APLICACIÓN DE MACHINE LEARNING COMO HERRAMIENTA PARA LA PREDICCIÓN DE LAS PROPIEDADES SALUDABLES Y SENSORIALES EN PROCESOS INDUSTRIALES (FOODTOOL)

Título / Title 

APLICACIÓN DE MACHINE LEARNING COMO HERRAMIENTA PARA LA PREDICCIÓN DE LAS PROPIEDADES SALUDABLES Y SENSORIALES EN PROCESOS INDUSTRIALES (FOODTOOL, PEP: 2020/712) 

APPLICATION OF MACHINE LEARNING AS A TOOL FOR THE PREDICTION OF HEALTHY AND SENSORY PROPERTIES IN FOOD INDUSTRIAL PROCESSES

Presupuesto total
322.636,58 €

Período
01/06/2020 - 31/12/2022

Objetivos / Operation summary
El proyecto Foodtool se encuentra enmarcado dentro del eje prioritario 1 del Programa Operativo FEDER 2014-2020: O.E. 1.2.3. FOMENTO Y GENERACIÓN DE CONOCIMIENTO. PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN ORIENTADOS A LOS RETOS DE LA SOCIEDAD. Foodtool es un proyecto que busca la creación de una herramienta informática que ayude a optimizar los procesos industriales facilitando la toma de decisiones rápidas y fiables a la hora de formular alimentos saludables y aceptables sensorialmente por parte de los consumidores. Para poder alcanzar estos objetivos se plantean las siguientes tareas dentro del proyecto:
Tarea 1. Estudio del arte en el ámbito del proyecto y metaanálisis.  
Tarea 2. Desarrollo de una base de datos de propiedades saludables. 
Tarea 3. Desarrollo de una base de datos asociada de propiedades saludables a partir de estudios in vitro de simulación gastrointestinal.  
Tarea 4. Desarrollo de una base de datos asociada a la percepción organoléptica de alimentos a partir de estudios sensoriales.                                                              Tarea 5. Desarrollo de modelos predictivos. 
Tarea 6. Desarrollo de herramienta de automatización de tareas de ajuste de modelos, simulación y visualización en línea de resultados. 
Tarea 7. Plan de difusión resultados. 

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The Foodtool project is framed in the axis 1 of the FEDER Operational Program 2014-2020: O.E. 1.2.3. PROMOTION AND GENERATION OF KNOWLEDGE. RESEARCH PROJECTS ORIENTED TO THE CHALLENGES OF SOCIETY. Foodtool is a project that seeks to create a DIGITAL TOOL to help to optimize industrial processes and contribuite to facilitate a fast and reliable decissions during the formulation of healthy and sensorially foods for consumers.

Resultados hasta el momento (2020-2021)

• Se han seleccionado modelos de partida potenciales con aplicación para la selección de variables objeto de estudio y modelización de los resultados:
  • Jokinen, I.; Pihlava, J.-M.; Puganen, A.; Sontag-Strohm, T.; Linderborg, K.M.; Holopainen-Mantila, U.; Hietaniemi, V.; Nordlund, E. Predicting the Properties of Industrially Produced Oat Flours by the Characteristics of Native Oat Grains or Non-Heat-Treated Groats. Foods 2021, 10, 1552. 
  • Karydas C, Iatrou M, Kouretas D, et al. Prediction of Antioxidant Activity of Cherry Fruits from UAS Multispectral Imagery Using Machine Learning. Antioxidants (Basel). 2020;9(2):156. Published 2020 Feb 14. doi:10.3390/antiox9020156
  • Li Z, Nie K, Wang Z, Luo D. Quantitative Structure Activity Relationship Models for the Antioxidant Activity of Polysaccharides. PLoS One. 2016 29,11(9): e0163536. 
  • Cerit, ¿., Yildirim, A., UCAR, M. K., Demirkol, A., Cosansu, S., & Demirkol, O. Estimation of antioxidant activity of foods using artificial neural networks. Journal of Food & Nutrition Research, 2017,56(2).
  • KuzmanovskI, I., et al. Development of models for prediction of the antioxidant activity of derivatives of natural compounds. Analytica chimica acta, 2015, 868, 23-35.
  • Duchowicz, P.R., Szewczuk, N.A., Pomilio, A.B. QSAR studies of the antioxidant activity of anthocyanins. Journal of food science and technology, 2019, 56, 5518-5530.
• Los análisis realizados hasta el momento para la construcción de la herramienta han permitido concluir:
  • Que los biomarcadores con mayor interés y peso estadístico para el desarrollo de la herramienta predictiva son: el contenido fenólico (TPs), ORAC y FRAP como biomarcadores antioxidantes dentro del marco de las harinas y derivados de las mismos.
  • Que, dada la necesidad de introducir medidas analíticas rápidas con aplicación industrial, se ha considerado que los parámetros colorimétricos mostraban un ajuste significativo y que servirían para obtener una información adicional al modelo. Se observó que luminosidad, a* y b* presentaban una gran adecuación con las propiedades antioxidantes tanto en harinas nativas como pretratadas.
  • Parámetros composicionales como proteína, grasa y fibra muestran una significante correlación con los biomarcadores antioxidantes y TPs. Y por tanto fueron seleccionadas como variables objeto de estudio.
  • Dada la gran variabilidad muestral en las matrices objeto de estudio es necesario trabajar con muestras procedentes de 10-12 ecotipos diferentes.
  • Los análisis de los resultados obtenidos procedentes de 3000 muestras analizadas permiten apuntar a la posibilidad de único modelo predictivo para diferentes tipos de harinas y combinados de harinas nativas con un ajuste únicamente respecto al poder redactor  (FRAP) en el caso de granos con alto contenido en grasa y proteína, como es el caso de la soja.
  • La temperatura muestra un efecto importante sobre las propiedades antioxidantes y es necesario seguir trabajando en esta línea de actuación testeando diferentes temperaturas y rangos de tiempos más amplios que nos eluciden el comportamiento real de los antioxidantes frente a la temperatura proceso de gran importancia industrial. Puesto que la variable temperatura puede necesitar ciertos ajustes respecto a su modelaje.

