試驗(yàn)設(shè)計基本原理及食品試驗(yàn)常用的設(shè)計.ppt

1、第二章 試驗(yàn)設(shè)計基本原理及 食品試驗(yàn)常用的設(shè)計,2.1試驗(yàn)設(shè)計常用術(shù)語 2.2試驗(yàn)設(shè)計的基本原則 2.3 試驗(yàn)設(shè)計的概述 2.4 食品研究常用試驗(yàn)設(shè)計,2.1試驗(yàn)設(shè)計常用術(shù)語,1. 試驗(yàn)指標(biāo)(experimental index):,試驗(yàn)指標(biāo)可分為定量指標(biāo)和定性指標(biāo)兩類。,在試驗(yàn)設(shè)計中，據(jù)試驗(yàn)的目的而選定的用來衡量或考核試驗(yàn)效果的量稱為試驗(yàn)指標(biāo)。,例如：考察加熱時間和加熱溫度對果膠酶活性影響時，?是試驗(yàn)指標(biāo)；,例如：在考察貯存方式對紅星蘋果果肉硬度的影響時，?是試驗(yàn)指標(biāo)。,定量指標(biāo)：能用數(shù)量表示的指標(biāo)，或稱數(shù)量指標(biāo)。,如食品的糖度、酸度、pH值、吸光度、合格率等指標(biāo)。,定性指標(biāo)定量化：定性指標(biāo)

2、不能用數(shù)值直接表示，通過評分、分級等辦法進(jìn)行量化的過程。使其轉(zhuǎn)化為定量指標(biāo)。,例1：在研究增稠劑種類、pH值和殺菌條件對豆奶穩(wěn)定性的影響時，可只選用豆奶的穩(wěn)定性作為試驗(yàn)指標(biāo)。,例2：在研究不同吸附劑去除甜橙汁中苦味物質(zhì)的效果時，可同時選用苦味物質(zhì)的去除率、維生素C的損失率、可溶性固性物質(zhì)損失率作為試驗(yàn)指標(biāo)，綜合考慮確定哪種吸附劑合適。,試驗(yàn)中，凡對試驗(yàn)指標(biāo)可能產(chǎn)生影響的原因或要素， 都稱為因素，也稱因子。,2. 試驗(yàn)因素(experimental factor),如醬油質(zhì)量受原料、曲種、發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度、制曲方式、發(fā)酵工藝等諸方面的影響，這些都是影響醬油質(zhì)量的因素。它們有的是連續(xù)變化的定量因

3、素，有的是離散狀態(tài)的定性因素。,3. 因素水平(1evel Of factor),試驗(yàn)因素所處的各種狀態(tài)（質(zhì)量或數(shù)量上不同）稱為因素水平，簡稱水平。,如某試驗(yàn)中溫度A選了，30，502個水平，因素B選了20min，40min，60min 3個水平，就稱A因素為2水平因素，B因素為3水平因素。,如食品添加劑的不同種類、設(shè)備的不同型號、原料的不同品種、工藝的不同操作方法等質(zhì)量上的不同。,4單、復(fù)因子試驗(yàn)作用區(qū)別:,考察1個試驗(yàn)因素的試驗(yàn)叫單因素試驗(yàn) 考察2個或2個以上試驗(yàn)因素的試驗(yàn)叫多因素試驗(yàn),單因子試驗(yàn)，解決該因子水平間的比較問題。 復(fù)因子試驗(yàn)不僅要了解各個因子自身水平間的比較問題，還要了解因子

4、之間的相互作用問題，從而找出最有效的措施，精度較高的優(yōu)點(diǎn)。,5. 試驗(yàn)處理(experimental treatment),試驗(yàn)處理：指事先設(shè)計好的實(shí)施在試驗(yàn)單位上的一種具體措施，簡稱處理。,例如，研究3種不同溫度（A）和2種不同制曲（B）方式，對醬油質(zhì)量的影響。處理數(shù)？,在單因素試驗(yàn)中，試驗(yàn)的1個水平就是1個處理。在多因素試驗(yàn)中，每個處理組合即處理。,A1B1，A1B2，A2B1，A2B2，A3B1，A3B2 6個水平組合。 處理數(shù)參試各因素水平的乘積。,6 試驗(yàn)單位(experimental unit),一個試驗(yàn)單元，只能接受一個處理，也只能有一個輸出結(jié)果。,試驗(yàn)單元（小區(qū)）：接受某種處理

5、的最小的試驗(yàn)材料的一個獨(dú)立單位。 或試驗(yàn)中用以觀察、記錄的最小的獨(dú)立范圍。,7 重復(fù)(replicate),在1個試驗(yàn)中，將1-個處理實(shí)施在2個或2個以上 的試驗(yàn)單位上稱為重復(fù)。,1個處理實(shí)施的試驗(yàn)單位數(shù)稱為處理的重復(fù)數(shù)（n）。,2.2試驗(yàn)設(shè)計的基本原則,試驗(yàn)設(shè)計的目的是避免系統(tǒng)誤差，縮小隨機(jī)誤差，以保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確度和精確度，試驗(yàn)設(shè)計必須貫徹三原則重復(fù)、隨機(jī)化、局部控制。 是試驗(yàn)設(shè)計創(chuàng)始人R.A.Fisher提出來的。,一. 重復(fù)原則,重復(fù)：是指在試驗(yàn)中每種處理至少進(jìn)行2次以上。,重復(fù)作用：估計和減小隨機(jī)誤差。 重復(fù)次數(shù)過多效果并不好。,？,二、 隨機(jī)化原則,隨機(jī)化原則，就是在試驗(yàn)中，每一個處

