Pantrystifter kan harskne når de utsettes for oksygen. Daniel de la Hoz/Moment
Har du noen gang bitt i en nøtt eller et stykke sjokolade, og forventet en jevn, fyldig smak, bare for å møte en uventet og ubehagelig kalkaktig eller sur smak? Den smaken er harskhet i aksjon, og den påvirker stort sett alle produkter i pantryet ditt. Nå kunstig intelligens kan hjelpe forskere med å takle dette problemet mer presist og effektivt.
Vi er en gruppe kjemikere som studerer måter å forlenge levetiden til matvarer, inkludert de som harskner. Vi nylig publisert en studie som beskriver fordelene med AI-verktøy for å holde olje- og fettprøver friske lenger. Fordi oljer og fett er vanlige komponenter i mange mattyper, inkludert chips, sjokolade og nøtter, kan resultatene av studien brukes bredt og til og med påvirke andre områder, inkludert kosmetikk og legemidler.
Harskning og antioksidanter
Maten harskner når den er utsatt for luften en stund – en prosess som kalles oksidasjon. Faktisk mange vanlige ingredienser, men spesielt lipider, som er fett og oljer, reagerer med oksygen. Tilstedeværelsen av varme eller UV-lys kan akselerere prosessen.
Oksidasjon fører til dannelse av mindre molekyler som f.eks ketoner, aldehyder og fettsyrer som gir harsk mat en karakteristisk rang, sterk og metallisk duft. Gjentatt inntak av harsk mat kan true helsen din.
Heldigvis har både naturen og næringsmiddelindustrien et utmerket skjold mot harskning – antioksidanter. Mat harskner fra en prosess som kalles oksidasjon.
Antioksidanter inkluderer et bredt spekter av naturlige molekyler, som vitamin C, og syntetiske molekyler som er i stand til å beskytte maten din mot oksidasjon.
Mens det er noen måter antioksidanter fungerer på, totalt sett kan de nøytralisere mange av prosessene som forårsaker harskning og bevare smakene og næringsverdien til maten din lenger. Oftest vet ikke kundene engang at de bruker tilsatte antioksidanter, da matprodusenter vanligvis tilsetter dem i små mengder under tilberedning.
Men du kan ikke bare strø litt C-vitamin på maten og forvente å se en konserverende effekt. Forskere må velge nøye et spesifikt sett med antioksidanter og beregne nøyaktig mengden av hver.
Å kombinere antioksidanter styrker ikke alltid effekten deres. Faktisk er det tilfeller der bruk av feil antioksidanter, eller blanding av dem med feil forhold, kan redusere deres beskyttende effekt – det kalles antagonisme. Å finne ut hvilke kombinasjoner som fungerer for hvilke typer mat krever mange eksperimenter, som er tidkrevende, krever spesialisert personell og øker matens totale kostnad.
Å utforske alle mulige kombinasjoner vil kreve enormt mye tid og ressurser, så forskere sitter fast med noen få blandinger som bare gir et visst nivå av beskyttelse mot harskning. Her er hvor AI kommer inn i bildet.
En bruk for AI
Du har sikkert sett AI-verktøy som ChatGPT i nyhetene eller lekte med dem selv. Disse typer systemer kan ta inn store sett med data og identifiser mønstre, og generer deretter et utdata som kan være nyttig for brukeren. AI-verktøy har endret hvor mange forskere som driver forskning.
Som kjemikere ønsket vi å lære et AI-verktøy hvordan man leter etter nye kombinasjoner av antioksidanter. For dette valgte vi en type AI som kan jobbe med tekstlige representasjoner, som er skrevet koder som beskriver den kjemiske strukturen til hver antioksidant. Først matet vi vår AI med en liste over rundt en million kjemiske reaksjoner og lærte programmet noen enkle kjemikonsepter, som hvordan man identifiserer viktige egenskaper ved molekyler.
Når maskinen kunne gjenkjenne generelle kjemiske mønstre, som hvordan visse molekyler reagerer med hverandre, finjusterte vi den ved å lære den litt mer avansert kjemi. For dette trinnet brukte teamet vårt en database med nesten 1,100 blandinger som tidligere er beskrevet i forskningslitteraturen.
På dette tidspunktet kunne AI forutsi effekten av å kombinere et sett med to eller tre antioksidanter på under ett sekund. Dens prediksjon stemte overens med effekten beskrevet i litteraturen 90 % av tiden.
Men disse spådommene stemte ikke helt med eksperimentene vårt team utførte i laboratoriet. Faktisk fant vi ut at vår AI var i stand til å forutsi riktig bare noen få av oksidasjonseksperimentene vi utførte med ekte smult, som viser kompleksiteten ved å overføre resultater fra en datamaskin til laboratoriet.
Foredling og forbedring
Heldigvis er AI-modeller ikke statiske verktøy med forhåndsdefinerte ja- og nei-veier. Det er de dynamiske elever, slik at forskerteamet vårt kan fortsette å mate modellen med nye data til den skjerper dens prediktive evner og nøyaktig kan forutsi effekten av hver antioksidantkombinasjon. Jo mer data modellen får, jo mer nøyaktig blir den, omtrent som hvordan mennesker vokser gjennom læring.
Vi fant ut at å legge til rundt 200 eksempler fra laboratoriet gjorde at AI kunne lære nok kjemi til å forutsi resultatene av eksperimentene utført av teamet vårt, med bare en liten forskjell mellom den forutsagte og den virkelige verdien.
En modell som vår kan kanskje hjelpe forskere med å utvikle bedre måter å konservere mat på ved å komme opp med de beste antioksidantkombinasjonene for de spesifikke matvarene de jobber med, på en måte som å ha en veldig smart assistent.
Prosjektet utforsker nå mer effektive måter å trene AI-modellen på og ser etter måter å forbedre dens prediktive evner ytterligere.
Carlos D. Garcia, professor i kjemi, Clemson University og Lucas de Brito Ayres, PhD-kandidat i kjemi, Clemson University
Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.
Relaterte bøker:
Salt, fett, syre, varme: Mestring av elementene i god matlaging
av Samin Nosrat og Wendy MacNaughton
Denne boken tilbyr en omfattende guide til matlaging, med fokus på de fire elementene salt, fett, syre og varme, og tilbyr innsikt og teknikker for å lage deilige og velbalanserte måltider.
Klikk for mer info eller for å bestille
The Skinnytaste Cookbook: Lett på kalorier, stor på smak
av Gina Homolka
Denne kokeboken tilbyr en samling sunne og deilige oppskrifter, med fokus på ferske ingredienser og dristige smaker.
Klikk for mer info eller for å bestille
Matfiks: Hvordan redde helsen vår, økonomien vår, lokalsamfunnene og planeten vår – én bit om gangen
av Dr. Mark Hyman
Denne boken utforsker koblingene mellom mat, helse og miljø, og tilbyr innsikt og strategier for å skape et sunnere og mer bærekraftig matsystem.
Klikk for mer info eller for å bestille
The Barefoot Contessa Cookbook: Secrets from the East Hampton Specialty Food Store for Simple Entertaining
av Ina Garten
Denne kokeboken tilbyr en samling klassiske og elegante oppskrifter fra den elskede Barefoot Contessa, med fokus på ferske ingredienser og enkel tilberedning.
Klikk for mer info eller for å bestille
Hvordan lage alt: det grunnleggende
av Mark Bittman
Denne kokeboken tilbyr en omfattende guide til grunnleggende matlaging, som dekker alt fra knivferdigheter til grunnleggende teknikker og tilbyr en samling enkle og deilige oppskrifter.
