An Artificial Intelligence-Based Approach for Arbitration in Food Chains

International audienceFood chain analysis is a highly complex procedure since it relies on numerous criteria of various types: environmental, economical, functional, sanitary, etc. Quality objectives imply different stakeholders, technicians, managers, professional organizations, end-users, public collectivities, etc. Since the goals of the implied stakeholders may be divergent, decision-making raises arbitration issues. Arbitration can be done through a compromise - a solution that satisfies, at least partially, all the actors - or favor some of the actors, depending on the decision-maker's priorities. Several questions are open to support arbitration in food chains: what kind of representation and reasoning model is suitable to allow for contradictory viewpoints ? How can stakeholders' divergent priorities be taken into account ? How can the conflicts be solved to achieve a tradeoff within a decision-support system ? This paper proposes an artificial intelligence-based approach to formalize available knowledge as elements for decision-making. It develops an argumentation-based approach to support decision in food chains and presents an analysis of a case study concerning risks/benefits within the wheat to bread chain. It concerns the controversy about the possible change in the ash content of the flour used for commonly consumed French bread, and implies several stakeholders of the chain

An iterative approach to build relevant ontology-aware data-driven models

knowledge integrationInternational audienceIn many fields involving complex environments or living organisms, data-driven models are useful to make simulations in order to extrapolate costly experiments and to design decision-support tools. Learning methods can be used to build interpretable models from data. However, to be really useful, such models must be trusted by their users. From this perspective, the domain expert knowledge can be collected and modelled to help guiding the learning process and to increase the confidence in the resulting models, as well as their relevance. Another issue is to design relevant ontologies to formalize complex knowledge. Interpretable predictive models can help in this matter. In this paper, we propose a generic iterative approach to design ontology-aware and relevant data-driven models. It is based upon an ontology to model the domain knowledge and a learning method to build the interpretable models (decision trees in this paper). Subjective and objective evaluations are both involved in the process. A case study in the domain of Food Industry demonstrates the interest of this approach

Information for decision-making is ubiquitous: Revisiting the reverse engineering mode in breadmaking technology

International audienceThis paper deals with the process of decision making in the reverse engineering mode and highlights the need for polyvalent information. Three aspects are considered. 1) Reverse engineering implies a preliminary assumption: having defined a desired outcome of the decision process. Defining goals on the possible outcomes is a complex, multi-actor process based on ubiquitous information. Once identified at best, several alternative scenarios may lead to the desired outcome. The first issue consists in evaluating these alternative scenarios. 2) While taking into consideration the positive consequences that the different alternatives will generate, the decision process has to allow for possible negative impacts, which are not explicitly expressed in the defined goals. We thus consider the reverse engineering process has to be bipolar and take rejections into account. 3) Finally, the simultaneous achievement (respectively, avoidance) of several goals (respectively, rejections) is not always possible and depends, in particular, on whether the actions leading to each of these goals (respectively avoiding these rejections) are compatible or not. We thus seek the " best " compatible set of actions and propose to define it as optimizing the bipolar preferences expressed on the outcomes. The approach is both graphical and logical and is focused on a case study in breadmaking technology

ETUDE MORPHO-GRANULOMETRIQUE ET STRUCTURALE DES SEMOULES DE BLE DUR PROPRIETES D'HYDRATATION ET D'AGGLOMERATION

International audienceLes propriétés d'hydratation et d'agglomération de la semoule de blé dur dépendent des caractéristiques de la matière à granuler, du liquide de granulation et de l'outil de granulation. Dans le procédé de fabrication des graines de couscous, la formation, la croissance et la densification des grains de semoule sont effectuées par addition d'eau, mélange et roulage. Une étude de caractérisation de la semoule de blé dur a été entreprise à différentes échelles d'observation : macroscopique, mésoscopique et moléculaire afin de comprendre les mécanismes d'hydratation et d'agglomération. La semoule de blé dur constitue une population de particules hétérogènes en granulométrie et en composition biochimique. Si cette hétérogénéité se traduit par des modifications des propriétés d'hydratation, d'autres études sont nécessaires pour mieux appréhender son influence sur les propriétés d'agglomération

Impact of durum wheat milling on the deoxynivalenol distribution in the outcoming fractions

