十三项创新技术助力食品行业健康发展

　　本报记者 高 娜
　　 日前，江门投创、沃尔玛食品安全协作中心联合发布《食品行业科技创新白皮书》，梳理了智能机器人、人工智能物联网、绿色包装、区块链、合成生物学等13项推动食品行业健康发展的创新技术。中国工程院院士、国家食品安全风险评估中心总顾问陈君石在白皮书前言中提到，大众对食品的营养健康提出了越来越高的要求。食品企业作为食品安全的第一责任人，对供应营养、健康的食品和可持续发展负有重要责任。无论是保障整个食品产业链的安全，还是研究开发营养健康的食品，都需要依靠科学和创新。
　　智能机器人
　　食品工业是劳动密集型产业之一，近些年随着包装食品的大规模生产与推广，工业机器人代替人工的机会也在逐步增加。机器人在食品领域中的使用方式并不是完全地替代人工，而是以＂协作＂的方式辅助于食品行业的生产线，完成一些机械性强、重复性高的工作，以提升整条生产线的效能，未来＂人机协作＂将成为食品工业的基本场景和泛在现象，广泛应用于食品工厂、仓储物流、商超门店等场景。
　　智能机器人已经成为食品行业从智能生产线到智慧工厂解决方案中不可或缺的组成部分，可以解决多品种、小批量、变化快、人工成本高、效率低等食品生产问题。
　　人工智能物联网
　　AIoT（人工智能物联网）是AI（人工智能）和IoT（物联网）两种技术相互融合的产物，是指系统通过各种信息传感器实时采集各类信息，在终端设备、边缘域或云中心对数据进行智能化分析。随着AIoT技术的推广与普及，食品行业各个加工、流转、销售环节逐渐透明化、协同化，最大程度上保障了食品安全与质量控制。
　　食品防伪即识别食品真伪，并防止伪造、变造、克隆等行为，在食品领域多应用于假酒识别等场景。追溯可分为追踪和溯源两个过程。条形码、二维码、RFID（射频识别）、NFC（近场通信）等电子标识和IoT技术凭借可靠性高、灵活实用、成本低、采集速度快的明显优势，被广泛应用于防伪溯源领域，实现食品来源可查、去向可追、责任可究。
　　电子感官与科学检测仪器
　　人们基于对人体感觉器官的模拟并加入现代科学技术，逐渐发展起来电子感官：电子眼、电子舌、电子鼻、电子耳和电子皮肤。
　　电子感官的主要应用场景一是异物智能管控。在食品生产与加工过程中，通过物理性危害与风险识别技术，识别食品或食品包装中可能存在的杂物、异物，如石子、发丝等。其中，可见光检测技术、近红外检测技术作为＂电子眼＂型的技术，在食品异物检测中发挥着重要作用。二是食品新鲜度检测。在食品加工、仓储、运输或零售环节，通过低成本、便携式的电子感官技术，对食品的新鲜程度、腐烂程度等进行识别，特别是水果、蔬菜、水产、肉食等生鲜、冷鲜领域。
　　扩展现实
　　XR（扩展现实）技术是AR（增强现实）、VR（虚拟现实）、MR（混合现实）等多种技术的统称，经过几年的酝酿，正在从探索、尝试逐步走向爆发前夜，全球性行业分析公司Counterpoint最新数据显示，2021年XR头戴式显示设备的出货量已经高达1100万台。
　　XR技术与数字孪生、物联网等新一代IT技术融合，在食品制造环节有着广泛、深入的应用。企业可通过XR技术，构建成一个＂人＂最容易认知的、与工厂及产线物理形态一致的、虚拟的三维食品工厂，实现更智能、更直观、更高效的生产设备故障诊断、工业预测性维护、质量在线精密检测、生产过程精益管控。越来越多的企业开始使用XR来培训员工，相比直接使用真实的作业设备来培训员工，XR培训解决方案更具性价比优势。商超可应用AR技术，实现商超内定位导航。
