CN106124714B - 用于葡萄酒酿造过程中的二氧化硫在线监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于葡萄酒酿造过程中的二氧化硫在线监测方法及装置，涉及食品监测技术领域，本发明从葡萄酒酿造过程中的气液相平衡及解离平衡原理着手，充分考虑影响平衡的多方面因素，在获取葡萄酒酿造过程中的数据后，通过线性回归函数计算当前葡萄酒平衡体系的气液平衡系数及离子平衡系数，根据气液相分子态二氧化硫平衡关系计算葡萄酒中分子态二氧化硫浓度，进而根据液体中分子态二氧化硫与游离态二氧化硫解离平衡关系计算游离态二氧化硫浓度，能够实现快速、无损、智能检测葡萄酒中游离二氧化硫浓度，具有良好的便捷性和实时性，有助于实现直接高效的、准确的葡萄酒质量监测与酿造过程中的品质控制与原料节约。

Description

用于葡萄酒酿造过程中的二氧化硫在线监测方法及装置

技术领域

本发明涉及食品监测技术领域，特别涉及一种用于葡萄酒酿造过程中的二氧化硫在线监测方法及装置。

背景技术

在葡萄酒的酿造工艺中，二氧化硫是国际上通用的添加剂，具有防止葡萄酒氧化和腐败的作用。但二氧化硫的残留量必须严格控制，添加量少时，葡萄酒易发生褐变和产生细菌性病害；使用过量时，会使葡萄酒产生刺鼻的臭硫味，不仅影响葡萄酒的品质，对人体的健康也会产生不良影响。

我国在《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》(GB 2760-2014)中规定葡萄酒中二氧化硫残留量不超过0.25g/L，《葡萄酒、果酒通用分析方法》(GB/T 15038-2006)中二氧化硫的测定方法为氧化法及直接碘量法。其他常用的化学检测方法还有蒸馏法和盐酸副玫瑰苯胺法等。化学检测方法具有良好的准确性，需要专门的玻璃仪器，但是分析过程复杂且时间开销大，不适于实时在线监测。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种用于葡萄酒酿造过程中的二氧化硫在线监测方法及装置。

依据本发明的一个方面，提供了一种用于葡萄酒酿造过程中的二氧化硫在线监测方法，所述方法包括：

S1：获取葡萄酒酿造过程中的当前气相二氧化硫浓度、葡萄酒的当前pH值及当前乙醇浓度；

S2：根据所述当前乙醇浓度，通过线性回归函数确定当前气液平衡系数，所述线性回归函数为乙醇浓度与气液平衡系数之间的对应关系；

S3：根据所述当前气相二氧化硫浓度和气液平衡系数，计算葡萄酒中的当前分子态二氧化硫浓度；

S4：根据所述当前pH值和当前乙醇浓度，通过多元线性回归函数确定当前离子平衡系数，所述多元线性回归函数为pH值、乙醇浓度和离子平衡系数之间的对应关系；

S5：根据所述当前pH值、当前分子态二氧化硫浓度，和当前离子平衡系数确定当前游离态二氧化硫浓度。

可选地，步骤S2中，所述线性回归函数为

K＝α₀+α₁×E+ε

其中，K为气液平衡系数，α₀为常数，α₁为相关系数，ε为随机误差项，E为乙醇浓度。

可选地，步骤S3中，根据所述当前气相二氧化硫浓度和气液平衡系数，通过下式计算葡萄酒中的当前分子态二氧化硫浓度，

其中，K为气液平衡系数，S_M为分子态二氧化硫浓度，M为二氧化硫分子质量，G为气相二氧化硫浓度。

可选地，步骤S4中，所述多元线性回归函数为

P＝β₀+β₁×E+β₂×PH+ε

其中，P为离子平衡系数，β₀为常数，β₁,β₂为相关系数，ε为随机误差项，E为乙醇浓度，PH为pH值。

可选地，步骤S5中，根据所述当前pH值、当前分子态二氧化硫浓度，和当前离子平衡系数通过下式确定当前游离态二氧化硫浓度，

S_F＝S_M(1+10^(PH-P))

其中，S_M为分子态二氧化硫浓度，PH为pH值，P为离子平衡系数，S_F为游离态二氧化硫浓度。

可选地，所述方法还包括：

获取预设时间段内计算的游离态二氧化硫浓度与测定值之间的相对误差，在所述相对误差大于预设误差时，通过设置不同pH值及乙醇浓度的梯度试验，采用化学分析方法检测葡萄酒液体样本校正所述线性回归函数和/或多元线性回归函数。

