«Электронный нос» научили определять готовность курицы

Российские исследователи научили «электронный нос» в сочетании с компьютерным зрением определять степень готовности куриных грудок. В будущем эта технология может использоваться для контроля качества пищи. Исследование опубликовано в журнале Food Chemistry.

Существуют разные способы понять, готова ли еда. Наиболее традиционный и простой способ, которым мы часто пользуемся в повседневной жизни, — просто понюхать блюдо. Но за пределами собственной домашней кухни использовать этот метод сложно. Например, шеф-повар в ресторане или на производстве не может обнюхивать каждое блюдо. А даже если и может, то стабильность результата и его соответствие требованиям посетителей не гарантированны. Поэтому ресторанно-гостиничный бизнес сегодня активно ищет инструменты, которые будут автоматически проводить контроль качества пищи.

За решение задачи взялись российские ученые из Сколковского института науки и технологий. Они создали «электронный нос». Это набор сенсоров, которые позволяют регистрировать «профиль» запаха, чтобы «нюхать» еду в процессе приготовления. В разработанном российскими учеными «носе» восемь сенсоров. Они обнаруживают дым, алкоголь, угарный газ и другие соединения. Также в нем установлены датчики температуры и влажности воздуха. Кроме «носа» ученые использовали алгоритмы компьютерного зрения, которые позволили «смотреть» на блюдо. Разработанный «электронный нос» дешевле и проще в эксплуатации по сравнению, например, с газовым хроматографом или масс-спектрометром. Другие команды исследователей раньше показали, что «электронный нос» может различать сорта сыров и отбраковывать гнилые яблоки или бананы. А компьютерное зрение позволяет распознавать визуальные структуры, такие как растрескавшееся печенье.

«При определении кулинарной готовности полагаться только на “электронный нос” недостаточно, необходимо в дополнение к нему использовать компьютерное зрение. Оба эти инструмента в совокупности образуют так называемую “группу электронных экспертов”. В нашей работе участвовали специалисты CDISE, имеющие обширный опыт в области компьютерного зрения. Вместе мы проверили и подтвердили гипотезу о том, что совместное использование компьютерного зрения и “электронного носа” позволяет более четко контролировать процесс приготовления пищи», — рассказал один из авторов работы, профессор Сколтеха Альберт Насибулин.

Поэтому ученые использовали эти два способа одновременно. Так они смогли получить точный и бесконтактный метод определить, готова еда или еще нет. Для эксперимента исследователи выбрали куриное мясо. Они купили партию куриных грудок в магазине, которую начали готовить возле своей лаборатории. По ходу приготовления они обучали свои инструменты оценивать и прогнозировать степень готовности курицы-гриль. «Электронный нос» был помещен в систему вентиляции, чтобы «нюхать» курицу. А алгоритмы компьютерного зрения анализировали фотографии, делавшиеся в процессе приготовления. Также ученые фиксировали изменения в составе окружающей среды на разных стадиях процесса приготовления при помощи анализа дифференциальной подвижности для измерения размера аэрозольных частиц и метода масс-спектрометрии.

Затем исследователи провели дегустацию, в которой участвовало 16 человек. Их попросили оценить нежность, сочность, насыщенность вкуса, внешний вид и общую степень прожарки куриной грудки по десятибалльной шкале. Затем ученые сопоставили полученные отзывы с результатами анализа, чтобы проверить соответствия между аналитическими данными и результатами субъективного восприятия.

«В условиях пандемии коронавируса нам пришлось работать в масках и проводить тестирование в небольших группах; это было не совсем привычно. Для корректности эксперимента мы тщательно проинструктировали всех участников и каждому выдали протокол тестирования. Мы приготовили большое количество образцов, каждому присвоили код, и участники тестировали образцы вслепую. Для всех участников, занимающихся в основном материаловедением и использующим сложные аналитическими методами, это было очень интересно, ведь куриное мясо — это тоже материал!» — рассказал другой автор исследования, старший научный сотрудник Сколтеха Федор Федоров.

По словам ученых, их система успешно справилась с определением основных степеней прожарки курицы. В теории ее можно применять для автоматизации контроля качества пищи на пищевых производствах. Исследователи отмечают, что пока их разработка применима только к куриным грудкам — для приготовления других частей курицы, таких как ножки или крылья, придется переобучать электронные «глаза» и «нос». В дальнейшем ученые хотят испытать свои сенсоры в реальных условиях, например на кухнях ресторанов. Они отмечают, что еще одним применением сенсора может стать распознавание испорченного мяса.

«Мы полагаем, что эти системы могут использоваться как на промышленных пищевых производствах, так и на домашних кухнях, поскольку они позволяют определять степень готовности мяса в условиях, когда прямое измерение температуры невозможно или неэффективно», — подчеркнул Федоров.

Автор: Антон Курбатов