餵養未來：農業食品技術概述

以製造拖拉機而聞名的約翰迪爾公司正在涉足人工智能業務。 2017 年，約翰迪爾實驗室以 3.05 億美元收購了 Blue River Technology，這家初創公司擁有計算機視覺和機器學習技術，可以識別農場中的每一株植物。 這意味著抗除草劑雜草很容易與健康植物區分開來。 最終結果？ 據 Blue River 稱，農民可以在提高產量的同時減少約 95% 的化學品使用量。

隨著環境、社會和人口因素對傳統農產品生產技術的壓力越來越大，投資者和企業家都在轉向創新。

在為“餵養未來：農業食品行業概述”奠定基礎之後，我們現在將更詳細地介紹正在徹底改變食品生產業務的創新技術。 我們詳細介紹了該領域有前景的新技術以及有趣的初創公司，例如垂直農業、替代蛋白質、精準農業、農業生物技術和其他有趣的未來趨勢。

用於可控和可持續生產的垂直農業

垂直農業是在垂直堆疊的層中種植農作物的做法。 這可以通過使用懸掛在牆壁或柵欄上的生長架並實施水培技術來滋養植物來實現。

這種技術具有巨大的潛力，因為它確保了對許多生產變量的控制。 它不僅減少了消耗的投入數量，而且還可以控製作物病原體和寄生昆蟲。 這允許顯著縮短作物週期和全年生產，從而有可能：

• 減少農業用地
• 有效應對城市化趨勢，將農作物移入城鎮
• 減少將數百公里的食品運送到市場的需要
• 無論季節或天氣如何保持生產
• 預防與氣候變化相關的危害的可能性

再加上在水和投入方面的顯著節約，這將是成功應對日益增長的糧食需求和農業食品行業取得成功的關鍵驅動力。

然而，擴大垂直農業可能會帶來困難，主要是由於該技術需要大量能源使用，這不可避免地會對其碳足跡產生影響。 垂直農民願意使用可再生能源為其運營提供動力，但該行業還有很長的路要走。

大多數垂直農場都失敗了，因為機器人設備和人造光的高成本被更簡單的泥土、溫室和太陽技術所取代。 但這一概念現在吸引了企業投資的激增，Spread 或 Plenty 等公司就是例證，這家美國初創公司得到了軟銀的孫正義和亞馬遜的傑夫貝索斯等投資者 2 億美元的支持。 根據 MarketsandMarkets 的數據，農產品市場的這一細分市場正以 24.8% 的複合年增長率增長，預計到 2022 年將達到 58 億美元。

水培法和氣培法是該領域應用的兩種主要技術。 兩者之一的實施涉及顯著的資源節約以及用水和必要的肥料/養分之間的良好平衡。

氣候控制設備將成為該市場中增長最快的硬件部分，在提高產量方面發揮著至關重要的作用。 為確保受保護的生長環境，需要將影響氣候的幾個因素控制在高級水平。

與其他地區相比，預計到 2022 年，亞太地區的垂直農業市場份額將最大。

按地區劃分的垂直農業市場（百萬美元）

日本、新加坡、台灣和其他技術先進國家的許多農場已經在推動該地區的市場。 投資從 2015 年和 2016 年的 6000 萬美元大幅增長到 2017 年和 2018 年的 4.14 億美元。

這些公司的資本支出很高。 一個小型、低技術的垂直農業企業可能需要大約 280,000 美元才能啟動，而第二代工廠則需要 1500 萬美元。 最具創新性的植物包括數據管理、植物管理自動化、收穫自動化和收穫後自動化。 平均而言，這種植物的單位產量是傳統農場的 55 倍。 此外，創新應降低運營費用：例如，提高該技術中使用的 LED 燈的效率。

這個市場的主要參與者是 AeroFarms，這是一家總部位於美國的公司，該公司已經開展了 15 年的業務並籌集了 2.38 億美元，而 Plenty (US) 則籌集了 2.26 億美元。

在歐洲環境方面，Infarm（德國）是一家總部位於柏林的公司，已經籌集了約 1.22 億美元，Agricool（法國）籌集了 3600 萬美元，主要關注草莓生產，Agrilution（德國）籌集了 460 萬美元，以及Sfera Agricola（意大利）籌集了 750 萬美元，收入為 423 萬美元。