International audienceThe milling behavior of two naturally infected samples from durum wheat grains displaying contrasting levels of mycotoxins were analyzed. Although the two samples showed a similar milling behavior, an increase of about twenty percent in deoxynivalenol level was found in semolina from the sample containing the higher amount of mycotoxins. However, even if the highest concentration of deoxynivalenol was found in fractions originating from the grain outer layers, the mycotoxin contamination in semolina and flours were not related to the amount of two biochemical compounds (ash or phytic acid) that could be used as markers to monitor these external tissues. Presence of the trichothecene-producing fungi in the most internal semolina fraction was also shown using specific DNA primers and PCR amplification. Comparison between deoxynivalenol concentration in the feedings and corresponding output at each milling step or grinding of semolina fractions followed by sizing showed that mycotoxin concentration occurs in the finest particles at the first processing steps. Therefore, deoxynivalenol contamination of the milling fractions is not simply due to the presence of peripheral grain tissues

Un modèle d’argumentation pour l’aide à la décision dans les filières céréalières

IATE Axe 5 : Application intégrée de la connaissance, de l’information et des technologies permettant d’accroître la qualité et la sécurité des alimentsNational audienceFood chain analysis is a highly complex procedure since it relies on numerous criteria of various types: environmental, economical, functional, sanitary, etc. Quality objectives imply different stakeholders, industrial partners, professional organizations, consumers, public authorities, etc. Since the goals of the implied stakeholders may be divergent, decision-making raises arbitration issues. Arbitration can be done through a compromise – a solution that satisfies, at least partially, all the actors – or favor some of the actors, depending on the decision-maker’s priorities. Several questions are open to support arbitration in food chains: what kind of representation and reasoning model is suitable to allow for contradictory viewpoints? How can stakeholders’ divergent priorities be taken into account? How can the conflicts be solved to achieve a tradeoff within a decision-support system? This paper proposes an artificial intelligence-based approach to formalize available knowledge as elements for decision-making. It develops an argumentation-based approach to support decision in food chains and presents an analysis of a case study concerning risks/benefits within the wheat to bread chain. It concerns the controversy about the possible change in the ash content of the flour used for commonly consumed French bread, and implies several stakeholders of the chain.L'analyse d’une filière alimentaire est une opération très complexe car, d’une part, elle repose sur de nombreux critères (environnementaux, économiques, sociétaux, nutritionnels, sanitaires, etc) et d’autre part, elle doit prendre en compte l’avis des différents acteurs de la filière (pouvoirs publics, industriels, centres techniques, organisations professionnelles, consommateurs, etc). Les objectifs des différents acteurs impliqués pouvant être divergents, la prise de décision relève de l'arbitrage. Cet arbitrage peut être fait par la recherche d'un compromis - une solution qui satisfait, au moins partiellement, tous les acteurs - ou en favorisant certains acteurs, en fonction des priorités des décideurs. Plusieurs questions méthodologiques sont ouvertes concernant la problématique de l'arbitrage dans les filières alimentaires: quel modèle utiliser pour représenter et prendre en compte des points de vue contradictoires? Comment prendre en compte les priorités exprimées par les différents acteurs ayant des préoccupations divergentes ? Comment peut-on résoudre les conflits pour atteindre un compromis au sein d'un système d'aide à la décision? Cet article propose une approche issue de l'intelligence artificielle pour formaliser les connaissances disponibles lors de la prise de décision. Il présente une méthodologie d'aide à la décision basée sur l'argumentation dans les filières alimentaires et un exemple tiré d'une étude de cas de type risques/bénéfices concernant la nature du blé à utiliser en panification française. Cette étude porte plus précisément sur la controverse engendrée par plusieurs acteurs de la filière concernant le changement possible de la teneur en cendres de la farine utilisée pour la fabrication du pain français de consommation courante

Améliorer la qualité technologique, nutritionnelle et sanitaire du bléiologique. Principaux leviers agronomiques et technologiques

