本發(fā)明涉及食品生產(chǎn)，尤其涉及面包品質(zhì)智能預(yù)測(cè)與評(píng)估系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著食品工業(yè)的快速發(fā)展，面包作為一種日常消費(fèi)品，其品質(zhì)要求日益提高，傳統(tǒng)面包制作過(guò)程中，面包品質(zhì)的穩(wěn)定性主要依賴于手工經(jīng)驗(yàn)和操作，難以在大規(guī)模生產(chǎn)中保持一致性，特別是在面包的發(fā)酵和烘焙過(guò)程中，發(fā)酵氣體的生成速率、烘焙溫度、時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)面包的膨脹、色澤和紋理有著決定性影響，如何通過(guò)智能化手段實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制這些關(guān)鍵參數(shù)，確保面包在不同生產(chǎn)條件下的品質(zhì)一致性，是當(dāng)前面包生產(chǎn)技術(shù)面臨的重要挑戰(zhàn)之一。

2、現(xiàn)有的面包生產(chǎn)工藝在很大程度上依賴于操作人員的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)原材料特性、發(fā)酵氣體生成速率、烘焙時(shí)間和溫度等關(guān)鍵參數(shù)的控制缺乏精確性和實(shí)時(shí)調(diào)整能力，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量易出現(xiàn)波動(dòng)，此外，現(xiàn)有系統(tǒng)多為獨(dú)立的監(jiān)測(cè)設(shè)備，各個(gè)環(huán)節(jié)之間缺乏聯(lián)動(dòng)機(jī)制，導(dǎo)致在發(fā)酵、烘焙以及品質(zhì)評(píng)估上存在脫節(jié)，無(wú)法動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)并同步優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，特別是對(duì)于表面色澤、紋理等重要的外觀特征，缺乏智能化監(jiān)測(cè)手段，導(dǎo)致烘焙效果不理想，產(chǎn)品的一致性和自動(dòng)化水平較低，生產(chǎn)效率和質(zhì)量保障均有待提升。

3、本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，提供一種面包品質(zhì)智能預(yù)測(cè)與評(píng)估系統(tǒng)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，為面包生產(chǎn)過(guò)程提供全方位、智能化的控制方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了面包品質(zhì)智能預(yù)測(cè)與評(píng)估系統(tǒng)。

2、面包品質(zhì)智能預(yù)測(cè)與評(píng)估系統(tǒng)，包括原料監(jiān)測(cè)模塊、發(fā)酵氣體生成速率控制模塊、表面色澤與紋理預(yù)測(cè)優(yōu)化模塊以及品質(zhì)預(yù)測(cè)與評(píng)估模塊，其中；

3、所述原料監(jiān)測(cè)模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)面包制作過(guò)程中原材料的特性數(shù)據(jù)，包括面粉的蛋白質(zhì)含量、水的純度、酵母的活性以及輔料的配比；

4、所述發(fā)酵氣體生成速率控制模塊在面團(tuán)發(fā)酵過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)面團(tuán)內(nèi)部二氧化碳的生成速率，并通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)發(fā)酵環(huán)境和發(fā)酵時(shí)間，控制發(fā)酵氣體的生成速率；

5、所述表面色澤與紋理預(yù)測(cè)優(yōu)化模塊在面包烘焙過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)面包表面的色澤和紋理變化，預(yù)測(cè)面包的最佳烘焙時(shí)間和溫度，動(dòng)態(tài)調(diào)整烤箱的烘焙參數(shù)，包括加熱溫度和烘焙時(shí)間，具體包括：

6、表面色澤監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)面包在烘焙過(guò)程中的表面色澤變化，并將監(jiān)測(cè)到的實(shí)際色澤數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的理想色澤標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，分析面包的當(dāng)前烘焙進(jìn)度是否達(dá)到最佳色澤；

7、表面紋理分析：實(shí)時(shí)分析面包表面的紋理特征，包括面包表面的光滑度、氣泡分布、裂紋，并與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)紋理數(shù)據(jù)對(duì)比，分析當(dāng)前面包表面的紋理是否符合理想狀態(tài)；

8、烘焙參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整：基于表面色澤以及表面紋理的分析結(jié)果，自動(dòng)優(yōu)化烤箱的烘焙參數(shù)，包括加熱溫度和烘焙時(shí)間；

9、所述品質(zhì)預(yù)測(cè)與評(píng)估模塊基于監(jiān)測(cè)的原材料特性數(shù)據(jù)、控制后的發(fā)酵氣體生成速率和調(diào)整后的烤箱烘焙參數(shù)，預(yù)測(cè)面包的最終品質(zhì)并生成評(píng)分。

10、可選的，所述原料監(jiān)測(cè)模塊包括：

11、蛋白質(zhì)含量檢測(cè)：通過(guò)近紅外光譜分析儀（nir），對(duì)面粉中的蛋白質(zhì)含量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過(guò)吸收光譜的變化來(lái)判斷面粉中蛋白質(zhì)的濃度；

