Skafferihäftklamrar kan härskna när de utsätts för syre. Daniel de la Hoz/Moment
Har du någonsin bitit i en nöt eller en bit choklad och förväntar dig en len, rik smak, bara för att stöta på en oväntad och obehaglig kritaktig eller syrlig smak? Den smaken är härskning i aktion, och den påverkar i stort sett alla produkter i ditt skafferi. Nu artificiell intelligens kan hjälpa forskare att hantera denna fråga mer exakt och effektivt.
Vi är en grupp kemister som studerar sätt att förlänga livslängden på livsmedel, inklusive de som härsnar. Vi nyligen publicerat en studie beskriver fördelarna med AI-verktyg för att hålla olje- och fettproverna fräscha längre. Eftersom oljor och fetter är vanliga komponenter i många livsmedelstyper, inklusive chips, choklad och nötter, kan resultaten av studien tillämpas brett och till och med påverka andra områden, inklusive kosmetika och läkemedel.
Härskning och antioxidanter
Maten härsnar när den utsätts för luften ett tag – en process som kallas oxidation. Faktum är att många vanliga ingredienser, men speciellt lipider, som är fetter och oljor, reagerar med syre. Närvaron av värme eller UV-ljus kan påskynda processen.
Oxidation leder till att det bildas mindre molekyler som t.ex ketoner, aldehyder och fettsyror som ger härsken mat en karakteristisk rang, stark och metallisk doft. Att upprepade gånger konsumera härsken mat kan hota din hälsa.
Lyckligtvis har både naturen och livsmedelsindustrin ett utmärkt skydd mot härskning – antioxidanter. Livsmedel härsknar från en process som kallas oxidation.
Antioxidanter inkluderar ett brett utbud av naturliga molekyler, som vitamin C, och syntetiska molekyler som kan skydda din mat från oxidation.
Medan det finns några sätt antioxidanter fungerar, totalt sett kan de neutralisera många av processerna som orsakar härskning och bevara smakerna och näringsvärdet i din mat längre. Oftast vet kunderna inte ens att de konsumerar tillsatta antioxidanter, eftersom livsmedelstillverkare vanligtvis tillsätter dem i små mängder under beredningen.
Men du kan inte bara strö lite C-vitamin på maten och förvänta dig att se en konserverande effekt. Forskare måste noggrant välja en specifik uppsättning antioxidanter och exakt beräkna mängden av varje.
Att kombinera antioxidanter förstärker inte alltid deras effekt. Faktum är att det finns fall där användning av fel antioxidanter, eller att blanda dem med fel proportioner, kan minska deras skyddande effekt – det kallas antagonism. Att ta reda på vilka kombinationer som fungerar för vilka typer av livsmedel kräver många experiment, som är tidskrävande, kräver specialiserad personal och ökar matens totala kostnad.
Att utforska alla möjliga kombinationer skulle kräva oerhört mycket tid och resurser, så forskare har fastnat med ett fåtal blandningar som bara ger ett visst skydd mot härskning. Här kommer AI in i bilden.
En användning för AI
Du har säkert sett AI-verktyg som ChatGPT i nyheterna eller lekte med dem själv. Dessa typer av system kan ta in stora mängder data och identifiera mönster, generera sedan en utdata som kan vara användbar för användaren. AI-verktyg har förändrat hur många forskare som forskar.
Som kemister ville vi lära ett AI-verktyg hur man letar efter nya kombinationer av antioxidanter. För detta valde vi en typ av AI som kan arbeta med textuella representationer, som är skrivna koder som beskriver den kemiska strukturen hos varje antioxidant. Först matade vi vår AI med en lista med cirka en miljon kemiska reaktioner och lärde programmet några enkla kemibegrepp, som hur man identifierar viktiga egenskaper hos molekyler.
När maskinen väl kunde känna igen allmänna kemiska mönster, som hur vissa molekyler reagerar med varandra, finjusterade vi den genom att lära den lite mer avancerad kemi. För detta steg använde vårt team en databas med nästan 1,100 XNUMX blandningar som tidigare beskrivits i forskningslitteraturen.
Vid denna tidpunkt kunde AI förutsäga effekten av att kombinera en uppsättning av två eller tre antioxidanter på under en sekund. Dess förutsägelse överensstämde med effekten som beskrivs i litteraturen 90% av tiden.
Men dessa förutsägelser stämde inte riktigt överens med experimenten som vårt team utförde i labbet. Faktum är att vi fann att vår AI kunde korrekt förutsäga endast ett fåtal av de oxidationsexperiment vi utförde med riktigt ister, vilket visar komplexiteten i att överföra resultat från en dator till labbet.
Förfina och förbättra
Lyckligtvis är AI-modeller inte statiska verktyg med fördefinierade ja- och nej-vägar. Det är de dynamiska elever, så vårt forskarteam kan fortsätta att mata modellen med ny data tills den skärper dess prediktiva förmåga och kan exakt förutsäga effekten av varje antioxidantkombination. Ju mer data modellen får, desto mer exakt blir den, ungefär som hur människor växer genom lärande.
Vi fann att att lägga till cirka 200 exempel från labbet gjorde det möjligt för AI att lära sig tillräckligt med kemi för att förutsäga resultaten av experimenten utförda av vårt team, med endast en liten skillnad mellan det förutspådda och det verkliga värdet.
En modell som vår kanske kan hjälpa forskare att utveckla bättre sätt att konservera mat genom att komma på de bästa antioxidantkombinationerna för de specifika livsmedel de arbetar med, ungefär som att ha en mycket smart assistent.
Projektet undersöker nu mer effektiva sätt att träna AI-modellen och letar efter sätt att ytterligare förbättra dess prediktiva kapacitet.
Carlos D. Garcia, professor i kemi, Clemson University och Lucas de Brito Ayres, doktorand i kemi, Clemson University
Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.
Relaterade böcker:
Salt, fett, syra, värme: Bemästra elementen i god matlagning
av Samin Nosrat och Wendy MacNaughton
Den här boken erbjuder en omfattande guide till matlagning, med fokus på de fyra elementen salt, fett, syra och värme och erbjuder insikter och tekniker för att skapa läckra och välbalanserade måltider.
Klicka för mer info eller för att beställa
The Skinnytaste Cookbook: Lätt på kalorier, stor på smak
av Gina Homolka
Den här kokboken erbjuder en samling hälsosamma och läckra recept, med fokus på färska ingredienser och djärva smaker.
Klicka för mer info eller för att beställa
Food Fix: Hur man räddar vår hälsa, vår ekonomi, våra samhällen och vår planet – en tugga i taget
av Dr. Mark Hyman
Den här boken utforskar kopplingarna mellan mat, hälsa och miljö, och erbjuder insikter och strategier för att skapa ett hälsosammare och mer hållbart matsystem.
Klicka för mer info eller för att beställa
The Barefoot Contessa Cookbook: Secrets from the East Hampton Specialty Food Store för enkel underhållning
av Ina Garten
Den här kokboken erbjuder en samling klassiska och eleganta recept från den älskade Barefoot Contessa, med fokus på färska ingredienser och enkel tillagning.
Klicka för mer info eller för att beställa
Hur man lagar allt: grunderna
av Mark Bittman
Den här kokboken erbjuder en omfattande guide till grunderna i matlagning, som täcker allt från knivkunskaper till grundläggande tekniker och erbjuder en samling enkla och läckra recept.