可选地，所述根据所述当前乙醇浓度，通过线性回归函数确定当前气液平衡系数之前，所述方法还包括：

通过设置不同乙醇浓度的梯度实验，采用化学分析法检测葡萄酒液体样本建立所述线性回归函数。

可选地，所述根据所述当前pH值和当前乙醇浓度，通过多元线性回归函数确定当前离子平衡系数之前，所述方法还包括：

通过设置不同pH值及乙醇浓度的梯度实验，采用化学分析法检测葡萄酒液体样本建立所述多元线性回归函数。

可选地，所述方法还包括：

判断所述当前游离态二氧化硫浓度是否在预设浓度范围内，若否，则进行预警提醒。

依据本发明的另一个方面，提供了一种用于葡萄酒酿造过程中的二氧化硫在线监测装置，所述装置包括：

参数获取单元，用于获取葡萄酒酿造过程中的当前气相二氧化硫浓度、葡萄酒的当前pH值及当前乙醇浓度；

第一系数确定单元，用于根据所述当前乙醇浓度，通过线性回归函数确定当前气液平衡系数，所述线性回归函数为乙醇浓度与气液平衡系数之间的对应关系；

分子浓度计算单元，用于根据所述当前气相二氧化硫浓度和气液平衡系数，计算葡萄酒中的当前分子态二氧化硫浓度；

第二系数确定单元，用于根据所述当前pH值和当前乙醇浓度，通过多元线性回归函数确定当前离子平衡系数，所述多元线性回归函数为pH值、乙醇浓度和离子平衡系数之间的对应关系；

离子浓度计算单元，用于根据所述当前pH值、当前分子态二氧化硫浓度，和当前离子平衡系数确定当前游离态二氧化硫浓度。

本发明从葡萄酒酿造过程中的气液相平衡及解离平衡原理着手，充分考虑影响平衡的多方面因素，在获取葡萄酒酿造过程中的数据后，通过线性回归函数计算当前葡萄酒平衡体系的气液平衡系数及离子平衡系数，根据气液相分子态二氧化硫平衡关系计算葡萄酒中分子态二氧化硫浓度，进而根据液体中分子态二氧化硫与游离态二氧化硫解离平衡关系计算游离态二氧化硫浓度，能够实现快速、无损、智能检测葡萄酒中游离二氧化硫浓度，具有良好的便捷性和实时性，有助于实现直接高效的、准确的葡萄酒质量监测与酿造过程中的品质控制与原料节约。

附图说明

图1是本发明一种实施方式的用于葡萄酒酿造过程中的二氧化硫在线监测方法的流程图；

图2是本发明一种实施方式的用于葡萄酒酿造过程中的二氧化硫在线监测装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1是本发明一种实施方式的用于葡萄酒酿造过程中的二氧化硫在线监测方法的流程图；参照图1，所述方法包括：

