TWI815723B - 發酵槽裝置的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本發明為一種發酵槽裝置的控制方法，於一發酵槽裝置實施，該發酵槽裝置內部用以盛裝一待發酵物，且包含一感測單元、一監控單元、一通氣單元及一驅動單元。該監控單元可持續透過該感測單元量測該待發酵物的一數值，並計算該數值在一單位時間內的斜率變化。當該監控單元判斷單位時間內的斜率變化滿足一連續下降條件，改變該待發酵物之狀態，例如：控制該通氣單元或該驅動單元啟動，該發酵槽裝置因此可隨著該待發酵物的狀態而動作，令該待發酵物能以類似自然發酵的方式完成發酵製程，發酵製程因此具有穩定性及可控性。
Description
本發明關於一種控制方法，特別是用於發酵槽裝置的控制方法。
隨著農業的進步，部分農產品可透過一多階段加工製程而製作出具有獨特風味的一產品，舉例而言，可可果經過該多階段加工製程以產出一般常見的巧克力，其中，該多階段加工製程中的一發酵階段係決定巧克力香氣及風味的關鍵製程。該發酵階段依序可分為一厭氧期及一好氧期，在該厭氧期中，通常將可可果密封存放於一容器1~2天，進入該好氧期後，經過一靜置時間需將可可果進行翻攪，讓可可果有足夠的氧氣進行發酵。傳統的方式係透過一發酵師的個人經驗判斷該靜置時間的長短，再以人力翻攪該容器中的可可果進行發酵，以此方式反覆進行多次，才可完成該好氧期的發酵，因主要依賴該發酵師的人為主觀判斷，令該發酵階段不易掌握，且以人力翻攪可可果存有人為汙染的可能。
為了解決上述的缺點，已有廠商開發出一發酵槽裝置，該發酵槽裝置內部可盛裝一待發酵物以進行發酵，且具有參數監測的功能，舉例而言，該發酵槽裝置的設定溫度值為35(°C)，故當偵測到該待發酵物的溫度值達35(°C)即進行翻攪，讓該待發酵物降溫並有足夠的氧氣再發酵，因該待發酵物的發酵程度已改變，若下一次較適當的翻攪時機為37(°C)，該發酵槽裝置卻只能在該待發酵物的溫度值再次達到35(°C)就提早翻攪，而非在較適當的翻攪時機的37(°C)進行翻攪，該待發酵物將可能發酵不完全。因此，僅以該設定溫度值作為翻攪時機的判斷，恐無法滿足每次需要翻攪時的適當溫度，導致該待發酵物存有總發酵時間拉長、香氣及風味不如預期等問題，誠有其需加以改進之處。
有鑑於現有的發酵槽裝置僅透過一設定溫度值作為整個發酵過程的翻攪判斷，無法在適當時機改變該待發酵物的狀態。本發明提出一種發酵槽裝置的控制方法，於一發酵槽裝置實施，該發酵槽裝置內部用以盛裝一待發酵物，且包含一感測單元、一監控單元、一通氣單元及驅動單元，該監控單元電連接該感測單元、該通氣單元及該驅動單元、該方法包含：
(a)由該監控單元持續接收該感測單元的一第一感測值及一第二感測值；
(b)由該監控單元計算該第一感測值的一第一斜率；
(c)由該監控單元判斷該第一斜率是否滿足一第一連續下降條件；
(d)當該監控單元判斷該第一斜率滿足該第一連續下降條件，對應於該待發酵物從一厭氧發酵狀態進入一好氧發酵狀態，控制該通氣單元對該待發酵物進行通氣；
(e)由該監控單元計算該第二感測值的一第二斜率；
(f)由該監控單元判斷該第二斜率是否滿足一第二連續下降條件；
(g)當該監控單元判斷該第二斜率滿足該第二連續下降條件，控制該驅動單元啟動，以改變該待發酵物之狀態。
本發明發酵槽裝置的控制方法，針對不同的待發酵物，該監控單元可持續透過該感測單元量測該待發酵物的一數值，並計算該數值在一單位時間內的斜率變化。當單位時間內的斜率變化滿足一連續下降條件，改變該待發酵物之狀態，例如：該監控單元控制該通氣單元對該待發酵物通氣、控制該驅動單元啟動等。該發酵槽裝置因此可隨著該待發酵物的狀態而動作，而非僅以先前技術所述單一設定值(即：該設定溫度值)作為判斷是否動作的依據，令該待發酵物能以類似自然發酵的方式完成發酵製程，發酵製程因而具有穩定性及可控性。
為能詳細瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照發明內容來實現，茲進一步以如圖式所示的實施例，詳細說明如後：
本發明為一種發酵槽裝置的控制方法，於一發酵槽裝置上實施，該發酵槽裝置具有一控制系統且內部具有一容置空間，該容置空間用以盛裝一待發酵物，例如：該待發酵物為一可可果，且該可可果通常以堆積的方式被盛裝於該容置空間中而形成一可可果堆。
請參閱圖1，該控制系統包含一監控單元10、一感測單元20、一通氣單元30及一驅動單元40，該監控單元10電連接該感測單元20、該通氣單元30及該驅動單元40，並作為該控制系統的一資訊管理核心，以監控該控制系統的運作，舉例而言，該監控單元10可為一可程式化邏輯控制器(PLC)。
該監控單元10可包含一參數設定介面11及一資料庫12，該參數設定介面11可為一人機介面(Human Machine Interface, HMI)，且設置在該發酵槽裝置的外部，供使用者監看該待發酵物的相關數據(比如：溫度、酸鹼度等)，及設定該控制系統的工作參數，例如：該人機介面具有一啟動鈕及一中止鈕，當該啟動鈕被觸碰，該發酵槽裝置開始發酵製程，當該中止鈕被觸碰，停止發酵製程；該資料庫12用以儲存系統相關感測數據、控制參數、系統狀態等。
此外，該監控單元10可連接至一行動裝置13，該行動裝置13可以是手機、平板電腦、筆電等，使用者可透過該行動裝置13監看該控制系統的運作，比如如上所述，當該啟動鈕被觸碰，該監控單元10傳送一訊息至該行動裝置13，使用者可透過該訊息得知該發酵槽裝置已開始發酵製程。
該感測單元20設置在該容置空間中，用來感測該待發酵物的相關數據，以產生至少一感測值資訊且傳送該感測值資訊給該監控單元10；舉例而言，該待發酵物為該可可果，因為該可可果發酵過程中，主要需要偵測其酸鹼度及溫度，該感測單元20可包含一酸鹼度感測器21及一溫度感測器22，該酸鹼度感測器21及該溫度感測器22設置在該容置空間中，較佳的，分別設置於該可可果堆中而直接接觸該可可果堆，分別用來感測該可可果堆的內部酸鹼值及溫度值，以分別產生一酸鹼值及一溫度值的感測值資訊。
該通氣單元30根據該監控單元10的控制而開啟或關閉，舉例而言，該通氣單元30為一進氣閥，當該監控單元10控制該進氣閥開啟時，氣體透過該進氣閥排入該容置空間中，令該待發酵物有足夠的氧氣可以進行發酵。該驅動單元40根據該監控單元10的控制而啟動或停止，舉例而言，該驅動單元40為一電動馬達，該電動馬達的一樞軸連接一攪拌器，該攪拌器設置於該容置空間中，當該電動馬達被啟動時，能帶動該攪拌器翻攪該待發酵物。
為能具體了解本發明發酵槽裝置的控制方法，以下以該待發酵物為該可可果為例，說明該可可果的一自然發酵週期，請參閱圖2中的可可果發酵過程的一酸鹼值曲線及一溫度曲線，該自然發酵週期可分為一厭氧期T1及一好氧期T2，首先，將該可可果密封存放於該容置空間中，通常而言，該厭氧期T1的長度約為2天，期間該可可果利用環境中的一酵母菌將其表面果肉進行分解，以釋出糖分並轉化為一乙醇，初期因為該可可果含有一檸檬酸，該可可果的酸鹼值約在pH3.8，隨著該酵母菌的反應，使得該檸檬酸逐漸減少，該可可果的酸鹼值上升至約pH4.2，接著一醋酸菌開始把乙醇轉化成一醋酸，該可可果的酸鹼值開始緩慢下降，該可可果進入該好氧期T2。
該醋酸菌及一乳酸菌在該好氧期T2大量形成，將氧氣通入該容置空間，讓於該厭氧期T1中生成的該乙醇被不斷轉化為該醋酸，該可可果的溫度值因而上升至約36(°C)，此時，該可可果堆中的該醋酸菌及該乳酸菌將因為缺乏氧氣而停止反應，需對該可可果堆進行翻攪，讓該可可堆中的該醋酸菌及該乳酸菌有足夠的氧氣繼續反應，該可可果堆將因此而降溫，停止翻攪後隨著該乙醇被不斷轉化為該醋酸，該可可果堆的溫度值因而再次上升至約40(°C)，以此方式反覆數次，以完成該好氧期T2的發酵，而該好氧期T2的發酵通常維持3-5天。
