喂养未来：农业食品技术概述

以制造拖拉机而闻名的约翰迪尔公司正在涉足人工智能业务。 2017 年，约翰迪尔实验室以 3.05 亿美元收购了 Blue River Technology，这家初创公司拥有计算机视觉和机器学习技术，可以识别农场中的每一株植物。 这意味着抗除草剂杂草很容易与健康植物区分开来。 最终结果？ 据 Blue River 称，农民可以在提高产量的同时减少约 95% 的化学品使用量。

随着环境、社会和人口因素对传统农产品生产技术的压力越来越大，投资者和企业家都在转向创新。

在为“喂养未来：农业食品行业概述”奠定基础之后，我们现在将更详细地介绍正在彻底改变食品生产业务的创新技术。 我们详细介绍了该领域有前景的新技术以及有趣的初创公司，例如垂直农业、替代蛋白质、精准农业、农业生物技术和其他有趣的未来趋势。

用于可控和可持续生产的垂直农业

垂直农业是在垂直堆叠的层中种植农作物的做法。 这可以通过使用悬挂在墙壁或栅栏上的生长架并实施水培技术来滋养植物来实现。

这种技术具有巨大的潜力，因为它确保了对许多生产变量的控制。 它不仅减少了消耗的投入数量，而且还可以控制作物病原体和寄生昆虫。 这允许显着缩短作物周期和全年生产，从而有可能：

• 减少农业用地
• 有效应对城市化趋势，将农作物移入城镇
• 减少将数百公里的食品运送到市场的需要
• 无论季节或天气如何保持生产
• 预防与气候变化相关的危害的可能性

再加上在水和投入方面的显着节约，这将是成功应对日益增长的粮食需求和农业食品行业取得成功的关键驱动力。

然而，扩大垂直农业可能会带来困难，主要是由于该技术需要大量能源使用，这不可避免地会对其碳足迹产生影响。 垂直农民愿意使用可再生能源为其运营提供动力，但该行业还有很长的路要走。

大多数垂直农场都失败了，因为机器人设备和人造光的高成本被更简单的泥土、温室和太阳技术所取代。 但这一概念现在吸引了企业投资的激增，Spread 或 Plenty 等公司就是例证，这家美国初创公司得到了软银的孙正义和亚马逊的杰夫贝索斯等投资者 2 亿美元的支持。 根据 MarketsandMarkets 的数据，农产品市场的这一细分市场正以 24.8% 的复合年增长率增长，预计到 2022 年将达到 58 亿美元。

水培法和气培法是该领域应用的两种主要技术。 两者之一的实施涉及显着的资源节约以及用水和必要的肥料/养分之间的良好平衡。

气候控制设备将成为该市场中增长最快的硬件部分，在提高产量方面发挥着至关重要的作用。 为确保受保护的生长环境，需要将影响气候的几个因素控制在高级水平。

与其他地区相比，预计到 2022 年，亚太地区的垂直农业市场份额将最大。

按地区划分的垂直农业市场（百万美元）

日本、新加坡、台湾和其他技术先进国家的许多农场已经在推动该地区的市场。 投资从 2015 年和 2016 年的 6000 万美元大幅增长到 2017 年和 2018 年的 4.14 亿美元。

这些公司的资本支出很高。 一个小型、低技术的垂直农业企业可能需要大约 280,000 美元才能启动，而第二代工厂则需要 1500 万美元。 最具创新性的植物包括数据管理、植物管理自动化、收获自动化和收获后自动化。 平均而言，这种植物的单位产量是传统农场的 55 倍。 此外，创新应降低运营费用：例如，提高该技术中使用的 LED 灯的效率。

这个市场的主要参与者是 AeroFarms，这是一家总部位于美国的公司，该公司已经开展了 15 年的业务并筹集了 2.38 亿美元，而 Plenty (US) 则筹集了 2.26 亿美元。

在欧洲环境方面，Infarm（德国）是一家总部位于柏林的公司，已经筹集了约 1.22 亿美元，Agricool（法国）筹集了 3600 万美元，主要关注草莓生产，Agrilution（德国）筹集了 460 万美元，以及Sfera Agricola（意大利）筹集了 750 万美元，收入为 423 万美元。

