申请/专利权人：江南大学

申请日：2019-04-01

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN109810883B

主分类号：C12M1/16

分类号：C12M1/16;C12M1/34;C12M1/36;C12M1/38

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2019.06.21#实质审查的生效;2019.05.28#公开

摘要：本发明公开了一种固态发酵监测系统，涉及发酵监测技术领域，包括数据采集模块、监控模块、现场显示模块和控制模块；数据采集模块与监控模块连接，监控模块分别与现场显示模块和控制模块连接；数据采集模块采集发酵缸中发酵物料的发酵数据，发酵数据至少包括气味数据、气体含量数据和温度数据；监控模块用于接收数据采集模块采集的发酵数据，将温度数据发送至现场显示模块进行显示，还用于对发酵数据进行分析处理，根据分析处理数据对控制模块发送调节指令；控制模块根据调节指令对发酵缸的发酵环境进行调节。提高了发酵监测效率，保证了发酵质量。

主权项：1.一种固态发酵监测系统，其特征在于，包括：数据采集模块、监控模块、现场显示模块和控制模块；所述数据采集模块与所述监控模块连接，所述监控模块分别与所述现场显示模块和所述控制模块连接；所述数据采集模块采集发酵缸中发酵物料的发酵数据，所述发酵数据至少包括气味数据、气体含量数据和温度数据；所述监控模块用于接收所述数据采集模块采集的发酵数据，将所述温度数据发送至所述现场显示模块进行显示，还用于对所述发酵数据进行分析处理，根据分析处理数据对所述控制模块发送调节指令；所述控制模块根据所述调节指令对发酵缸的发酵环境进行调节;所述数据采集模块包括：位于发酵缸顶空层的气味传感器，位于发酵缸上层的上层温度传感器、上层氧气传感器、上层二氧化碳传感器，位于发酵缸中层的中层温度传感器，位于发酵缸下层的下层温度传感器、下层氧气传感器、下层二氧化碳传感器、数据采集卡；所述数据采集卡分别与所述监控模块和各个传感器连接，各个传感器采集的数据信号经数据采集卡转换为电压信号传递至所述监控模块；所述气味传感器用于采集顶空层C6-C20气味化合物数据；所述上层温度传感器、所述中层温度传感器、所述下层温度传感器用于采集发酵缸内的温度数据；所述上层氧气传感器、所述下层氧气传感器用于检测发酵缸内的氧气含量；所述上层二氧化碳传感器、所述下层二氧化碳传感器用于检测发酵缸内的二氧化碳含量；利用偏最小二乘法对所检测的C6-C20气味化合物数据、氧气含量、二氧化碳含量、温度数据进行降维，基于降维后的数据，利用偏最小二乘法对发酵物料中化合物的含量进行拟合，以预测发酵物料中化合物的含量。