12、水的純度檢測(cè)：通過(guò)電導(dǎo)率傳感器對(duì)用于面團(tuán)制作的水的純度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，檢測(cè)水中的電導(dǎo)率變化，判斷水中礦物質(zhì)和雜質(zhì)的含量，并生成純度數(shù)據(jù)；

13、酵母活性檢測(cè)：通過(guò)氣體分析儀實(shí)時(shí)檢測(cè)發(fā)酵過(guò)程中酵母產(chǎn)生的二氧化碳速率，從而判斷酵母的活性水平；

14、輔料配比監(jiān)測(cè)：通過(guò)配料稱量設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控輔料（糖、鹽、油）的配比，并自動(dòng)記錄每種輔料的投放重量。

15、可選的，所述發(fā)酵氣體生成速率控制模塊包括：

16、二氧化碳生成速率監(jiān)測(cè)：通過(guò)集成氣體傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)面團(tuán)內(nèi)部二氧化碳的生成速率，捕捉發(fā)酵過(guò)程中二氧化碳的濃度變化，并記錄氣體生成的速率數(shù)據(jù)；

17、發(fā)酵環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)：通過(guò)溫度傳感器以及濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)酵過(guò)程中面團(tuán)所在環(huán)境的溫度和濕度；

18、動(dòng)態(tài)參數(shù)調(diào)節(jié)：基于監(jiān)測(cè)到的二氧化碳生成速率以及實(shí)時(shí)發(fā)酵環(huán)境參數(shù)，調(diào)整發(fā)酵環(huán)境參數(shù)和發(fā)酵時(shí)間，動(dòng)態(tài)控制發(fā)酵過(guò)程中的氣體生成速率。

19、可選的，所述二氧化碳生成速率監(jiān)測(cè)包括：

20、氣體傳感器嵌入：將氣體傳感器嵌入到發(fā)酵容器中，面團(tuán)置于發(fā)酵容器中；

21、二氧化碳濃度捕捉：氣體傳感器持續(xù)監(jiān)測(cè)發(fā)酵過(guò)程中二氧化碳的濃度變化，通過(guò)對(duì)二氧化碳的吸收和釋放反應(yīng)，識(shí)別生成的氣體量和發(fā)酵進(jìn)展；

22、生成速率數(shù)據(jù)記錄：根據(jù)氣體傳感器捕捉到的二氧化碳濃度變化，自動(dòng)計(jì)算二氧化碳生成速率，并將記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

23、可選的，所述動(dòng)態(tài)參數(shù)調(diào)節(jié)包括：

24、計(jì)算與目標(biāo)值的偏差：將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的二氧化碳生成速率與預(yù)設(shè)的目標(biāo)速率進(jìn)行比較，計(jì)算偏差；

25、調(diào)整溫度參數(shù)：根據(jù)二氧化碳生成速率的偏差，動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)酵環(huán)境中的溫度；

26、調(diào)整濕度參數(shù)：根據(jù)監(jiān)測(cè)到的二氧化碳生成速率的偏差，自動(dòng)調(diào)整發(fā)酵環(huán)境的濕度，確保濕度在理想范圍內(nèi)；

27、發(fā)酵時(shí)間調(diào)節(jié)：根據(jù)二氧化碳生成速率的變化趨勢(shì)，自動(dòng)調(diào)整發(fā)酵時(shí)間。

28、可選的，所述表面色澤監(jiān)測(cè)包括：

29、多光譜成像數(shù)據(jù)采集：通過(guò)集成的多光譜攝像頭，實(shí)時(shí)捕捉面包表面在不同光譜下的光反射數(shù)據(jù)，獲取面包在烘焙過(guò)程中不同波長(zhǎng)下的表面顏色變化信息；

30、顏色數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與提?。和ㄟ^(guò)xyz顏色空間將多光譜成像獲取的光反射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為顏色空間中的明度、紅綠軸和藍(lán)黃軸的值，用于分析面包的表面顏色；

31、色差計(jì)算：通過(guò)色差分析算法，將監(jiān)測(cè)到的實(shí)際色澤數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的理想色澤標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算色差；

32、烘焙進(jìn)度分析：根據(jù)計(jì)算出的色差，與設(shè)定的色差閾值進(jìn)行對(duì)比，若色差小于色差閾值，表明面包表面已達(dá)到理想色澤。

33、可選的，所述表面紋理分析包括：

34、圖像數(shù)據(jù)采集：通過(guò)攝像頭實(shí)時(shí)采集面包表面的圖像數(shù)據(jù)；

35、紋理特征提取：使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（cnn）模型提取圖像數(shù)據(jù)中的紋理特征，包括面包表面的光滑度、氣泡和裂紋；

36、與標(biāo)準(zhǔn)紋理數(shù)據(jù)對(duì)比：將提取的實(shí)際紋理特征數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)紋理數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算偏差，分析當(dāng)前面包表面的紋理狀態(tài)是否符合理想狀態(tài)；

37、進(jìn)度分析：根據(jù)偏差判斷面包的烘焙進(jìn)度是否達(dá)標(biāo)，若偏差超過(guò)預(yù)設(shè)的紋理閾值，表示面包的烘焙進(jìn)度未達(dá)標(biāo)。

