本發(fā)明所屬領(lǐng)域?yàn)槭称繁ｕr，具體涉及一種代謝物閉環(huán)反饋的大蒜智能儲藏系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
1、大蒜作為全球重要的調(diào)味品和功能性食品，其儲藏過程中易因呼吸作用、酶促反應(yīng)及微生物活動導(dǎo)致發(fā)芽、霉變及營養(yǎng)流失?，F(xiàn)有技術(shù)主要通過低溫(0-5℃)或氣調(diào)(低氧、高二氧化碳)抑制代謝,傳統(tǒng)儲藏技術(shù)依賴固定環(huán)境參數(shù)(如恒定低溫或預(yù)設(shè)氣體比例)，無法根據(jù)大蒜儲藏過程中代謝物的實(shí)時變化(如硫醚類、多酚類濃度波動)動態(tài)調(diào)整環(huán)境參數(shù)。例如，在低溫儲藏中，若大蒜進(jìn)入呼吸躍變期，局部區(qū)域可能因代謝物積累(如乙烯濃度升高)導(dǎo)致發(fā)芽或霉變風(fēng)險驟增，而靜態(tài)調(diào)控系統(tǒng)無法及時識別并干預(yù)?，F(xiàn)有技術(shù)多基于經(jīng)驗(yàn)設(shè)定溫濕度及氣體成分，缺乏對關(guān)鍵代謝通路(如硫醚類降解、多酚類氧化)的精準(zhǔn)調(diào)控。例如，公開號為cn114577840a的中國發(fā)明專利提出一種貯藏溫度對大蒜品質(zhì)影響的分析裝置和方法，用于實(shí)現(xiàn)貯藏溫度對大蒜品質(zhì)影響的研究。分析裝置包括：貯藏單元，貯藏單元包括若干并排設(shè)置的貯藏室，使用時，將大蒜放置在貯藏室內(nèi)；調(diào)溫單元，調(diào)溫單元包括設(shè)置在貯藏單元下方的底座、設(shè)置在貯藏單元后側(cè)的冷氣片、與冷氣片連接且與貯藏室一一對應(yīng)的出氣管、與冷氣片連接的進(jìn)氣管、與進(jìn)氣管連接的冷氣源、設(shè)置在貯藏室內(nèi)的散熱片，底座的內(nèi)腔包括左右設(shè)置的兩個腔體，且兩腔體之間通過連通管連通在一起，在左側(cè)腔體內(nèi)設(shè)有水泵和加熱器，在水泵與最左側(cè)的散熱片之間設(shè)有輸水管，在右側(cè)腔體與最右側(cè)的散熱片之間設(shè)有回水管、并排設(shè)置的散熱片通過串聯(lián)管串接在一起。然而，該專利提出的溫度分析方法僅通過歷史數(shù)據(jù)設(shè)定儲藏溫度，未結(jié)合實(shí)時代謝物數(shù)據(jù)反饋，導(dǎo)致調(diào)控滯后或過度，造成能源浪費(fèi)(如長期低溫運(yùn)行)或品質(zhì)損失(如維生素c氧化)，持續(xù)低溫儲藏能耗高昂，且難以適應(yīng)大規(guī)模倉儲需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于，提供一種代謝物閉環(huán)反饋的大蒜智能儲藏系統(tǒng)及方法。本發(fā)明通過實(shí)時監(jiān)測大蒜儲藏過程中的關(guān)鍵代謝物濃度變化，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法動態(tài)調(diào)控環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)儲藏環(huán)境的動態(tài)優(yōu)化，從而延長大蒜貨架期、降低運(yùn)行能耗。
2、本發(fā)明的技術(shù)方案：一種代謝物閉環(huán)反饋的大蒜智能儲藏系統(tǒng)，包括代謝物檢測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、動態(tài)調(diào)控模塊和反饋控制單元；所述代謝物檢測模塊用于實(shí)時采集大蒜儲藏環(huán)境中的硫醚類、多酚類及脂肪酸類代謝物的濃度；所述數(shù)據(jù)處理模塊集成機(jī)器學(xué)習(xí)算法，用于接收代謝物檢測模塊采集的代謝物的濃度并生成環(huán)境參數(shù)的調(diào)控指令；所述動態(tài)調(diào)控模塊包括溫濕度協(xié)同單元、氣體循環(huán)單元和光照控制單元，動態(tài)調(diào)控模塊用于根據(jù)所述調(diào)控指令調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)中的溫度、濕度、氧氣濃度和二氧化碳濃度；所述反饋控制單元連接所述代謝物檢測模塊和動態(tài)調(diào)控模塊，用于根據(jù)閉環(huán)控制算法優(yōu)化環(huán)境參數(shù)。
