Pantry hæfteklammer kan blive harske, når de udsættes for ilt. Daniel de la Hoz/Moment
Har du nogensinde bidt i en nød eller et stykke chokolade og forventede en glat, rig smag, kun for at støde på en uventet og ubehagelig kalkholdig eller sur smag? Den smag er harskhed i aktion, og det påvirker stort set alle produkter i dit spisekammer. Nu kunstig intelligens kan hjælpe videnskabsmænd med at tackle dette problem mere præcist og effektivt.
Vi er en gruppe kemikere, der studerer måder at forlænge levetiden for fødevarer, inklusive dem, der harskner. Vi for nylig offentliggjorde en undersøgelse beskriver fordelene ved AI-værktøjer, der hjælper med at holde olie- og fedtprøver friske i længere tid. Fordi olier og fedtstoffer er almindelige komponenter i mange fødevaretyper, herunder chips, chokolade og nødder, kan resultaterne af undersøgelsen anvendes bredt og endda påvirke andre områder, herunder kosmetik og lægemidler.
Harskhed og antioxidanter
Maden bliver harsk når det er udsat for luften i et stykke tid – en proces, der kaldes oxidation. Faktisk mange almindelige ingredienser, men især lipider, som er fedtstoffer og olier, reagerer med ilt. Tilstedeværelsen af varme eller UV-lys kan fremskynde processen.
Oxidation fører til dannelse af mindre molekyler som f.eks ketoner, aldehyder , fedtsyrer der giver harske fødevarer en karakteristisk rang, stærk og metallisk duft. Gentagne gange indtagelse af harsk mad kan true dit helbred.
Heldigvis har både naturen og fødevareindustrien et fremragende skjold mod harskning – antioxidanter. Fødevarer harskner fra en proces kaldet oxidation.
Antioxidanter omfatter en bred vifte af naturlige molekyler, såsom vitamin C, og syntetiske molekyler, der er i stand til at beskytte din mad mod oxidation.
Mens der er et par måder antioxidanter virker på, samlet set kan de neutralisere mange af de processer, der forårsager harskning og bevare smagen og næringsværdien af din mad i længere tid. Oftest ved kunderne ikke engang, at de indtager tilsatte antioxidanter, da fødevareproducenter typisk tilsætter dem i små mængder under tilberedning.
Men du kan ikke bare drysse noget C-vitamin på din mad og forvente at se en konserverende effekt. Forskere skal vælge med omhu et specifikt sæt antioxidanter og beregn nøjagtigt mængden af hver.
At kombinere antioxidanter styrker ikke altid deres virkning. Faktisk er der tilfælde, hvor brug af de forkerte antioxidanter, eller blanding af dem med de forkerte forhold, kan mindske deres beskyttende effekt – det kaldes antagonisme. At finde ud af, hvilke kombinationer der virker for hvilke typer fødevarer, kræver mange eksperimenter, som er tidskrævende, kræver specialiseret personale og øger fødevarens samlede omkostninger.
At udforske alle mulige kombinationer ville kræve en enorm mængde tid og ressourcer, så forskere sidder fast med nogle få blandinger, der kun giver et vist niveau af beskyttelse mod harskning. Her er hvor AI kommer i spil.
Brug for AI
Du har sikkert set AI-værktøjer som ChatGPT i nyhederne eller selv leget med dem. Disse typer systemer kan tage store datasæt ind og identificer mønstre, og generer derefter et output, der kunne være nyttigt for brugeren. AI-værktøjer har ændret, hvor mange forskere, der udfører forskning.
Som kemikere ønskede vi at lære et AI-værktøj, hvordan man leder efter nye kombinationer af antioxidanter. Til dette valgte vi en type AI, der kan arbejde med tekstlige repræsentationer, som er skrevne koder, der beskriver den kemiske struktur af hver antioxidant. Først gav vi vores AI en liste med omkring en million kemiske reaktioner og lærte programmet nogle simple kemikoncepter, som hvordan man identificerer vigtige træk ved molekyler.