全文数据：一种固态发酵监测系统技术领域本发明涉及发酵监测技术领域，尤其是一种固态发酵监测系统。背景技术发酵过程质量监控是产品质量控制的重要一环，是提高新产酒品质与后续分级存储重要依据，目前白酒与醋生产多运用传统固态发酵工艺，而酒醅与醋醅监测目前主要是依靠人工结合化学方法来实现。这种方法稳定性低，并且化学监测过程繁琐，费时费力，效率较低。发明内容本发明针对上述问题及技术需求，提出了一种固态发酵监测系统。本发明的技术方案如下：一种固态发酵监测系统，包括：数据采集模块、监控模块、现场显示模块和控制模块；所述数据采集模块与所述监控模块连接，所述监控模块分别与所述现场显示模块和所述控制模块连接；所述数据采集模块采集发酵缸中发酵物料的发酵数据，所述发酵数据至少包括气味数据、气体含量数据和温度数据；所述监控模块用于接收所述数据采集模块采集的发酵数据，将所述温度数据发送至所述现场显示模块进行显示，还用于对所述发酵数据进行分析处理，根据分析处理数据对所述控制模块发送调节指令；所述控制模块根据所述调节指令对发酵缸的发酵环境进行调节。其进一步的技术方案为：所述数据采集模块包括：位于发酵缸顶空层的气味传感器，位于发酵缸上层的上层温度传感器、上层氧气传感器、上层二氧化碳传感器，位于发酵缸中层的中层温度传感器，位于发酵缸下层的下层温度传感器、下层氧气传感器、下层二氧化碳传感器、数据采集卡；所述数据采集卡分别与所述监控模块和各个传感器连接，各个传感器采集的数据信号经数据采集卡转换为电压信号传递至所述监控模块；所述气味传感器用于采集顶空层C6-C20气味化合物数据；所述上层温度传感器、所述中层温度传感器、所述下层温度传感器用于采集发酵缸内的温度数据；所述上层氧气传感器、所述下层氧气传感器用于检测发酵缸内的氧气含量；所述上层二氧化碳传感器、所述下层二氧化碳传感器用于检测发酵缸内的二氧化碳含量。其进一步的技术方案为：所述数据采集卡的型号为USB-6002，用于将所述上层温度传感器、所述中层温度传感器、所述下层温度传感器、所述上层氧气传感器、所述下层氧气传感器、所述上层二氧化碳传感器、所述下层二氧化碳传感器采集的信号转换成0至10V的电压信号传输至所述监控模块。其进一步的技术方案为：所述气味传感器的型号为4200zNose传感器。其进一步的技术方案为：所述现场显示模块包括车间温度显示装置、报警器和数据存储装置；所述车间温度显示装置与所述监控模块连接，用于接收来自所述监控模块发送的温度数据并进行实时显示；所述报警器与所述监控模块连接，用于在发酵数据异常时发出报警信号；所述数据存储装置与所述监控模块连接，用于将所述监控模块接收到的发酵数据进行存储，建立数据库用于优化临界温度与气体含量值。其进一步的技术方案为：所述控制模块包括氧气控制器和温度控制器；所述氧气控制器和所述温度控制器均与所述监控模块连接；所述氧气控制器用于对发酵缸内的气体含量进行调节；所述温度控制器用于对发酵缸内的温度进行调节。其进一步的技术方案为：所述氧气控制器包括气泵和气体电磁阀。其进一步的技术方案为：所述监控模块的系统为LabVIEW系统。本发明的有益技术效果是：通过固态发酵监测系统实现发酵缸物料发酵过程状态实时监控，对发酵缸的发酵环境进行调节，一方面可以减少人工监测时的质检工作量，提高检验准确性，使物料处于最佳环境，提高生产效率，另一方面为技术人员分析固态发酵工艺提供实时监控数据，用于研究整个发酵过程的发酵规律，为进一步改进固态发酵工艺提供技术支持。附图说明图1是本发明一个实施例提供的固态发酵监测系统的系统原理图。具体实施方式下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。图1是本发明一个实施例提供的固态发酵监测系统的系统原理图，如图1所示，该系统可以包括：数据采集模块、监控模块2、现场显示模块和控制模块；数据采集模块与监控模块2连接，监控模块2分别与现场显示模块和控制模块连接。可选的，监控模块2为PC监控主机，监控模块2的系统为LabVIEW系统。PC监控主机中安装有LabVIEW系统程序。LabVIEW系统可以实时显示三层传感器的检测值，显示传感器检测值与时间函数，并将温度数据传输到车间显示器，在检测到气味、氧气、二氧化碳、温度超过临界值时进行报警。数据采集模块采集发酵缸中发酵物料的发酵数据，发酵数据至少包括气味数据、气体含量数据和温度数据。可选的，如图1所示，数据采集模块包括：位于发酵缸顶空层的气味传感器5，位于发酵缸上层的上层温度传感器9、上层氧气传感器8、上层二氧化碳传感器7，位于发酵缸中层的中层温度传感器10，位于发酵缸下层的下层温度传感器13、下层氧气传感器12、下层二氧化碳传感器11、数据采集卡；数据采集卡分别与监控模块2和各个传感器连接，各个传感器采集的数据信号经数据采集卡转换为电压信号传递至监控模块2。