AI giúp cắt giảm chi phí nhân giống cây trồng truyền thống

Theo nghiên cứu được công bố gần đây hương vị và hợp chất hóa học nào làm cho một loại trái cây cụ thể trở nên hấp dẫn hơn đối với người tiêu dùng có thể được xác định và dự đoán bằng cách sử dụng trí thông minh nhân tạo (AI).

• Biểu cảm khuôn mặt giúp thực hiện các hành động trong thực tế ảo
• AI có thể điều khiển quá trình nhiệt trong lò phản ứng tổng hợp hạt nhân

Hương vị được các nhà khoa học định nghĩa là sự tương tác giữa mùi thơm và vị rất phức tạp về mặt hóa học. Đường, axit và các hợp chất đắng trong thực phẩm tương tác với các thụ thể vị giác trên lưỡi của chúng ta để gọi vị giác, trong khi các hợp chất dễ bay hơi tương tác với các thụ thể khứu giác trong mũi của chúng ta chịu trách nhiệm tạo ra mùi thơm.

Việc lai tạo để có hương vị là một nhiệm vụ khó khăn vì nhiều lý do khác nhau. Thứ nhất, các chương trình nhân giống cây ăn quả và rau cần phải cải thiện một số đặc điểm khác nhau để thu hút cả người sản xuất và người tiêu dùng. Việc tạo ra sự kết hợp di truyền tối ưu bao gồm tất cả các đặc điểm này là rất khó, vì vậy các chương trình nhân giống thường loại bỏ hương vị để tập trung vào việc cải thiện khả năng kháng bệnh và tăng năng suất. Các nhà chọn tạo giống cây trồng cũng phải đánh giá hàng trăm đến hàng nghìn giống tiềm năng. Việc kiểm tra một mẫu đơn lẻ theo cách khách quan yêu cầu nhóm người tiêu dùng lên đến 100 người, việc sắp xếp có thể tốn kém và không thực tế.

Để hợp lý hóa quy trình này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một thuật toán để dự đoán cách người tiêu dùng xếp hạng hương vị trong cà chua và quả việt quất. Một cơ sở dữ liệu đã được tạo chứa tất cả các hợp chất đã biết liên quan đến hương vị của tất cả các loại trái cây này. Sau đó so sánh cơ sở dữ liệu này với xếp hạng của bảng người tiêu dùng hiện có về độ ngọt, độ chua, vị umami và hương vị tổng thể và sở thích của các loại khác nhau. Bằng cách mô hình hóa các xếp hạng của người tiêu dùng thay đổi theo thành phần hóa học của các loại trái cây khác nhau, điều này cho phép xác định hợp chất nào ảnh hưởng nhiều nhất đến cảm nhận về hương vị.

Phát hiện chỉ ra rằng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi hoặc các hóa chất tạo thành khí chịu trách nhiệm tạo ra mùi thơm là một phần lớn lý do tại sao mọi người thích một loại nhất định. Ước tính rằng 42% và 56% tổng điểm ưa thích của nhiều loại cà chua hoặc việt quất tương ứng có liên quan đến mùi thơm.

Hương thơm cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc cảm nhận vị ngọt – các hợp chất dễ bay hơi đóng góp từ 33% đến 62% cách người tiêu dùng đánh giá độ ngọt. Cuối cùng xác định một số hợp chất hóa học góp phần nhiều nhất vào việc nhận biết hương vị và vị ngọt trong cà chua và quả việt quất.

Hương vị đóng một vai trò quan trọng trong việc mọi người chọn ăn loại trái cây nào. Các mô hình có thể giúp các chương trình nhân giống cây trồng phát triển nhiều loại trái cây có hương vị hơn bằng cách giúp dễ dàng xác định một cách khách quan điều gì làm cho một giống ngon hơn một giống khác mà không cần thu thập nhiều người tiêu dùng. Bằng cách xác định chính xác những gì ảnh hưởng đến cách mọi người cảm nhận hương vị, các nhà lai tạo thực vật có thể tập trung vào việc tối ưu hóa cho một hợp chất hóa học cụ thể thay vì đánh giá chủ quan hơn về hương vị.

Bởi vì các yếu tố di truyền và văn hóa ảnh hưởng rất nhiều đến sở thích về hương vị, có khả năng sở thích về hương vị cũng sẽ khác nhau giữa các nhóm dân tộc và địa lý khác nhau. Mặc dù kết quả có thể đại diện cho người tiêu dùng trung bình ở Hoa Kỳ, nhưng chúng có thể không dự đoán chính xác sở thích của người tiêu dùng ở châu Á. Việc lai tạo các giống trái cây cho các thị trường cụ thể có thể yêu cầu kiểm tra thêm cơ sở dữ liệu hương vị.

Các bước tiếp theo bao gồm nhân giống trái cây để tăng các hợp chất dễ bay hơi chính xác định mức độ mà người tiêu dùng thích một loại cụ thể. Các giống cà chua thương mại hiện đại chứa hàm lượng thấp hơn đáng kể nhiều chất hóa học quan trọng làm cho cà chua gia truyền có hương vị thơm ngon hơn. Việc khôi phục các chất hóa học này về mức tương tự như giống gia truyền và kiểm tra xem liệu điều đó có làm cho các giống thương mại này có hương vị thơm ngon hơn hay không.

Các nhóm phòng thí nghiệm đã dành nhiều thập kỷ để phát triển về di truyền và hóa sinh của hương vị trái cây. Nghiên cứu mang tính liên ngành cao với các nhà tâm lý học, nhà khoa học thực phẩm, nhà di truyền học, nhà hóa sinh và các nhà lai tạo thực vật.

Nghiên cứu bắt đầu bằng cách xác định những hóa chất nào trong trái cây chịu trách nhiệm về hương vị. Sau đó xác định cách thực vật tạo ra các hóa chất đó và phát triển bản đồ di truyền để kiểm soát cách thực vật sản xuất các hóa chất này. Cuối cùng sử dụng nhân giống phân tử để tạo ra các giống có hương vị mà người tiêu dùng có thể hoàn toàn đánh giá cao.

Trang Nguyễn