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– Uma equipe de cientistas liderada pela Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura) inventou um sistema olfativo artificial que imita o nariz dos mamíferos para avaliar com precisão o frescor da carne.
Cortesia NTU: O nariz eletrônico (e-nariz) compreende um ‘código de barras’ que muda de cor ao longo do tempo em reação aos gases produzidos pela carne conforme ela se apodrece, e um ‘leitor’ de código de barras na forma de um aplicativo de smartphone alimentado por inteligência artificial (IA). O nariz eletrônico foi treinado para reconhecer e prever o frescor da carne a partir de uma grande biblioteca de cores de código de barras.
Quando testado em amostras de frango, peixe e carne bovina embalados comercialmente que foram deixados para envelhecer, a equipe descobriu que seu algoritmo de IA de rede neural convolucional profunda que alimenta o nariz eletrônico previu o frescor das carnes com uma precisão de 98,5 por cento. Como comparação, a equipe de pesquisa avaliou a precisão de previsão de um algoritmo comumente usado para medir a resposta de sensores como o código de barras usado neste nariz eletrônico. Este tipo de análise mostrou uma precisão geral de 61,7 por cento.
O nariz eletrônico, descrito em um artigo publicado na revista científica Advanced Materials em outubro, pode ajudar a reduzir o desperdício de alimentos, confirmando aos consumidores se a carne é adequada para consumo, com mais precisão do que um rótulo de “Melhor Antes”, disse a pesquisa. equipe da NTU Singapura, que colaborou com cientistas da Universidade Jiangnan, China, e da Universidade Monash, Austrália.
O co-autor principal, Professor Chen Xiaodong, Diretor do Centro de Inovação para Dispositivos Flexíveis da NTU, disse: “Nosso sistema olfativo artificial de prova de conceito, que testamos em cenários da vida real, pode ser facilmente integrado em materiais de embalagem e rendimentos resulta em um curto espaço de tempo sem a fiação volumosa usada para coleta de sinal elétrico em alguns e-narizes que foram desenvolvidos recentemente.
“Esses códigos de barras ajudam os consumidores a economizar dinheiro, garantindo que eles não descartem produtos que ainda são adequados para o consumo, o que também ajuda o meio ambiente. A natureza biodegradável e não tóxica dos códigos de barras também significa que eles podem ser aplicados com segurança em todas as partes da cadeia de abastecimento de alimentos para garantir o frescor dos alimentos. ”
Uma patente foi registrada para este método de monitoramento em tempo real do frescor dos alimentos, e a equipe agora está trabalhando com uma empresa do agronegócio de Cingapura para estender esse conceito a outros tipos de perecíveis.
Um nariz para o frescor
O nariz eletrônico desenvolvido pelos cientistas da NTU e seus colaboradores compreende dois elementos: um ‘código de barras’ colorido que reage com os gases produzidos pela carne em decomposição; e um “leitor” de código de barras que usa IA para interpretar a combinação de cores no código de barras. Para tornar o e-nose portátil, os cientistas o integraram a um aplicativo de smartphone que pode render resultados em 30 segundos.
O nariz eletrônico imita o funcionamento de um nariz de mamífero. Quando os gases produzidos pela carne em decomposição se ligam aos receptores no nariz dos mamíferos, os sinais são gerados e transmitidos ao cérebro. O cérebro então coleta essas respostas e as organiza em padrões, permitindo ao mamífero identificar o odor presente quando a carne envelhece e apodrece.
No nariz eletrônico, as 20 barras do código de barras atuam como receptores. Cada barra é feita de quitosana (um açúcar natural) incorporado em um derivado de celulose e carregado com um tipo diferente de corante. Esses corantes reagem com os gases emitidos pela carne em decomposição e mudam de cor em resposta aos diferentes tipos e concentrações de gases, resultando em uma combinação única de cores que serve como uma “impressão digital do cheiro” para o estado de qualquer carne.
Por exemplo, a primeira barra do código de barras contém um corante amarelo que é ligeiramente ácido. Quando exposto a compostos contendo nitrogênio produzidos pela carne em decomposição (chamados bioaminas), esse corante amarelo muda para azul à medida que o corante reage com esses compostos. A intensidade da cor muda com o aumento da concentração de bioaminas conforme a carne se deteriora ainda mais.
Para este estudo, os cientistas primeiro desenvolveram um sistema de classificação (fresco, menos fresco ou estragado) usando um padrão internacional que determina o frescor da carne. Isso é feito extraindo e medindo a quantidade de amônia e duas outras bioaminas encontradas em embalagens de peixes envoltas em filme de embalagem de PVC transparente (cloreto de polivinila) amplamente utilizado e armazenadas a 4 ° C (39 ° Fahrenheit) durante cinco dias em intervalos diferentes.
Concomitantemente, eles monitoraram o frescor dessas embalagens de peixe com códigos de barras colados na parte interna do filme de PVC sem tocar no peixe (ver imagem 2 abaixo). Imagens desses códigos de barras foram tiradas em intervalos diferentes ao longo de cinco dias.
E-nariz atinge 98,5 por cento de precisão geral
Um tipo de algoritmo de IA conhecido como redes neurais convolucionais profundas foi então treinado com imagens de códigos de barras diferentes para identificar padrões na impressão digital do cheiro que correspondem a cada categoria de frescor.
Para avaliar a precisão da previsão de seu nariz eletrônico, os cientistas da NTU monitoraram o frescor do pacote comercial de frango, peixe e carne bovina com códigos de barras colados no filme da embalagem e armazenados a 25 ° C (77 ° Fahrenheit). Mais de 4.000 imagens dos códigos de barras de seis embalagens de carne foram tiradas em diferentes intervalos de tempo ao longo de 48 horas sem abrir as diferentes embalagens de carne.
A equipe de pesquisa primeiro treinou seu sistema para selecionar padrões entre as impressões digitais de cheiro capturadas em 3.475 imagens de código de barras, antes de testar a precisão do sistema nas imagens restantes.
Os resultados revelaram uma precisão geral de 98,5 por cento – 100 por cento de precisão na identificação de carnes estragadas e uma precisão de 96 a 99 por cento para carnes frescas e menos frescas.
Como comparação, a equipe de pesquisa selecionou aleatoriamente 20 imagens de código de barras de cada categoria de frescor para avaliar a precisão da previsão da análise de distância euclidiana, um método comumente usado para medir a resposta de sensores como o código de barras usado neste nariz eletrônico. Esta análise mostrou uma precisão geral de 61,7 por cento.
O professor Chen, presidente da cadeira de ciência e engenharia de materiais da NTU, disse: “Embora os narizes eletrônicos tenham sido extensivamente pesquisados, ainda existem gargalos para sua comercialização devido aos problemas dos protótipos atuais com a detecção e identificação precisa do odor. Precisamos de um sistema que tenha uma configuração de sensor robusta e um método de análise de dados que possa prever com precisão as impressões digitais do cheiro, que é o que nosso nariz eletrônico oferece.
“Sua capacidade de monitoramento não destrutiva, automatizada e em tempo real também poderia ser usada para reconhecer os tipos de gases que outros tipos de alimentos perecíveis emitem à medida que se tornam menos frescos, fornecendo uma nova plataforma amplamente aplicável para o controle de qualidade de alimentos, que é o que estamos trabalhando para agora. ”
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