Communication lors du colloque "DinABio 2013", 13 et 14 novembre 2013 à Tours (Fance)The organic bread wheat market has been diversified over time through the emergence of different sale channels. Processors require organic bread wheat of higher quality and safety in order to meet the consumers’ demand. The overall objective of the AGTEC-Org project was to identify agronomical and technological ways to improve the performance of organic wheat and flour. The findings would contribute to enhanced baking quality and nutritional value of organic flour, as well as prevention of mycotoxin contamination. The project involved 9 research centers or universities from 5 European countries for a total budget of about 1.5 million €. More than 400 experimental treatments were analyzed from 23 agronomic trials and 4 lab-experiments on food technology. Choice of cultivar is an efficient way to obtain higher grain quality. Intercropping legumes (grain or forage) improves weed control and N availability for wheat crop or succeeding crop. Green manure can be an effective alternative to farmyard manure. Fertilization with organic fertilizers improves yield and quality when water is available. Reduced tillage affects soil fertility and wheat yield but has little effects on grain quality. Milling process strongly influences flour characteristics. Stone milling improves the nutritive value and flour characteristics remain very stable independently of the milling yield. However, stone milling slightly raises DON levels. Characteristics of flour produced by means of roller milling appear very dependent on milling yield, instead. Increasing milling yield with the aim of enriching nutritional quality has a detrimental effect on either safety (DON) or bread-making quality (bread volume). Debranning before milling has a very positive impact on flour safety by reducing its DON content by 50 %.Les acteurs de la filière blé biologique panifiable font face à divers enjeux complémentaires voire parfois contradictoires. Les agriculteurs et transformateurs souhaitent augmenter les niveaux de production tout en satisfaisant prioritairement les attentes des consommateurs pour une alimentation de meilleure qualité nutritionnelle et sanitaire, plus durable et plus respectueuse de l’environnement. Le projet européen AGTEC-Org a eu pour objectif d’identifier les leviers agronomiques et technologiques permettant d’améliorer conjointement la productivité et la qualité des blés et des farines biologiques. Il a réuni agronomes, technologues et économistes issus de 9 centres de recherche et universités européennes pour un budget total de 1,5 M€. Plus de 400 traitements expérimentaux ont été analysés à partir de 23 expérimentations agronomiques et 4 expérimentations technologiques. Le choix de la variété est un moyen efficace pour obtenir une qualité de grain supérieure. L’insertion de légumineuses (grain ou fourrage) dans le blé améliore la compétition avec les adventices et la nutrition azotée du blé et/ou de la culture de printemps suivante. L’utilisation régulière d’engrais vert peut être une alternative pour compenser l’absence de fumiers sur l’exploitation. La fertilisation organique améliore le rendement et la qualité des blés lorsque la nutrition hydrique est assurée. La suppression du labour peut affecter la fertilité du sol et le rendement du blé alors qu’elle n’intervient pas sur la qualité du grain. Le mode de broyage (meule de pierre vs cylindres) influence fortement les caractéristiques technologiques, la sécurité sanitaire et la valeur nutritionnelle de la farine. Le broyage sur meule améliore la composition nutritionnelle mais augmente aussi la présence de certains contaminants. Les caractéristiques de la farine broyée sur meule de pierre sont moins influencées par le rendement en mouture. Au contraire, les caractéristiques de la farine obtenue par cylindre apparaissent très dépendantes du rendement en mouture. Augmenter le rendement en farine dans l’objectif d’enrichir la qualité nutritionnelle réduit aussi bien la sécurité sanitaire (DON) que la qualité boulangère (volume du pain). Le décorticage des grains avant broyage diminue les risques sanitaires en réduisant le taux de mycotoxines (DON) de 50%

Rendement et qualité sont-ils conciliables ?

