产提供新途径。通过基因编辑、发酵工程等技术，可高效生产母乳低聚糖，满足市场对这一高附加值食品配料的需求。
在生物制造发展历程中，科技创新始终是推动其前进的核心动力。以合成生物学为代表的前沿技术，为生物制造注入新活力。合成生物学是一门将工程学原理与生物学相结合的交叉学科，通过设计和构建新的生物系统，实现对生物功能的精准调控与优化。在生物制造中，合成生物学可用于设计和构建高效的细胞工厂，提高目标产品生产效率和质量。通过对微生物基因编辑，可使其具备生产特定化合物的能力，从而实现从简单原料到复杂产品的转化。
AI 赋能，引领食品产业变革
在科技飞速发展的当今时代，人工智能（AI）以前所未有的速度融入食品产业，成为推动其变革与发展的核心驱动力。AI 凭借强大的数据处理能力、精准的分析预测能力和高效的决策支持能力，为食品产业带来全方位革新，从原料开发到风味设计，从智能发酵到柔性生产，每一个环节都因 AI 的介入而焕发出新活力。
在食品生产前端，AI 助力开发替代蛋白、油脂、碳水化合物等大宗食品原料，为解决全球粮食问题提供新思路。以替代蛋白为例，通过 AI 技术对微生物、植物等原料进行筛选和优化，能够开发出更接近传统动物蛋白口感和营养的产品。美国的 Impossible Foods 公司利用 AI 技术，研发出植物基肉饼，其口感和外观与传统牛肉饼极为相似，一经推出便受到市场广泛关注。这种植物基肉饼不仅能满足消费者对健康和环保的需求，还能有效减少畜牧业对环境的影响，具有广阔市场前景。
AI 在食品风味设计方面也发挥着重要作用。通过多模态感官采集技术和风味物质数据库，AI 能够搭建食品风味智能设计平台，深入解析食品复杂体系中的风味形成机制。亿滋国际推出的 AI 工具，利用机器学习和深度学习技术，分析消费者味觉需求和市场趋势，为零食配方研发提供精准的数据支持。食品科学家可通过该工具指定所需口味特征，如增强 “烧焦味”“蛋香味” 等，从而创建最佳产品配方。这一创新举措不仅大幅缩短研发周期，还为消费者带来更多独特的零食选择，成功引领行业变革。
在生产环节，AI 智控柔性生产系统的出现，有效解决食品加工体系复杂、生产线自适应能力不足等痛点。通过构建加工体系动态仿真模型，AI 能够精准模拟原料特性与工艺参数的耦合关系，实现食品数字化设计。借助 AI 的自主决策能力，食品柔性制造系统能够自主适应物料、环境变化，优化设备参数，快速调整与切换多元化共线生产。某知名饮料企业引入 AI 智控柔性生产系统后，生产效率大幅提升，产品切换时间从原来的数小时缩短至数十分钟，同时还降低了生产成本，提高了产品质量。
AI 在营养健康领域的应用也为食品产业带来新发展机遇。通过整合国民营养健康调查数据、临床营养指南、食品成分等数据库，基于知识图谱技术搭建 AI 营养健康大模型，能够为全生命周期人群提供科学、精准的营养健康指导。乐年健康作为国内外领先的 “营养食疗” 健康管理服务品牌，积极探索将 AI 大模型技术应用于家庭营养师领域。通过机器学习和深度学习技术，乐年健康利用其积累的大量客户饮食调理等数据进行分析，为用户提供更加精准、个性化的健康管理解决方案，包括个性化的饮食建议、营养补充方案等，帮助用户更好地管理健康。
十大热点，勾勒未来食品产业蓝图
在全球食品产业迈向智能化、绿色化、个性化转型升级的征程中，“聚焦生物制造 拥抱人工智能 —— 全球食品产业未来发展热点” 的发布，犹如一座灯塔，为产业发展照亮前行道路。这十大热点涵盖食品产业各个关键环节，从原料开发到生产加工，从风味设计到质量安全管理，每一个热点都蕴含巨大创新潜力与发展机遇。
推进大宗食品原料与高附加值配料生物制造
