Ruokakomero niitit voivat hämärtyä joutuessaan alttiina hapelle. Daniel de la Hoz/Moment
Oletko koskaan purenut pähkinää tai palaa suklaata odottaen pehmeää, täyteläistä makua, mutta kohtaat odottamattoman ja epämiellyttävän kalkkimaisen tai hapan maun? Tämä maku on härskiintynyt toiminnassa, ja se vaikuttaa melkein kaikkiin ruokakomerosi tuotteisiin. Nyt tekoäly voi auttaa tutkijoita käsittelemään tätä ongelmaa tarkemmin ja tehokkaammin.
Olemme ryhmä kemistejä, jotka tutkivat tapoja pidentää elintarvikkeiden käyttöikää, mukaan lukien eltaantuneiden tuotteiden käyttöikää. Me äskettäin julkaisi tutkimuksen kuvailee tekoälytyökalujen etuja, jotka auttavat pitämään öljy- ja rasvanäytteet tuoreina pidempään. Koska öljyt ja rasvat ovat yleisiä komponentteja monissa elintarvikkeissa, mukaan lukien perunalastut, suklaa ja pähkinät, tutkimuksen tuloksia voidaan soveltaa laajasti ja jopa vaikuttaa muihin aloihin, mukaan lukien kosmetiikka ja lääkkeet.
Härskiintymistä ja antioksidantteja
Ruoka hämärtyy kun se on alttiina ilmalle jonkin aikaa – tätä prosessia kutsutaan hapetukseksi. Itse asiassa monia yleisiä ainesosia, mutta erityisesti lipidejä, jotka ovat rasvoja ja öljyjä, reagoivat hapen kanssa. Lämmön tai UV-valon läsnäolo voi nopeuttaa prosessia.
Hapetus johtaa pienempien molekyylien muodostumiseen, kuten ketonit, aldehydit ja rasvahapot jotka antavat eltaantuneelle ruoalle tyypillisen luokan, voimakkaan ja metallisen tuoksun. Toistuva eltaantuneiden elintarvikkeiden syöminen voi uhata terveyttäsi.
Onneksi sekä luonnolla että elintarviketeollisuudella on erinomainen suoja eltaantumista vastaan – antioksidantit. Ruoat eltaantuvat hapettumisprosessista.
Antioksidantit Sisältää laajan valikoiman luonnollisia molekyylejä, kuten C-vitamiinia, ja synteettisiä molekyylejä, jotka pystyvät suojaamaan ruokaasi hapettumiselta.
Vaikka on olemassa muutamalla tavalla antioksidantit toimivat, kaiken kaikkiaan ne voivat neutraloida monia eltaantumista aiheuttavia prosesseja ja säilyttää ruoan maut ja ravintoarvo pidempään. Useimmiten asiakkaat eivät edes tiedä kuluttavansa lisättyjä antioksidantteja, sillä elintarvikevalmistajat lisäävät niitä yleensä pieniä määriä valmistuksen aikana.
Mutta et voi vain ripotella C-vitamiinia ruokaan ja odottaa näkeväsi säilöntävaikutuksen. Tutkijoiden on valittava huolellisesti tietty joukko antioksidantteja ja laske tarkasti kunkin määrän.
Antioksidanttien yhdistäminen ei aina vahvista niiden vaikutusta. Itse asiassa on tapauksia, joissa väärien antioksidanttien käyttäminen tai sekoittaminen väärissä suhteissa voi heikentää niiden suojaavaa vaikutusta – ns. antagonismi. Sen selvittäminen, mitkä yhdistelmät sopivat millekin ruokalajille, vaatii monia kokeita, jotka vievät aikaa, vaativat erikoishenkilöstöä ja lisäävät ruoan kokonaiskustannuksia.
Kaikkien mahdollisten yhdistelmien tutkiminen vaatisi valtavasti aikaa ja resursseja, joten tutkijat ovat juuttuneet muutamiin seoksiin, jotka tarjoavat vain jonkin tason suojan eltaantumista vastaan. Tässä AI tulee peliin.
Tekoälyn käyttö
Olet varmaan nähnyt AI-työkalut, kuten ChatGPT uutisissa tai leikkiä heidän kanssaan itse. Tämäntyyppiset järjestelmät voivat ottaa vastaan suuria datajoukkoja ja tunnista kuviot ja luo sitten tuloste, josta voi olla hyötyä käyttäjälle. Tekoälytyökalut ovat muuttaneet sitä, kuinka monet tutkijat tekevät tutkimusta.
Kemistinä halusimme opettaa tekoälytyökalulle etsimään uusia antioksidanttiyhdistelmiä. Tätä varten valitsimme tekoälytyypin, jonka kanssa voidaan työskennellä tekstiesitykset, jotka ovat kirjoitettuja koodeja, jotka kuvaavat kunkin antioksidantin kemiallista rakennetta. Ensin syötimme tekoälyllemme luettelon noin miljoonasta kemiallisesta reaktiosta ja opetimme ohjelmalle joitain yksinkertaisia kemian käsitteitä, kuten kuinka tunnistaa molekyylien tärkeitä ominaisuuksia.
