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食品科学研究中实验
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
的案例
分析
定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析
—响应面法优化超声波辅助酶法制备燕麦 ACE 抑制肽的工艺研究
摘要:选择对ACE 抑制率有显著影响的四个因素:超声波处理时间(X1)、超声波功率
(X2)、超声波水浴温度(X3)和酶解时间(X4),进行四因素三水平的响应面分析试验,经
过Design-Expert优化得到最优条件为超声波处理时间28.42min、超声波功率190.04W、
超声波水浴温度55.05℃、酶解时间2.24h,在此条件下燕麦ACE 抑制肽的抑制率87.36%。
与参考文献SAS软件处理的结果中比较差异很小。
关键字: Design-Expert 响应面分析
1. 比较分析
表
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一 响应面试验设计
水平 因素
-1 0 1
超声波处理时间 X1(min) 20 30 40
超声波功率 X2(W) 132 176 220
超声波水浴温度 X3(℃) 50 55 60
酶解时间 X4(h) 1 2 3
2. Design-Expert 响应面分析
分析试验设计包括:方差分析、拟合二次回归方程、残差图等数据点分布图、二次
项的等高线和响应面图。优化四个因素(超声波处理时间、超声波功率、超声波水浴温
度、酶解时间)使响应值最大,最终得到最大响应值和相应四个因素的值。
利用 Design-Expert 软件可以与文献 SAS 软件比较,结果可以得到最优,通过上述
步骤分析可以判断分析结果的可靠性。
2.1 数据的输入
图 1
2.2 Box-Behnken 响应面试验设计与结果
图 2
2.3 选择模型
2
图 3
2.4 方差分析
图 4
在本例中,模型显著性检验 p<0.05,表明该模型具有统计学意义。由图 4 知其自变量一次项 A,
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B,D,二次项 AC,A2,B2,C2,D2 显著(p<0.05)。失拟项用来表示所用模型与实验拟合的程度,即二者
差异的程度。本例 P值为 0.0861>0.05,对模型是有利的,无失拟因素存在,因此可用该回归方程代
替试验真实点对实验结果进行分析。
图 5
由图5可知:校正决定系数R2(adj)(0.9788>0.80)和变异系数(CV)为0.51%,说明该模型只有2.12%
的变异,能由该模型解释。进一步说明模型拟合优度较好,可用来对超声波辅助酶法制备燕麦ACE抑
制肽的工艺研究进行初步分析和预测。
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2.5 多元二次响应面回归分析
图 6
通过Design-Expert软件进行二次响应面回归分析,得到如下多元二次响应面回归模型:
Y(%) = - 146.18542 + 2.23483X1 + 0.095966X2 + 6.40533X3 + 14.56083X4 - 0.016775X12
+5.68182x10-6X1X2-0.023300X1X3 +0.00025X1X4 -2.49225x10-4X22 -4.59229x10-7X2X3 -
0.000625X2X4 -0.052150X32 -0.0005X3X4 -3.21125X42
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2.6 数据点的分布图
图 7
图 8
6
图 9
从图 7-9 可知道,数据的分布的线性明显,没有出现异常的数据点。
实验实际值 方程预测值
图 10 实验实际值与方程预测值
7
2.7 等高线和三维响应曲面图分析
做出响应曲面,分析超声波处理时间(A)、超声波功率(B)、超声波水浴温度(C)和酶解时间(D)对ACE 抑制
率的影响情况,结果见图11~22。
图 11 A 与 B 对 ACE 抑制率影响的等高线
图 12 A 及 B 对 ACE 抑制率影响的响应面
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图 13 A 与 C 对 ACE 抑制率影响的等高线
图 14 A 及 C 对 ACE 抑制率影响的响应面
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图 15 A 与 D 对 ACE 抑制率影响的等高线
图 16 A 及 D 对 ACE 抑制率影响的响应面
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图 17 B 与 C 对 ACE 抑制率影响的等高线
图 18 B 及 C 对 ACE 抑制率影响的响应面
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图 19 B 与 D 对 ACE 抑制率影响的等高线
图 20 B 及 D 对 ACE 抑制率影响的响应面
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图 21 C 与 D 对 ACE 抑制率影响的等高线
图 22 C 及 D 对 ACE 抑制率影响的响应面
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2.8 优化最佳因素
图 23
图 24
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图 25
图 26
15
图 27
2.9 最佳因数和最大响应面值
最佳工艺
图 28
利用响应面设计实验,运用根据Box-Benhnken的中心组合试验设计原理,选择对ACE抑制率有
显著影响的四个因素:超声波处理时间(X1)、超声波功率(X2)、超声波水浴温度(X3)和酶解时间(X4),
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做四因素三水平的响应面分析试验。最终得到最佳工艺:超声波处理时间28.42min、超声波功率
190.04W、超声波水浴温度55.05℃、酶解时间2.24h、ACE 抑制率87.36%。
3. Design-Expert 处理结果与文献比较
Design-Expert 在响应曲面、等高线图以及回归方程处理的结果与文献中 SAS 软件
处理的结果进行比较:
表二 Design-Expert 与 文献 SAS 处理结果比较
优化条
件软件
超声波处理时
间
超声波功率 超声波水浴温
度
酶解时间 ACE 抑制率
文献(SAS) 28.40min 190.08W 55.05℃ 2.25h 87.50%
Design-Expert 28.42min 190.04W 55.05℃ 2.24h 87.36%
根据两个软件处理结果的数据比较可知各因素最佳工艺条件差异小。
4.案例实验设计和统计分析过程评价
案例中通过Design-Expert软件操作和截下重要的步骤的数据处理的过程的图片,这
样可以方便分析和描述,Design-Expert软件能够用清晰和直观的图表表示结果,利于分
析,并能够很好的对照和检验文献的数据处理的结果存在的问题和差异。Design-Expert
在响应面分析有很强大的功能,能够与文献中SAS软件计算的数据进行比较, SAS软件
在计算最大响应面值优于Design-Expert软件,从“ACE 抑制率”的比较可知,但差异
不大。所以文献中数据没有问题,从分析的结果可知。
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参考文献
[1]韩扬,何聪芬,董银卯,等.响应面法优化超声波辅助酶法制备燕麦ACE抑制肽的工艺研究[J].食品科
学.2009,30(22),44-49.