En ny e-næse og computervision hjælper forskere med at tilberede den perfekte kylling

Skoltech-forskere har fundet en måde at bruge kemiske sensorer og computersyn til at bestemme, hvornår grillet kylling er tilberedt helt rigtigt. Disse værktøjer kan hjælpe restauranter med at overvåge og automatisere madlavningsprocesser i deres køkkener, og måske en dag endda ende i din 'smarte' ovn. Papiret, der beskriver disse forskningsresultater, støttet af en bevilling fra Russian Science Foundation, blev offentliggjort i tidsskriftet Fødevarekemi .

Hvordan ved du, at kyllingebryst på din grill er klar til din tallerken? Du ser sikkert nøje på det og lugter til det for at sikre dig, at det bliver gjort, som du kan lide det. Imidlertid, hvis du er restaurantkok eller køkkenchef i et kæmpe industrikøkken, du kan ikke rigtig stole på dine øjne og næse for at sikre ensartede resultater op til de standarder, dine kunder forventer. Derfor er hotelbranchen aktivt på udkig efter billige, pålidelig, og følsomme værktøjer til at erstatte subjektiv menneskelig dømmekraft med automatiseret kvalitetskontrol.

Professor Albert Nasibulin fra Skoltech og Aalto University, Skoltech seniorforsker Fedor Fedorov og deres kolleger besluttede at gøre netop det:få en e-næse, ' en række sensorer, der registrerer visse komponenter i en lugt, at 'snuse' til den kogende kylling og en computervisionsalgoritme for at 'se' på den. "E-næser" er enklere og billigere at betjene end, sige, en gaskromatograf eller et massespektrometer, og de har endda vist sig at kunne opdage forskellige typer oste eller udvælge rådne æbler eller bananer. På den anden side, computersyn kan genkende visuelle mønstre – f.eks. at opdage revnede cookies.

Skoltech Laboratory of Nanomaterials, ledet af professor Nasibulin, har udviklet nye materialer til kemiske sensorer; en af ​​applikationerne for disse sensorer er i HoReCa-segmentet, da de kan bruges til at kontrollere kvaliteten af ​​luftfiltrering i restaurantventilation. En studerende fra laboratoriet og medforfatter til papiret, Ainul Yaqin, rejste til Novosibirsk for sit Industrial Immersion-projekt. Han brugte laboratoriesensorerne til at teste effektiviteten af ​​industrielle filtre produceret af en stor russisk virksomhed. Det projekt førte til eksperimenter med lugtprofilen af ​​grillet kylling.

"På samme tid, for at bestemme den korrekte færdighedstilstand, man kan ikke kun stole på 'e-nose', men skal bruge computersyn - disse værktøjer giver dig et såkaldt 'elektronisk panel' (et panel af elektroniske 'eksperter'). Med udgangspunkt i den store erfaring med computersynsteknikker fra vores kolleger fra Skoltech CDISE, sammen, vi testede hypotesen om, at når de kombineres, computersyn og elektronisk næse giver mere præcis kontrol over madlavningen, " siger Nasibulin.

Holdet valgte at kombinere disse to teknikker for at overvåge madens færdighed nøjagtigt og på en kontaktløs måde. De plukkede kyllingekød, som er populær over hele verden, og grillede en hel del kyllingebryst (købt i et lokalt supermarked i Moskva) for at 'træne' deres instrumenter til at vurdere og forudsige, hvor godt det var tilberedt.

Forskerne byggede deres egen e-næse, ' med otte sensorer, der registrerer røg, alkohol, CO, og andre forbindelser og temperatur og fugtighed, og sæt den ind i ventilationssystemet. De tog også billeder af den grillede kylling og fodrede oplysningerne til en algoritme, der specifikt leder efter datamønstre. For at definere ændringer i lugt i overensstemmelse med de forskellige stadier af en grillproces, videnskabsmænd brugte termogravimetrisk analyse (for at overvåge antallet af flygtige partikler, som 'e-næsen' kan detektere), differentiel mobilitetsanalyse for at måle størrelsen af ​​aerosolpartikler, og massespektrometri.

Men den måske vigtigste del af eksperimentet involverede 16 ph.d. studerende og forskere, der smagteste en masse grillet kyllingebryst for at vurdere dets mørhed, saftighed, smagens intensitet, udseende, og overordnet færdighed på en 10-trins skala. Disse data blev matchet med de analytiske resultater for at teste sidstnævnte mod menneskers opfattelse, som normalt ender med at spise kyllingen.

Forskerne grillede kød lige uden for laboratoriet og brugte Skoltech-kantinen til at oprette teststedet. "På grund af COVID-19-pandemien, vi skulle bære masker og udføre test i små grupper, så det var en ret usædvanlig oplevelse. Alle deltagere fik instruktioner og forsynet med sensoriske evalueringsprotokoller for at udføre arbejdet ordentligt. Vi kogte mange prøver, kodede dem, og brugte dem i blindtest. Det var en spændende oplevelse for materialeforskere hovedsageligt og var baseret på data fra sofistikerede analytiske værktøjer. Men, kyllingeservietter er også materialer, " bemærker Fedorov.

Holdet rapporterer, at deres system var i stand til at identificere underkogte, veltilberedt, og gennemstegt kylling ganske godt, så det potentielt kan automatisere kvalitetskontrol i et køkken. Forfatterne bemærker, at for at bruge deres teknik på andre dele af kyllingen - siger, ben eller vinger – eller til en anden tilberedningsmetode, de elektroniske 'næse' og 'øjne' skulle genoptrænes på nye data.

Forskerne planlægger nu at teste deres sensorer i restaurantkøkkenmiljøer. En anden potentiel anvendelse kunne være at 'opsnuse' råddent kød på de meget tidlige stadier, hvor ændringer i dets lugtprofil stadig ville være for subtile for en menneskelig næse.

"Vi mener, at disse systemer kan integreres i industrikøkkener og endda i almindelige køkkener som et værktøj, der kan hjælpe og rådgive om tilberedningsgraden af ​​dit kød, når direkte temperaturmåling ikke er mulig eller ikke effektiv, " siger Fedorov.