大数据背景下人工智能技术在食品行业中的应用研究

李秉茂（山西工程科技职业大学 山西晋中 030619）

食品加工是制造业中重要的组成部分，随着科技进步，单纯依靠人力已不能满足食品工业的需求。为了提高生产效率、确保食品安全，食品工业自动化应运而生。自动化是基于人工智能（AI）、机器学习（ML）或深度学习（DL）算法，通过人工智能系统使用，有效地完成食品生产和交付过程，增强运营能力的一种智能生产形式。人工智能在食品行业中的应用，可有效减少人为错误，最大限度地提高资源利用率和生产效率以节省生产成本。人工智能与数据科学相结合可以提高餐饮行业的在线交付食品链效率，并进行销售预测。AI可以通过创建更加透明的供应链管理系统，提高销售过程食品安全监控效率。

人工智能（AI）是能够执行近乎于人类智能任务计算机系统的一项技术。随着食品行业竞争的日益激烈和需求增加，食品加工已开始采用人工智能技术以实现利润最大化，并探索接触和服务消费者的新途径。AI已成功应用于新产品分类、供应链管理、食品安全合规性监控、有效预测消费者偏好和新产品开发等领域，有效地提高了食品行业生产效率和智能化发展。AI在食品行业的重要作用大致可分为两类：一类是食品智能化生产，另一类是食品质量与安全管理。本文将讨论人工智能在食品行业中的应用现状，为人工智能在食品加工业中能够得到广泛应用奠定理论基础。

一、人工智能领域

在过去的几十年里，人工智能（AI）技术取得了良好的效果。通过使用现代技术，食品行业可以大大降低时间成本，从而增加企业收益。人工智能在食品行业的应用主要技术包括：机器学习、自然语言处理、计算机视觉和机器人。

1、机器学习

它是一项对算法和统计模型的科学研究，计算机系统用于有效地执行特定任务，而无需使用基于推论模式的明确指令。例如：识别苹果或橙子等简单的对象。

2、自然语言处理

自然语言处理被广泛定义为通过软件自动操作自然语言，如语音和文本。它是计算机科学的一个子领域，涉及计算机和人类语言之间的相互作用，即如何编程使计算机来处理和分析大量的自然语言数据。

3、计算机视觉

机器视觉使用相机和数字信号来捕获和分析视觉信息，其目的是模拟人类视觉系统执行相应的任务。

4、机器人

机器人涵盖工程和科学领域，涉及设计、制造、操作和使用，用于控制、感官反馈和信息处理的计算机系统。机器人通常用于执行人类难以持续执行的任务。

二、人工智能在食品行业中的应用

1、食品分拣和包装

原料供应不规范是食品加工业面临的最大挑战之一，依靠人工对原料进行分拣和分类任务量庞大，导致效率下降、成本增加，通过使用人工智能，可实现食品分拣的完全自动化，使用相机、激光和机器学习相结合，提高食品分类效率、降低出错率。例如，通过部署基于光学传感器的人工智能进行分拣，可以消除对原材料进行排序的耗时过程，从而获得更高的生产效率，并减少浪费。

要开发基于AI的分拣和包装系统，需要大量数据，以便系统经过适当的训练后以高效的方式执行任务。基于人工智能的智能决策系统由多种工具和方法组成，即高分辨率摄像机、激光技术、X射线和红外光谱，这些工具和技术用于分析食品原料的各项参数，如水果和蔬菜的表面与内部特征。研究人员设计了不同的系统，其中比较有名的是TOMRA，它能够以非常高效的方式执行分拣任务，精度达到90%以上，大大提高了工作效率。

2、食品自动售货终端和应用

在决定商品和营销策略后，食品销售公司需要建立一个可靠的AI系统，为人们在线提供服务。该系统可以是一个在线网站，可以是一个移动电子应用程序，为消费者提供快速订购平台。

3、食品工业的机器人技术

随着人工智能的发展，在食品工业中应用机器人技术已逐渐成熟，尽管它可能尚未大规模采用，但是由于在食品工业中引进这些技术的成本低于雇用人力的费用，因此在食品工业的各个领域均已得到应用，如食品运输中的无人机和食品加工中的机械臂。全球食品自动化行业的价值稳定增长，预计在未来几年内翻一番，达到25亿美元，机器人在食品制造的应用可以分为两个不同的阶段。

