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1、DesignExpert响应而分析实验的设计案例分析学校学 年2010-2011 第一学期课程名称食品实验优化设计专业年级考试方式案例分析论文学生姓名学号成绩食品科学研究中实验设计的案例分析一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(XI)、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55.05C、酶解时间2.24h,在此条件下燕麦ACE抑制肽
2、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 .比较分析表一响应面试验设计田多水平内系-101超声波处理时间工(min)203040超声波功率.七(加132176220超声波水浴温度X(C)505560酶解时间X(h)1232 . 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
3、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2. 2 Box-Behnken响应面试验设计与结果and“.你麻筐府“14|西瀛优化辱=0*0刖/14苍量M：1：.47 - DAiia* rg， g.D|tf W 1国朝 7 R/JRXE _X八FtC*2me，彳示凶BG帔哪r* ：由垓*Wf NKWmeIF Or6sm_CO133 85528M3i_ 2#ir_3R8XI CD25CD2Q0MXLjbw_*_5WOO1HCTWO，8乎 J卜匕6381九 888iOOl 10pg*- ?vtw第 s3加% na308VI Otoa385425
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5、.4方差分析图43 / 18DesignExpert响应而分析实验的设计案例分析在本例中，模型显著性检验p0.05,表明该模型具有统计学意义。由图4知其自变量一次项A, B, D,二次项ACTBCD显著(p0.05,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)(0.97880.80)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,2. 5多元二次响应面回归分析图6通过Desig
6、n-Expert软件进行二次响应而回归分析，得到如下多元二次响应面回归模型：H%) = 146.18542 + 2.23483M + 0.095966M + 6.40533M + 14.56083X4-0.016775Xi2+5.68182x1XxXi-0.023300X+0.00025X1X4 -2.49225xl0X22 -4.59229x10 7XiX3 -0.000625X1X4 -0.052150X? 一0.0005XM -3.21125X?7 / 182.6 数据点的分布图星 C；Ucc9nt and麻函afl”“认械 Qi 猛优化展=00刖；*彳量 ACC. 4x7 - Dc，“
7、n*”crt T. I. I二-旧区1Y” C4(ly*.* T3c g.DltfW 倒日期7aIrcXJ 2Aoi.*，3r.如一L Cvtwran&-=ccEfPredictedF Mp.，8 71C;Poturt 7.1.1三值星|DIgQ JWp| & 7 91J ruM ru “网与海r *I 匕kU “COMMI Ly f “xww1lAa7auXUJ407。，ti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。图10实验实际值与方程预测值DesignExpert响应面分析买验的设计案例分析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
8、波功率(阴、超声波水浴温度(C)和的解时间对ACE抑制 率的影响情况，结果见图1122。StC;DocuaAr.tJ a4猛优也展力2用A44各通共d*7Ecrt 7. 1. 1二jW区&!。lic140 QtHC O(14F fade 30坐，n切r |套 外沁in MS& 心 3以|工(叩5 ,M：,第S*，A AyfM CMGMhm3B qActual FactorsC:超声波水浴温度8) 55.00D: D解时同g200CD历8 176 X08 152g 然 co20 m36 tnA超定被处理时耿mm), ：J 开途 “3K19- tir.ct 莞2 与ibRdstMCD图11 A与B
9、对ACE抑制率影响的等高线，1c；0oc*n， n4 S0tt ia xn(XAiAlFCI：. 4xT Df* i4(ltyY0s g.lay烟日制7。;-J rw ze*rlKfc 卜 M Nd (Adun!-L)Cr6CArrtLrwmu*ix1MJW ;%*g，：Design-Expert ?Sofb%vare87.2380.36L40 00加0019B COB:超声波功率(w)RI Oe$*gn points above predated vabeActual FactorsC:超声波水浴温度55 00D:陶解时间(h) = 2 0。W00200k 2d XlI 23S *卜，VdW
10、tO 红皿温，”/，* iwlX1 =A:超声族处理时|叫而2X2 = B:超声波功不廿”86 65的1|t，IefTn 8!贱汁叫-c.，“4A.趣声波处理时间min图12 A及B对ACE抑制率影响的响应面8 / 18DesignExpert响应而分析实验的设计案例分析5* C;Docuaant4 24 Ktt An八海&*1“的咖,认优心廉力的盘” 1上“aC24rt 7. 1. I匚;E区17 / 18J ruM ru “网与海r *I k 5wwv卜匚Lyxww1lAa7di(CMiAMfran二Cj a*K-%. 5 f!C”DesigiyExpert?So1twareRI Desi
11、gn PointsR1X1 = A超声波处理时IWnwuX2C：超购波水浴ifl度（巧Actual FactorsB:超档波功用w）176.00D:。解时间h）,2.gJ Otll - - - 88 第 575852 (p)剪唱玄 WK松so梵匚Gxe，od石g3g如m然co当mA超育被处理时间（mm）的fwalt8图13 A与C对ACE抑制率影响的等高线St CiSBoOiMnt* aa4 5g乐“8语量XU. 4x7 Dokn Zxpait ?. I. 1yra，grmKEXRAAM)|三讪iL5，owLge,o*c卜-3.r aw如“L 勺MUrAMKal& M“Design-Exper