IATE Axe 5 : Application intégrée de la connaissance, de l’information et des technologies permettant d’accroître la qualité et la sécurité des alimentsNational audienceWheat industry is facing increasingly different expectations: Answering the global food demand, meeting the several qualitative end-uses of the wheat chain for domestic and international markets, maintaining its economic competitiveness while reducing its environmental impact. Market demand is constantly evolving in order to obtain more uniform and more regular characteristics of the raw materials to meet the expectations of different markets. In a global grain market, the development of cereal products remained local. There are several types of breads, pasta and biscuits for which there exist different requirements. Nevertheless, these international markets for food and feed still rely mainly on a major criterion: the protein content and its quality. The other emerging trend for this sector is meeting the expectations of the societal demand for a more environmentally friendly and a sustainable diet (no pesticide residues and no contaminants in the end-products, nutritional quality). Environmental considerations are now emerging on the European market but have not yet been taken into account in international markets. While in the past there has already been opposition within wheat chain between wheat quantity and wheat quality, research and development was able to meet this double demand. However, this co-development took place through greater intensification and artificialization of the environment that led to the current situation. Would it be possible to meet the new expectations with a new incremental optimization or would it be necessary to reconsider the way cereal are produced and processed?La filière blé se trouve confrontée à des attentes de plus en plus diverses : satisfaire la demande alimentaire mondiale, répondre à des attentes qualitatives multiples des différents marchés nationaux et internationaux, maintenir sa compétitivité économique tout en réduisant son impact sur l’environnement. La demande des marchés est en perpétuelle évolution pour disposer de matières premières aux caractéristiques toujours plus homogènes et régulières en même temps que satisfaire des attentes de plus en plus diversifiées. Dans un marché des céréales mondialisé, l’élaboration des aliments céréaliers est restée régionalisée. Il existe différents types de pains, de pâtes et de biscuits pour lesquels il convient d’élaborer des mélanges de blés capables de satisfaire des demandes parfois très différentes. Néanmoins, ces marchés internationaux de l’alimentation humaine et animale demeurent organisés autour d’un critère majeur : la teneur et la qualité des protéines du blé. L’autre tendance qui se dessine pour cette filière correspond à la satisfaction des attentes du consommateur final et du citoyen pour une alimentation de meilleure qualité nutritionnelle (absence de résidus de traitement et de contaminants dans les produits finis), plus durable et plus respectueuse de l’environnement. Les considérations environnementales sont aujourd’hui émergentes sur le marché européen mais ne sont pas encore prises en compte par les marchés internationaux. Si déjà dans le passé on a pu opposer, dans la filière blé, la quantité de blé produite et sa qualité d’utilisation, les différents leviers de la recherche et du développement, génétiques et agronomiques, ont été en mesure de satisfaire cette double demande. Néanmoins cette amélioration conjointe s’est opérée par une plus grande intensification et artificialisation du milieu qui ont conduit à la situation actuelle. La réponse aux nouveaux enjeux ne sera-t-elle qu’une nouvelle étape d’optimisation au sein de la filière ou faudrat- il repenser plus en profondeur les modes de production et de transformation des produits céréaliers

Perspectives : vers des systèmes céréaliers durables

Le livre est disponible en format papier et en Epub sur le site de l'éditeur Quae.Cet article est le dernier chapitre de l'ouvrage "Agriculture et alimentation durables. Trois enjeux dans la filière céréales" qui explore trois grands thèmes concernant les céréales et les aliments qui en sont issus: teneur en protéines, qualité sanitaire des récoltes et valeur nutritionnelle des aliments. Ce chapitre présente les évolutions mondiales de la consommation de céréales et explore des voies envisageables pour dépasser les contradictions entre les divers objectifs et entre les acteurs des filières. Si les aspects de durabilité sont devenus omniprésents dans tous les secteurs, cette notion donne lieu à des interprétations fort diverses, parfois opposées, selon les acteurs concernés. Les auteurs examinent les antinomies au sein des filières céréalières face aux enjeux de qualités protéique, sanitaire et nutritionnelle, puis présentent des voies pour chercher à dépasser les contradictions entre les trois objectifs, les diverses parties prenantes et les nombreuses demandes adressées à l’agriculture et l’alimentation. In fine, des stratégies sont esquissées pour résoudre les oppositions entre divers objectifs assignés aux céréales et à leurs produits tout au long des filières

L'impact des évolutions de l'agriculture sur la qualité des matières premières pour l’alimentation

EAPôle EcolDurPublication date : 28/05/2015Format : 19.0 x 26.0 cmPagination : 328 p.Résumé du livre : L’alimentation suscite aujourd’hui de multiples interrogations. Cet ouvrage se propose d’en faire le tour en exposant le plus simplement et le plus complètement possible l’état des connaissances scientifiques. Quels sont les déterminants du comportement alimentaire ? Comment les comportements alimentaires évoluent-ils au cours d’une vie ? Quels en sont les marqueurs culturels ? Les évolutions historiques ? Comment fabrique-t-on, et a-t-on fabriqué au cours de l’histoire, les aliments ? Comment les conserve-t-on ? Comment gérer les ressources ? Quels sont les différents systèmes alimentaires ? Qu’en est-il aujourd’hui des questions de famine ? Quelles relations entretiennent la nutrition et la santé ? Comment gérer les risques alimentaires dans des filières industrialisées ? Quel encadrement juridique pour l’alimentation ? Quels liens entre l’alimentation, l’environnement et l’occupation du territoire ? C’est à toutes ces questions, et à bien d’autres, que répond cet ouvrage, en 127 chapitres. L’alimentation exige la pluridisciplinarité, aussi les auteurs rassemblés viennent-ils de communautés aussidiverses que les sciences humaines et sociales, les sciences biologiques et médicales, les sciences des aliments, et les sciences environnementales. Un panorama complet pour tout comprendre des enjeux de l’alimentation au XXIe siècle