　　数据平台与数字化工具
　　数据平台与数字化工具是生产基地、加工工厂、物流仓储、销售终端等食品供应链各环节数字化转型的重要基石。2020年，国务院将数据纳入＂第五类生产要素＂。数据平台是食品相关企业数据沉淀的基础，数字化工具则是食品企业开展信息化、数字化管理，优化业务流程，重构业务场景，实现降本增效和价值释放的主要抓手。
　　食品制造方面，食品工厂对数字化的需求逐渐从MES（生产执行系统）、ERP（企业资源计划）等相关信息化管理系统往智能化方向升级，包括AI食品缺陷检测、设备预测性维护、异物智能检测与管控、AI高级排产排程等。
　　区块链
　　区块链技术具有去中心化、去信任、公开透明、安全性高等特点，是一项整合了计算机、密码学等学科的综合性新技术，具有广阔的应用前景。区块链技术凭借去中心化和不可篡改的特性，可以在企业、商家、消费者三方之间构建一套信用机制，为食品行业构筑＂数据可信＂的基石。
　　安全溯源基于区块链技术，结合物联网传感器实现数据自动化采集，结合大数据技术实现数据信息挖掘与分析，可构建分布式、高效、可靠的食品安全溯源体系，串联食品从生产到流通的流转路径，并通过供应链可视化实现数据协同，进而支撑防伪跟踪与查询、真实性溯源、追溯召回等应用。
　　抗菌保鲜技术
　　随着科学农业的发展，市场使用的保鲜方法也越来越多，如气调保鲜、辐射保鲜、低温保鲜、微生物保鲜、涂膜保鲜等。这些技术主要从两个大方面来实现保鲜：一是使用抑菌剂或杀菌剂来减少微生物致腐；二是抑制影响贮藏品质的外部环境因素，抑制呼吸作用，延缓和推迟细胞的成熟与衰老。按照这些方法的实质可以将其分为三类：化学、物理和生物技术保鲜。
　　食品流通领域，在鲜切、果蔬、水产、生肉、熟食、米面、烘焙、豆制品、调味品等各种系列的食品流通环节，均需要应用适配的防腐、保鲜、抗菌抑菌类的技术，提升食品保质期，保证食品口感与鲜度，减少食品损耗等。
　　绿色包装
　　绿色包装技术是食品与绿色包装技术的有效结合，在追求环境保护与可持续发展的今天，打造完善的绿色包装体系意义重大。绿色包装遵循＂5R1D原则＂，即包装减量化（Reduce）、包装再利用（Reuse）、材料可循环（Recycle）、可再生（Regenerate）、无危害（Refuse）以及包装可降解（Degradable）等原则。
　　闭环物流系统是使用循环包装的重要基础。循环包装在食品供应链中的入厂物流、厂内或厂间的制品物流、成品物流、售后物流等环节均有广泛应用。可降解包装材料在食品产业链的应用领域非常广泛，包括农业薄膜、食品饮料包装、外卖一次性塑料餐具、快递包装、商超购物袋等，可在自然环境中迅速降解成碎片或无毒气体，方便环保实用。
　　食用型包装已经触及例如糖衣、冰衣、果腊、糯米纸、药片包衣和肠衣等领域，但其承担的主要功能是保鲜、防护。近年来，融合了审美外观元素的食用型包装逐渐推向市场，比如可使用的彩色果冻杯、可水洗的果味冷冻酸奶珍珠、可食用的咖啡杯、可食用玉米碗、可食用汉堡包装纸等。
　　智能包装
　　目前智能包装主要可分为三种类型：一是功能材料型智能包装，二是功能结构型智能包装，三是信息型智能包装技术。
　　信息指示类的智能包装技术诸多。时间-温度指示剂可通过时间-温度积累效应来实时监测并记录食品流通中的温度历史，被广泛应用于易腐易烂食品的品质检测；新鲜度指示剂可通过食品的代谢产物（如葡萄糖、乙醇、有机酸等）与指示剂间的响应关系来预测食品的新鲜度。而条码技术和RFID技术等通过特殊标签储存、记录商品的商品名称、产地、生产日期、保质期等信息。