12、t?SofbvareQ AM I 二 C.ACCW ； ；UX4VM：卬二I87.23，,：80.36ar9297581540 0057 X)35 OQA:超声波处理时间（侦n）52/c超声波水浴温度（七）50 COt ncMX1 - A:按曲波处理时间minX2 = C:超声/水浴运度（C）R1 Design pcints above predated valueActual FactorsB超声波功率(w)= 176.00D:H8 解时何(h)N 2.00口和1 ktr.wfi图14 A及C对ACE抑制率影响的响应而5tC;XDocuaarit jSttint3*C J 套“M) MS&
13、4 二(MS5DesigryExpert?So1tware300RI Design PointsR1X1 = Ai超声祓处理时Ifllimm）X2-D:融解时间（h）Actual FactorsB:超声谀功事w) 176.00C:超声浓水浴强度CC)55.00(M)叵5%瑁Q18 -C的m与comm誉gA:超有被处理时间（mmYj开处.以1梵.Yw-m，2 与lsm Eof图15 A与D对ACE抑制率影响的等高线5* C.BocMMnt 1*4 50*(“”1)八。.西“1”3画或优化号万，11”胸爪143节置乂lb fti4ca Rite* ig，口 |Q|。!日 剧71谢4 AM I 二
14、C.ACCW ； ；UX4VM：口53”“ Lge,o*c卜-3.r卬小如“L 勺UrAMKal& M“Design-Expert?SofbvareR1 Design pcints above predated value87.2380.36X1 - A:按曲波处珥时间minX2 = D: 8J解时 101(h)Actual FactorsB超声波功率（历=176.0。C:超用波水浴ifl度（匕） , 55.000：卬二I图16 A及D对ACE抑制率影响的响应而tc；Docuaar.tj oa S*ttlncjscaWMalljunll*VSAftlUErt 7. 1. Itl Ult* I“
15、1 纺 Q“，Q”6 fU |alp卜”*51皿30 M 5WWV U4WWMlAa7diL CMiAMfran匕，*EM0 aa(4G包5 MM岫/ h小C | 套M) MS& 巨| 二(M85 me：*DesigryExpert?So1tware尔gRI Design PointsR1X1 = B.超声波功率w)X2C：超心波水浴温度(七)Actual FactorsA:超的波处理改像min) - 30.00D D解时削h)2,Q050 17882超声波功率(W)Yj开处.以墨梵.Yw-m，2 与lsm Eof图17 B与C对ACE抑制率影响的等高线St C-XBociMnt* And S
16、ott &aaxncX.0pL xncl&)ub4ffflfft*:ACE. 4xT Do.“n Zapoit ?. I. I很值电yra，grmKEXRAAM)|三讪iL5，owLge,o*c卜-3.r aw如“L 勺MUrAMKal& M“Design-Expert?SofbvareQ AM I 二 C.ACCW ； ；UX4VM：卬二I87.23Old80.3606 756 1are&4534$X1 B:超比波功率wX2 = C:超山浓水浴盘皮(匕)R1 Design pcints above predated valueActual FactorsA超声浪处理时间(min) = 30.
17、00D：酩说时何2 = 2.00W22000eooo55 CC-TO5250C：超声波水浴温度(V)B:超声波功率w50 00 13200t Ql5图18 B及C对ACE抑制率影响的响应面5tC;XDocuaarit jSttint3*fl44Xx4BcllJun|pVSX1KMCIIRfA442fiM. 33rt 7.1.1白五因，ruM ruP Jvw、U (4CaMn5 yxww1lAa7dl匕 CMiAMfran-二Cj a*c %. 5 MM岫/ h小C | 套 “M) MS&Design-Expert?So1twareRI Design PointsX1 = B.超声波功率(wX2
18、-D: St税时何(hJ6：*3gR1Actual FactorsA:超的波处理时间(min) - 30.00C:超声浓水有强度(C) 55.00(M)叵5%瑁QITO1幻8250 B：超声波功率(w)F 开姑.甥S“加梵与lsm Fest图19 B与D对ACE抑制率影响的等高线察 C.2oc。And SAtt&a4ixnxa 0Lxncl&)uffflfiA0(lMldMniKfXMSftV：M：l：.4xTDAiX4VM：口53”“ Lge,o*c卜-3.r卬小如“L 勺UrAMKal& M“卬二IDesign-Expert?Sofbvare87.2380.363 OU1M00D的耨时间(
19、h)1(0 13200X1 B:按曲波功搴”。X2 = D SJ解时间(h)R1 Design pcints above predated valueActual FactorsA超声波处理时间(min) = 30,00C:超用波水溶温度(iC1 55.00noro176 0322000B:超声波功率w。用 iixa图20 B及D对ACE抑制率影响的响应而DesignExpert W可应而分析实验的设计案例分析19 / 18St C;0ocuaant4 Abd Ktt化MiAMGQ聂ML d74i( l：Krt 7. 1. 1厂匕1 Ult |11纺0“，Q6 fH lalpWO但J & 7切
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21、巴 Wg1 I EfEcXl Gu3nR LwOT bL 史 wtg貂声坡6车刎6mm.，。132.0022000超虎澧功不w)凭Uxe, ud剑。 2， dwEta4f*图24图25图26图272.9最佳因数和最大响应面值图28利用响应而设计实验，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(XI)、超声波功率(X2)、超声波水浴温度(X3)和酶解时间(X4), 做四因素三水平的响应而分析试验。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55.05C、酶解时间2.24h、ACE
22、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、（尤化条 件软择超声波处理时 间超声波功率超声波水浴温 度酶解时间ACE抑制率文献(SAS)28.40min190.08W55.O5C2.25h87.50%Design-Expert28.42min190.04W55.05C2.24h87.36%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Desi
23、gn-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。参考文献韩扬，何聪芬库银卯，等.响应而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 .200930(22),44-49.