Når først maskinen kunne genkende generelle kemiske mønstre, som hvordan visse molekyler reagerer med hinanden, finjusterede vi den ved at lære den noget mere avanceret kemi. Til dette trin brugte vores team en database med næsten 1,100 blandinger, der tidligere er beskrevet i forskningslitteraturen.
På dette tidspunkt kunne AI forudsige effekten af at kombinere ethvert sæt af to eller tre antioxidanter på under et sekund. Dens forudsigelse stemte overens med effekten beskrevet i litteraturen 90% af tiden.
Men disse forudsigelser stemte ikke helt overens med de eksperimenter, vores team udførte i laboratoriet. Faktisk fandt vi ud af, at vores AI kun var i stand til korrekt at forudsige nogle få af de oxidationseksperimenter, vi udførte med ægte svinefedt, som viser kompleksiteten ved at overføre resultater fra en computer til laboratoriet.
Forfining og forbedring
Heldigvis er AI-modeller ikke statiske værktøjer med foruddefinerede ja- og nej-veje. Det er de dynamiske elever, så vores forskerhold kan fortsætte med at fodre modellen med nye data, indtil den skærper dens forudsigelsesevne og nøjagtigt kan forudsige effekten af hver antioxidantkombination. Jo flere data modellen får, jo mere præcis bliver den, ligesom hvordan mennesker vokser gennem læring.
Vi fandt ud af, at tilføjelsen af omkring 200 eksempler fra laboratoriet gjorde det muligt for AI at lære nok kemi til at forudsige resultaterne af eksperimenterne udført af vores team, med kun en lille forskel mellem den forudsagte og den reelle værdi.
En model som vores kan måske hjælpe videnskabsmænd med at udvikle bedre måder at konservere mad på ved at komme med de bedste antioxidantkombinationer til de specifikke fødevarer, de arbejder med, ligesom at have en meget klog assistent.
Projektet udforsker nu mere effektive måder at træne AI-modellen på og leder efter måder til yderligere at forbedre dens forudsigelsesevner.
Carlos D. Garcia, professor i kemi, Clemson University , Lucas de Brito Ayres, ph.d.-kandidat i kemi, Clemson University
Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.
Relaterede Bøger:
Salt, fedt, syre, varme: Mestring af elementerne i god madlavning
af Samin Nosrat og Wendy MacNaughton
Denne bog tilbyder en omfattende guide til madlavning, der fokuserer på de fire elementer salt, fedt, syre og varme og tilbyder indsigt og teknikker til at skabe lækre og velafbalancerede måltider.
Klik for mere info eller for at bestille
The Skinnytaste Cookbook: Let på kalorier, stor på smag
af Gina Homolka
Denne kogebog byder på en samling af sunde og lækre opskrifter med fokus på friske ingredienser og dristige smagsoplevelser.
Klik for mere info eller for at bestille
Food Fix: Sådan reddes vores sundhed, vores økonomi, vores lokalsamfund og vores planet – én bid ad gangen
af Dr. Mark Hyman
Denne bog udforsker forbindelserne mellem mad, sundhed og miljø og tilbyder indsigt og strategier til at skabe et sundere og mere bæredygtigt fødevaresystem.
Klik for mere info eller for at bestille
The Barefoot Contessa Cookbook: Secrets from the East Hampton Specialty Food Store for Simple Entertaining
af Ina Garten
Denne kogebog byder på en samling af klassiske og elegante opskrifter fra den elskede Barefoot Contessa, med fokus på friske råvarer og enkel tilberedning.
Klik for mere info eller for at bestille
Sådan laver du alt: Det grundlæggende
af Mark Bittman
Denne kogebog tilbyder en omfattende guide til grundlæggende madlavning, der dækker alt fra knivfærdigheder til grundlæggende teknikker og tilbyder en samling af enkle og lækre opskrifter.
