【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及生產(chǎn)監(jiān)測，更具體地說，本專利技術(shù)涉及一種基于區(qū)塊鏈的乳酸菌發(fā)酵過程實時監(jiān)測方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、在乳酸菌發(fā)酵過程中，為了保證發(fā)酵產(chǎn)品的質(zhì)量和菌群的生長狀態(tài)，發(fā)酵環(huán)境的穩(wěn)定性和一致性至關(guān)重要。基于兼性厭氧型和微需氧型乳酸菌的發(fā)酵過程對氧氣供應(yīng)有一定需求，但過量氧氣會對厭氧菌群產(chǎn)生不利影響，影響發(fā)酵效率。因此，控制發(fā)酵過程中氧氣的分布尤為重要。然而，現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)酵環(huán)境的氧氣往往存在不均勻分布的現(xiàn)象，即在發(fā)酵容器內(nèi)可能會形成氧氣濃度梯度。
2、氧氣的不均勻分布導(dǎo)致發(fā)酵環(huán)境中不同位置的菌群暴露于不同的氧氣濃度，進而影響其代謝速率，尤其在兼性厭氧和微需氧條件下，這種差異會顯著影響菌群的代謝活動，進而導(dǎo)致發(fā)酵過程不均勻，影響產(chǎn)品的一致性和質(zhì)量。
3、為了解決上述問題，現(xiàn)提供一種技術(shù)方案。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本專利技術(shù)的實施例提供一種基于區(qū)塊鏈的乳酸菌發(fā)酵過程實時監(jiān)測方法及系統(tǒng)以解決上述
技術(shù)介紹
中提出的問題。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：
3、一種基于區(qū)塊鏈的乳酸菌發(fā)酵過程實時監(jiān)測方法，包括如下步驟：
4、實時采集發(fā)酵容器內(nèi)的氧氣濃度數(shù)據(jù)，將氧氣濃度數(shù)據(jù)傳輸至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)；
5、通過卡爾曼濾波對酸性反應(yīng)滯后率的動態(tài)變化進行分析，使用最大后驗概率估計識別發(fā)酵容器內(nèi)酸性反應(yīng)延遲顯著區(qū)域；
6、通過張量分解對發(fā)酵過程的監(jiān)測參數(shù)進行綜合分析，評估各監(jiān)測參數(shù)
7、將發(fā)酵容器內(nèi)酸性反應(yīng)延遲顯著區(qū)域和氧氣濃度差異明顯區(qū)域的并集對應(yīng)的區(qū)域標記為氧氣濃度梯度風(fēng)險區(qū)域；
8、基于氧氣濃度梯度風(fēng)險區(qū)域的占比，動態(tài)調(diào)節(jié)區(qū)塊鏈上數(shù)據(jù)的壓縮率；
9、通過反向差分熵算法對氧氣濃度梯度風(fēng)險區(qū)域內(nèi)的氧化還原電位波動速率進行分析，判斷氧氣濃度梯度風(fēng)險區(qū)域因氧氣濃度波動引起的局部不穩(wěn)定程度是否異常；
10、當氧氣濃度梯度風(fēng)險區(qū)域的局部不穩(wěn)定程度異常時，則生成氧氣分布調(diào)整指令。
11、在一個優(yōu)選的實施方式中，實時采集發(fā)酵容器內(nèi)的氧氣濃度數(shù)據(jù)，將氧氣濃度數(shù)據(jù)傳輸至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，具體為：
12、在發(fā)酵容器內(nèi)布置多個氧氣濃度傳感器，實時采集各位置的氧氣濃度數(shù)據(jù)；
13、將采集到的氧氣濃度數(shù)據(jù)進行去噪處理和異常檢測；
14、將經(jīng)過處理的氧氣濃度數(shù)據(jù)分批傳輸至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，在區(qū)塊鏈上為每組數(shù)據(jù)生成時間戳并存儲；
15、在區(qū)塊鏈上記錄每組氧氣濃度數(shù)據(jù)的存儲節(jié)點位置和時間戳。
16、在一個優(yōu)選的實施方式中，通過卡爾曼濾波對酸性反應(yīng)滯后率的動態(tài)變化進行分析，使用最大后驗概率估計識別發(fā)酵容器內(nèi)酸性反應(yīng)延遲顯著區(qū)域，具體為：
17、利用區(qū)塊鏈上存儲的氧氣濃度數(shù)據(jù)和ph值數(shù)據(jù)，計算發(fā)酵容器內(nèi)各位置的酸性反應(yīng)滯后率；
18、構(gòu)建針對酸性反應(yīng)滯后率動態(tài)變化的卡爾曼濾波模型，設(shè)定初始狀態(tài)、觀測方程和過程噪聲參數(shù)；
19、對各位置的酸性反應(yīng)滯后率數(shù)據(jù)進行卡爾曼濾波處理，獲得平滑的滯后率動態(tài)變化曲線；
20、基于平滑滯后率曲線，使用最大后驗概率估計方法計算各位置酸性反應(yīng)延遲的概率值；
21、根據(jù)各位置酸性反應(yīng)延遲的概率值，確定發(fā)酵容器內(nèi)酸性反應(yīng)延遲顯著區(qū)域。