3、前述的代謝物閉環(huán)反饋的大蒜智能儲藏系統(tǒng)及方法中，所述代謝物檢測模塊包括近紅外光譜傳感器和電子鼻，所述近紅外光譜傳感器每30分鐘對二烯丙基二硫、槲皮素及硬脂酸進(jìn)行檢測；所述電子鼻每2小時采集一次乙烯濃度、硫化氫濃度和二氧化碳濃度。
4、前述的代謝物閉環(huán)反饋的大蒜智能儲藏系統(tǒng)及方法中，所述機(jī)器學(xué)習(xí)算法包括長短期記憶網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)遞歸特征消除模型，用于預(yù)測代謝物變化趨勢及霉變率；所述機(jī)器學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括大蒜的代謝物濃度、發(fā)芽率、霉變率以及環(huán)境參數(shù)與代謝物濃度的時序關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，輸出為最優(yōu)環(huán)境參數(shù)的調(diào)控指令。
5、前述的代謝物閉環(huán)反饋的大蒜智能儲藏系統(tǒng)及方法中，所述溫濕度協(xié)同單元用于執(zhí)行分段溫度控制：初始階段0至2℃、中期階段-1至1℃、后期階段2至4℃，濕度控制范圍為70-80％；所述氣體循環(huán)單元用于調(diào)節(jié)氧氣濃度和二氧化碳濃度并配置活性炭與沸石按質(zhì)量比1:2混合的復(fù)合濾芯以吸附乙烯；所述光照控制單元采用波長620至680nm的紅光led進(jìn)行間歇照射，每日2至4小時，光照強(qiáng)度為50-100μmol·m-2·s-1。
6、前述的代謝物閉環(huán)反饋的大蒜智能儲藏系統(tǒng)的儲藏方法，具體包括以下步驟：
7、步驟1：將大蒜儲藏在大蒜智能儲藏系統(tǒng)中并通過動態(tài)調(diào)控模塊初始化環(huán)境參數(shù)；
8、步驟2：設(shè)置預(yù)設(shè)安全區(qū)間，通過代謝物檢測模塊實(shí)時監(jiān)測硫醚類、多酚類及脂肪酸類代謝物濃度，若代謝物濃度超出預(yù)設(shè)安全區(qū)間，判斷為高發(fā)芽風(fēng)險，觸發(fā)溫濕度協(xié)同單元進(jìn)行降溫；
9、步驟3：數(shù)據(jù)處理模塊對霉變率進(jìn)行預(yù)測，若霉變率預(yù)測值高于預(yù)設(shè)安全區(qū)間，啟動氣體循環(huán)單元調(diào)節(jié)二氧化碳濃度，并通過光照控制單元激活紅光照射；
10、步驟4：基于反饋控制單元的閉環(huán)控制算法持續(xù)優(yōu)化環(huán)境參數(shù)至硫醚類、多酚類和脂肪酸類代謝物濃度以及霉變率穩(wěn)定于預(yù)設(shè)安全區(qū)間。
11、前述的代謝物閉環(huán)反饋的大蒜智能儲藏方法中，步驟1中，所述初始化環(huán)境參數(shù)為溫度0℃、濕度75％、氧氣濃度5％和二氧化碳濃度8％。
12、前述的代謝物閉環(huán)反饋的大蒜智能儲藏方法中，步驟2中，預(yù)設(shè)安全區(qū)間包括硫醚類代謝物濃度下降＜20％、多酚類代謝物濃度上升＜20％、脂肪酸類代謝物≤50ppm以及游離氨基酸波動率＜15％；所述溫濕度協(xié)同單元降溫到-1至1℃。
13、前述的代謝物閉環(huán)反饋的大蒜智能儲藏方法中，步驟3中，所述數(shù)據(jù)處理模塊對霉變率進(jìn)行預(yù)測的公式為：
14、pm＝γ·c硫化氫+c乙烯；
15、其中，pm為霉變率預(yù)測值，γ是權(quán)重系數(shù)，c硫化氫是實(shí)時檢測的硫化氫濃度，c乙烯是實(shí)時檢測的乙烯濃度；
16、所述氣體循環(huán)單元調(diào)節(jié)二氧化碳濃度到10至12％。
17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
18、本發(fā)明集成溫度、濕度、氣體成分及光照參數(shù)的多維度聯(lián)動調(diào)節(jié)，避免單一參數(shù)調(diào)控導(dǎo)致的失衡，實(shí)現(xiàn)儲藏環(huán)境的全局優(yōu)化。本發(fā)明通過實(shí)時檢測硫醚類、多酚類及脂肪酸類代謝物濃度，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，動態(tài)觸發(fā)溫濕度調(diào)節(jié)、co2濃度提升及紅光照射，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明可將發(fā)芽率從傳統(tǒng)方法的15％降至3％以下，霉變率從5％降至<1％，維生素c保留率高達(dá)92％。本發(fā)明采用分段溫控策略及間歇性光照，結(jié)合氣體循環(huán)單元，系統(tǒng)能耗較傳統(tǒng)冷庫降低25％，運(yùn)行成本減少30％。本發(fā)明通過閉環(huán)調(diào)控代謝物濃度穩(wěn)定于安全區(qū)間，鮮蒜貨架期從傳統(tǒng)6個月延長至12個月，黑蒜保質(zhì)期達(dá)18個月，有效減少因品質(zhì)劣變導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失。
