DesignExpert响应面法实验设计与案例分析.pdf

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1、食品科学研究中实验设计的案例分析—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

2、1.比较分析表一响应面试验设计水平因素-101超声波处理时间X1(min)203040超声波功率X2(W)132176220超声波水浴温度X3(℃)505560酶解时间X4(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

3、的可靠性。2.1数据的输入1图12.2Box-Behnken响应面试验设计与结果图22.3选择模型2图32.4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，32222B，D，二次项AC,A,B,C,D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52由图5可知：校正决定系数R(adj)(0.9788>0.80)和变异系数（CV）为0.5

4、1%，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。42.5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：2Y(%)＝－146.18542＋2.23483X1＋0.095966X2＋6.40533X3＋14.56083X4－0.016775X1-6-42-7+5.68182x10X1X2－0.023300X1X3＋0.00025X1X4－2.49225x10X2－4.592

5、29x10X2X3－220.000625X2X4－0.052150X3－0.0005X3X4－3.21125X452.6数据点的分布图图7图86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72.7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11A与B对ACE抑制率影响的等高线图12A及B对ACE抑制率影响的响应面8图13A与C对ACE抑制率影响的等高线

6、图14A及C对ACE抑制率影响的响应面9图15A与D对ACE抑制率影响的等高线图16A及D对ACE抑制率影响的响应面10图17B与C对ACE抑制率影响的等高线图18B及C对ACE抑制率影响的响应面11图19B与D对ACE抑制率影响的等高线图20B及D对ACE抑制率影响的响应面12图21C与D对ACE抑制率影响的等高线图22C及D对ACE抑制率影响的响应面132.8优化最佳因素图23图2414图25图2615图272.9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

7、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)，16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超声波处理时超声波功率超声波水浴温酶

8、解时间ACE抑制率件软件间度文献（SAS）28.40min190.08W55.05℃2.25h87.50%Design-Expert28.42min190.04W5