Scienziati spagnoli usano l'intelligenza artificiale per rivoluzionare la modellazione della fermentazione del vino

I ricercatori del Consiglio Nazionale delle Ricerche spagnolo (CSIC) stanno utilizzando l'intelligenza artificiale per modellare la fermentazione del vino, con l'obiettivo di aiutare i viticoltori a controllare meglio questo complesso processo. Il progetto, chiamato Tailored-Wine, è finanziato dall'Agenzia di Ricerca Statale spagnola e guidato dall'Istituto di Ricerca Marina (IIM-CSIC) di Vigo. Da anni il team sviluppa strumenti computazionali per aiutare le aziende vinicole a prevedere e gestire la fermentazione, una fase che coinvolge microrganismi vivi e molte variabili difficili da monitorare.

La nuova iniziativa aggiunge l'intelligenza artificiale ai modelli esistenti basati su fisica, chimica e biologia. Secondo Eva Balsa, ricercatrice principale, l'obiettivo è creare modelli ibridi che combinino le conoscenze scientifiche con le tecniche di intelligenza artificiale. Si prevede che questi modelli saranno più accurati e adattabili, soprattutto se i cambiamenti climatici aumenteranno la variabilità della composizione dell'uva.

Il gruppo di ricerca ha già sviluppato gemelli digitali per il settore vinicolo, repliche virtuali dei processi di fermentazione che consentono di simulare e prevedere. Ora si sta concentrando sulla comprensione del metabolismo del lievito in modo più dettagliato, in particolare su come i lieviti gestiscono il carbonio e l'azoto durante la fermentazione. Questo è importante perché i livelli di questi nutrienti nell'uva possono variare a seconda della varietà, dell'annata e, sempre più spesso, a causa dei cambiamenti climatici.

Per raccogliere dati sperimentali per i loro modelli, il team di Vigo sta collaborando con l'Istituto di Agrochimica e Tecnologia Alimentare (IATA-CSIC) di Valencia. La cantina pilota dello IATA fornirà dati reali sotto il coordinamento di Amparo Queral ed Eladio Barrio. Un esperto di bioinformatica dello IATA è inoltre coinvolto per incorporare nei modelli le informazioni genetiche sui ceppi di lievito.

Una volta sviluppati, i modelli computazionali saranno convalidati presso l'impianto sperimentale di Valencia prima di essere trasferiti all'industria. Balsa osserva che tenere conto delle variazioni del contenuto di azoto e carbonio è ora una priorità, perché questi cambiamenti possono influenzare in modo significativo i risultati della fermentazione.

I ricercatori hanno già iniziato a utilizzare l'intelligenza artificiale nella fase finale del loro precedente progetto. Recentemente hanno pubblicato un articolo scientifico che confronta i modelli basati sulla conoscenza con quelli che si affidano esclusivamente all'IA. I risultati mostrano che i modelli di IA puri richiedono molto più lavoro di laboratorio, mentre i modelli ibridi sono utili quando mancano conoscenze dettagliate. L'addestramento dell'IA con modelli scientifici esistenti può raggiungere rapidamente un'accuratezza simile, rendendo questo approccio promettente per le applicazioni industriali.

Parallelamente a Tailored-Wine, il team di Balsa ha lanciato un altro progetto di partenariato pubblico-privato che coinvolge le aziende vinicole Ramón Bilbao e Bodegas Roda di Haro, un gruppo dell'Università di Saragozza specializzato in aromi, la società di ingegneria Inconef e la multinazionale Lallemand, che produce lieviti e nutrienti per la fermentazione. Questo consorzio mira a implementare gemelli digitali più dettagliati nelle cantine e a combinarli con sensori intelligenti e tecnologie hardware non ancora ampiamente utilizzate nel settore. Il sistema supporterà il processo decisionale in tempo reale dei viticoltori.

Questi strumenti digitali potrebbero essere applicati anche al di là della produzione di vino. I lieviti svolgono un ruolo fondamentale in molti processi biotecnologici, come la fermentazione dello yogurt. Sebbene il vino presenti sfide uniche, come la produzione di aromi, le strategie di modellazione sviluppate dai ricercatori del CSIC potrebbero giovare ad altri settori in cui la fermentazione guidata dai lieviti è essenziale.