示例性的，图1中各个传感器与第一数据采集卡6连接，第一数据采集卡6与控制模块2连接，并且，第一数据采集卡6还与车间温度显示装置3连接，第一数据采集卡6可以将转换的电压信号直接发送至车间温度显示装置3进行显示。可选的，温度传感器的型号为PT100。可选的，车间温度显示装置3的型号为XMT6058。可选的，氧气传感器的型号为HSTL-O2，变送输出范围：0-5V。可选的，二氧化碳传感器的型号为HSTL-CO2，变送输出范围：0-5V。数据采集卡用于接收温度传感器和气体传感器发送的温度和气体信号，转换为电压信号后传递到PC监控主机使得温度和气体含量信息得到实时显示。可选的，数据采集卡的型号为USB-6002，包括实时显示功能，用于将上层温度传感器9、中层温度传感器10、下层温度传感器13、上层氧气传感器8、下层氧气传感器12、上层二氧化碳传感器7、下层二氧化碳传感器11采集的信号转换成0至10V的电压信号传输至监控模块2。气味传感器5用于采集顶空层C6-C20气味化合物数据。可选的，气味传感器5的型号为4200zNose传感器，4200zNose传感器可以对C6-C20含碳化合物进行定性和定量分析，分析采用MicroSense5.0软件。气味传感器5向PC监控主机发送检测的C6-C20挥发性气味物质。上层温度传感器9、中层温度传感器10、下层温度传感器13用于采集发酵缸内的温度数据。上层氧气传感器8、下层氧气传感器12用于检测发酵缸内的氧气含量。上层二氧化碳传感器7、下层二氧化碳传感器11用于检测发酵缸内的二氧化碳含量。通过上层氧气传感器8、下层氧气传感器12、上层二氧化碳传感器7、下层二氧化碳传感器11这几个气体传感器对发酵缸上层和下层的氧气含量、二氧化碳含量进行检测，避免发酵缸或发酵池出现漏气现象。通过上层温度传感器9、中层温度传感器10、下层温度传感器13对发酵缸或发酵池上中下三层温度数据进行才处理，用来对物料进行全面温度检测，当温度出现异常情况可以进行及时预警和调节处理。通过气味传感器5对发酵缸顶部气味信息采集处理，用来对物料发酵的酸度、酒度以及其他化合物含量进行预测。监控模块2用于接收数据采集模块采集的发酵数据，将温度数据发送至现场显示模块进行显示，还用于对发酵数据进行分析处理，根据分析处理数据对控制模块发送调节指令。可选的，现场显示模块包括车间温度显示装置3、报警器4和数据存储装置。车间温度显示装置3与监控模块2连接，用于接收来自监控模块2发送的温度数据并进行实时显示。可选的，车间温度显示装置3还可以接收监控模块2发送的气体数据，比如氧气含量、二氧化碳含量，并进行实时显示。报警器4与监控模块2连接，用于在发酵数据异常时发出报警信号。在实际应用中，会预设或根据监测数据确定发酵数据的临界值，在实时监测中将采集的数据与临界值进行比较，当温度或氧气含量超过临界值时发出报警信号。报警器4与PC监控主机连接，当PC监控主机监控到温度或气体数据超过与之对应的时间函数设定阈值时，PC监控主机发出控制信号控制报警器4发出警报。数据存储装置与监控模块2连接，用于将监控模块2接收到的发酵数据进行存储，建立数据库用于优化临界温度与气体含量值。尽管图中未示出数据存储装置，在实际应用中，数据存储装置可以是独立的存储设备，也可以是PC监控主机的存储器。控制模块根据调节指令对发酵缸的发酵环境进行调节。PC监控主机系统连接控制模块，PC监控主机可以向控制模块发送调节指令，用于调节发酵缸或发酵池内氧气含量和温度值。可选的，控制模块包括氧气控制器和温度控制器；氧气控制器和温度控制器均与监控模块2连接。氧气控制器用于对发酵缸内的气体含量进行调节，以调节发酵缸或发酵池内微生物，提高生产效率。可选的，氧气控制器包括气泵和气体电磁阀。氧气控制器与PC监控主机连接，接收来自LabVIEW程序的控制指令，通过气泵输送气体，气体电磁阀接收控制指令后调节进入发酵缸或发酵池的氧气，对发酵环境中氧气含量进行调节，从而调节微生物的繁殖状态，提高生产效率。温度控制器用于对发酵缸内的温度进行调节，使发酵物料达到最佳发酵温度。示例性的，图1中监控模块2还与第二数据采集卡1连接，第二数据采集卡1与温度控制器连接，监控模块2根据数据分析结果向第二数据采集卡1发送控制信号，第二数据采集卡1将控制信号转换后发送给温度控制器，温度控制器根据控制信号对发酵缸内的温度进行调节。图1中设置了上中下三层温度控制器，接收来自LabVIEW程序的控制指令对发酵缸或发酵池上中下三层温度进行控制，上中下三层温度独立调节使温度达到最佳发酵条件。PC监控主机接收温度、氧气、二氧化碳与C6-C20气味信号，C6-C20气味数据、氧气含量、二氧化碳含量、温度数据经过偏最小二乘法降维，降维后数据利用偏最小二乘法对物料酸度、酒度及乙酸乙酯、醋翁、己酸丁酯等化合物含量进行拟合，实现利用气味传感器对物料酸度、酒度及相关检测化合物含量进行预测。