22、在一個優(yōu)選的實施方式中，通過張量分解對發(fā)酵過程的監(jiān)測參數(shù)進行綜合分析，評估各監(jiān)測參數(shù)在發(fā)酵容器內(nèi)不同位置的影響力，以識別氧氣濃度差異明顯區(qū)域，具體為：
23、從區(qū)塊鏈上獲取發(fā)酵容器內(nèi)不同位置的監(jiān)測參數(shù)；監(jiān)測參數(shù)包括氧氣濃度、溫度、ph值和氧化還原電位；
24、將提取的監(jiān)測參數(shù)按照空間位置和時間序列組織成多維張量，形成高階數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以表示監(jiān)測參數(shù)的多重關(guān)聯(lián)性；
25、采用高階奇異值分解對多維張量進行分解處理，將多維張量分解為一組因子矩陣和核張量，提取主要特征模式和監(jiān)測參數(shù)在不同位置的影響權(quán)重；
26、根據(jù)張量分解得到的因子矩陣和監(jiān)測參數(shù)在不同位置的影響權(quán)重，評估各監(jiān)測參數(shù)在發(fā)酵容器內(nèi)不同位置的影響力，識別出氧氣濃度差異明顯區(qū)域。
27、在一個優(yōu)選的實施方式中，基于氧氣濃度梯度風(fēng)險區(qū)域的占比，動態(tài)調(diào)節(jié)區(qū)塊鏈上數(shù)據(jù)的壓縮率，具體為：
28、在發(fā)酵容器的所有監(jiān)測區(qū)域中，將氧氣濃度梯度風(fēng)險區(qū)域的體積與發(fā)酵容器的總監(jiān)測區(qū)域的體積的比值標記為風(fēng)險區(qū)域比；
29、風(fēng)險區(qū)域比越大，區(qū)塊鏈上數(shù)據(jù)的壓縮率調(diào)節(jié)的越低。
30、在一個優(yōu)選的實施方式中，通過反向差分熵算法對氧氣濃度梯度風(fēng)險區(qū)域內(nèi)的氧化還原電位波動速率進行分析，判斷氧氣濃度梯度風(fēng)險區(qū)域因氧氣濃度波動引起的局部不穩(wěn)定程度是否異常，具體為：
31、從氧氣濃度梯度風(fēng)險區(qū)域內(nèi)獲取各位置的氧化還原電位數(shù)據(jù)，按照時間序列進行組織；
32、對提取的數(shù)據(jù)進行時間差分處理，計算各位置在不同時間點的氧化還原電位波動速率；
33、將氧化還原電位波動速率輸入反向差分熵模型，計算各位置的反向差分熵值，得到局部不穩(wěn)定程度的量化指標；
34、根據(jù)各位置的反向差分熵值與閾值的比較結(jié)果，判斷氧氣濃度梯度風(fēng)險區(qū)域的局部不穩(wěn)定程度是否異常。
35、在一個優(yōu)選的實施方式中，當氧氣濃度梯度風(fēng)險區(qū)域的局部不穩(wěn)定程度異常時，則生成氧氣分布調(diào)整指令，具體為：
36、確定氧氣濃度梯度風(fēng)險區(qū)域的氧氣濃度梯度特點，氧氣濃度梯度特點包括濃度分布和變化趨勢；
37、根據(jù)氧氣濃度梯度特點生成具體的氧氣濃度調(diào)整參數(shù)，氧氣濃度調(diào)整參數(shù)包括氧氣流速和氧氣流向，并將氧氣分布調(diào)整指令傳遞至發(fā)酵容器內(nèi)的環(huán)境調(diào)節(jié)裝置；
38、環(huán)境調(diào)節(jié)裝置接收氧氣分布調(diào)整指令后，根據(jù)氧氣濃度調(diào)整參數(shù)調(diào)節(jié)發(fā)酵容器內(nèi)的氧氣分布。
39、另一方面，本專利技術(shù)提供一種基于區(qū)塊鏈的乳酸菌發(fā)酵過程實時監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集上傳模塊、酸性反應(yīng)分析模塊、張量分解分析模塊、風(fēng)險區(qū)域標記模塊、數(shù)據(jù)壓縮調(diào)節(jié)模塊、波動異常評估模塊以及指令生成調(diào)節(jié)模塊；
40、數(shù)據(jù)采集上傳模塊：實時采集發(fā)酵容器內(nèi)的氧氣濃度數(shù)據(jù)，將氧氣濃度數(shù)據(jù)傳輸至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)；
41、酸性反應(yīng)分析模塊：通過卡爾曼濾波對酸性反應(yīng)滯后率的動態(tài)變化進行分析，使用最大后驗概率估計識別發(fā)酵容器內(nèi)酸性反應(yīng)延遲顯著區(qū)域；
42、張量分解分析模塊：通過張量分解對發(fā)酵過程的監(jiān)測參數(shù)進行綜合分析，評估各監(jiān)測參數(shù)在發(fā)酵容器內(nèi)不同位置的影響力，以識別氧氣濃度差異明顯區(qū)域；
43、風(fēng)險區(qū)域標記模塊：將發(fā)酵容器內(nèi)酸性反應(yīng)延遲顯著區(qū)域和氧氣濃度差異明顯區(qū)域的并集對應(yīng)的區(qū)域標記為氧氣濃度梯度風(fēng)險區(qū)域；
44、數(shù)據(jù)壓縮調(diào)節(jié)模塊：基于氧氣濃度梯度風(fēng)險區(qū)域的占比，動態(tài)調(diào)節(jié)區(qū)塊鏈上數(shù)據(jù)的壓縮率；
