Скрепки для кладовой могут прогоркнуть под воздействием кислорода. Даниэль де ла Ос/Момент

Вы когда-нибудь откусывали орех или кусочек шоколада, ожидая гладкого, насыщенного вкуса, а потом сталкивались с неожиданным и неприятным меловым или кислым привкусом? Этот вкус представляет собой прогорклость в действии, и он влияет практически на каждый продукт в вашей кладовой. Сейчас искусственный интеллект может помочь ученым решить эту проблему более точно и эффективно.

Мы — группа химиков, которые изучают способы продления срока службы пищевых продуктов, в том числе прогорклых. Мы недавно опубликовал исследование описывая преимущества инструментов искусственного интеллекта, которые помогают дольше сохранять свежесть образцов масел и жиров. Поскольку масла и жиры являются общими компонентами многих видов продуктов питания, включая чипсы, шоколад и орехи, результаты исследования могут широко применяться и даже влиять на другие области, включая косметику и фармацевтику.

Прогорклость и антиоксиданты

Еда становится прогорклой когда он некоторое время подвергается воздействию воздуха – процесс, называемый окислением. На самом деле, много общих ингредиентов, но особенно липиды, которые представляют собой жиры и масла, вступают в реакцию с кислородом. Наличие тепла или ультрафиолета может ускорить процесс.

Окисление приводит к образованию более мелких молекул, таких как кетоны, альдегидов и жирные кислоты, которые придают прогорклым продуктам характерный резкий металлический запах. Постоянное употребление прогорклых продуктов может угрожать вашему здоровью.

К счастью, и природа, и пищевая промышленность имеют отличный щит от прогоркания – антиоксиданты. Продукты становятся прогорклыми в результате процесса, называемого окислением.

Антиоксиданты включают широкий спектр натуральных молекул, таких как витамин С, и синтетических молекул, способных защитить пищу от окисления.

Хотя есть Несколько способов действия антиоксидантовВ целом они могут нейтрализовать многие процессы, вызывающие прогорклость, и дольше сохранить вкус и пищевую ценность вашей пищи. Чаще всего покупатели даже не подозревают, что потребляют добавленные антиоксиданты, поскольку производители продуктов питания обычно добавляют их в небольших количествах во время приготовления.

Но вы не можете просто посыпать еду витамином С и ожидать консервирующего эффекта. Исследователям приходится тщательно выбирать определенный набор антиоксидантов и точно рассчитать количество каждого.

Комбинирование антиоксидантов не всегда усиливает их действие. Фактически, бывают случаи, когда использование неправильных антиоксидантов или их смешивание в неправильных соотношениях может снизить их защитный эффект – это называется антагонизм. Чтобы выяснить, какие комбинации подходят для тех или иных типов продуктов питания, требуется множество экспериментов, которые отнимают много времени, требуют специализированного персонала и увеличивают общую стоимость продуктов питания.

Изучение всех возможных комбинаций потребует огромного количества времени и ресурсов, поэтому исследователи вынуждены использовать несколько смесей, которые обеспечивают лишь некоторый уровень защиты от прогорклости. Вот тут-то и вступает в игру ИИ.

Использование ИИ

Вы, наверное, видели Инструменты искусственного интеллекта, такие как ChatGPT в новостях или поиграйтесь с ними сами. Системы такого типа могут принимать большие наборы данных и выявить закономерности, а затем сгенерировать выходные данные, которые могут быть полезны пользователю. Инструменты ИИ изменили количество ученых, проводящих исследования.

Как химики, мы хотели научить инструмент искусственного интеллекта искать новые комбинации антиоксидантов. Для этого мы выбрали тип ИИ, способный работать с текстовые представления, которые представляют собой записанные коды, описывающие химическую структуру каждого антиоксиданта. Сначала мы предоставили нашему ИИ список из примерно миллиона химических реакций и научили программу некоторым простым химическим понятиям, например, тому, как идентифицировать важные особенности молекул.

Как только машина смогла распознавать общие химические закономерности, например, как определенные молекулы реагируют друг с другом, мы усовершенствовали ее, обучая более сложной химии. На этом этапе наша команда использовала базу данных, содержащую почти 1,100 смесей, ранее описанных в исследовательской литературе.

На этом этапе ИИ мог предсказать эффект от объединения любого набора из двух или трех антиоксидантов менее чем за секунду. Его предсказание совпадало с эффектом, описанным в литературе, в 90% случаев.

Но эти предсказания не совсем совпадали с экспериментами, которые наша команда проводила в лаборатории. Фактически, мы обнаружили, что наш ИИ смог правильно предсказать лишь несколько экспериментов по окислению, которые мы провели с настоящим салом, что показывает сложности передачи результатов с компьютера в лабораторию.

Уточнение и улучшение

К счастью, модели ИИ не являются статичными инструментами с предопределенными вариантами «да» и «нет». Они динамичные ученики, поэтому наша исследовательская группа может продолжать предоставлять модели новые данные, пока она не улучшит свои прогностические возможности и не сможет точно предсказать эффект каждой комбинации антиоксидантов. Чем больше данных получает модель, тем точнее она становится, подобно тому, как люди растут посредством обучения.

Мы обнаружили, что добавление около 200 примеров из лаборатории позволило ИИ выучить достаточно химии, чтобы предсказать результаты экспериментов, проведенных нашей командой, с лишь небольшой разницей между предсказанным и реальным значением.

Модель, подобная нашей, может помочь ученым в разработке более эффективных способов сохранения продуктов питания, предлагая лучшие комбинации антиоксидантов для конкретных продуктов, с которыми они работают, что-то вроде очень умного помощника.

В настоящее время проект изучает более эффективные способы обучения модели ИИ и ищет способы дальнейшего улучшения ее прогнозирующих возможностей.

Карлос Д. Гарсия, профессор химии, Университет Клемсона и Лукас де Брито Эйрес, кандидат химических наук, Университет Клемсона

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Похожие книги:

Соль, жир, кислота, тепло: освоение элементов хорошей кулинарии

Авторы Самин Носрат и Венди Макнотон

Эта книга предлагает подробное руководство по приготовлению пищи, в котором основное внимание уделяется четырем элементам: соли, жиру, кислоте и теплу, а также предлагаются идеи и методы приготовления вкусных и хорошо сбалансированных блюд.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Поваренная книга Skinnytaste: меньше калорий, больше вкуса

Джина Хомолка

Эта поваренная книга предлагает коллекцию полезных и вкусных рецептов, в которых основное внимание уделяется свежим ингредиентам и яркому вкусу.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Корректировка еды: как сохранить наше здоровье, нашу экономику, наши сообщества и нашу планету — по кусочку за раз

доктор Марк Хайман

В этой книге исследуются связи между едой, здоровьем и окружающей средой, предлагаются идеи и стратегии для создания более здоровой и устойчивой продовольственной системы.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Поваренная книга босоногой графини: секреты специализированного продовольственного магазина Ист-Хэмптона для простого развлечения

Ина Гартен

Эта поваренная книга предлагает коллекцию классических и элегантных рецептов от любимой босоногой графини, в которых основное внимание уделяется свежим ингредиентам и простоте приготовления.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Как приготовить все: основы

Марк Биттман

Эта поваренная книга предлагает исчерпывающее руководство по основам приготовления пищи, охватывающее все, от навыков обращения с ножом до основных приемов, и предлагает коллекцию простых и вкусных рецептов.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа