本發(fā)明涉及食品生產(chǎn)，具體涉及一種食品生產(chǎn)的微生物發(fā)酵過程故障監(jiān)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在食品生產(chǎn)的微生物發(fā)酵過程中，如面包發(fā)酵、酒類發(fā)酵以及醬油發(fā)酵等，有氧發(fā)酵階段對酵母的生長和代謝產(chǎn)物的形成起著關(guān)鍵作用。然而，在實際發(fā)酵過程中，不同發(fā)酵區(qū)域可能會出現(xiàn)溶氧量不均、通氧量不一致等問題，進(jìn)而導(dǎo)致酵母生長受限，影響發(fā)酵效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2、在現(xiàn)有的監(jiān)測方法往往無法精準(zhǔn)地評估酵母生長狀況、確定生長受限原因并進(jìn)行有效調(diào)整，因此，本技術(shù)利用光纖溶氧傳感器采集不同區(qū)域溶氧量，經(jīng)變異系數(shù)和歐式距離模型計算，評估酵母生長均勻性，判斷生長是否穩(wěn)定均勻，在酵母生長不均時，依據(jù)溶氧量篩選生長受限與正常區(qū)域，通過皮爾遜距離模型分析通氧量對酵母生長的影響，若通氧量導(dǎo)致酵母生長受限，構(gòu)建區(qū)域二維空間模型，根據(jù)生長受限區(qū)域中心點坐標(biāo)分組，分別計算通氧調(diào)整量，解決了如何精準(zhǔn)評估酵母生長均勻性、確定生長受限原因及針對性調(diào)整通氧等問題，從而能夠及時發(fā)現(xiàn)發(fā)酵異常、精準(zhǔn)定位問題根源、有效調(diào)整通氧以優(yōu)化酵母生長環(huán)境、提升發(fā)酵效率與產(chǎn)品質(zhì)量的效果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種食品生產(chǎn)的微生物發(fā)酵過程故障監(jiān)測方法及系統(tǒng)，以解決上述背景中問題。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、第一方面，一種食品生產(chǎn)的微生物發(fā)酵過程故障監(jiān)測方法，包括如下步驟：

4、在有氧發(fā)酵周期內(nèi)，監(jiān)測發(fā)酵區(qū)域在劃分后監(jiān)測時段內(nèi)的溶氧量，經(jīng)變異系數(shù)模型和歐式距離模型進(jìn)行綜合分析，評估酵母生長均勻性；

5、若酵母生長不均，則依據(jù)發(fā)酵區(qū)域的溶氧量篩選出生長受限區(qū)域與生長正常區(qū)域，分別獲取生長受限區(qū)域與生長正常區(qū)域的通氧量，輸入至皮爾遜距離模型，判斷通氧量是否影響酵母生長；

6、若影響酵母生長，則構(gòu)建區(qū)域二維空間模型，依據(jù)不同生長受限區(qū)域中心點坐標(biāo)位置，判斷生長受限區(qū)域能否集中調(diào)整，若能，則獲取集中通氧調(diào)整量，若不能，則獲取單一通氧調(diào)整量。

7、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：評估酵母生長均勻性，執(zhí)行過程如下：

8、依據(jù)監(jiān)測時段的時間序列，對發(fā)酵區(qū)域的溶氧量進(jìn)行排序整合，得到區(qū)域溶解序列，并先后輸入至變異系數(shù)模型、以及歐式距離模型內(nèi)，輸出得到均勻判定值；

9、若均勻判定值大于均勻判定閾值，則生成生長不均信號。

10、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：生長受限區(qū)域與生長正常區(qū)域的篩選過程如下：

11、將發(fā)酵區(qū)域在不同監(jiān)測時段內(nèi)的溶氧量均值化計算，輸出得到時段溶氧均值；

12、若時段溶氧均值大于等于預(yù)設(shè)溶氧量，則記為生長正常區(qū)域；

13、若時段溶氧均值小于等于預(yù)設(shè)溶氧量，則記為生長受限區(qū)域。

14、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：獲取生長受限與生長正常區(qū)域的通氧量序列，輸入至皮爾遜距離模型，執(zhí)行過程如下：

15、分別獲取生長受限區(qū)域、生長正常區(qū)域在不同監(jiān)測時段內(nèi)的通氧量，并按照監(jiān)測時段順序進(jìn)行排序，得到受限通氧序列、正常通氧序列；

16、以相同監(jiān)測時段為基準(zhǔn)，分別從受限通氧序列、正常通氧序列選取通氧量，輸入至皮爾遜距離模型內(nèi)，輸出得到區(qū)域偏差值。

17、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：判斷通氧量是否影響酵母生長，判定過程如下：

18、若區(qū)域偏差值大于區(qū)域偏差閾值，則生成通氧影響信號。

19、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：依據(jù)不同生長受限區(qū)域中心點坐標(biāo)位置，得到相鄰距離組和相隔距離組，執(zhí)行過程如下：

20、在區(qū)域二維空間模型內(nèi)，任意將兩個生長受限區(qū)域內(nèi)中心點坐標(biāo)進(jìn)行組合，得到多組距離分析組，并分別輸入至坐標(biāo)距離計算模型內(nèi)，得到受限區(qū)域間距；

21、若受限區(qū)域間距大于預(yù)設(shè)受限間距，則為相隔距離組；

22、若受限區(qū)域間距小于等于預(yù)設(shè)受限間距，則為相鄰距離組。

23、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：針對相鄰距離組執(zhí)行如下操作：

24、分別獲取相鄰距離組內(nèi)生長受限區(qū)域在相同監(jiān)測時段的通氧量，均輸入至歐式距離計算模型內(nèi)，輸出得到相鄰?fù)ㄑ跗钪担?/p>