增加使用替代蛋白質

研究人員和初創公司正在努力研究替代蛋白質，因為由於肉類需求的持續增長，用牲畜肉類餵養不斷增長的人口很可能變得相當困難。

因此，目前有 46% 的農產品僅用於飼養牲畜。 提高傳統肉類生產效率的解決方案幾乎已經用盡，追求它們不會克服全球農業和食品挑戰。

因此，新的肉類產品和市場參與者正在不斷發展。 幾家公司沒有提高傳統肉類生產，而是專注於發明新產品來替代傳統肉類。 一些最有前途的領域是昆蟲肉、新型純素肉替代品和養殖肉。

昆蟲肉是由主要來自蟋蟀和粉蟲的蛋白質製成的。 這種趨勢具有一些優勢，例如與傳統肉類相比，能量和蛋白質的轉化率更高。 由於與傳統肉類相比，昆蟲食品的味道和質地差異以及絕大多數西方國家消費者對昆蟲作為食物的負面看法，昆蟲食品在餵養牲畜而不是人類方面具有更大的潛力。

全球肉類市場預測

兩個最有趣的趨勢可能是新型純素肉類替代品和養殖肉類。 第一個不需要動物成分，其感官特徵比傳統的素食/素食替代品更接近肉類。 其主要原因是複雜的生產過程，該過程使用通過發酵從植物中提取的血紅蛋白和粘合劑。 該領域的初創公司（例如， Impossible Foods 、 JUST 、 Beyond Meat ）截至 2018 年籌集了超過 9 億美元的融資，並且產品已經在超市和餐館中銷售。

培養肉代表了通過生物反應器中的指數細胞生長產生的肉類替代品。 肉類養殖將代表最大的機會，即使由於與之相關的大量成本而處於不良發展狀態。

當從活體動物中提取細胞並在實驗室中培養以永久建立培養物（稱為細胞系）時，該過程就開始了。 這些細胞可以來自多種來源：活體動物的活組織檢查、新鮮肉塊或細胞庫。 細胞係可以基於原代細胞或乾細胞。 一旦選擇了良好的細胞系，將樣品引入生物反應器，細胞在此以指數方式增殖並可以收穫。 結果是肉幾乎與動物肉沒有區別。 尚未出售任何商業產品，即使這種技術有可能擾亂價值數十億美元的全球肉類產業。

最具潛在破壞性的趨勢可能是新型純素肉和人造肉，由於它們與真正的肉類高度相似，它們具有很高的商業潛力，因此它們將在 2040 年分別達到全球市場價值的 25% 和 35%。 這使得它們對風險投資具有吸引力。 特別是，養殖肉類將在長期內獲勝，但新的純素肉類替代品在過渡階段將是必不可少的。

最先進的新型純素肉類替代品企業位於美國。 Beyond Meat 和 Impossible Foods 是其中最著名的，已經獲得了數億美元。

Impossible Foods 在 2019 年的 E 輪融資中籌集了 3 億美元，使總股本價值達到 7 億美元。 投資者包括比爾蓋茨、GV（前身為谷歌風險投資公司）、瑞銀和帆船資本等知名人士。 Beyond Meat 已經上市。

資料來源：Crunchbase。

這些公司最接近將其產品商業化。 到 2024 年，植物性食品和飲料替代品市場預計將達到 804.3 億美元，在 2019 年至 2024 年的預測期內以 13.82% 的複合年增長率增長。

最大的養殖肉類企業位於美國。 總部位於舊金山的 Memphis Meats 籌集了 1.61 億美元，用於建立一個基於細胞的試點肉類工廠。 這一輪投資使這家加州細胞肉類公司的總資金增加了八倍以上。 投資者包括泰森食品、理查德布蘭森和比爾蓋茨。

根據 The Good Food Institute 2019 年發布的兩份報告，在過去 10 年中，投資者向美國植物和細胞肉類公司投入了超過 160 億美元，僅 2017 年和 2018 年就達到了 130 億美元。

精準農業走向主流

在過去的二十年裡，精準農業已經成功地從一個學術研究課題轉變為農業領域的一種非常有益的實踐。 到 2030 年底，精準農業有望成為最具影響力的農業趨勢之一。

精準農業市場 - 按地區劃分的增長率（2021-2024）

精準農業是一種基於觀察、測量和響應農作物田間和田間變異性的農業管理概念，其目標是定義決策支持系統 (DSS)，以優化投入回報，同時保護資源。

根據 AgFunder 的數據，2015 年在 96 筆交易中對精準農業的投資達到 6.61 億美元，比 2014 年增長 140%。 然而，精準農業在 2016 年下降了 4.05 億美元，主要是由於無人機支出減少。 可以確定將指導該行業未來的精準農業的三個主要方向：圖像和傳感器、機器人和自動化以及數字化和大數據。