Kun kone pystyi tunnistamaan yleiset kemialliset kuviot, kuten kuinka tietyt molekyylit reagoivat toistensa kanssa, hienosääsimme sitä opettamalla sille kehittyneempää kemiaa. Tässä vaiheessa tiimimme käytti tietokantaa lähes 1,100 seoksesta, jotka on aiemmin kuvattu tutkimuskirjallisuudessa.
Tässä vaiheessa tekoäly pystyi ennustamaan minkä tahansa kahden tai kolmen antioksidantin sarjan yhdistämisen vaikutuksen alle sekunnissa. Sen ennuste on linjassa kirjallisuudessa kuvatun vaikutuksen kanssa 90 % ajasta.
Mutta nämä ennusteet eivät olleet täysin linjassa kokeiden kanssa, joita tiimimme teki laboratoriossa. Itse asiassa havaitsimme, että tekoälymme pystyi ennustamaan oikein vain muutamia hapetuskokeita, jotka suoritimme todellisella laardilla, mikä osoittaa tulosten siirtämisen tietokoneelta laboratorioon monimutkaisuuden.
Jalostaa ja tehostaa
Onneksi tekoälymallit eivät ole staattisia työkaluja, joissa on ennalta määritellyt kyllä- ja ei-polut. He ovat dynaamisia oppijoita, joten tutkimusryhmämme voi jatkaa uuden tiedon syöttämistä malliin, kunnes se terävöittää sen ennustuskykyä ja pystyy ennustamaan tarkasti kunkin antioksidanttiyhdistelmän vaikutuksen. Mitä enemmän tietoa malli saa, sitä tarkempi se tulee, aivan kuten ihmiset kasvavat oppimisen kautta.
Huomasimme, että lisäämällä noin 200 laboratoriosta saatua esimerkkiä tekoäly pystyi oppimaan tarpeeksi kemiaa ennustaakseen tiimimme suorittamien kokeiden tulokset, mutta ennustetun ja todellisen arvon välillä oli vain pieni ero.
Meidän kaltainen mallimme voi auttaa tutkijoita kehittämään parempia tapoja säilyttää elintarvikkeita kehittämällä parhaita antioksidanttiyhdistelmiä tietyille elintarvikkeille, joiden kanssa he työskentelevät, aivan kuin heillä olisi erittäin taitava avustaja.
Projekti tutkii nyt tehokkaampia tapoja kouluttaa tekoälymallia ja etsii tapoja parantaa sen ennustuskykyä entisestään.
Carlos D. Garcia, kemian professori, Clemson University ja Lucas de Brito Ayres, kemian tohtori, Clemson University
Tämä artikkeli julkaistaan uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.
Liittyvät kirjat:
Suola, rasva, happo, lämpö: hyvän ruoanlaiton elementtien hallinta
kirjoittaneet Samin Nosrat ja Wendy MacNaughton
Tämä kirja tarjoaa kattavan oppaan ruoanlaittoon keskittyen neljään osaan suolaa, rasvaa, happoa ja lämpöä ja tarjoaa oivalluksia ja tekniikoita herkullisten ja tasapainoisten aterioiden luomiseen.
Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi
Skinnytaste Cookbook: Kevyt kaloreita, suuri maku
Kirjailija: Gina Homolka
Tämä keittokirja tarjoaa kokoelman terveellisiä ja herkullisia reseptejä, jotka keskittyvät tuoreisiin raaka-aineisiin ja rohkeisiin makuihin.
Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi
Ruokakorjaus: kuinka säästämme terveyttämme, talouttamme, yhteisöjämme ja planeettamme - yksi suupala kerrallaan
kirjoittanut tohtori Mark Hyman
Tämä kirja tutkii ruoan, terveyden ja ympäristön välisiä yhteyksiä ja tarjoaa oivalluksia ja strategioita terveellisemmän ja kestävämmän ruokajärjestelmän luomiseksi.
Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi
Barefoot Contessa -keittokirja: East Hamptonin erikoisruokakaupan salaisuudet yksinkertaiseen viihteeseen
Kirjailija: Ina Garten
Tämä keittokirja tarjoaa kokoelman klassisia ja tyylikkäitä reseptejä rakastetulta Barefoot Contessalta, keskittyen tuoreisiin raaka-aineisiin ja yksinkertaiseen valmistukseen.
Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi
Kuinka valmistaa kaikkea: perusasiat
Kirjailija: Mark Bittman
Tämä keittokirja tarjoaa kattavan oppaan ruoanlaiton perusteisiin, joka kattaa kaiken veitsitaidoista perustekniikoihin ja tarjoaa kokoelman yksinkertaisia ja herkullisia reseptejä.
