Artificial Intelligence in Functional Polysaccharides for Food Applications: Process Optimization, Structure–Function Decoding, and Rational Design

合理设计 概化理论 生化工程 人工智能 计算机科学 多糖 桥接(联网) 过程(计算) 功能性食品 食品 机器学习 钥匙(锁) 深度学习 生物技术 稀缺 计算生物学 计算模型 管理科学
作者
Zhen Cao,Ting Chen,Jiayan Xie,Jiayan Xie,Jianhua Xie,Jianhua Xie
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:74 (15): 11954-11968 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.6c00806
摘要

Functional polysaccharides are widely used as food ingredients but are hindered by extreme structural heterogeneity, poorly defined structure-function relationships, and inefficient trial-and-error production workflows. This review provides an integrative synthesis of how AI is reshaping functional polysaccharide research toward food-grade ingredients and formulations. We organize recent advances into a three-stage framework: (1) efficiency amplification, where machine-learning models improve extraction/fermentation optimization and enable rapid analysis when coupled with spectroscopic fingerprints; (2) mechanism-informed hypothesis generation, where deep Deep-QSAR, graph-based learning, and interpretable modeling begin to uncover quantitative links between structural motifs and functional properties, including microbiome-mediated effects relevant to health; and (3) design assistance, in which AI supports precision-guided polysaccharide engineering and formulation for targeted food functionalities. By bridging computational advances with experimental validation, this review provides a cohesive roadmap for polysaccharide discovery and discusses key translational barriers─data scarcity and standardization, model generalizability and interpretability, and regulatory acceptance─highlighting practical strategies for AI-guided polysaccharide discovery and application.
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