（1）初级加工——生鲜产品经过清洗、分类、运输和混合，对机器人的应用包括屠宰、水果和蔬菜分拣。

（2）深加工——通过烹饪、烘焙、冷藏等方式将配料组合成新的食品，机器人应用包括产品分类、缺陷去除和混合。

4、食品物流中的人工智能

人工智能领域的机器学习可以帮助食品物流有效解决诸如原材料供应、预测食品需求以及规划物流等问题。通过机器学习方法将送货人员的位置与当前或即将面临的交通情况进行优化，然后以同步方式通知他们相关的最佳路线，来解决配送路线问题。此外，通过使用机器学习收集的数据规模会随着时间的增加而增加，随后可以使用其他基于人工智能的算法进行分析，从而开发出更智能的系统，这种分析可以使用更先进的人工智能技术（如深度学习）进行，这类技术更具有竞争的优势。

5、食品安全中的人工智能

由于机器人可实现无菌操作，在食品加工中，机器人被广泛应用，以减少食品污染。未来，机器人在食品加工业中的应用将提高30%，能够满足食品企业对食品安全控制的要求。

6、食品废物管理

调查显示，食物浪费约占食品消耗的30%至40%。这种浪费量对社会产生了深远的影响。研究表明，未来可以通过人工智能技术减少食物浪费来解决资源短缺问题。以下是一些使用AI减少食物浪费的建议方法。

（1）AI检查水果的成熟度，指出哪些微生物可以促进水果和蔬菜的生长，逐渐代替人为干预。

（2）以农场为基础的食品供应链管理，使用计算机视觉技术对每一个食品进行管理和检查，减少食品质量问题。

（3）基于人工智能的食品跟踪系统，使人们能够在食品变成废物之前及时销售食品。

三、食品行业AI数据分析

食品行业包括生产加工企业、零售企业以及配套的服务业，竞争日益激烈。因此，在食品行业使用人工智能技术，特别是数据科学，是食品企业在竞争中保持领先的有效途径。

1、基于客户的反馈系统

目前，食品服务领域有多种应用系统用于预测订购食品的数量、类型以及相关库存，这些信息可用于对某段时间内消费者流量和食品的统计分析。此类信息包括与客户接触的数据、食品偏好、习惯和投诉以及在此期间所需物品的供应等。收集和分析信息的结果有助于获得更多食品消费偏好信息，从而优化产品，提高消费者的满意度。此外，它还有助于避免漏洞和投诉，使这些应用程序更加安全可靠，还有其他一些应用程序有助于优化食品的服务功能，如餐厅管理框架、支付网关应用程序、基于云的大数据应用程序，甚至餐厅餐桌预订平台。

2、开发新配方

食谱可以通过多种方式结合配料烹饪，从而创造了一个以无限种结合方式制作烹饪菜肴的可能。通过网络，多个食谱可在线获得，并包含一个巨大的数据集，实现从普通到专业的各种美食的组合。研究人员可以确定不同美食的区别和相似性，例如，南方和北方美食含有相同口味的化合物成分。总之，技术专家可以评估哪些食品成分有当地特色，并标记在哪几个省份是时尚的美食。这种方式实质上是模仿人工智能的算法，推荐具有不同类型配料组合的食品，从而丰富食品种类。

3、重塑食品交付

在线食品商店，如无人超市和在线个性化定制食品商店，根据顾客的订购模式和食品偏好，产生大量的数据。此时，可以利用人工智能创建更简单、经济、省时的食品交付方法，例如构建一个在线网站，可以提供快速订购和建议的移动电子应用程序，这些应用程序通过向客户提供相关食品加工的原辅料及其加工特点，帮助客户进行选购。这些应用程序现在正被逐步采用，这项技术也帮助食品商解决了人力短缺和订单不准确等问题。

四、食品行业采用人工智能技术的挑战

人工智能技术在应用过程中的主要问题包括：AI部署的成本，这意味着只有食品行业的巨头才能负担得起；文化挑战，与所有技术进步一样，人工智能的应用与企业相关人员的人文素质有关，担心这种技术将来会被负面操纵，担心权力会掌握在少数人手中，担心人类会把工作交给计算机，这可能导致企业内部员工排斥AI。人工智能技术正处于起步阶段，对收集和分析数据的需求日益增长。作为一项新技术，许多食品企业在充分了解人工智能的真正价值或交付能力之前，都不愿进行投资。人工智能技术需要提高透明度，而食品企业往往会严格保护产品配方，这就导致无法让消费者更多地参与决策，因此，未来食品企业对人工智能技术的应用将是一个极大挑战。

五、结论

本文介绍了各种人工智能在食品行业中的应用，表明了人工智能对食品行业的贡献和潜在优势。人工智能正在使食品工业更加高效，并有望在不远的将来产生更多的新变化。AI在食品行业的作用正变得越来越重要，它能够重新处理废物、预测产品市场、实现全天候高效的监控、降低管理成本、增加收入。目前，食品工业已经逐步利用人工智能的各种技术提升食品质量、优化管理，人工智能的作用每天都在显现。未来，人工智能将彻底改变食品行业现状，将食品行业带到一个新的水平。