添加玉米粉对馒头品质影响的优化设计中rbf和rsm应用

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1、添加玉米粉对馒头品质影响的优化设计中RBF和RSM应用张晶赫敏杨林*（青海师范大学化学系西宁810008）摘要:依据正交实验影响因素，建立RBF人工神经网络模型，应用Design-expert进行RSM实验优化，所得最优实验条件是玉米粉量为20%，发酵时间为3.2h，加水量为52.3%，质量感官评价得分可达到98.8%。预测结果表明实验还可以进一步改进，具有良好的理论指导意义。关键词：人工神经网络，响应曲面法，玉米粉，优化设计中图分类号：O65文献标识码：A1.引言馒头是中国的传统主食，在馒头中添加玉米粉在中国历史悠久。在馒

2、头中加入一定量的玉米粉，不仅能起到代替面粉的作用，还可以改善馒头的品质，改善组织结构，增加弹性和口感。径向基函数(RadialBasisFunction，RBF)网络近年来一直是重点研究的一种人工神经网络,它在很多领域,如系统建模、模式识别、信号处理等,得到了成功应用[1-3]。响应曲面法(Responsesurfacemethodology，RSM)是一种优化实验过程的统计学实验设计,它在工艺优化、模型建立、性质研究等方面取得广泛应用[4-8]。本文依据正交实验影响因素及数据，建立RBF人工神经网络模型，应用于RSM实验优

3、化，得到最佳实验条件是玉米粉量为20%，发酵时间为3.2h，加水量为52.3%，质量感官评价得分可达到98.8%。2.实验及数据来源根据单因素实验选取了发酵时间，玉米粉添加量和加水量作为正交实验的三因素，由单因素试验所得的最佳添加量附近采取等距水平做L9(33)正交实验，得到对应的质量感官评价得分。采用正交实验，实验数据，结果及感官品质评分尺度详见文献[9]。3.结果与讨论3.1建立RBF模型以玉米粉量、发酵时间，加水量3因素和质量感官评价得分的实验结果数据作为网络输入输出，建立RBF神经网络模型,L9(33)正交实验数据作

4、为RBF的学习集训练模型，得到了良好的相关性，以RBF模型进行响应曲面的优化实验设计。本研究的RBF人工神经网络程序用MATLAB编写，MATLAB神经网络工具箱调用格式为：net=newrbe(p,t,spread)，其中p和t分别为输入样本向量、输出目标向量；spread扩展的常数为1.2。3.2RSM设计根据正交实验确定实验因素为3，分别为玉米粉量、发酵时间、加水量。实验水平数为3，分别为玉米粉量（%）为15、20、25，发酵时间（h）为2.5、3、3.5，加水量（%）为50、52.5、55。应用Designexper

5、t7.0.0软件，Box-BehnkenDesign(BBD)是实验设计方法。建立的RSM设计实验因素、水平及结果见表1、表2。表1实验因素及水平Table1Factorsandlevelsoftheorthogonalexperiments考虑因素代码编码水平-101玉米粉量（%）A1520253.555发酵时间(h)B2.53加水量（%）C5052.5表2实验设计及结果Table2ExperimentdesignsandresultsNoA玉米粉量（%）B发酵时间（h）C加水量（%）质量感官评价得分1-1-1082.56

6、21-1080.573-11081.36411085.895-10-178.62610-181.007-10182.92810181.0990-1-182.831001-196.30110-1189.871201187.551300098.571400098.571500098.573.3显著性检验方差分析结果见表3表4，模型的F=37.04，P=0.0005<0.01，表明实验所采用的二次模型是极显著的，在统计学上是有意义的。校正决定系数R2（Adj）(0.9852>0.80)和变异系数（CV）为1.73%，说明该模型拟合

7、程度良好，实验误差小，该模型是合适的，可以用此模型分析和预测玉米粉对馒头的质量感官评价。由图6知其自变量一次项B，二次项BC、A2、B2、C2对质量感官评价得分极有影响。回归系数取值，通过对各因素经回归拟合后，选择对响应值显著的各项，得到感官影响评价得分(Y)的回归方程：Y=-3252.17181+21.90223A+249.52890B+104.66356C+0.65163AB-0.084140AC-3.15846BC-0.48407A2-15.48730B2-0.88926C2表3回归模型方差分析表Table3Analy

8、sisofthevariancesforregressionequation方差来源平方和自由度均差F值P值模型754.33983.8137.040.0005残差11.3152.26失拟项11.3133.77总变异765.6414决定系数R2=0.9852，校正决定系数R2（Adj）=0.