增加使用替代蛋白质

研究人员和初创公司正在努力研究替代蛋白质，因为由于肉类需求的持续增长，用牲畜肉类喂养不断增长的人口很可能变得相当困难。

因此，目前有 46% 的农产品仅用于饲养牲畜。 提高传统肉类生产效率的解决方案几乎已经用尽，追求它们不会克服全球农业和食品挑战。

因此，新的肉类产品和市场参与者正在不断发展。 几家公司没有提高传统肉类生产，而是专注于发明新产品来替代传统肉类。 一些最有前途的领域是昆虫肉、新型纯素肉替代品和养殖肉。

昆虫肉是由主要来自蟋蟀和粉虫的蛋白质制成的。 这种趋势具有一些优势，例如与传统肉类相比，能量和蛋白质的转化率更高。 由于与传统肉类相比，昆虫食品的味道和质地差异以及绝大多数西方国家消费者对昆虫作为食物的负面看法，昆虫食品在喂养牲畜而不是人类方面具有更大的潜力。

全球肉类市场预测

两个最有趣的趋势可能是新型纯素肉类替代品和养殖肉类。 第一个不需要动物成分，其感官特征比传统的素食/素食替代品更接近肉类。 其主要原因是复杂的生产过程，该过程使用通过发酵从植物中提取的血红蛋白和粘合剂。 该领域的初创公司（例如， Impossible Foods 、 JUST 、 Beyond Meat ）截至 2018 年筹集了超过 9 亿美元的融资，并且产品已经在超市和餐馆中销售。

培养肉代表了通过生物反应器中的指数细胞生长产生的肉类替代品。 肉类养殖将代表最大的机会，即使由于与之相关的大量成本而处于不良发展状态。

当从活体动物中提取细胞并在实验室中培养以永久建立培养物（称为细胞系）时，该过程就开始了。 这些细胞可以来自多种来源：活体动物的活组织检查、新鲜肉块或细胞库。 细胞系可以基于原代细胞或干细胞。 一旦选择了良好的细胞系，将样品引入生物反应器，细胞在此以指数方式增殖并可以收获。 结果是肉几乎与动物肉没有区别。 尚未出售任何商业产品，即使这种技术有可能扰乱价值数十亿美元的全球肉类产业。

最具潜在破坏性的趋势可能是新型纯素肉和人造肉，由于它们与真正的肉类高度相似，它们具有很高的商业潜力，因此它们将在 2040 年分别达到全球市场价值的 25% 和 35%。 这使得它们对风险投资具有吸引力。 特别是，养殖肉类将在长期内获胜，但新的纯素肉类替代品在过渡阶段将是必不可少的。

最先进的新型纯素肉类替代品企业位于美国。 Beyond Meat 和 Impossible Foods 是其中最著名的，已经获得了数亿美元。

Impossible Foods 在 2019 年的 E 轮融资中筹集了 3 亿美元，使总股本价值达到 7 亿美元。 投资者包括比尔盖茨、GV（前身为谷歌风险投资公司）、瑞银和帆船资本等知名人士。 Beyond Meat 已经上市。

资料来源：Crunchbase。

这些公司最接近将其产品商业化。 到 2024 年，植物性食品和饮料替代品市场预计将达到 804.3 亿美元，在 2019 年至 2024 年的预测期内以 13.82% 的复合年增长率增长。

最大的养殖肉类企业位于美国。 总部位于旧金山的 Memphis Meats 筹集了 1.61 亿美元，用于建立一个基于细胞的试点肉类工厂。 这一轮投资使这家加州细胞肉类公司的总资金增加了八倍以上。 投资者包括泰森食品、理查德布兰森和比尔盖茨。

根据 The Good Food Institute 2019 年发布的两份报告，在过去 10 年中，投资者向美国植物和细胞肉类公司投入了超过 160 亿美元，仅 2017 年和 2018 年就达到了 130 亿美元。

精准农业走向主流

在过去的二十年里，精准农业已经成功地从一个学术研究课题转变为农业领域的一种非常有益的实践。 到 2030 年底，精准农业有望成为最具影响力的农业趋势之一。

精准农业市场 - 按地区划分的增长率（2021-2024）

精准农业是一种基于观察、测量和响应农作物田间和田间变异性的农业管理概念，其目标是定义决策支持系统 (DSS)，以优化投入回报，同时保护资源。

根据 AgFunder 的数据，2015 年在 96 笔交易中对精准农业的投资达到 6.61 亿美元，比 2014 年增长 140%。 然而，精准农业在 2016 年下降了 4.05 亿美元，主要是由于无人机支出减少。 可以确定将指导该行业未来的精准农业的三个主要方向：图像和传感器、机器人和自动化以及数字化和大数据。

