基于数据的建模与酸预处理冷冻蓝莓渗透脱水的过程优化

《Food and Bioprocess Technology》：Data-Driven Modeling and Process Optimization of Osmotic Dehydration in Acid-Pretreated Frozen Blueberries

本研究探究了抗坏血酸与柠檬酸单用及复配、温度及固液比对60°Brix蔗糖溶液中蓝莓渗透脱水性能的影响，重点考察水分迁移、色泽、质构及微观结构变化，发现协同预处理可显著提升脱水效率并保持色泽，支持向量回归模型预测效果最佳。

　　

摘要

蓝莓的渗透脱水（OD）过程常常受到其蜡质外皮和低渗透性的限制，导致物质传输速度缓慢、质地变化以及品质下降。为了克服这些障碍，人们提出了使用有机酸等预处理方法以及调整工艺条件（如温度和溶液比例），然而这些因素对冷冻野生蓝莓的综合影响仍不十分清楚。因此，本研究探讨了柠檬酸和抗坏血酸单独使用或联合使用，以及温度和果实与渗透溶液的比例对蓝莓在60°Brix蔗糖溶液中的脱水效果的影响。主要研究指标包括质量传输（水分损失、固形物增加和总可溶性固形物）、颜色、质地、植物化学成分和微观结构。研究发现，温度、比例和预处理方法之间存在显著交互作用（p<0.01），尤其是在质地方面。溶液中的总可溶性固形物在最初1-2小时内下降最为明显，这表明早期扩散过程较为迅速。当柠檬酸与抗坏血酸以1:4的比例混合使用时，脱水效率最高；而比例较高的组合（1:7和1:10）以及未经预处理的样品则表现出较低的质量传输速率。未经预处理的蓝莓在60°C、1:10的条件下质地最佳（硬度为31.3 N mm?1），而单独使用柠檬酸时硬度最低。在室温下，柠檬酸有助于更好地保持果实颜色（ΔE<4），但在70°C时色素降解加剧。扫描电子显微镜观察发现，酸处理后蓝莓表皮受损并形成了孔隙，这与渗透性的提高相一致。总体而言，无论是单独使用还是与抗坏血酸联合使用，柠檬酸都能通过增强物质传输并保持外观质量来优化脱水过程。在各种预测模型中，支持向量回归（SVR）在单独指标预测方面表现最佳（水分损失R2=0.73，重量损失R2=0.69），而集成模型则取得了最高的整体性能（R2=0.93，RMSE=1.20，MBE=?0.01）。