38、可選的，所述卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（cnn）模型包括：

39、多尺度卷積層設(shè)計(jì)：采用多尺度卷積層捕捉不同尺度下的紋理特征（如大氣泡、小裂紋等），通過(guò)使用不同大小的卷積核（如和），同時(shí)提取大尺度和小尺度的紋理特征信息；

40、紋理感知池化層：使用紋理感知池化層提取面包表面的紋理信息，根據(jù)局部紋理特征的變化自適應(yīng)地調(diào)整池化窗口；

41、多任務(wù)損失函數(shù)：使用多任務(wù)損失函數(shù)，同時(shí)處理光滑度、氣泡和裂紋的紋理特征，分別計(jì)算每個(gè)特征的損失，并進(jìn)行加權(quán)求和；

42、輸出層：在最終的輸出層，分別輸出光滑度、氣泡和裂紋的特征值。

43、可選的，所述烘焙參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整包括：

44、表面色澤分析：通過(guò)監(jiān)測(cè)面包烘焙過(guò)程中表面色澤變化，計(jì)算色差，判斷當(dāng)前色澤是否達(dá)到最佳色澤；

45、表面紋理分析：通過(guò)實(shí)時(shí)分析面包表面的紋理特征（光滑度、氣泡分布、裂紋），計(jì)算紋理偏差，判斷面包表面的紋理狀態(tài)是否符合理想狀態(tài)；

46、參數(shù)優(yōu)化計(jì)算：基于色澤和紋理分析結(jié)果，使用比例積分微分控制（pid）算法動(dòng)態(tài)調(diào)整烤箱的加熱溫度和烘焙時(shí)間。

47、可選的，所述品質(zhì)預(yù)測(cè)與評(píng)估模塊包括：

48、原材料特性評(píng)分：通過(guò)對(duì)面粉的蛋白質(zhì)含量、水的純度、酵母的活性以及輔料的配比進(jìn)行加權(quán)處理，生成原材料特性評(píng)分；

49、發(fā)酵評(píng)分：基于調(diào)整后的發(fā)酵氣體生成速率，計(jì)算發(fā)酵評(píng)分；

50、烘焙評(píng)分：基于調(diào)整后的烘焙溫度和時(shí)間，計(jì)算烘焙評(píng)分；

51、最終品質(zhì)評(píng)分：綜合發(fā)酵評(píng)分、烘焙評(píng)分和原材料評(píng)分，通過(guò)加權(quán)計(jì)算最終品質(zhì)評(píng)分。

52、本發(fā)明的有益效果：

53、本發(fā)明，通過(guò)智能化的原料監(jiān)測(cè)模塊，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)面包制作過(guò)程中原材料的關(guān)鍵特性數(shù)據(jù)，包括面粉的蛋白質(zhì)含量、水的純度、酵母的活性以及輔料的配比，通過(guò)精確的原料檢測(cè)，系統(tǒng)確保了每一批面包制作原料的質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性，減少了由于原料質(zhì)量波動(dòng)導(dǎo)致的成品差異，從而為發(fā)酵和烘焙過(guò)程提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，這種精確的原料監(jiān)測(cè)不僅有效避免了人為誤差，還提高了整體生產(chǎn)效率。

54、本發(fā)明，通過(guò)發(fā)酵氣體生成速率控制模塊和表面色澤與紋理預(yù)測(cè)優(yōu)化模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)面包發(fā)酵和烘焙過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)調(diào)整，通過(guò)對(duì)發(fā)酵過(guò)程中二氧化碳生成速率、發(fā)酵環(huán)境參數(shù)以及烘焙過(guò)程中的色澤和紋理進(jìn)行精準(zhǔn)控制，系統(tǒng)能夠有效優(yōu)化發(fā)酵和烘焙參數(shù)，確保面包的膨脹效果和外觀質(zhì)量始終處于理想狀態(tài)，發(fā)酵和烘焙參數(shù)的自動(dòng)化調(diào)節(jié)顯著減少了人為干預(yù)，提升了生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化水平和質(zhì)量控制精度。

55、本發(fā)明，通過(guò)品質(zhì)預(yù)測(cè)與評(píng)估模塊結(jié)合了原材料特性、發(fā)酵過(guò)程和烘焙參數(shù)的綜合評(píng)分系統(tǒng)，能夠動(dòng)態(tài)評(píng)估和預(yù)測(cè)面包的最終品質(zhì)，通過(guò)加權(quán)計(jì)算原材料評(píng)分、發(fā)酵評(píng)分和烘焙評(píng)分，系統(tǒng)能夠精確預(yù)測(cè)面包的外觀、質(zhì)地和風(fēng)味等核心品質(zhì)特征，確保了面包生產(chǎn)的穩(wěn)定性和高質(zhì)量輸出，提高了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的精度和智能化水平，使得生產(chǎn)中的各環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)、互為支持，保證了最終產(chǎn)品的一致性和高品質(zhì)。