Eine Roboterhand hält eine Kirschtomate. iStock
Es gibt einen Grund, warum so viele der im Lebensmittelgeschäft verkauften Produkte oft nach Pappe schmecken.
Eigentlich gibt es mehrere Gründe. Die meisten davon stammen aus der Tatsache, dass Schmackhaftigkeit steht weit unten auf der Liste von dem, was die Lebensmittelindustrie Pflanzenzüchtern ermutigt, bei der Entwicklung neuer Sorten – sogenannter „Kultivare“ – von Produkten Prioritäten zu setzen.
Wenn sie sich auf den Geschmack konzentrieren wollen, haben Züchter keine guten Werkzeuge, um schnell die Früchte von Tausenden von Sorten zu probieren. In ein überraschendes neues Papier,Forscher der University of Florida beschreiben eine neue Methode zum „Verkosten“ von Produkten basierend auf ihrem chemischen Profil.
Sie stießen auch auf eine große Überraschung. Seit mehr als einem Jahrhundert konzentrieren sich Züchter auf Süße und Säure, wenn sie versuchen, schmackhaftere Sorten zu entwickeln. Die neue Forschung zeigt, dass der bewährte Ansatz etwa die Hälfte dessen ignoriert, was eine ausmachtleckeres Obst oder Gemüse so lecker.
AgrarwissenschaftlerPatrico Munoz, einer der Co-Autoren des Papiers, sagte IE dass sein Team feststellte, dass beispielsweise bei Blaubeeren „nur 40 Prozent [wie gut Menschen eine Frucht mögen] durch Zucker und Säure erklärt werden“. Der Rest wird durch Chemikalien erklärt, die als flüchtige organische Verbindungen bezeichnet werden und die wir mit Rezeptoren wahrnehmenunsere Nasen, nicht unsere Münder.
Dieser Fund – und die Methode, mit der sie dorthin gelangten – könnte die Zukunft der Landwirtschaft verändern.
Die Verbindung zwischen Chemikalien und Geschmack entwirren
Die Forscher hinter dieser Studie konzentrierten sich auf Dutzende von Tomaten- und Heidelbeersorten, darunter kommerzielle Sorten, die in Supermärkten verkauft werden, Erbstücksorten, die eher auf Bauernmärkten und in Restaurants vom Erzeuger zum Verbraucher zu finden sind, und neu entwickelte Sorten, die kürzlich ihren Abschluss gemacht habenZuchtprogramme.
Sie hatten zwei Arten von Daten für jede Sorte. Erstens, ein chemisches Profil, das angibt, welche und in welcher Menge Dutzende von chemischen Verbindungen in ihren Früchten gefunden wurden. Zweitens hatten sie Ergebnisse von Verbraucherpanels, in denen Hunderte von echten Menschen jede bewertet hattenTomaten- oder Heidelbeer-Kultivare auf Maßnahmen wie wie süß sie war und wie sehr sie sie insgesamt mochten.
Durch die Kombination dieser beiden Datensätze konnten die Forscher beispielsweise herausfinden, wie stark der Geschmack der verschiedenen Tomatensorten durch das Verhältnis von 2-Methylbutylacetat zu 1-Nitro-2-phenylethan beeinflusst wurde.
Einige der Sorten in der Studie sind GVO, aber selbst wilde Früchte sind voll von dieser Art von Chemikalien. Ein Grund dafür ist, dass Pflanzen – die im Allgemeinen ihr Leben fest verwurzelt verbringen, wo auch immer ihre Samen landen – herausgefunden haben, wie man Verbindungen herstellt und verwendet, um die Welt um sich herum zu kontrollierensie, um zu überleben und sich fortzupflanzen.
„In Früchten stellen Pflanzen [diese Arten von Chemikalien] her, um Tiere anzulocken, die [die Früchte essen und] die Samen verbreiten werden“, sagt Muñoz.
Ja, im Grunde enthält jedes Lebensmittel Tonnen von Chemikalien, die die meisten Menschen nicht aussprechen können.
Als all diese Daten zusammengetragen waren, verwendeten die Forscher maschinelles Lernen, um Modelle zu erstellen, die erklären sollten, wie die chemische Zusammensetzung einer Frucht mit dem Geschmack dieser Frucht zusammenhängt.
Bei einigen Früchten ist diese Beziehung relativ einfach.
„In Himbeeren gibt es eine einzige Verbindung, das ist der Himbeergeschmack“, sagt Nuõz. Aber der Geschmack anderer Früchte und Gemüse – einschließlich Heidelbeeren und Tomaten – ist das Produkt eines komplexen Zusammenspiels von Dutzenden und Dutzenden von Chemikalien.
Ihr Modell zeigte, wie stark die verschiedenen chemischen Komponenten mit den Bewertungen der menschlichen Verkoster für jede der Sorten korrelierten. Überraschenderweise machten die Zucker und Säuren in den Früchten nur etwa die Hälfte der Variation in den Vorlieben der Verkoster von einer Sorte zur anderen ausnächste.
„Das bedeutet, dass wir in den letzten 100 Jahren bei weniger als der Hälfte [der Variablen], die [Präferenzen] erklären, Fortschritte gemacht haben“, sagt Muñoz.