S1：获取葡萄酒酿造过程中的当前气相二氧化硫浓度、葡萄酒的当前pH值及当前乙醇浓度。

需要说明的是，可采用气体传感器获取当前气相二氧化硫浓度，同时通过pH值传感器、乙醇传感器分别采用葡萄酒液体的pH值、乙醇浓度。

为便于实现远程监测，本实施方式中，所述当前气相二氧化硫浓度、葡萄酒的当前pH值及当前乙醇浓度可通过无线传感器网络进行获取。

S2：根据所述当前乙醇浓度，通过线性回归函数确定当前气液平衡系数，所述线性回归函数为乙醇浓度与气液平衡系数之间的对应关系。

本实施方式中，所述线性回归函数可为

K＝α₀+α₁×E+ε

其中，K为气液平衡系数，α₀为常数，α₁为相关系数，ε为随机误差项，且ε～N(0,ε²)，E为乙醇浓度。

可理解的是，在步骤S2之前，可通过设置不同乙醇浓度的梯度实验，采用化学分析法检测葡萄酒液体样本建立所述线性回归函数。

S3：根据所述当前气相二氧化硫浓度和气液平衡系数，计算葡萄酒中的当前分子态二氧化硫浓度。

本实施方式中，可根据所述当前气相二氧化硫浓度和气液平衡系数通过下式计算葡萄酒中的当前分子态二氧化硫浓度，

其中，K为气液平衡系数，S_M为分子态二氧化硫浓度，M为二氧化硫分子质量，G为气相二氧化硫浓度。

S4：根据所述当前pH值和当前乙醇浓度，通过多元线性回归函数确定当前离子平衡系数，所述多元线性回归函数为pH值、乙醇浓度和离子平衡系数之间的对应关系。

本实施方式中，所述多元线性回归函数可为

P＝β₀+β₁×E+β₂×PH+ε

其中，P为离子平衡系数，β₀为常数，β₁,β₂为相关系数，ε为随机误差项，且ε～N(0,ε²)，E为乙醇浓度，PH为pH值。

可理解的是，在步骤S4之前，可通过设置不同pH值及乙醇浓度的梯度实验，采用化学分析法检测葡萄酒液体样本建立所述多元线性回归函数。

S5：根据所述当前pH值、当前分子态二氧化硫浓度，和当前离子平衡系数确定当前游离态二氧化硫浓度。

本实施方式中，可根据所述当前pH值、当前分子态二氧化硫浓度和当前离子平衡系数通过下式确定当前游离态二氧化硫浓度，

S_F＝S_M(1+10^(PH-P))

其中，S_M为分子态二氧化硫浓度，PH为pH值，P为离子平衡系数，S_F为游离态二氧化硫浓度。

S6：获取预设时间段内计算的游离态二氧化硫浓度与测定值之间的相对误差，在所述相对误差大于预设误差时，通过设置不同pH值及乙醇浓度的梯度试验，采用化学分析方法检测葡萄酒液体样本校正所述线性回归函数和/或多元线性回归函数；

可理解的是，为保证所述线性回归函数和/或多元线性回归函数计算的准确率，本实施方式中，可获取预设时间段内计算的游离态二氧化硫浓度与测定值之间的相对误差，在所述相对误差大于预设误差时，说明计算的游离态二氧化硫浓度的准确度不符合要求，可通过设置不同pH值及乙醇浓度的梯度试验，采用化学分析方法检测葡萄酒液体样本校正所述线性回归函数和/或多元线性回归函数；

当然，在所述相对误差不大于预设误差时，说明计算的游离态二氧化硫浓度的准确度符合要求，无需校正所述线性回归函数和/或多元线性回归函数。

在具体实现中，可通过下式计算相对误差δ

其中，n为预设时间段内计算游离态二氧化硫浓度的次数，为通过化学分析实验第i次测定的游离态二氧化硫浓度，为第i次计算的游离态二氧化硫浓度。

S7：判断所述当前游离态二氧化硫浓度是否在预设浓度范围内，若否，则进行预警提醒。

可理解的是，所述当前游离态二氧化硫浓度在预设浓度范围内时，说明当前游离态二氧化硫浓度处于正常水平，无需进行预警提醒。

若当前游离态二氧化硫浓度S_F高于所述预设浓度范围的上限值(即食品安全上限值)则葡萄酒质量不安全，有害于人体健康，需要进行预警提醒；若当前游离态二氧化硫浓度S_F低于所述预设浓度范围的下限值(即抑制腐败下限值)则二氧化硫无法有效抗氧化和抑菌，葡萄酒可能腐败，需要进行预警提醒。

本实施方式从葡萄酒酿造过程中的气液相平衡及解离平衡原理着手，充分考虑影响平衡的多方面因素，在获取葡萄酒酿造过程中的数据后，通过线性回归函数计算当前葡萄酒平衡体系的气液平衡系数及离子平衡系数，根据气液相分子态二氧化硫平衡关系计算葡萄酒中分子态二氧化硫浓度，进而根据液体中分子态二氧化硫与游离态二氧化硫解离平衡关系计算游离态二氧化硫浓度，能够实现快速、无损、智能检测葡萄酒中游离二氧化硫浓度，具有良好的便捷性和实时性，有助于实现直接高效的、准确的葡萄酒质量监测与酿造过程中的品质控制与原料节约。

对于方法实施方式，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施方式并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施方式，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施方式均属于优选实施方式，所涉及的动作并不一定是本发明实施方式所必须的。

图2是本发明一种实施方式的用于葡萄酒酿造过程中的二氧化硫在线监测装置的结构框图；参照图2，所述装置包括：

参数获取单元201，用于获取葡萄酒酿造过程中的当前气相二氧化硫浓度、葡萄酒的当前pH值及当前乙醇浓度；

第一系数确定单元202，用于根据所述当前乙醇浓度，通过线性回归函数确定当前气液平衡系数，所述线性回归函数为乙醇浓度与气液平衡系数之间的对应关系；

分子浓度计算单元203，用于根据所述当前气相二氧化硫浓度和气液平衡系数，计算葡萄酒中的当前分子态二氧化硫浓度；

第二系数确定单元204，用于根据所述当前pH值和当前乙醇浓度，通过多元线性回归函数确定当前离子平衡系数，所述多元线性回归函数为pH值、乙醇浓度和离子平衡系数之间的对应关系；