請參閱圖3，本發明發酵槽裝置的控制方法，於該發酵槽裝置實施，讓該待發酵物完成上述的發酵過程，該控制方法主要包含有步驟S10~S70，當該發酵槽裝置的發酵製程被啟動，執行該控制方法，該控制方法各步驟的詳細說明如下。
S10：由該監控單元10持續接收該感測單元20的一第一感測值及一第二感測值，具體而言，該監控單元10可設定一監測時間，每經過該監測時間，該感測單元20傳送該第一感測值及該第二感測值，其中，該監測時間係可根據不同的發酵條件而透過該參數設定介面11進行設定，例如：不同的該待發酵物、不同的環境溫度等，而該監測時間可設定的長度可為30秒~10分鐘。該第一感測值及該第二感測值可分別儲存為一第一感測資料及一第二感測資料在該資料庫12中，供使用者調閱查看。在本發明的一實施例中，該第一感測值為該酸鹼值，該第二感測值為該溫度值。
S20：由該監控單元10計算該第一感測值的一第一斜率，對應於該待發酵物處於一厭氧發酵狀態，該第一斜率可透過二接續的該第一感測值計算得知，舉例而言，該監測時間為1分鐘，該第一感測值為一酸鹼值，該酸鹼值在1分鐘內由pH3.7變化至pH3.9，該第一斜率即為0.2(pH/分)。該第一斜率可儲存為一第一斜率資料在該資料庫12中，供使用者調閱查看。
S30：由該監控單元10判斷該第一斜率是否滿足一第一連續下降條件，在本發明的一實施例中，該第一連續下降條件可透過如圖4所示的子步驟S31~S33進行判斷，各子步驟的說明如下。
S31：由該監控單元10持續計算該第一斜率的一第一斜率變化量，具體而言，請參閱圖5中一單位時間t內的該第一感測值(酸鹼值)的曲線變化，該監控單元10計算該單位時間t內所有接續的該第一斜率的該第一斜率變化量，舉例而言，該單位時間t內有5筆該第一感測值s1~s5的資料，該監控單元10根據該第一感測值s1~s5的資料，分別計算出該第一斜率m1~m4的資料，數值分別為4(pH/分)、3.2(pH/分)、 0.8(pH/分)、 0.1(pH/分)，則該單位時間t內的第一斜率變化量即分別為-0.8(pH/分)、-2.4(pH/分)、-0.7(pH/分)。
S32：由該監控單元10統計該第一斜率變化量小於一第一門檻值的次數為一第一數值，其中，該第一數值起始可設定為0。當該第一斜率變化量小於該第一門檻值，該第一數值增加1，舉例而言，該第一門檻值為-0.5，接續前例，各該第一斜率變化量分別為-0.8(pH/分)、-2.4(pH/分)、-0.7(pH/分)，各該第一斜率變化量皆小於該第一門檻值，該第一數值即從0增加為3。
S33：由該監控單元10判斷該第一數值是否大於等於一第一預設值，若是，該第一斜率滿足該第一連續下降條件，比如該第一預設值為3，前例中該第一數值為3(大於等於該預設值)，因此該第一斜率滿足該第一連續下降條件。
S40：當該監控單元10判斷該第一斜率滿足該第一連續下降條件，對應於該待發酵物從該厭氧發酵狀態進入一好氧發酵狀態，控制該通氣單元30對該待發酵物進行通氣；例如對應於該可可果的發酵，即該可可果的酸鹼值開始緩慢下降，該可可果進入該好氧期T2，該可可果需要大量的氧氣供給該醋酸菌及該乳酸菌，讓該醋酸菌及該乳酸菌進行發酵反應。在本發明的一實施例中，步驟S40可進一步包含子步驟S41，說明如下。
S41：當該監控單元10判斷該第一斜率滿足該第一連續下降條件，該監控單元10發送一第一訊息至該行動裝置，使用者可透過該第一訊息得知該待發酵物進入該好氧發酵狀態，視該待發酵物的發酵狀態而作出相對應的行動，比如：額外添加菌種，以縮短該好氧發酵狀態的時長，而改變該待發酵物的風味。