Züchter können viel mehr Produkte "schmecken"
Pflanzenzüchter haben keine direkte Kontrolle darüber, welche Chemikalien in den Früchten einer bestimmten Sorte enthalten sind. Stattdessen beeinflussen sie die Gene, die für die Stoffwechselwege kodieren, die die Verbindungen herstellen, die letztendlich bestimmen, wie eine Frucht schmeckt. Auch bei modernenTechnologien, es ist ein unhandlicher Prozess, der normalerweise in großem Maßstab durchgeführt wird.
Marcio Resende, ein weiterer Co-Autor der Studie, erzählt IE „Züchtung stützt sich immer noch stark auf Feldexperimente“, so wie seit Jahrhunderten.
Was die heutigen Züchter von ihren Vorläufern unterscheidet, sind die Technologien, die sie verwenden, um Merkmale zu messen, die ihnen sagen, „welche Sorten die nächste Stufe im Trichter der Züchtung erreichen“, sagt Resende.
Sie verwenden Werkzeuge wie Drohnen und autonome Roboter, um in einem Prozess, der als Hochdurchsatz-Phänotypisierung bezeichnet wird, „alle wichtigen Merkmale zu quantifizieren“, sagt er. Bestehende Technologien waren der Aufgabe gewachsen, Merkmale zu messen, z. B. wie viel Frucht eine Sorte produziert und wasFarbe, die diese Früchte haben.
Das Messen des Geschmacks hat sich als weitaus schwieriger erwiesen, da es eigentlich nur zwei Möglichkeiten gab: Der Züchter konnte selbst Obst probieren oder er konnte eine Gruppe von Testern zusammenstellen. Für Züchter, die Tausende von Sorten testen, ist diese Wahl ein großer Kompromiss. Die Probenahme ist sehr subjektiv, und systematisches Testen mit Menschen ist teuer.
„Wenn Sie ein traditionelles Verbrauchersensorik-Panel zusammenstellen und 100 Personen in einen Raum bringen … können Sie nicht 1.000 Sorten am selben Tag füttern“, sagt Resende.
Diese neue Forschung ist „ein Machbarkeitsnachweis, der zeigt, dass wir jetzt Modelle bauen können, die dasselbe tun“, indem sie Chemikalien messen, sagt er.
Diese Art von Forschung wird niemals eine perfekte Version einer bestimmten Frucht hervorbringen. Zum einen variieren die Geschmackspräferenzen je nach Zeit und Kultur. Da maschinelle Lernmodelle nur Vorhersagen treffen können, die auf den Daten basieren, mit denen sie trainiert wurden. Die Panels in Resendeund die Daten von Muñoz wurden in den Vereinigten Staaten erstellt, daher besteht eine gute Chance, dass Verbraucher in anderen Märkten andere Präferenzen haben.
Zusammenfassung:
Obwohl sie weltweit Grundnahrungsmittel in der Küche sind, haben viele kommerzielle Obstsorten im Laufe der Zeit immer weniger Geschmack verloren. Aufgrund der Kosten und Schwierigkeiten, die mit der Geschmacksphänotypisierung verbunden sind, wurden Zuchtprogramme lange Zeit bei der Auswahl dieses komplexen Merkmals herausgefordert. Um dies anzugehenhaben wir die gezielte Metabolomik verschiedener Tomaten- und Heidelbeerakzessionen und ihre entsprechenden Verbraucherpanelbewertungen genutzt, um statistische und maschinelle Lernmodelle zu erstellen, die die sensorische Wahrnehmung des Fruchtgeschmacks vorhersagen können.Mit diesen Modellen kann ein Zuchtprogramm die Geschmacksbewertungen für eine große Anzahl von Fruchtaromen bewertenGenotypen, die zuvor durch den geringen Durchsatz von Verbraucher-Sensorik-Panels begrenzt waren.Die Fähigkeit, Verbraucherbewertungen von Vorlieben, süß, sauer, Umami und Geschmacksintensität vorherzusagen, wurde durch eine 10-fache Kreuzvalidierung und die Genauigkeit von 18 verschiedenen Modellen bewertetDie Vorhersagegenauigkeiten waren für die meisten Attribute hoch und reichten von 0,87 für die Säureintensitätin Heidelbeere mit XGBoost auf 0,46 für das allgemeine Gefallen in Tomate mit linearer Regression.Darüber hinaus wurden die leistungsstärksten Modelle verwendet, um die Geschmacksverbindungen Zucker, Säuren und flüchtige Stoffe abzuleiten, die am meisten zu jedem Geschmacksattribut beitragen.Wir fanden heraus, dass die Varianzzerlegung des Gesamt-Like-Scores schätzt, dass 42 % bzw. 56 % der Varianz durch flüchtige organische Verbindungen in Tomaten bzw. Heidelbeeren erklärt wurden.Wir erwarten, dass diese Modelle eine frühere Einbeziehung von Aromen als Zuchtziele ermöglichen und die Auswahl und Freisetzung von geschmackvolleren Obstsorten fördern.