En un nuevo artículo publicado en npj Science of Food, el equipo demostró que una combinación de pruebas mecánicas y aprendizaje automático puede describir la textura de los alimentos con una notable similitud con los catadores humanos.
Este método podría acelerar el desarrollo de nuevas y mejores carnes de origen vegetal. El equipo también descubrió que algunos alimentos de origen vegetal ya replican la textura de la carne que imitan.
«Nos sorprendió descubrir que los alimentos de origen vegetal actuales pueden replicar todo el espectro de textura de la carne animal», dijo Ellen Kuhl, profesora de ingeniería mecánica y autora principal del estudio. Los sustitutos de la carne han avanzado mucho desde que el tofu era la única opción, añadió.
Los ambientalistas critican las granjas industriales por muchos motivos, incluida la contaminación del medio ambiente, la contribución al aumento de la resistencia de los patógenos a los antibióticos y el cambio climático. Dicen que reemplazar las proteínas animales con proteínas de origen vegetal en la dieta podría marcar la diferencia, ya que las alternativas a la carne verde tienen la mitad del impacto ambiental que las carnes animales, según un estudio.
«Sin embargo, a la gente le encanta la carne», dijo Skyler St. Pierre, estudiante de posgrado en ingeniería mecánica y autor principal del artículo. «Si queremos convencer a los ávidos consumidores de carne de que vale la pena probar alternativas, cuanto más podamos imitar la carne animal utilizando productos de origen vegetal, más probable será que la gente esté abierta a probar algo nuevo».
Para imitar con éxito la carne animal, los científicos en alimentos analizan la textura de los productos cárnicos de origen vegetal. Desafortunadamente, los métodos tradicionales de análisis de alimentos no están estandarizados y los resultados rara vez se ponen a disposición de la ciencia y del público, dijo St. Pierre. Esto dificulta que los científicos colaboren y creen nuevas recetas para alternativas.
Este estudio surgió del proyecto de enseñanza de St. Pierre. En su búsqueda de materiales asequibles para utilizar en pruebas mecánicas, recurrió a las salchichas y el tofu. En el verano de 2023, los estudiantes investigadores se unieron para probar productos alimenticios y aprender cómo los ingenieros describen cómo responden los materiales al estrés, la carga y el estiramiento.
Al comprender cómo este trabajo podría ayudar a desarrollar carne de origen vegetal, el equipo de Stanford presentó una prueba de alimentos en 3D. Pusieron a prueba ocho alimentos: salchichas de origen animal y vegetal, salchichas de origen animal y vegetal, pavos de origen animal y vegetal y tofu extra firme y firme. Colocaron muestras de carne en una máquina que tiraba, empujaba y cortaba las muestras.
«Estos tres modos de carga reflejan lo que haces cuando masticas», explicó Ellen Kuhl.
Luego, los científicos utilizaron el aprendizaje automático para procesar los datos de estas pruebas: desarrollaron un nuevo tipo de red neuronal que toma los datos sin procesar de las pruebas y produce ecuaciones que explican las propiedades de la carne.
Para probar si estas ecuaciones podrían explicar la percepción de la textura, el equipo realizó una encuesta de prueba. Los evaluadores, que primero completaron encuestas sobre su apertura a nuevos alimentos y su afinidad por la carne, comieron muestras de ocho alimentos y los calificaron en una escala de 5 puntos en 12 categorías: suave, duro, quebradizo, masticable, fibroso, pegajoso, elástico, pegajoso, fibroso, graso, húmedo y parecido a la carne.
En las pruebas mecánicas, el hot dog y la salchicha de origen vegetal se comportaron de manera muy similar a las pruebas de tirar, empujar y cortar con sus homólogos animales y mostraron una rigidez similar. Mientras tanto, el pavo de origen vegetal era dos veces más duro que el pavo de origen animal, y el tofu era mucho más suave que los productos cárnicos. Es significativo que los evaluadores humanos también calificaran la dureza de los hot dogs y las salchichas de manera muy similar a las pruebas mecánicas.
«Lo que es realmente genial es que las valoraciones de la gente eran casi idénticas a las del coche», dijo Kuhl. «Es fantástico porque ahora podemos utilizar la máquina para realizar una prueba cuantitativa y altamente reproducible».
Los resultados muestran que los nuevos métodos basados en datos prometen acelerar el desarrollo de deliciosos productos a base de plantas. «En lugar de utilizar prueba y error para mejorar la textura de las carnes de origen vegetal, podríamos imaginar utilizar inteligencia artificial generativa para crear científicamente recetas de productos cárnicos de origen vegetal con propiedades definidas con precisión», escriben los autores en el artículo.
Pero desarrollar recetas de inteligencia artificial, al igual que otras IA, requiere una gran cantidad de datos. Es por eso que el equipo comparte sus datos en línea, haciéndolos abiertos para que otros investigadores los vean y agreguen. «Históricamente, algunos investigadores, y especialmente empresas, no comparten sus datos, y eso es una barrera realmente grande para la innovación», dijo St. Pierre. “Sin compartir información y trabajar juntos, ¿cómo crearemos juntos un bistec de imitación?”
El equipo continúa probando productos alimenticios y creando una base de datos de acceso público. Este verano, St. Pierre supervisó a los estudiantes que probaban rebanadas de carnes vegetarianas y delicatessen. Los investigadores también planean probar hongos diseñados por Vayu Hill-Maini, profesor asistente de bioingeniería.
«Si alguien tiene carne cultivada o de origen vegetal y quiere probar, estaremos encantados de ayudarle», invitó Kuhl a todos los participantes en el mercado de alternativas de origen vegetal.
Fuente: Universidad de Stanford. Autor: Ola Chrobak.
En la foto, Ellen Kuhl y representantes de su laboratorio. De izquierda a derecha: Skyler St. Pierre, Mark Levenston, Ellen Kuhl, Reese Dunn, Ethan Darwin, Valerie Perez Medina y Divya Adil posan con las carnes naturales y de origen vegetal que analizaron. Crédito de la foto: Kurt Hickman.
