[发明专利]一种基于近红外光谱的冰酒控温缓慢发酵过程实时监测方法

说明书

本发明公开了一种基于近红外光谱的冰酒控温缓慢发酵过程实时监测方法，属于流程工业生产加工领域。所述方法包括：获取近红外光谱数据集、近红外光谱数据预处理、建立特征提取模型、建立回归监测模型、基于近红外光谱的冰酒控温缓慢发酵过程实时监测。本发明利用机器学习特征提取和回归监测模型，将微观监测技术与数据分析算法有机结合并融入到了冰酒酿造过程，使得在控温缓慢发酵环节中对于糖度和酒精潜能的监测能够更直接地反映其微观趋势。

技术领域

本发明涉及一种基于近红外光谱的冰酒控温缓慢发酵过程实时监测方法，属于流程工业生产加工领域。

背景技术

冰酒，又称冰葡萄酒，在1794年，最初出现于德国弗兰克尼，《中国葡萄酿酒技术规范》中对冰葡萄酒的定义是：将葡萄推迟采收，当气温低于-7℃以下，使葡萄在树枝上保持一定时间进行结冰，然后采收葡萄，压榨成葡萄汁，用此葡萄汁酿成的酒。

通常，冰酒酿造流程包括：采摘、分选、压榨冰冻葡萄得到浓缩葡萄汁、加入容器、进行浓缩葡萄汁除菌、控温缓慢发酵、二次过滤除菌、产品澄清、灌装成酒；影响着冰酒品质的因素多种多样，典型的因素如采摘时的温度、葡萄品种、发酵温度等。此外，在控温缓慢发酵过程中，不断变化的冰葡萄汁糖度和酒精潜能是最终品评冰酒的重要品质指标；在控温缓慢发酵过程中，若糖的浓度过低，会导致生长抑制或酵母裂解，甚至造成发酵停滞或迟缓，即使是亚致死的糖浓度也会刺激酵母的高渗透压应激反应，导致各种副产物如甘油和乙酸的生成量增加，并降低产物产量；而酒精潜能是否能够如期达到并保持期望浓度，关乎冰酒本身的品评及对腐败细菌污染的敏感性。故在控温缓慢发酵的过程中，对冰酒酿造过程中的冰葡萄汁糖分和酒精潜能进行实时监测至关重要。

现有技术中，一般使用比重计测定控温缓慢发酵过程中的冰葡萄汁原料的比重、糖度和酒精潜能，比重计基于所测得的比重，通过由先验知识所得的经验表格换算得出液体中所含的特殊成分的百分含量；然而对于不同的冰葡萄汁原料的控温缓慢发酵环节，基于经验表格的比重计在测量精度与可靠性方面存在不足；现有的冰葡萄汁控温缓慢发酵环节的糖度和酒精潜能的测定仅限于宏观测定，由于宏观变化是由微观变化的不断积累导致的，现有冰酒酿造发酵流程中大多使用比起比重计等其他宏观监测技术，难以快速地、精确地反映控温缓慢发酵环节中冰葡萄汁中的微观变化；并不能从微观分子层面上展现控温缓慢发酵环节，使得在判断冰葡萄汁发酵程度或品质时出现失误，从而产生预估损失、采取补料措施的时间较长、不能及时止损等造成更为严重的经济和能源损失的问题。

而近红外光谱作为一种快速、高效、无损、无污染的测量技术，已广泛应用于制药、生物、工业等多种场合。近红外光谱技术是将近红外光谱测量技术、化学计量学和计算机科学融为一体，实现对样品的定量、定性分析。与其他光谱技术相比，近红外光谱吸收弱的特点，使得样品不需要稀释等预处理，可直接进行分析。该技术采样所得是基于测量样品分子(主要是C-H、O-H和N-H共价键)与透射光或反射光相互作用产生的吸收光谱，具有简单、快速、无需对样本预处理等优点。近红外光谱测量的步骤一般包括选择和收集标准样品集，用于建立光谱校正模型，剩余的标准样品作为验证集，用以评价模型的外推能力；预处理光谱数据，建立模型；优化和检验校正模型的性能；进行样品测定。

但由于使用红外检测仪检测所获取的由波数-吸光度元素的向量组成的近红外光谱数据具有高维、多重线性相关、信息冗余等特性，建模时会产生增加监测模型的复杂度、难以正确建立监测模型等问题。

发明内容

为了解决现有技术中近红外光谱数据处理难度大、建模时会产生增加监测模型的复杂度、难以正确建立监测模型等问题；本发明提供一种基于近红外光谱的冰酒控温缓慢发酵过程实时监测方法，所述方法包括：