基于反向传播神经网络（BPNN）的低糖草莓果脯配方优化

《Foods》：Optimization of Sugar-Substituted Strawberry Preserve Formulation via Back-Propagation Neural Network

　　

以感官评分作为评价指标开展单因素实验，研究代糖添加量、木糖醇（Xyl）与低聚异麦芽糖（IMO）的质量比以及渗透浸泡时间对低糖草莓果脯综合品质的各自影响。随后基于单因素实验数据集，建立了基于Box–Behnken设计（BBD）的响应面法（RSM）模型和反向传播神经网络（BPNN）模型，用于并行工艺优化和对比建模分析。测定了在优化工艺参数下制备的低糖草莓果脯的总糖、可滴定酸、总黄酮、总酚、色差、水分含量和水分活度等理化指标，并与蔗糖对照样品进行了系统比较。RSM和BPNN模型预测的最高感官评分分别为81.62和82.62。在由RSM和BPNN模型推导并经实际调整的最优条件下进行的实验验证得到感官评分分别为81.63和82.72，其中BPNN条件下的验证评分高于RSM条件。基于上述结果，确定最佳加工参数为复合代糖添加量40%（w/w）、Xyl/IMO质量比1.5、浸泡时间5.5 h。与蔗糖保藏样品相比，代糖草莓果脯的总糖和可滴定酸含量较低，而总酚和黄酮含量较高。同时，蔗糖基果脯表现出较强的红-黄色度，而代糖产品具有较高的亮度。在草莓果脯配方优化中验证了BPNN模型优于RSM的预测能力。研究人员的实验发现表明，用功能性甜味剂部分替代蔗糖可改善果脯的营养属性，且不损害其感官可接受性。

草莓（*Fragaria × ananassa* Duch.）是一种富含维生素C、酚类物质和黄酮等生物活性成分的广泛消费水果，但其果皮薄且含水量高达90%–95%，采后易发生机械损伤和微生物污染，常温下货架期仅1–2天。将鲜草莓加工成果脯是延长保质期的重要途径。传统草莓果脯采用蔗糖渗透和硫化处理，总糖含量达60%–70%，过量蔗糖摄入与龋齿相关。为满足健康消费需求，低糖、无硫果脯成为发展方向。低聚异麦芽糖（Isomaltooligosaccharide, IMO）具有益生元特性，可促进肠道双歧杆菌增殖；木糖醇（Xylitol, Xyl）热量低、代谢不依赖胰岛素，血糖应答低于蔗糖。反向传播神经网络（Back-Propagation Neural Network, BPNN）是典型的多层前馈网络，能通过误差反向传播拟合变量间的非线性关系；响应面法（Response Surface Methodology, RSM）是一种基于回归模型的统计优化方法。相比RSM，BPNN更适合复杂食品体系。然而，已有RSM-BPNN研究多针对植物活性成分提取或无蔗糖硬糖，缺乏与蔗糖对照组的系统理化比较。因此，本研究采用RSM-BPNN联合策略优化低糖草莓果脯配方，并全面比较产品品质，为工业化生产提供理论和参考。

研究人员以感官评分为响应值，设计单因素实验考察代糖添加量（30%–50%）、Xyl/IMO质量比（1:2–5:2）