S50：由該監控單元10計算該第二感測值的一第二斜率，對應於該待發酵物處於一好氧發酵狀態，該第二斜率的計算方式如步驟S20所述，故不重述，其中，該第二斜率可儲存為一第二斜率資料在該資料庫12中，供使用者調閱查看。本發明實施例中，該第二感測值為溫度值。
S60：由該監控單元10判斷該第二斜率是否滿足一第二連續下降條件，該第二連續下降條件的判斷方式可參考子步驟S31~S33所述，故不再贅述，差別在於，該第二斜率係以一第二門檻值、一第二預設值及一第二數值作為判斷的依據，其中，該第一門檻值可等於該第二門檻值，該第一預設值可等於該第二預設值，或是該監控單元10可分別針對該第一斜率及該第二斜率而設定不同的該第一門檻值、該第二門檻值、該第一預設值及該第二預設值。
S70：當該監控單元10判斷該第二斜率滿足該第二連續下降條件，該監控單元10控制該驅動單元40啟動，以改變該待發酵物之狀態；例如對應於該可可果的發酵，該驅動單元40為前文所提及的該電動馬達，該電動馬達啟動讓該攪拌器對該可可果堆進行翻攪，該可可果堆中的該醋酸菌及該乳酸菌因此有足夠的氧氣繼續反應，該可可果堆也將隨之降溫，停止翻攪後隨著該乙醇被不斷轉化為該醋酸，該可可果堆的溫度值會再次上升，回歸至步驟S50以持續進行該好氧發酵狀態。
S71：當該監控單元10判斷該第二斜率滿足該第二連續下降條件，該監控單元10發送一第二訊息至該行動裝置，提示使用者留意該待發酵物之狀態，視該待發酵物的發酵狀態而作出相對應的行動，比如：自該可可果堆中取出一可可果，剖開該可可果觀察其內部的發酵狀態，如已發酵完全，即可結束整個發酵製程。
綜上所述，本發明發酵槽裝置的控制方法於一發酵槽裝置上實施，該發酵槽裝置的一控制系統可針對不同的待發酵物，持續感測該待發酵物(例如可可果)於發酵過程中的一數值，該數值可為但不限於一酸鹼值，透過線性回歸計算該數值在一單位時間內的斜率變化。當單位時間內的斜率變化滿足一連續下降條件，該控制系統改變該待發酵物之狀態，例如：對該待發酵物通氣、翻攪該待發酵物等，該發酵槽裝置因此可隨著該待發酵物的當下發酵狀態而動作，讓該待發酵物能在適當的時機被改變狀態，以類似自然發酵的方式完成發酵製程，發酵製程因此具有穩定性及可控性。此外，當滿足該連續下降條件時，將傳遞一訊息至一行動裝置，提示該待發酵物的狀態，使用者可根據該訊息的提示，增減該待發酵物的發酵總時長，穩定發酵品質，提升製程效率。
10:監控單元
11:參數設定介面
12:資料庫
13:行動裝置
20:感測單元
21:酸鹼度感測器
22:溫度感測器
30:通氣單元
40:驅動單元
T1:厭氧期
T2:好氧期
t:單位時間
s1~s5:第一感測值
m1~m4:第一斜率
圖1:用於實施本發明的一發酵槽裝置的控制系統之電路方塊圖。
圖2:可可果的一自然發酵週期中酸鹼值變化及溫度變化之曲線圖。
圖3:本發明發酵槽裝置的控制方法之流程圖。
圖4:本發明發酵槽裝置的控制方法中步驟S30的一實施例之子步驟流程圖。
圖5:本發明發酵槽裝置的控制方法中該第一感測值於一單位時間內變化之曲線圖。
Claims (10)
- 一種發酵槽裝置的控制方法，於一發酵槽裝置實施，該發酵槽裝置內部用以盛裝一待發酵物，且包含一感測單元、一監控單元、一通氣單元及一驅動單元，該監控單元電連接該感測單元、該通氣單元及該驅動單元，該方法包含： (a)由該監控單元持續接收該感測單元的一第一感測值及一第二感測值； (b)由該監控單元計算該第一感測值的一第一斜率； (c)由該監控單元判斷該第一斜率是否滿足一第一連續下降條件； (d)當該監控單元判斷該第一斜率滿足該第一連續下降條件，對應於該待發酵物從一厭氧發酵狀態進入一好氧發酵狀態，控制該通氣單元對該待發酵物進行通氣； (e)由該監控單元計算該第二感測值的一第二斜率； (f)由該監控單元判斷該第二斜率是否滿足一第二連續下降條件； (g)當該監控單元判斷該第二斜率滿足該第二連續下降條件，控制該驅動單元啟動，以改變該待發酵物之狀態。