离子浓度计算单元205，用于根据所述当前pH值、当前分子态二氧化硫浓度，和当前离子平衡系数确定当前游离态二氧化硫浓度。

对于装置实施方式而言，由于其与方法实施方式基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施方式的部分说明即可。

应当注意的是，在本发明的装置的各个部件中，根据其要实现的功能而对其中的部件进行了逻辑划分，但是，本发明不受限于此，可以根据需要对各个部件进行重新划分或者组合。

本发明的各个部件实施方式可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本装置中，PC通过实现因特网对设备或者装置远程控制，精准的控制设备或者装置每个操作的步骤。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，并且程序产生的文件或文档具有可统计性，产生数据报告和cpk报告等，能对功放进行批量测试并统计。应该注意的是上述实施方式对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施方式。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种用于葡萄酒酿造过程中的二氧化硫在线监测方法，其特征在于，所述方法包括：

S1：获取葡萄酒酿造过程中的当前气相二氧化硫浓度、葡萄酒的当前pH值及当前乙醇浓度；

S2：根据所述当前乙醇浓度，通过线性回归函数确定当前气液平衡系数，所述线性回归函数为乙醇浓度与气液平衡系数之间的对应关系；

S3：根据所述当前气相二氧化硫浓度和气液平衡系数，计算葡萄酒中的当前分子态二氧化硫浓度；

S4：根据所述当前pH值和当前乙醇浓度，通过多元线性回归函数确定当前离子平衡系数，所述多元线性回归函数为pH值、乙醇浓度和离子平衡系数之间的对应关系；

S5：根据所述当前pH值、当前分子态二氧化硫浓度，和当前离子平衡系数确定当前游离态二氧化硫浓度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述线性回归函数为

K＝α₀+α₁×E+ε

其中，K为气液平衡系数，α₀为常数，α₁为相关系数，ε为随机误差项，E为乙醇浓度。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，根据所述当前气相二氧化硫浓度和气液平衡系数，通过下式计算葡萄酒中的当前分子态二氧化硫浓度，

其中，K为气液平衡系数，S_M为分子态二氧化硫浓度，M为二氧化硫分子质量，G为气相二氧化硫浓度。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，所述多元线性回归函数为

P＝β₀+β₁×E+β₂×PH+ε

其中，P为离子平衡系数，β₀为常数，β₁,β₂为相关系数，ε为随机误差项，E为乙醇浓度，PH为pH值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，根据所述当前pH值、当前分子态二氧化硫浓度，和当前离子平衡系数通过下式确定当前游离态二氧化硫浓度，

S_F＝S_M(1+10^(PH-P))

其中，S_M为分子态二氧化硫浓度，PH为pH值，P为离子平衡系数，S_F为游离态二氧化硫浓度。

6.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤S6：

获取预设时间段内计算的游离态二氧化硫浓度与测定值之间的相对误差，在所述相对误差大于预设误差时，通过设置不同pH值及乙醇浓度的梯度试验，采用化学分析方法检测葡萄酒液体样本校正所述线性回归函数和/或多元线性回归函数。

7.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前乙醇浓度，通过线性回归函数确定当前气液平衡系数之前，所述方法还包括：

通过设置不同乙醇浓度的梯度实验，采用化学分析法检测葡萄酒液体样本建立所述线性回归函数。

8.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前pH值和当前乙醇浓度，通过多元线性回归函数确定当前离子平衡系数之前，所述方法还包括：

通过设置不同pH值及乙醇浓度的梯度实验，采用化学分析法检测葡萄酒液体样本建立所述多元线性回归函数。

9.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

判断所述当前游离态二氧化硫浓度是否在预设浓度范围内，若否，则进行预警提醒。

10.一种用于葡萄酒酿造过程中的二氧化硫在线监测装置，其特征在于，所述装置包括：

参数获取单元，用于获取葡萄酒酿造过程中的当前气相二氧化硫浓度、葡萄酒的当前pH值及当前乙醇浓度；

第一系数确定单元，用于根据所述当前乙醇浓度，通过线性回归函数确定当前气液平衡系数，所述线性回归函数为乙醇浓度与气液平衡系数之间的对应关系；

分子浓度计算单元，用于根据所述当前气相二氧化硫浓度和气液平衡系数，计算葡萄酒中的当前分子态二氧化硫浓度；

第二系数确定单元，用于根据所述当前pH值和当前乙醇浓度，通过多元线性回归函数确定当前离子平衡系数，所述多元线性回归函数为pH值、乙醇浓度和离子平衡系数之间的对应关系；

离子浓度计算单元，用于根据所述当前pH值、当前分子态二氧化硫浓度，和当前离子平衡系数确定当前游离态二氧化硫浓度。