图1中的固态发酵监测系统工作时，发酵缸或发酵池顶空层的zNose气味传感器将C6-C20气味信息传递到PC监控主机，各个传感器将采集的温度、氧气含量、二氧化碳含量数据经过数据采集卡传递到PC监控主机，PC监控主机将采集的温度、气体含量、气味信号进行分析处理，同时PC监控主机将温度数据传输到车间温度显示装置上进行实时显示，将采集的温度数据和氧气含量数据存储到数据库，并且PC监控主机将监测值与临界值进行分析比对，若监测值超过临界值或物料异常则发出警报，向控制模块发出指令，对发酵缸或发酵池内的温度或氧气含量进行调节使物料所处环境达到最佳状态。固态发酵监测系统采用三层采集方式，可以同时对发酵缸或发酵池上中下三层物料状态数据进行采集，该系统检验速度快，且气味传感器对气味进行识别时与人类感官评价较为接近，同时能够反复多次进行检验，可以有效提高检验效率与准确性。监测时，物料检测数据被传递到监控主机程序内进行分析处理，处理后将物料所处环境状态偏差进行调节。通过固态发酵监测系统不仅可以加强监控频次，提高检验准确性，而且可以减少质检与感官评价人员的工作量，为发酵监控提供可靠的技术支持，控制发酵所处环境，保证最佳发酵条件，提高生产效率。另外，PC监控主机通过USB接口与数据采集模块进行通信连接，PC监控主机上的LabVIEW监控系统软件包含三层数据采集部分、数据处理分析部分、显示、报警与存储部分。本发明实施例中提供的固态发酵监测系统可以实现发酵缸或发酵池上、中、下三层监控，采用气味传感器可以对C6-C20物质进行分析，代替感官评审专家对气味进行分析与评价，可以同时对多个发酵缸或发酵池实时监控，并可以对发酵状态进行分析，对历史数据进行存储，降低质检工作人员劳动强度，提高检验效率，控制模块通过温度控制器和氧气控制器可以实现对发酵缸或发酵池的温度和氧气含量的调节。以上所述的仅是本发明的优先实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种固态发酵监测系统，其特征在于，包括：数据采集模块、监控模块、现场显示模块和控制模块；所述数据采集模块与所述监控模块连接，所述监控模块分别与所述现场显示模块和所述控制模块连接；所述数据采集模块采集发酵缸中发酵物料的发酵数据，所述发酵数据至少包括气味数据、气体含量数据和温度数据；所述监控模块用于接收所述数据采集模块采集的发酵数据，将所述温度数据发送至所述现场显示模块进行显示，还用于对所述发酵数据进行分析处理，根据分析处理数据对所述控制模块发送调节指令；所述控制模块根据所述调节指令对发酵缸的发酵环境进行调节。2.根据权利要求1所述的固态发酵监测系统，其特征在于，所述数据采集模块包括：位于发酵缸顶空层的气味传感器，位于发酵缸上层的上层温度传感器、上层氧气传感器、上层二氧化碳传感器，位于发酵缸中层的中层温度传感器，位于发酵缸下层的下层温度传感器、下层氧气传感器、下层二氧化碳传感器、数据采集卡；所述数据采集卡分别与所述监控模块和各个传感器连接，各个传感器采集的数据信号经数据采集卡转换为电压信号传递至所述监控模块；所述气味传感器用于采集顶空层C6-C20气味化合物数据；所述上层温度传感器、所述中层温度传感器、所述下层温度传感器用于采集发酵缸内的温度数据；所述上层氧气传感器、所述下层氧气传感器用于检测发酵缸内的氧气含量；所述上层二氧化碳传感器、所述下层二氧化碳传感器用于检测发酵缸内的二氧化碳含量。3.根据权利要求2所述的固态发酵监测系统，其特征在于，所述数据采集卡的型号为USB-6002，用于将所述上层温度传感器、所述中层温度传感器、所述下层温度传感器、所述上层氧气传感器、所述下层氧气传感器、所述上层二氧化碳传感器、所述下层二氧化碳传感器采集的信号转换成0至10V的电压信号传输至所述监控模块。4.根据权利要求2所述的固态发酵监测系统，其特征在于，所述气味传感器的型号为4200zNose传感器。5.根据权利要求1所述的固态发酵监测系统，其特征在于，所述现场显示模块包括车间温度显示装置、报警器和数据存储装置；所述车间温度显示装置与所述监控模块连接，用于接收来自所述监控模块发送的温度数据并进行实时显示；所述报警器与所述监控模块连接，用于在发酵数据异常时发出报警信号；所述数据存储装置与所述监控模块连接，用于将所述监控模块接收到的发酵数据进行存储，建立数据库用于优化临界温度与气体含量值。6.根据权利要求1所述的固态发酵监测系统，其特征在于，所述控制模块包括氧气控制器和温度控制器；所述氧气控制器和所述温度控制器均与所述监控模块连接；所述氧气控制器用于对发酵缸内的气体含量进行调节；所述温度控制器用于对发酵缸内的温度进行调节。7.根据权利要求6所述的固态发酵监测系统，其特征在于，所述氧气控制器包括气泵和气体电磁阀。8.根据权利要求1至7任一所述的固态发酵监测系统，其特征在于，所述监控模块的系统为LabVIEW系统。

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