25、若相鄰?fù)ㄑ跗钪荡笥陬A(yù)設(shè)相鄰?fù)ㄑ跗钪担瑒t單一調(diào)整信號；

26、若相鄰?fù)ㄑ跗钪敌∮诘扔陬A(yù)設(shè)相鄰?fù)ㄑ跗钪?，則集中調(diào)整信號。

27、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：針對相鄰距離組，獲取通氧調(diào)整量，執(zhí)行過程如下：

28、若生成單一調(diào)整信號，分別將相鄰距離組內(nèi)生長受限區(qū)域的最小通氧量，以及最大通氧量，進(jìn)行均值化計算后，與預(yù)設(shè)通氧量進(jìn)行作差，取絕對值，得到集中通氧調(diào)整量；

29、若生成集中調(diào)整信號，將相鄰距離組內(nèi)所有生長受限區(qū)域的通氧量，進(jìn)行均值化計算后，與預(yù)設(shè)通氧量進(jìn)行作差，取絕對值，得到集中通氧調(diào)整量。

30、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：針對相隔距離組執(zhí)行如下操作：

31、在相隔距離組內(nèi)，分別獲取生長受限區(qū)域在不同監(jiān)測時段內(nèi)的通氧量，并進(jìn)行均值化計算后，與預(yù)設(shè)通氧量進(jìn)行作差，取絕對值，得到單一通氧調(diào)整量。

32、第二方面，一種食品生產(chǎn)的微生物發(fā)酵過程故障監(jiān)測系統(tǒng)，包括以下模塊：

33、均勻生長評估模塊：在有氧發(fā)酵周期內(nèi)，監(jiān)測發(fā)酵區(qū)域在劃分后監(jiān)測時段內(nèi)的溶氧量，經(jīng)變異系數(shù)模型和歐式距離模型進(jìn)行綜合分析，評估酵母生長均勻性；

34、受限生長分析模塊：若酵母生長不均，則依據(jù)發(fā)酵區(qū)域的溶氧量篩選出生長受限區(qū)域與生長正常區(qū)域，分別獲取生長受限區(qū)域與生長正常區(qū)域的通氧量，輸入至皮爾遜距離模型，判斷通氧量是否影響酵母生長；

35、通氧受限調(diào)整模塊：若影響酵母生長，則構(gòu)建區(qū)域二維空間模型，依據(jù)不同生長受限區(qū)域中心點坐標(biāo)位置，判斷生長受限區(qū)域能否集中調(diào)整，若能，則獲取集中通氧調(diào)整量，若不能，則獲取單一通氧調(diào)整量。

36、本發(fā)明的有益效果：

37、(1)本發(fā)明在有氧發(fā)酵周期內(nèi)，利用光纖溶氧傳感器監(jiān)測不同區(qū)域溶氧量，將發(fā)酵周期劃分為等間隔監(jiān)測時段，整合各時段不同區(qū)域溶氧量得到區(qū)域溶解序列，通過變異系數(shù)模型計算時段系數(shù)，量化各時段溶氧量離散程度以反映酵母生長情況，再用歐式距離計算模型得出均勻判定值，反映相鄰時段酵母生長均勻性的差異，解決如何評估發(fā)酵罐內(nèi)不同發(fā)酵區(qū)域酵母生長是否均勻的問題；

38、(2)本發(fā)明根據(jù)發(fā)酵區(qū)域不同監(jiān)測時段溶氧量篩選出生長受限和正常區(qū)域，獲取二者通氧量序列并整合，將相同監(jiān)測時段通氧量輸入皮爾遜距離模型，通過計算協(xié)方差、標(biāo)準(zhǔn)差得出區(qū)域偏差值，從而通過區(qū)域偏差值出生長受限區(qū)域與生長正常區(qū)域在相同監(jiān)測時段內(nèi)通氧量的差異程度，從而側(cè)面反映出生長受限區(qū)域內(nèi)的酵母生長受限是由于通氧量所導(dǎo)致的，進(jìn)一步確定了造成生長受限區(qū)域的原因，為后續(xù)對生長受限區(qū)域的調(diào)整優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)支持；

39、(3)本發(fā)明基于通氧影響信號，以發(fā)酵罐內(nèi)不同發(fā)酵區(qū)域構(gòu)建區(qū)域二維空間模型，獲取生長受限區(qū)域中心點坐標(biāo)并組合成距離分析組，通過坐標(biāo)距離計算模型得受限區(qū)域間距，據(jù)此分為相鄰距離組和相隔距離組，針對相鄰距離組，用歐式距離計算模型量化不同時段通氧量差異得相鄰?fù)ㄑ跗钪?，再通過計算組內(nèi)最小、最大通氧量均值得到受限區(qū)域調(diào)整子值，進(jìn)而算出通氧調(diào)整量；對于相隔距離組，直接對組內(nèi)各生長受限區(qū)域不同時段通氧量均值化計算得通氧調(diào)整量，利用這些通氧調(diào)整量對生長受限區(qū)域的通氧流速進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整，解決有氧發(fā)酵階段因通氧量不均導(dǎo)致酵母生長受限的問題，提高了對酵母生長受限問題的調(diào)整效率，改善了因通氧量不均造成的不良發(fā)酵狀況，優(yōu)化了酵母生長環(huán)境。