L’IA peut-elle améliorer les viandes végétales ? Utiliser les tests mécaniques et l’apprentissage automatique pour imiter l’expérience sensorielle

Réduire la consommation de protéines animales dans notre alimentation peut permettre d’économiser des ressources et des émissions de gaz à effet de serre. Mais convaincre les consommateurs amateurs de viande de changer de menu est un véritable défi. En examinant ce problème sous l’angle de l’ingénierie mécanique, les ingénieurs de Stanford sont les pionniers d’une nouvelle approche des tests de texture des aliments qui pourrait ouvrir la voie à des faux filets qui tromperaient même les carnivores engagés.

Dans un nouveau papier publié dans npj Science de l’alimentationl’équipe a démontré qu’une combinaison de tests mécaniques et d’apprentissage automatique peut décrire la texture des aliments avec une similitude frappante avec les testeurs de goût humains. Une telle méthode pourrait accélérer le développement de nouvelles et meilleures viandes à base de plantes. L’équipe a également découvert que certains produits à base de plantes reproduisent déjà la texture des viandes qu’ils imitent.

« Nous avons été surpris de constater que les produits à base de plantes d’aujourd’hui peuvent reproduire tout le spectre de textures des viandes animales », a déclaré Ellen Kuhl, professeur de génie mécanique et auteur principal de l’étude. Les substituts de viande ont parcouru un long chemin depuis l’époque où le tofu était la seule option, a-t-elle ajouté.

L’élevage industriel contribue au changement climatique, à la pollution, à la perte d’habitat et à la résistance aux antibiotiques. Ce fardeau sur la planète peut être allégé en remplaçant les protéines animales par des protéines végétales dans l’alimentation. Une étude a estimé que les viandes d’origine végétale ont en moyenne deux fois moins d’impact sur l’environnement que la viande animale.

Mais de nombreux mangeurs de viande hésitent à changer ; seulement environ un tiers des Américains dans une enquête, ils ont indiqué qu’ils étaient « très susceptibles » ou « extrêmement susceptibles » d’acheter des alternatives à base de plantes.

« Les gens aiment la viande », a déclaré Skyler St. Pierre, titulaire d’un doctorat. étudiant en génie mécanique et auteur principal de l’article. « Si nous voulons convaincre les grands mangeurs de viande que les alternatives valent la peine d’être essayées, plus nous pouvons imiter la viande animale avec des produits à base de plantes, plus les gens seront susceptibles d’être disposés à essayer quelque chose de nouveau. »

Pour réussir à imiter la viande animale, les scientifiques en alimentation analysent la texture des produits carnés à base de plantes. Malheureusement, les méthodes traditionnelles d’analyse des aliments ne sont pas standardisées et les résultats sont rarement mis à la disposition de la science et du public, a déclaré M. St. Pierre. Il est donc plus difficile pour les scientifiques de collaborer et de créer de nouvelles recettes d’alternatives.

Nouveaux tests de texture des aliments

La recherche est née d’un projet de classe de St. Pierre. À la recherche de matériaux abordables à utiliser dans les tests mécaniques, il s’est tourné vers les hot-dogs et le tofu. Au cours de l’été 2023, des chercheurs de premier cycle se sont joints à nous pour tester les aliments et apprendre comment les ingénieurs décrivent les réponses matérielles au stress, à la charge et à l’étirement.

Consciente de la manière dont ces travaux pourraient contribuer au développement de viandes à base de plantes, l’équipe de Stanford a lancé un test alimentaire en trois dimensions. Ils ont testé huit produits : des hot-dogs d’origine animale et végétale, des saucisses d’origine animale et végétale, de la dinde d’origine animale et végétale et du tofu extra ferme et ferme. Ils ont monté des morceaux de viande dans une machine qui tirait, poussait et cisaillait les échantillons.

« Ces trois modes de chargement représentent ce que vous faites lorsque vous mâchez », a déclaré Kuhl, qui est également directrice de Catherine Holman Johnson de Stanford Bio-X et professeur Walter B. Reinhold à la School of Engineering.

Ensuite, ils ont utilisé l’apprentissage automatique pour traiter les données de ces tests : ils ont conçu un nouveau type de réseau neuronal qui récupère les données brutes des tests et produit des équations expliquant les propriétés des viandes.

Pour voir si ces équations peuvent expliquer la perception de la texture, l’équipe a réalisé une enquête test. Les testeurs, qui ont d’abord répondu à des enquêtes sur leur ouverture aux nouveaux aliments et leur attachement à la viande, ont mangé des échantillons des huit produits et les ont évalués sur une échelle de 5 points pour 12 catégories : mou, dur, cassant, moelleux, gommeux, visqueux, élastique. , collant, fibreux, gras, humide et semblable à de la viande.

Hot-dogs et saucisses impressionnants

Lors des tests mécaniques, le hot-dog et la saucisse à base de plantes se sont comportés de manière très similaire à leurs homologues animaux lors des tests de traction, de poussée et de cisaillement, et ont montré des rigidités similaires. Pendant ce temps, la dinde végétale était deux fois plus dure que la dinde animale et le tofu était beaucoup plus mou que les produits carnés. Il est frappant de constater que les testeurs humains ont également évalué la rigidité des hot-dogs et des saucisses de manière très similaire aux tests mécaniques.

« Ce qui est vraiment cool, c’est que le classement des personnes était presque identique à celui de la machine », a déclaré Kuhl. « C’est formidable car nous pouvons désormais utiliser la machine pour réaliser un test quantitatif très reproductible. »

Les résultats suggèrent que de nouvelles méthodes basées sur les données sont prometteuses pour accélérer le processus de développement de produits savoureux à base de plantes. « Au lieu d’utiliser une approche par essais et erreurs pour améliorer la texture de la viande à base de plantes, nous pourrions envisager d’utiliser l’intelligence artificielle générative pour générer scientifiquement des recettes de produits carnés à base de plantes avec les propriétés précisément souhaitées », ont écrit les auteurs dans l’article. .

Mais le développement de recettes d’intelligence artificielle, comme d’autres IA, nécessite beaucoup de données. C’est pourquoi l’équipe est partager leurs données en ligne, ce qui permet à d’autres chercheurs de le consulter et d’y ajouter des éléments. « Historiquement, certains chercheurs, et notamment les entreprises, ne partagent pas leurs données, ce qui constitue un très gros obstacle à l’innovation », a déclaré St. Pierre. Sans partager d’informations et sans travailler ensemble, a-t-il ajouté, « comment allons-nous créer ensemble une imitation de steak ? »

L’équipe continue de tester les aliments et de créer une base de données publique. Cet été, St-Pierre a supervisé des étudiants de premier cycle qui testaient des tranches de charcuterie aux légumes et à la viande. Les chercheurs prévoient également de tester des champignons modifiés développés par Vayu Hill-Maini, qui a récemment rejoint Stanford en tant que professeur adjoint de bio-ingénierie. « Si quelqu’un souhaite tester une viande artificielle ou à base de plantes », a déclaré Kuhl, « nous sommes très heureux de la tester pour voir comment elle se compare. »