Kann KI pflanzliches Fleisch verbessern?

19.11.2024

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Die Reduzierung von tierischem Eiweiß in unserer Ernährung kann Ressourcen und Treibhausgasemissionen einsparen. Aber es ist eine Herausforderung, fleischliebende Verbraucher davon zu überzeugen, ihren Speiseplan umzustellen. Die Stanford-Ingenieure betrachten dieses Problem aus einem maschinenbaulichen Blickwinkel und leisten Pionierarbeit mit einem neuen Ansatz zur Prüfung der Lebensmitteltextur, der den Weg für Fake-Filets ebnen könnte, die selbst überzeugte Fleischfresser überlisten.

In einer neuen Veröffentlichung in der Zeitschrift Science of Food zeigt das Team, dass eine Kombination aus mechanischer Prüfung und maschinellem Lernen die Beschaffenheit von Lebensmitteln mit verblüffender Ähnlichkeit zu menschlichen Geschmackstestern beschreiben kann. Eine solche Methode könnte die Entwicklung neuer und besserer Fleischsorten auf pflanzlicher Basis beschleunigen. Das Team fand auch heraus, dass einige pflanzliche Produkte die Textur des Fleisches, das sie imitieren, bereits sehr gut wiedergeben.

"Wir waren überrascht, dass die heutigen pflanzlichen Produkte das gesamte Texturspektrum von tierischem Fleisch reproduzieren können", sagte Ellen Kuhl, Professorin für Maschinenbau und Hauptautorin der Studie. Fleischersatzprodukte haben einen langen Weg hinter sich, seit Tofu die einzige Option war, fügte sie hinzu.

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Die industrielle Tierhaltung trägt zum Klimawandel, zur Umweltverschmutzung, zum Verlust von Lebensräumen und zur Antibiotikaresistenz bei. Diese Belastung für den Planeten kann durch den Austausch von tierischen Proteinen gegen pflanzliche Proteine in der Ernährung verringert werden. Eine Studie schätzt, dass pflanzliches Fleisch im Durchschnitt nur halb so umweltbelastend ist wie Tierfleisch. Doch viele Fleischesser zögern, sich umzustellen; nur etwa ein Drittel der Amerikaner gab in einer Umfrage an, dass sie "sehr wahrscheinlich" oder "äußerst wahrscheinlich" pflanzliche Alternativen kaufen würden.

"Die Menschen lieben Fleisch", sagt Skyler St. Pierre, Doktorand im Fachbereich Maschinenbau und Hauptautor der Studie. "Wenn wir die hartgesottenen Fleischesser davon überzeugen wollen, dass es sich lohnt, Alternativen auszuprobieren, sind die Leute umso eher bereit, etwas Neues auszuprobieren, je besser wir tierisches Fleisch mit pflanzlichen Produkten imitieren können.

Um Tierfleisch erfolgreich zu imitieren, analysieren Lebensmittelwissenschaftler die Beschaffenheit von pflanzlichen Fleischprodukten. Leider sind die herkömmlichen Testmethoden für Lebensmittel nicht standardisiert und die Ergebnisse werden der Wissenschaft und der Öffentlichkeit nur selten zugänglich gemacht, so St. Pierre. Dies erschwert die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern und die Entwicklung neuer Rezepte für Alternativen.

Neue Tests zur Beschaffenheit von Lebensmitteln

Die Forschung entstand aus einem Unterrichtsprojekt von St. Pierre. Auf der Suche nach erschwinglichen Materialien für mechanische Tests entschied er sich für Hot Dogs und Tofu. Während des Sommers 2023 testeten Studenten die Lebensmittel und lernten, wie Ingenieure die Reaktionen von Materialien auf Stress, Belastung und Dehnung beschreiben.

Das Stanford-Team erkannte, dass diese Arbeit die Entwicklung von Fleisch auf pflanzlicher Basis unterstützen könnte, und führte erstmals einen dreidimensionalen Lebensmitteltest durch. Sie stellten acht Produkte auf die Probe: Hot Dogs auf tierischer und pflanzlicher Basis, Wurst auf tierischer und pflanzlicher Basis, Truthahn auf tierischer und pflanzlicher Basis sowie extra festen und festen Tofu. Sie setzten Fleischstücke in eine Maschine ein, die an den Proben zog, drückte und scherte. "Diese drei Belastungsarten repräsentieren das, was man beim Kauen tut", sagte Kuhl, der auch Catherine Holman Johnson Director von Stanford Bio-X und Walter B. Reinhold Professor an der School of Engineering ist.