1.一種代謝物閉環(huán)反饋的大蒜智能儲藏系統(tǒng)，其特征在于：包括代謝物檢測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、動態(tài)調(diào)控模塊和反饋控制單元；所述代謝物檢測模塊用于實(shí)時采集大蒜儲藏環(huán)境中的硫醚類、多酚類及脂肪酸類代謝物的濃度；所述數(shù)據(jù)處理模塊集成機(jī)器學(xué)習(xí)算法，用于接收代謝物檢測模塊采集的代謝物的濃度并生成環(huán)境參數(shù)的調(diào)控指令；所述動態(tài)調(diào)控模塊包括溫濕度協(xié)同單元、氣體循環(huán)單元和光照控制單元，動態(tài)調(diào)控模塊用于根據(jù)所述調(diào)控指令調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)中的溫度、濕度、氧氣濃度和二氧化碳濃度；所述反饋控制單元連接所述代謝物檢測模塊和動態(tài)調(diào)控模塊，用于根據(jù)閉環(huán)控制算法優(yōu)化環(huán)境參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的代謝物閉環(huán)反饋的大蒜智能儲藏系統(tǒng)，其特征在于：所述代謝物檢測模塊包括近紅外光譜傳感器和電子鼻，所述近紅外光譜傳感器每30分鐘對二烯丙基二硫、槲皮素及硬脂酸進(jìn)行檢測；所述電子鼻每2小時采集一次乙烯濃度、硫化氫濃度和二氧化碳濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的代謝物閉環(huán)反饋的大蒜智能儲藏系統(tǒng)，其特征在于：所述機(jī)器學(xué)習(xí)算法包括長短期記憶網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)遞歸特征消除模型，用于預(yù)測代謝物變化趨勢及霉變率；所述機(jī)器學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括大蒜的代謝物濃度、發(fā)芽率、霉變率以及環(huán)境參數(shù)與代謝物濃度的時序關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，輸出為最優(yōu)環(huán)境參數(shù)的調(diào)控指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的代謝物閉環(huán)反饋的大蒜智能儲藏系統(tǒng)，其特征在于：所述溫濕度協(xié)同單元用于執(zhí)行分段溫度控制：初始階段0至2℃、中期階段-1至1℃、后期階段2至4℃，濕度控制范圍為70-80％；所述氣體循環(huán)單元用于調(diào)節(jié)氧氣濃度和二氧化碳濃度并配置活性炭與沸石按質(zhì)量比1:2混合的復(fù)合濾芯以吸附乙烯；所述光照控制單元采用波長620至680nm的紅光led進(jìn)行間歇照射，每日2至4小時，光照強(qiáng)度為50-100μmol·m-2·s-1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的代謝物閉環(huán)反饋的大蒜智能儲藏系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的代謝物閉環(huán)反饋的大蒜智能儲藏方法，其特征在于：步驟1中，所述初始化環(huán)境參數(shù)為溫度0℃、濕度75％、氧氣濃度5％和二氧化碳濃度8％。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的代謝物閉環(huán)反饋的大蒜智能儲藏方法，其特征在于：步驟2中，預(yù)設(shè)安全區(qū)間包括硫醚類代謝物濃度下降＜20％、多酚類代謝物濃度上升＜20％、脂肪酸類代謝物≤50ppm以及游離氨基酸波動率＜15％；所述溫濕度協(xié)同單元降溫到-1至1℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的代謝物閉環(huán)反饋的大蒜智能儲藏方法，其特征在于：步驟3中，所述數(shù)據(jù)處理模塊對霉變率進(jìn)行預(yù)測的公式為：