圖像和傳感器涉及現場性能監測、土壤監測和現場計算機或通過使用衛星、無人機圖像和作物條件傳感器進行實時操作的實踐，旨在提供一個有助於監測和自動化輸入的系統。

機器人和自動化是指機器視覺、航空傳感和人工智能等技術。

數字化和大數據採用現場地圖、增強現實和開放數據平台來實現高級分析和智能機械設計，從而實現商業智能服務。

該市場預計將以 12.8% 的複合年增長率增長，到 2021 年達到 55 億美元。目前，歐洲、中東和非洲地區佔據市場主導地位 (41%)，其次是亞太地區 (32%) 和美洲 (27%)。 拜耳成立了一支由 400 多名專業人士組成的團隊，並投資 12.5 億美元來推動面向農民的數字產品的發展。

精準農業因其巨大的潛力而成為一個擁擠的領域。 養活世界並在這樣做的同時獲得回報對許多不同的玩家來說都是高度激勵。 約翰迪爾、CNH、久保田、博世、天寶、拓普康等公司也在關注這一領域，還有大量的初創公司，包括：

農業生物技術正在改變農業業務

另一個採用相關技術創新的快速增長的利基市場涉及農業生物技術，其中包括農場以及養殖後過程中使用的所有生物或化學工具和工藝。 這一類別涉及不同類型的技術和科學，包括遺傳學、育種、微生物組研究、合成化學和動物健康。

遺傳學涉及允許通過直接操縱生物體的遺傳物質將有用特徵從一種植物轉移到另一種植物的過程。

育種是改變植物性狀以產生所需特性的科學。

微生物組研究包括對微生物群落的生物學及其對周圍環境和宿主的影響產生有價值的見解。

合成化學是一個新興的研究領域，旨在創造新的生物部件、設備和系統，或重新設計自然界中已經存在的系統。

動物健康包括提高動物飼料質量、動物性能和/或動物健康的技術，以及創造可作為主要或次要食物來源的新型動物飼料的技術。

到 2024 年，全球農業生物技術市場預計將達到 338 億美元，複合年增長率為 10.9%（2019-2024 年）。 由於對轉基因生物的接受度最高，北美是最大的農業生物技術市場。

基因工程市場是一個快速增長的市場，可以對環境產生積極影響——轉基因作物需要更少的化學品、土地和機械，這有助於減少環境污染和溫室氣體排放。 此外，這門科學的重點主要是創造新的種子和植物，這些種子和植物能夠在它們生長時抵抗除草劑、昆蟲和病毒——耐受環境壓力（例如乾旱、洪水），並具有額外的營養益處和改善的味道。

基因工程也有一些缺點。 通常，病原體能夠適應新的遺傳特徵，因此可能會產生意想不到的負面影響（例如，抗旱植物對陽光直射的耐受性較差）。

此外，利用版權和專利保護知識產權（IPR）是該領域的一大優勢，其特點是模仿成本低。

一些活躍在農業生物技術領域的初創公司和中小企業包括：

未來的其他有趣趨勢

從歷史上看，農業經歷了一系列革命，將效率、產量和盈利能力推向了以前無法想像的水平。 未來十年的市場預測表明，一場數字革命可能會影響農業食物鏈的各個方面。

從氣候的角度來看，越來越需要弄清楚如何用相同數量的農田（如果不是更少的話）生產盡可能多的食物。 然而，如前所述，氣候變化並不是未來幾年威脅食品業的唯一因素； 對應用於農業的技術解決方案的需求也將不斷增長。

之前，我們討論了養殖肉類、CRISPR 和基因組編輯、精準農業和垂直農業的未來重要性。 但這些並不是研究人員正在研究的唯一可用技術。 正在探索廣泛的解決方案，以應對氣候變化與糧食相關的挑戰和糧食需求的擴大。 一些例子包括：

• 使用可防止肥料將土壤微生物轉化為一氧化二氮（一種高效溫室氣體）的化合物。
• 開發吸收更多氮的作物品種。
• 通過以不同方式餵養牲畜（例如使用藻類）來減少牲畜的碳足跡。
• 採用沙漠農業和海水養殖。 由於資源日益短缺，世界必須將沙漠和海洋變成糧食生產設施。
• 將 3D 打印應用於食品生產。 專家認為，使用水膠體的打印機可用於用藻類、浮萍和草等可再生能源替代食品的基本成分。 現在，一些科學家正在試驗用藻類作為動物蛋白的替代品。

不幸的是，這些農業食品技術中的許多尚未獲得有效實施所需的投資數量； 儘管如此，這一領域的認識正在迅速提高，因此投資也在增長。

閱讀本系列的第一部分：養活未來：農產品行業概述。