Actividades de transferencia

• Cartel sobre el proyecto FOODTOOL

Dentro del ámbito educativo:

• Jornada estudiantes del MÁSTER EN CALIDAD, DESARROLLO E INNOVACIÓN DE ALIMENTOS. UNIVERSIDAD DE VALLADOLID.  21/01/2022.

Se realizó una jornada para los estudiantes Máster, donde se les habló de la importancia de la evaluación de propiedades bioactivas de matrices alimentarias y dentro de este marco del proyecto Foodtool. 

• Jornadas estudiantes IESO ARROYO DE LA ENCOMIENDA. Arroyo de la Encomienda, Valladolid.  21/12/2021.

Se realizó una charla para estudiantes de primero a cuarto de la ESO donde se les habló la importancia de la tecnología en la industria agroalimentaria y se les explicó varios proyectos dentro de los cuales se encontraba el proyecto Foodtool.

• Jornadas estudiantes IESO La Milagrosa y Santa Florentina. Valladolid. 20/12/2021.

Nos visitaron de manera presencial estudiantes de 3º y 4º de ESO, donde se les explicó la importancia de la tecnología en el ámbito agroalimentario. Se les explicaron las actividades que llevamos a cabo en el marco de varios proyectos, dentro de los cuales se encuentra el proyecto Foodtool. 

• Jornada estudiantes Programa ADA. Colegio Sagrado Corazón de Jesús. Zamora. 13/12/2021.

El objetivo de este programa de formación en TIC en el ámbito educativo es el promover el interés de las niñas y jóvenes en las ramas tecnológicas de estudio, con ello pretendemos contribuir a una mayor presencia de mujeres en las carreras tecnológicas en general y en el ámbito de las TIC en particular. En el marco del programa se realizan talleres dirigidos al alumnado de 3º a 6º de primaria y 1º de ESO. Dentro de la jornada se explicó la importancia de las herramientas tecnológicas y se les explicó varios proyectos dentro de los cuales se encontraba Foodtool haciendo hincapié en la importancia de la tecnología y la necesidad de la complementariedad de materias.

• Jornada estudiantes dentro de la semana de la ciencia del IESO de Cigales, Valladolid. Semana de la Ciencia. 9/11/2021. 

ITACyL participa en la Semana de la Ciencia. El día 9 asistieron estudiantes de 4ª de ESO del IESO de Cigales. Participaron en el Tour Agro-tecnológico. Dentro de esta sesión se explicaron proyectos activos dentro de los cuales se encontraba Foodtool.

• Jornada estudiantes dentro de la Semana de la Ciencia del CEPA LA Victoria, Valladolid. Semana de la Ciencia. 11/11/2021

ITACyL participa en la Semana de la Ciencia. El día 11 asistieron estudiantes del CEPA LA Victoria. Participaron en el Tour Agro-tecnológico.  Dentro de esta sesión se explicaron proyectos activos dentro de los cuales se encontraba Foodtool.