45、波動異常評估模塊：通過反向差分熵算法對氧氣濃本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種基于區(qū)塊鏈的乳酸菌發(fā)酵過程實時監(jiān)測方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于區(qū)塊鏈的乳酸菌發(fā)酵過程實時監(jiān)測方法，其特征在于，實時采集發(fā)酵容器內(nèi)的氧氣濃度數(shù)據(jù)，將氧氣濃度數(shù)據(jù)傳輸至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，具體為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于區(qū)塊鏈的乳酸菌發(fā)酵過程實時監(jiān)測方法，其特征在于，通過卡爾曼濾波對酸性反應(yīng)滯后率的動態(tài)變化進行分析，使用最大后驗概率估計識別發(fā)酵容器內(nèi)酸性反應(yīng)延遲顯著區(qū)域，具體為：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于區(qū)塊鏈的乳酸菌發(fā)酵過程實時監(jiān)測方法，其特征在于，通過張量分解對發(fā)酵過程的監(jiān)測參數(shù)進行綜合分析，評估各監(jiān)測參數(shù)在發(fā)酵容器內(nèi)不同位置的影響力，以識別氧氣濃度差異明顯區(qū)域，具體為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于區(qū)塊鏈的乳酸菌發(fā)酵過程實時監(jiān)測方法，其特征在于，基于氧氣濃度梯度風(fēng)險區(qū)域的占比，動態(tài)調(diào)節(jié)區(qū)塊鏈上數(shù)據(jù)的壓縮率，具體為：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于區(qū)塊鏈的乳酸菌發(fā)酵過程實時監(jiān)測方法，其特征在于，通過反向差分熵算法對氧氣濃度梯度風(fēng)險區(qū)域內(nèi)的氧化還原電位波動速率進
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于區(qū)塊鏈的乳酸菌發(fā)酵過程實時監(jiān)測方法，其特征在于，當氧氣濃度梯度風(fēng)險區(qū)域的局部不穩(wěn)定程度異常時，則生成氧氣分布調(diào)整指令，具體為：
8.一種基于區(qū)塊鏈的乳酸菌發(fā)酵過程實時監(jiān)測系統(tǒng)，用于實現(xiàn)權(quán)利要求1-7任一項所述的一種基于區(qū)塊鏈的乳酸菌發(fā)酵過程實時監(jiān)測方法，其特征在于，包括數(shù)據(jù)采集上傳模塊、酸性反應(yīng)分析模塊、張量分解分析模塊、風(fēng)險區(qū)域標記模塊、數(shù)據(jù)壓縮調(diào)節(jié)模塊、波動異常評估模塊以及指令生成調(diào)節(jié)模塊；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于區(qū)塊鏈的乳酸菌發(fā)酵過程實時監(jiān)測方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于區(qū)塊鏈的乳酸菌發(fā)酵過程實時監(jiān)測方法，其特征在于，實時采集發(fā)酵容器內(nèi)的氧氣濃度數(shù)據(jù)，將氧氣濃度數(shù)據(jù)傳輸至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，具體為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于區(qū)塊鏈的乳酸菌發(fā)酵過程實時監(jiān)測方法，其特征在于，通過卡爾曼濾波對酸性反應(yīng)滯后率的動態(tài)變化進行分析，使用最大后驗概率估計識別發(fā)酵容器內(nèi)酸性反應(yīng)延遲顯著區(qū)域，具體為：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于區(qū)塊鏈的乳酸菌發(fā)酵過程實時監(jiān)測方法，其特征在于，通過張量分解對發(fā)酵過程的監(jiān)測參數(shù)進行綜合分析，評估各監(jiān)測參數(shù)在發(fā)酵容器內(nèi)不同位置的影響力，以識別氧氣濃度差異明顯區(qū)域，具體為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于區(qū)塊鏈的乳酸菌發(fā)酵過程實時監(jiān)測方法，其特征在于，基于...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韋云路，劉義，任飛，覃蘭件，王蓉，謝書繁，
申請(專利權(quán))人：西南科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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