Skoltech-forskare har hittat ett sätt att använda kemiska sensorer och datorseende för att avgöra när grillad kyckling tillagas helt rätt. Dessa verktyg kan hjälpa restauranger att övervaka och automatisera matlagningsprocesser i deras kök, och kanske en dag till och med hamna i din "smarta" ugn. Uppsatsen som beskriver dessa forskningsresultat, stöds av ett anslag från Russian Science Foundation, publicerades i tidskriften Matkemi .

Hur vet du att kycklingbröst på din grill är redo för din tallrik? Du tittar förmodligen noga på den och luktar på den för att se till att den görs som du vill ha den. Dock, om du är restaurangkock eller köksmästare på ett enormt industrikök, du kan inte riktigt lita på dina ögon och näsa för att säkerställa enhetliga resultat upp till de standarder dina kunder förväntar sig. Det är därför besöksnäringen aktivt letar efter billiga, pålitlig, och känsliga verktyg för att ersätta subjektivt mänskligt omdöme med automatiserad kvalitetskontroll.

Professor Albert Nasibulin vid Skoltech och Aalto University, Skoltech senior forskare Fedor Fedorov och deras kollegor bestämde sig för att göra just det:skaffa en e-näsa, en uppsättning sensorer som upptäcker vissa komponenter i en lukt, att "sniffa" den kokande kycklingen och en datorseende algoritm för att "titta" på den. "E-noses" är enklare och billigare att använda än, säga, en gaskromatograf eller en masspektrometer, och de har till och med visat sig kunna upptäcka olika sorters ostar eller plocka ut ruttna äpplen eller bananer. Å andra sidan, datorseende kan känna igen visuella mönster – till exempel, för att upptäcka spruckna kakor.

Skoltech Laboratory of Nanomaterials, ledd av professor Nasibulin, har utvecklat nya material för kemiska sensorer; en av applikationerna för dessa sensorer är i HoReCa-segmentet, eftersom de kan användas för att kontrollera kvaliteten på luftfiltreringen i restaurangventilation. En student vid labbet och medförfattare till uppsatsen, Ainul Yaqin, reste till Novosibirsk för sitt Industrial Immersion-projekt. Han använde labbsensorerna för att testa effektiviteten hos industrifilter tillverkade av ett stort ryskt företag. Det projektet ledde till experiment med luktprofilen hos grillad kyckling.

"På samma gång, för att bestämma rätt färdighetstillstånd, man kan inte bara lita på "e-nose" utan måste använda datorseende - dessa verktyg ger dig en så kallad "elektronisk panel" (en panel av elektroniska "experter"). Bygger på den stora erfarenheten av datorseendetekniker hos våra kollegor från Skoltech CDISE, tillsammans, vi testade hypotesen att, när de kombineras, datorseende och elektronisk näsa ger mer exakt kontroll över matlagningen, " säger Nasibulin.

Teamet valde att kombinera dessa två tekniker för att övervaka matens färdighet exakt och på ett kontaktlöst sätt. De plockade kycklingkött, som är populärt över hela världen, och grillade en hel del kycklingbröst (köpt i en lokal stormarknad i Moskva) för att "träna" sina instrument för att utvärdera och förutsäga hur väl det var tillagat.

Forskarna byggde sin egen e-näsa, ' med åtta sensorer som upptäcker rök, alkohol, CO, och andra föreningar och temperatur och fuktighet, och sätt in den i ventilationssystemet. De tog också bilder på den grillade kycklingen och matade informationen till en algoritm som specifikt letar efter datamönster. För att definiera förändringar i lukt som överensstämmer med de olika stegen i en grillprocess, forskare använde termogravimetrisk analys (för att övervaka antalet flyktiga partiklar för "e-näsan" att upptäcka), differentiell mobilitetsanalys för att mäta storleken på aerosolpartiklar, och masspektrometri.

Men den kanske viktigaste delen av experimentet involverade 16 Ph.D. studenter och forskare som smaktestade en hel del grillat kycklingbröst för att bedöma dess mörhet, saftighet, intensitet av smak, utseende, och övergripande färdighet på en 10-gradig skala. Dessa data matchades med de analytiska resultaten för att testa det senare mot människors uppfattning som vanligtvis slutar med att äta kycklingen.

Forskarna grillade kött precis utanför labbet och använde Skoltech-matsalen för att sätta upp testplatsen. "På grund av covid-19-pandemin, vi var tvungna att bära masker och utföra tester i små grupper, så det var en ganska ovanlig upplevelse. Alla deltagare fick instruktioner och försågs med sensoriska utvärderingsprotokoll för att göra jobbet ordentligt. Vi lagade många prover, kodade dem, och använde dem i blindtester. Det var en spännande upplevelse för materialvetare främst och förlitade sig på data från sofistikerade analysverktyg. Men, kycklingservetter är också material, " konstaterar Fedorov.

Teamet rapporterar att deras system kunde identifiera underkokta, vällagad, och överkokt kyckling ganska bra, så det kan potentiellt automatisera kvalitetskontroll i en köksmiljö. Författarna noterar att för att använda sin teknik på andra delar av kycklingen - säg, ben eller vingar – eller för en annan tillagningsmetod, de elektroniska "näsan" och "ögonen" skulle behöva omskolas till nya data.

Forskarna planerar nu att testa sina sensorer i restaurangköksmiljöer. En annan potentiell tillämpning skulle kunna vara att "sniffa ut" ruttet kött i de mycket tidiga stadierna när förändringar i dess luktprofil fortfarande skulle vara för subtila för en mänsklig näsa.

"Vi tror att dessa system kan integreras i storkök och till och med i vanliga kök som ett verktyg som kan hjälpa och ge råd om hur stekt kött är, när direkt temperaturmätning inte är möjlig eller inte effektiv, " säger Fedorov.