- 如請求項1所述之發酵槽裝置的控制方法，其中，該第一感測值為一酸鹼值，該第二感測值為一溫度值。
- 如請求項1所述之發酵槽裝置的控制方法，其中，該監控單元進一步包含一參數設定介面，該監控單元藉由該參數設定介面設定一監測時間，每經過該監測時間，該感測單元傳送該第一感測值及該第二感測值給該監控單元。
- 如請求項1所述之發酵槽裝置的控制方法，其中，該監控單元進一步包含一資料庫，該監控單元分別儲存該第一感測值及該第二感測值為一第一感測資料及一第二感測資料在該資料庫。
- 如請求項1所述之發酵槽裝置的控制方法，其中，該第一連續下降條件的判斷方法，包含有子步驟： (c1)由該監控單元在一單位時間內，持續計算該第一斜率的一第一斜率變化量； (c2)由該監控單元統計該第一斜率變化量小於一第一門檻值的次數為一第一數值； (c3)由該監控單元判斷該第一數值是否大於一第一預設值，若是，該第一斜率滿足該第一連續下降條件。
- 如請求項5所述之發酵槽裝置的控制方法，其中，該第二連續下降條件的判斷方法，包含有子步驟： (c1)由該監控單元在一單位時間內，持續計算該第二斜率的一第二斜率變化量； (c2)由該監控單元統計該第二斜率變化量小於一第二門檻值的次數為一第二數值； (c3)由該監控單元判斷該第二數值是否大於一第二預設值，若是，該第二斜率滿足該第二連續下降條件。
- 如請求項6所述之發酵槽裝置的控制方法，其中，該第一門檻值等於該第二門檻值，該第一預設值等於該第二預設值。
- 如請求項1所述之發酵槽裝置的控制方法，其中，該監控單元進一步連接一行動裝置，當該監控單元判斷該第一斜率滿足該第一連續下降條件，該監控單元發送一第一訊息至該行動裝置，該第一訊息提示該待發酵物進入該好氧發酵狀態。
- 如請求項8所述之發酵槽裝置的控制方法，其中，當該監控單元判斷該第二斜率滿足該第二連續下降條件，該監控單元發送一第二訊息至該行動裝置，該第二訊息提示該待發酵物之狀態。
- 如請求項1所述之發酵槽裝置的控制方法，其中，該驅動單元為一電動馬達，該電動馬達的一樞軸連接一攪拌器，當該監控單元判斷該第二斜率滿足該第二連續下降條件，該電動馬達啟動並帶動該攪拌器，令該攪拌器翻攪該待發酵物。
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| WO2021037752A1 (en) * | 2019-08-23 | 2021-03-04 | Einenkel, Jörg | Fermentation chamber and method for fermenting cacao fruit |
| WO2021170197A1 (es) * | 2020-02-28 | 2021-09-02 | Garcia Polanco Ayban Carlos | Fermentador giratorio automatizado de cacao |
| TWM628774U (zh) * | 2022-03-03 | 2022-06-21 | 台灣好豆仕多股份有限公司 | 一站式自動發酵與乾燥整合系統 |
-
2022
- 2022-11-08 TW TW111142633A patent/TWI815723B/zh active
Patent Citations (4)
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