图像和传感器涉及现场性能监测、土壤监测和现场计算机或通过使用卫星、无人机图像和作物条件传感器进行实时操作的实践，旨在提供一个有助于监测和自动化输入的系统。

机器人和自动化是指机器视觉、航空传感和人工智能等技术。

数字化和大数据采用现场地图、增强现实和开放数据平台来实现高级分析和智能机械设计，从而实现商业智能服务。

该市场预计将以 12.8% 的复合年增长率增长，到 2021 年达到 55 亿美元。目前，欧洲、中东和非洲地区占据市场主导地位 (41%)，其次是亚太地区 (32%) 和美洲 (27%)。 拜耳成立了一支由 400 多名专业人士组成的团队，并投资 12.5 亿美元来推动面向农民的数字产品的发展。

精准农业因其巨大的潜力而成为一个拥挤的领域。 养活世界并在这样做的同时获得回报对许多不同的玩家来说都是高度激励。 约翰迪尔、CNH、久保田、博世、天宝、拓普康等公司也在关注这一领域，还有大量的初创公司，包括：

农业生物技术正在改变农业业务

另一个采用相关技术创新的快速增长的利基市场涉及农业生物技术，其中包括农场以及养殖后过程中使用的所有生物或化学工具和工艺。 这一类别涉及不同类型的技术和科学，包括遗传学、育种、微生物组研究、合成化学和动物健康。

遗传学涉及允许通过直接操纵生物体的遗传物质将有用特征从一种植物转移到另一种植物的过程。

育种是改变植物性状以产生所需特性的科学。

微生物组研究包括对微生物群落的生物学及其对周围环境和宿主的影响产生有价值的见解。

合成化学是一个新兴的研究领域，旨在创造新的生物部件、设备和系统，或重新设计自然界中已经存在的系统。

动物健康包括提高动物饲料质量、动物性能和/或动物健康的技术，以及创造可作为主要或次要食物来源的新型动物饲料的技术。

到 2024 年，全球农业生物技术市场预计将达到 338 亿美元，复合年增长率为 10.9%（2019-2024 年）。 由于对转基因生物的接受度最高，北美是最大的农业生物技术市场。

基因工程市场是一个快速增长的市场，可以对环境产生积极影响——转基因作物需要更少的化学品、土地和机械，这有助于减少环境污染和温室气体排放。 此外，这门科学的重点主要是创造新的种子和植物，这些种子和植物能够在它们生长时抵抗除草剂、昆虫和病毒——耐受环境压力（例如干旱、洪水），并具有额外的营养益处和改善的味道。

基因工程也有一些缺点。 通常，病原体能够适应新的遗传特征，因此可能会产生意想不到的负面影响（例如，抗旱植物对阳光直射的耐受性较差）。

此外，利用版权和专利保护知识产权（IPR）是该领域的一大优势，其特点是模仿成本低。

一些活跃在农业生物技术领域的初创公司和中小企业包括：

未来的其他有趣趋势

从历史上看，农业经历了一系列革命，将效率、产量和盈利能力推向了以前无法想象的水平。 未来十年的市场预测表明，一场数字革命可能会影响农业食物链的各个方面。

从气候的角度来看，越来越需要弄清楚如何用相同数量的农田（如果不是更少的话）生产尽可能多的食物。 然而，如前所述，气候变化并不是未来几年威胁食品业的唯一因素； 对应用于农业的技术解决方案的需求也将不断增长。

之前，我们讨论了养殖肉类、CRISPR 和基因组编辑、精准农业和垂直农业的未来重要性。 但这些并不是研究人员正在研究的唯一可用技术。 正在探索广泛的解决方案，以应对气候变化与粮食相关的挑战和粮食需求的扩大。 一些例子包括：

• 使用可防止肥料将土壤微生物转化为一氧化二氮（一种高效温室气体）的化合物。
• 开发吸收更多氮的作物品种。
• 通过以不同方式喂养牲畜（例如使用藻类）来减少牲畜的碳足迹。
• 采用沙漠农业和海水养殖。 由于资源日益短缺，世界必须将沙漠和海洋变成粮食生产设施。
• 将 3D 打印应用于食品生产。 专家认为，使用水胶体的打印机可用于用藻类、浮萍和草等可再生能源替代食品的基本成分。 现在，一些科学家正在试验用藻类作为动物蛋白的替代品。

不幸的是，这些农业食品技术中的许多尚未获得有效实施所需的投资数量； 尽管如此，这一领域的认识正在迅速提高，因此投资也在增长。

阅读本系列的第一部分：养活未来：农产品行业概述。