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为解决真空冷冻干燥（VFD）成本高、干燥时间长及固体植物食品建模缺乏的问题，研究人员对蓝莓冻干初级阶段建模，提出 Model 1 和 Model 2。两模型 PRT 误差 < 10%，Model 2 预测更优，为工艺优化提供工具。
冷冻干燥技术如同食品保鲜领域的 “魔法”，能在低温真空环境下锁住食材的营养与风味，尤其适合蓝莓这类高抗氧化、易腐烂的水果。然而，真空冷冻干燥（VFD）在食品工业中的应用面临着成本高、干燥周期长的难题，且现有研究多聚焦于药物或薄片状植物材料，针对完整固体植物食品（如球形蓝莓）的冻干过程建模几乎空白。传统的一维模型难以准确描述水果多维升华特性，而实验中无法在线测量产品温度和水分含量，使得工艺优化缺乏理论支撑。因此，构建能够精准预测冻干过程关键变量的模型，成为提升生产效率、降低能耗的迫切需求。
来自乌拉圭共和国大学等机构的研究人员，针对蓝莓冻干初级阶段（升华阶段）展开研究，相关成果发表在《Food and Bioproducts Processing》。他们将蓝莓抽象为具有干燥层和冰核层的球体，提出两种数学模型（Model 1 和 Model 2），通过实验数据拟合与优化，揭示热质传递机制，为冻干工艺参数设计提供理论依据。
研究采用的关键技术方法包括：以新鲜高丛蓝莓（cv: Emerald）为实验材料，经穿孔处理后进行压力上升测试（PRT），在 20 Pa 腔室压力（Pvc）和 - 20、0、10、20°C 搁板温度（Ts）条件下获取实验数据；运用粒子群优化算法（PSO）进行参数估计，通过最小化均方误差（MSE）和平均绝对百分比误差（MAPE）优化模型参数；利用 MSE、MAPE 和决定系数（R2）评估模型性能。
模型构建与参数估计
研究提出两种一维球对称模型：
- Model 1：包含 5 个参数，详细描述热质传递阻力，假设无收缩和脱附，热质传递呈串联模式。
- Model 2：简化 Model 1，通过统一传热传质系数，仅用 3 个参数表征过程。
通过 PSO 优化，Model 1 的目标函数最小值达 17.2 Pa2（MSE）和 7.0%（MAPE），揭示蓝莓表皮层是整体传质阻力的主要来源。
模型验证与性能对比
两模型在压力上升测试（PRT）中误差均低于 10%。在预测升华速率时，Model 2 表现显著优于 Model 1，其对 PRT 曲线初始斜率的预测决定系数（R2）达 0.96（Model 1 为 0.73），表明简化模型在捕捉过程动态特征上更具优势。
工艺参数影响模拟
利用 Model 2 模拟腔室压力（Pvc）、搁板温度（Ts）和蓝莓初始半径对升华时间的影响，结果显示：提高搁板温度可缩短升华时间，但需平衡热敏感成分保护；降低腔室压力能加速升华，但受设备极限限制；蓝莓尺寸越大，升华时间呈非线性增长，提示生产中需优化原料规格。
研究结论与意义
本研究首次将球形几何假设应用于完整固体植物食品的冻干建模，突破了传统薄片状模型的局限。所构建的 Model 2 兼具准确性与简洁性，不仅揭示了蓝莓冻干过程中热质传递的关键阻力节点（表皮层），还通过模拟验证了工艺参数与产品特性对冻干效率的定量影响。该成果为食品工业优化冻干工艺、缩短周期、降低能耗提供了可靠的理论工具，尤其对高附加值水果（如浆果类）的规模化生产具有重要指导意义。未来，结合人工智能算法与物理模型的混合建模策略，有望进一步提升冻干过程的智能化控制水平，推动食品干燥技术向高效、精准方向发展。