　　基于一物一码、RFID的智能包装，为商品提供了独特的身份标记，能够防止包装仿制或复制助力商品真伪辨别，实现对商品的源头可追溯、流向可跟踪，帮助商家解决窜货管理难题。
　　纳米材料
　　纳米科技在食品工业可以应用于原料制备、产品应用、理化分析、安全检测等4大领域，是当前最热门与重要的高新技术之一。经过微细化的处理，纳米材料可具有特殊的表面、体积与量子效应，进而表现出新的特性与功效。纳米技术在食品产业有巨大的发展潜力，纳米食品加工、纳米包装材料、纳米检测技术等方面的研究尤为活跃，逐渐成为纳米技术在食品工业应用的研究热点。
　　纳米食品是指利用食品高新技术，对食品成分进行纳米尺度的处理和加工改造而得到的纳米尺度的食品。目前的纳米食品主要有维生素制剂、添加营养素的钙奶与豆奶、矿物质制剂、纳米茶等。所涉及的纳米技术包括食品微观结构、香味与质量、病菌控制系统、风险分析法、IT技术等。未来可研发具有增强体质、防止疾病、提升营养、恢复健康的纳米食品。
　　营养组学
　　营养组学主要从分子水平和人群水平研究膳食营养与基因的交互作用及其对人类健康的影响，进而建立基于个体基因组结构特征的膳食干预方法和营养保健措施，实现个体化营养。营养组学通常包含3个方面：营养基因组学、蛋白质组学、营养代谢组学。
　　基于营养组学技术，可针对不同人群定制更多高效能的营养食品，为解决食品危机、营养不良、营养过剩等提供解决途径。营养组学相关的营养组数据会为特定人群研制有效的食疗方案打下扎实基础。营养组学技术未来有望能为人类量身定制出满足个体需求的＂个性化食品＂。
　　3D打印
　　3D打印技术凭借精度高、速度快、成本低等优势成为了工业4.0的重要技术手段之一。将3D打印技术引入营养健康食品加工领域，采用多品种的原料混合复配，使蛋白、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质及其他功能因子等营养成分按照需求比例加以平衡，在满足原料3D加工适宜性的前提下，打印成为营养均衡、美味可口、外观优美、方便食用的新型食品，实现对团体人群或个性化精准营养的配餐供应，应用前景十分广阔。
　　目前市场上主流的3D打印食品技术为挤出型食品3D打印，即通过数字化控制挤出过程，按照设定的路径一层一层地打印，最终得到三维食品。挤出型食品3D打印通常具有常温挤出成型、加热熔融挤出成型以及凝胶挤出成型食品。
　　合成生物学
　　合成生物学的研究内容主要包括生物元件、基因线路、代谢工程以及基因组工程。近年来，合成生物学技术的发展尤其是细胞工厂和无细胞合成平台的发展促进了食品行业的技术革命。合成生物学的发展能够帮助提高农业生产力、改良作物、降低生产成本以及实现可持续发展，同时能够改造植物光合作用增加农业产量、利用微生物或代谢工程手段减少农业化肥使用以及重塑代谢通路改良作物等，带来农产品产能与营养价值的突破性增长。
　　合成生物学的发展能够帮助发掘动、植物的营养以及功能成分合成的关键遗传基因元件，有可能对跨种属的基因进行组合，采用人工元件对合成通路进行改造，优化和协调合成途径中各蛋白的表达，构建新的细胞工厂，颠覆现有的食品生产与加工方式。以维生素C为例，传统维生素C生产的＂发酵+合成＂工艺复杂、成本高、污染高，而＂生物发酵式＂维生素C生产方法，大大减少了化工原料污染、缩短了流程，并使成本明显降低，正是生物合成工程的重要组成之一。