开展替代蛋白、油脂、碳水化合物等大宗食品原料和母乳低聚糖、乳铁蛋白等高附加值食品配料的生物制造技术研发，是解决全球食品供应问题的关键。通过突破非粮生物质高效生物转化与利用技术、数字细胞建模与蛋白人工设计、细胞工厂创制与精准发酵等颠覆性技术，能够实现从传统种植养殖方式向车间生产方式的转变，生产出人造肉、人造奶、人造蛋等产品。这些产品不仅在资源消耗和环境影响方面更加高效环保，还能为消费者提供更多样化选择。建立涵盖原料营养等效性评价、规模化生产成本控制及碳足迹核算的全产业链标准体系，有助于推动生物制造原料从高附加值产品向大宗产品延伸，构建 “生物合成 - 应用转化” 一体化产业技术体系，为食品产业可持续发展奠定坚实基础。
加速传统发酵食品行业升级
针对谷物类、豆类、蔬菜类、乳制品、肉类、水产类、酒类、调味品、茶类等传统发酵食品，加速人工智能与食品生物制造深度融合，是实现传统发酵食品行业升级的重要途径。通过开发数字化智能发酵系统，将传统人工发酵经验与人工智能算法相结合，能够实现非人工柔性化生产。在副产物闭环利用、低碳能源替代基础上，推动合成生态技术和精准发酵广泛应用，有助于驱动传统发酵产业绿色智能化改造。建立基于 AI 的能耗优化与排放控制模型，构建 “生产 - 加工 - 流通” 全环节低碳技术体系，能够达到绿色生产目标，使传统发酵食品在保留独特风味和营养价值的同时，更好地适应现代消费者对健康和环保的需求。
突破食品生物制造关键共性技术
突破食品生物制造底层技术瓶颈，重点开发适配大宗食品原料、食品配料、活性成分、功能因子等生产的基因定向改造技术，是提升食品产业核心竞争力的关键。通过优化 AI 驱动的代谢网络动态建模，建立融合 “单细胞测序筛选” 与 “数字孪生模拟” 的食品成分合成底盘细胞超高通量筛选平台，能够加快构建 “基因元件 - 代谢路径 - 细胞工厂” 三位一体的食品生物制造技术体系，形成 “从底盘细胞工程到规模化生产” 全链条技术创新。这将有助于提高食品生产效率和质量，降低生产成本，推动食品产业向高端化、智能化方向发展。
推动 AI 智控柔性生产
针对食品加工体系复杂、生产线自适应能力不足等痛点，着力推进 AI 智控柔性生产，是实现食品生产多元化、高效化的重要举措。通过实现食品数字化设计，构建加工体系动态仿真模型，精准模拟原料特性与工艺参数的耦合关系，深度融合多模态传感数据，能够破解传统生产的刚性瓶颈。借助 AI 自主决策能力，食品柔性制造系统能自主适应物料、环境变化，优化设备参数实现多元化共线生产的快速调整与切换。整合用户数据，运用基于深度学习的模式识别技术解析食材形态，能够打破传统规模化制造的单一局限，从复杂体系模拟到全流程自适应，全方位驱动食品生产走向多元化、个性化和智能化，满足消费者日益多样化的需求。
打造零接触的未来工厂
鉴于食品加工的独特生物特性与特定工艺要求，通过集成多模态感知设备和具身智能技术，构建 “感知 - 决策 - 执行” 闭环控制系统，是打造零接触未来工厂的核心。借助多设备协同作业算法模型，实现食品加工全流程的自主决策与自主执行，形成 “机器人 + 传感器 + AI 算法” 智能装备生态，能够有力推动食品产业迈向全流程无接触。这不仅大幅提升食品生产效率，还显著增强工艺稳定性和食品安全保障能力，为食品工业的智能化转型提供核心装备支撑，加速食品行业智能化发展进程，有效解决食品生产过程中的卫生安全问题。
搭建食品风味 AI 设计平台
针对食品产业的风味研发痛点，AI 正以 “智能感官 + 数据驱动” 构建全新研发范式，搭建食品风味 AI 设计平台。通过脑电波情绪监测、面部表情识别、电子舌 / 鼻传感器等多模态感官采集技术集成微观感信号，与上万种风味物质数据库形成映射矩阵，能够深入解析食品复杂体系中的风味形成机制。借助生成式 AI 算法开发风味分子设计模型，结合深度迁移学习揭示风味物质形成规律，通过构建消费者味觉偏好图谱，能够快速、精准地开发新型风味食品，满足消费者对食品风味的个性化需求，为食品行业带来更多创新产品。
建立 AI 营养健康大模型
