Австралийские ученые разрабатывают «электронный нос» для оценки качества пива

Поскольку развивающаяся крафтовая индустрия нуждается в более совершенных инструментах контроля качества, группа исследователей из Мельбурнского университета разработала «электронный нос», который способен определить качество пива.

«Электронный нос» представляет собой небольшой круг, который помещается над бокалом с пивом. Устройство анализирует исходящие от напитка газы и с помощью машинного обучения оценивает качество продукта.

Исследователи, в числе которых были доцент Сигфредо Фуэнтес и кандидат наук Клаудия Гонсалес Вьехо, начинали с прототипов на основе Lego, а затем развили идею.

— Мы работали над проектом на протяжении четырех лет, в начале пути мы использовали детали Lego, – пояснил Фуэнтес. — Основная задача заключалась в том, чтобы наливать каждый раз равное количество: если делать это вручную, скорость будет разной и результат окажется непостоянным. В случае же роботизированного розлива и при наличии камеры с высоким разрешением можно записать процесс и отследить, как формируется и рассеивается пивная пена, есть возможность оценить размер пузырьков и распределить их по категориям на маленькие, средние и большие.

— После этого «электронный нос» замеряет температуру с помощью инфракрасного датчика. Никакая часть устройства не контактирует с напитком напрямую, отсутствуют также и какие-либо датчики, анализирующие летучие вещества, высвобождающиеся во время розлива, — продолжает учёный.

Датчики «электронного носа» настроены на улавливание углекислого газа, этанола, метана, водорода, сероводорода, монооксида углерода, аммония и бензола, содержание которых варьируется в зависимости от типа сбраживания и влияет на качество напитка.

— У нас есть весьма эффективная модель интеллекта на основе базы данных из 250 различных мировых и австралийских брендов. Даже небольшие пивоварни могут добавить свои образцы. Мы можем сравнить пиво с образцами других брендов в этом стиле. Мы протестировали ламбики компании La Sirène, и результаты их порадовали: пиво оказалось наравне с несколькими сортами бельгийских производителей.

Газовая хроматография даёт возможность сделать анализ пива, но для этого потребуется отправить образцы в лабораторию, что, по мнению исследователей, довольно затратно, поэтому наличие небольшого портативного устройства будет на пивоварне как нельзя кстати.

Биометрические показатели

Данные «электронного носа» исследоватеи рассматривают в сочетании с биометрическими показателями, такими как частота сердечных сокращений, температура тела, мозговые волны и выражение лица, чтобы получить максимум информации о потребителе во время дегустации напитка.

— Эти физиологические изменения являются бессознательной реакцией, результатом эволюции. Наши отношения с едой старобытны, они начали формироваться до появления языка, — поясняет Фуэнтес.— Восприятие пищи — почти на 80% неосознанный процесс: ощущение горечи или сладости вполне осознано, но это лишь 20% информации. Отслеживая эти физиологические изменения, мы можем проникнуть в неизведанные области. Наука о чувственном восприятии после Второй мировой войны опиралась только на сознательные реакции, мы первыми применили физиологию, анализ и эмоциональный отклик в оценке пива.

Фуэнтес добавил, что команда разработала 25 параметров, которые использовались в машинном обучении и настройке искусственного интеллекта.

— Только с помощью этих параметров мы можем оценить, понравится ли напиток людям. Мы создаем модель оценки по типу сбраживания: верховое, низовое или дикое. Точность результата равна 96%, более того, мы можем определить понравится ли пиво представителям различных культур, оценивая манеру розлива и другие сенсорные аспекты, такие как горечь.

Бактериальные инфекции

Следующим шагом в исследовании Мельбурнского университета будет изучение и осмысление возможности выявления в пиве бактериальных инфекций.

— В этом семестре мы пытаемся выявить недостатки различного происхождения в вине и пиве, будь то бактериальные или химические загрязнители, – объяснил Фуэнтес. — Мы искусственно добавляем в пиво различные вещества и знаем, что именно мы добавили, поэтому у нас появляется возможность проконтролировать процесс сравнения образцов «электронным носом». Мы не будем предлагать людям выпить такое пиво: «электронный нос» откалиброван таким образом, чтобы нарушения могли идентифицироваться за счет газовой хроматографии и машинного обучения.

Первоначально исследователи экспериментировали с использованием обоняния собак для определения недостатков пива, но по понятным причинам перешли к более технологичному методу.

— Собаки могут уловить триллионную долю вещества — если их натренировать, они отыщут в поле блоху. Мы обучили их обнаруживать бреттаномицеты, встречающиеся в бочках на винодельнях.— Тем не менее, «электронный нос» будет более полезен: собаки довольно эффективны, но нужно постоянно держать их внимание сфокусированным, им становится скучно.

Планы на будущее

— Наш новый проект – оценка влияния пива на настроение. Существует соединение под названием горденин, алкалоид, содержащийся в зернах ячменя, который, как оказалось, способен положительно влиять на настроение. Так что не только алкоголь заставляет человека чувствовать себя счастливее.

— Мы сравниваем алкогольное пиво с безалкогольными сортами того же бренда, чтобы можно был объективно сказать: делает ли вас счастливее пиво или, всё таки, смесь его компонентов в сочетании с алкоголем.

Между тем, чтобы сделать «электронный нос» более доступным для пивоваров и коммерчески жизнеспособным, исследователи Мельбурнского университета рассматривают возможность уменьшения размеров устройства и интеграции аккумуляторной батареи. Это позволит добиться большей мобильности устройства, поскольку текущая версия должна быть подключена к компьютеру через кабель USB. Пивовары смогут получить большой объем информации просто налив напиток.

— В Австралии в целом и в Виктории в частности, наблюдается расцвет крафтового производства, мы приближаемся к кульминации развития индустрии. Люди в Виктории готовы попробовать новые сорта, но в долгосрочной перспективе они отдают предпочтение своим излюбленным брендам. Если вы не анализируете свой продукт и не вносите в него изменения для поддержания конкурентоспособности, вы обречены на провал.

Выпуск «электронного носа» на рынок поможет малым пивоварням. Они не могут себе позволить иметь в штате специально обученных специалистов, на их подготовку требуются годы.

— Для каждого нового продукта нужно сделать правильный анализ параметров напитка и потребительских реакций. Что ж, чтобы конкурировать в коммерческой среде, нужна сильная и точная технология, – объяснил Фуэнтес.