Anschließend verarbeiteten sie die Daten aus diesen Tests mit Hilfe des maschinellen Lernens: Sie entwickelten ein neuartiges neuronales Netz, das aus den Rohdaten der Tests Gleichungen erstellt, die die Eigenschaften des Fleisches erklären.

Um zu sehen, ob diese Gleichungen die Wahrnehmung der Textur erklären können, führte das Team eine Testumfrage durch. Die Tester - die zunächst Umfragen zu ihrer Offenheit gegenüber neuen Lebensmitteln und ihrer Vorliebe für Fleisch ausfüllten - aßen Proben der acht Produkte und bewerteten sie auf einer 5-Punkte-Skala in 12 Kategorien: weich, hart, brüchig, kaubar, gummiartig, zäh, federnd, klebrig, faserig, fettig, feucht und fleischähnlich.

Beeindruckende Hot Dogs und Würstchen

Bei den mechanischen Tests verhielten sich die pflanzlichen Hotdogs und Würste beim Ziehen, Drücken und Scheren sehr ähnlich wie ihre tierischen Gegenstücke und wiesen eine ähnliche Steifigkeit auf. Der pflanzliche Truthahn war dagegen doppelt so steif wie der tierische Truthahn, und der Tofu war viel weicher als die Fleischprodukte. Auffallend ist, dass die menschlichen Tester die Steifigkeit von Hot Dogs und Würstchen ähnlich einstuften wie bei den mechanischen Tests. "Was wirklich cool ist, ist, dass die Bewertung der Menschen fast identisch mit der Bewertung der Maschine war", sagte Kuhl. "Das ist großartig, denn jetzt können wir die Maschine nutzen, um einen quantitativen, sehr reproduzierbaren Test durchzuführen."

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass neue, datengestützte Methoden vielversprechend sind, um den Prozess der Entwicklung schmackhafter pflanzlicher Produkte zu beschleunigen. "Anstatt die Textur von Fleisch auf pflanzlicher Basis durch Versuch und Irrtum zu verbessern, könnten wir uns vorstellen, generative künstliche Intelligenz einzusetzen, um wissenschaftlich Rezepte für Fleischprodukte auf pflanzlicher Basis mit genau den gewünschten Eigenschaften zu entwickeln", schreiben die Autoren in der Studie.

Aber die Entwicklung von Rezepten durch künstliche Intelligenz benötigt, wie andere KI auch, eine Menge Daten. Aus diesem Grund stellt das Team seine Daten online zur Verfügung, so dass andere Forscher sie einsehen und ergänzen können. "In der Vergangenheit haben einige Forscher und vor allem Unternehmen ihre Daten nicht geteilt, und das ist ein wirklich großes Hindernis für Innovationen", so St. Pierre. Ohne den Austausch von Informationen und die Zusammenarbeit, so fügte er hinzu, "wie sollen wir gemeinsam ein Steakimitat entwickeln?"

Das Team testet weiterhin Lebensmittel und baut eine öffentliche Datenbank auf. In diesem Sommer beaufsichtigte St. Pierre Studenten bei der Prüfung von Gemüse- und Fleischaufschnitten. Die Forscher planen auch, künstliche Pilze zu testen, die von Vayu Hill-Maini entwickelt wurden, der vor kurzem als Assistenzprofessor für Biotechnik nach Stanford kam. "Wenn jemand ein künstliches oder pflanzliches Fleisch haben sollte, das er testen möchte", sagte Kuhl, "sind wir gerne bereit, es zu testen, um zu sehen, wie es abschneidet."

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

Originalveröffentlichung

Skyler R. St. Pierre, Ethan C. Darwin, Divya Adil, Magaly C. Aviles, Archer Date, Reese A. Dunne, Yanav Lall, María Parra Vallecillo, Valerie A. Perez Medina, Kevin Linka, Marc E. Levenston, Ellen Kuhl; "The mechanical and sensory signature of plant-based and animal meat"; npj Science of Food, Volume 8, 2024-11-15

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