整合国民营养健康调查数据、临床营养指南、食品成分等数据库，基于知识图谱技术系统梳理食物营养成分、人体代谢特征与健康目标的复杂关系，搭建全生命周期个性化营养健康大模型，是实现 “营养有数、健康有据” 的关键。通过采集不同生命阶段人群基因数据、生理指标、饮食习惯等参数，生成动态化、可视化的数字人交互引擎，能够实现营养健康食品的 AI 靶向设计与精准创制，建立从健康评估到个性化、智能化膳食方案设计的完整流程，为全生命周期人群提供科学、精准的营养健康指导，助力人们改善饮食结构，提高健康水平。
构建自养型生物制造系统
利用微藻等光合细胞工厂与光催化 - 酶耦联体系等人工自养系统，突破异养微生物依赖有机底物的局限性，构建基于 CO2 - H2O - 光能的生物制造平台，是实现可持续食品生产的重要方向。重点攻克自养底盘细胞构建、光能驱动代谢网络优化、细胞工厂高效稳定表达等关键技术，能够实现食品功效成分、食品配料和大宗食品原料的低碳制备，践行 “向微生物要蛋白、用阳光造食粮” 的绿色制造理念，减少对传统农业生产的依赖，降低碳排放，为应对气候变化做出贡献。
优化生物制造食品质量安全管理体系
研发底盘细胞基因组稳定性实时监测系统，建立覆盖序列完整性、表达稳定性、遗传漂变风险预测的多维度风险评估方法和预警机制，是保障生物制造食品质量安全的基础。针对生产过程与质量控制环节，构建融合风险因子动态识别与 AI 风险预测的一体化智能决策平台，基于实时采集代谢产物等关键数据，实现生产菌遗传稳定性等风险预判与自动化控制。建立终产品涵盖毒性、致敏性及内外源风险因子的系统风险评估体系，保障产品质量安全，构建覆盖 “基因组件设计 - 生产过程控制 - 终端产品安全评估” 的技术规范，同步建立和完善 “原料准入严管控 - 过程控制数字化 - 标准法规协同化” 的生物制造食品质量安全管理体系，确保消费者能够放心食用生物制造食品。
集成食品全链智慧安全防控系统
围绕食品全产业链安全问题，搭建跨品类食品全链条智能监测网络，整合原料产地环境数据、加工过程参数及流通储运环境信息，构建食品全链的风险映射图谱，是实现食品全链智慧安全防控的核心。通过实现原料筛选、加工杀菌、终端销售等任意环节风险因子异常波动的实时可视化，原料端结合产业监测与云端检索数据，实现污染物的精准识别。加工端采用代谢组学与深度学习算法，动态预测污染风险等级。流通端通过数字孪生技术实时融合产线传感数据，响应实时风险并锁定污染路径，推动食品行业实现从经验驱动到智数驱动的安全管控升级，有效保障食品从农田到餐桌的全过程安全。
拥抱变革，共创未来
生物制造与 AI 的深度融合，无疑为食品产业带来前所未有的革命性影响，正引领着食品产业迈向智能化、绿色化、个性化的崭新时代。这十大热点犹如璀璨星辰，照亮食品产业未来发展的广阔道路，为我们勾勒出一幅充满无限可能的宏伟蓝图。
在这个快速发展的时代，食品行业从业者和相关企业正站在历史十字路口，面临重大抉择。是墨守成规，继续沿用传统生产方式和技术，在日益激烈的市场竞争中逐渐被淘汰？还是勇敢拥抱变革，积极投身于这场技术创新浪潮，抢占未来发展制高点？答案显然是后者。
加大技术投入和创新，已成为食品行业在新时代背景下实现可持续发展的必然选择。企业应积极与科研机构、高校展开深度合作，共同攻克技术难题，推动生物制造与 AI 技术在食品产业中的广泛应用和深度融合。通过引入先进生产设备和技术，优化生产流程，提高生产效率，降低生产成本，提升产品质量和市场竞争力。
积极培养和引进专业人才亦至关重要。生物制造与 AI 技术的应用，需要具备跨学科知识和技能的复合型人才。企业应加强人才培养体系建设，提供良好职业发展空间和福利待遇，吸引更多优秀人才投身于食品产业的创新发展中来。
让我们携手共进，以创新为驱动，以技术为支撑，共同推动食品产业迈向智能化、绿色化、个性化的美好未来。在这个过程中，我们将不断探索新技术和应用，不断满足消费者日益多样化的需求，为全球食品产业发展贡献力量。相信在不久的将来，我们将品尝到更加美味、健康、安全的食品，享受到科技进步带来的丰硕成果。
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