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A digital twin approach for optimizing okara-based Greek-style yogurt using hybrid Gompertz–LSTM modeling and data assimilation

分离 残余物 计算机科学 稳健性(进化) 适应性 数据驱动 支持向量机 过程(计算) 灵活性(工程) 数学优化 人工智能 数学 Lasso(编程语言) 数据挖掘 工艺工程 稳健优化 回归 维数(图论) 机器学习 Gompertz函数 维数之咒 响应面法
作者
Donlaporn Saetae
出处
期刊:Current research in food science [Elsevier BV]
卷期号:13: 101480-101480 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.crfs.2026.101480
摘要

Plant-based yogurts frequently exhibit inadequate structural integrity and pronounced syneresis. This study formulated a novel okara and coconut milk Greek-style plant-based yogurt and developed a physics-augmented digital twin for robust process control. Rheological and microstructural analyses, yielding a fractal dimension ( D f = 1.686), demonstrated that the okara–coconut matrix aggregates via diffusion-limited cluster aggregation (DLCA), forming a compact, space-filling network. Multi-objective Pareto optimization identified an optimal formulation (14% okara, 18% coconut milk) that minimized syneresis (1.86%) while maximizing storage modulus ( G′ = 886 Pa) and overall sensory acceptability (8.46/9.0). To monitor fermentation and gelation, a hybrid framework fusing a mechanistic Gompertz prior with a Long Short-Term Memory–Support Vector Regression (LSTM-SVR) residual corrector was developed. This digital twin achieved high predictive accuracy ( R 2 = 0.9928), outperforming standalone machine learning approaches. Furthermore, integrating an Ensemble Smoother with Multiple Data Assimilation (ES-MDA) enabled dynamic parameter self-calibration for Avrami gelation kinetics, successfully reducing prediction uncertainty for G′ and syneresis by 58% and 74%, respectively. Ultimately, this hybrid physics–AI approach provides highly interpretable, risk-aware process control, establishing a scalable Industry 4.0 paradigm for managing raw material variability in plant-based food manufacturing.
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