6、理、重復(fù)隨機(jī)地安排在某一特定的空間和時間環(huán)境中，保證試驗(yàn)條件在空間和時間上的均勻性。,采用方法：抽簽、摸牌、查隨機(jī)數(shù)表等方法來實(shí)現(xiàn)。,作用：正確、無偏估計試驗(yàn)誤差。,三、局部控制（區(qū)組化）：,局部控制：將整個試驗(yàn)空間分成若干個各自相對均勻的局部，每一個局部叫做一個區(qū)組，所有局部構(gòu)成區(qū)組因素。,局部控制原則：重復(fù)區(qū)內(nèi)具有同質(zhì)性，重復(fù)區(qū)間允許有最大異質(zhì)性。,局部控制實(shí)質(zhì)：消除試驗(yàn)單元間的系統(tǒng)誤差。,區(qū)組可以是培養(yǎng)箱中的一層、試驗(yàn)地的某一段。 如果日期(時間)變動會影響試驗(yàn)結(jié)果，就可以把試驗(yàn)日期(時間)劃分為區(qū)組； 如果試驗(yàn)空間會影響試驗(yàn)結(jié)果，可把空間劃為區(qū)組； 如果全部試驗(yàn)用幾臺同型號的儀器或設(shè)備

7、，考慮儀器或設(shè)備間差異的影響，可把儀器或設(shè)備劃為區(qū)組；可把操作人員劃分為區(qū)組。,實(shí)施局部控制時，區(qū)組如何劃分，應(yīng)根據(jù)具體情況確定。,這樣做有兩個好處： 一是增加了一個區(qū)組因素，可把區(qū)組間的差異（系統(tǒng)誤差）從觀察值的誤差中分離出來，增加試驗(yàn)的準(zhǔn)確度； 二是各區(qū)組內(nèi)可保證試驗(yàn)單元的一致，增加試驗(yàn)的精確度。,局部控制作用：進(jìn)一步減少試驗(yàn)誤差。,*三者關(guān)系：重復(fù)是是基本、隨機(jī)排列最重要， 要做好田間試驗(yàn)必須貫徹三原則。,圖2.2 田間試驗(yàn)設(shè)計三個基本原則的關(guān)系和作用,2.3試驗(yàn)設(shè)計的概述,一、試驗(yàn)設(shè)計的意義及作用,在食品生產(chǎn)和科學(xué)研究中，為了革新生產(chǎn)工藝，開發(fā)新產(chǎn)品，尋求優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的方法等，經(jīng)

8、常要進(jìn)行各種試驗(yàn)研究。,試驗(yàn)研究可分為試驗(yàn)設(shè)計、試驗(yàn)的實(shí)施、收集資料、整理資料和分析資料等步驟。,廣義是指整個研究課題的設(shè)計，主要包括課題的確定、試驗(yàn)方案的擬定、試驗(yàn)材料的選擇和分組、資料收集和統(tǒng)計分析方法等。,狹義的理解是指重復(fù)數(shù)的確定、對試驗(yàn)材料的選擇與分組。,1.試驗(yàn)設(shè)計：,據(jù)研究項(xiàng)目的需要，數(shù)理統(tǒng)計原理為理論基礎(chǔ)，結(jié)合專業(yè)知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、合理地安排試驗(yàn)；有效地控制試驗(yàn)誤差干擾；力求用較少的人力、物力、財力和時間，最大限度地獲得豐富而可靠的資料；充分地利用和科學(xué)地分析所獲取的試驗(yàn)信息；從而達(dá)到能明確回答研究項(xiàng)目所提出的問題和盡快獲得最優(yōu)方案的目的。,2.試驗(yàn)設(shè)計的任務(wù)：,3.

9、試驗(yàn)設(shè)計的作用,主要體現(xiàn)在以下幾方面：,分清試驗(yàn)因素對試驗(yàn)指標(biāo)影響的大小順序，找出主要因素，抓住主要矛盾。,可以了解試驗(yàn)因素之間相互影響的情況，即因素間的交互作用情況。,可以了解試驗(yàn)因素對試驗(yàn)指標(biāo)影響的規(guī)律性，即每個因素的水平改變時，指標(biāo)是怎樣變化的。,可以正確估計和有效控制、降低試驗(yàn)誤差，從而提高試驗(yàn)的精度。,可較快地找出最優(yōu)生產(chǎn)條件和工藝條件，確定最優(yōu)方案并能預(yù)估或控制一定條件下的試驗(yàn)指標(biāo)值及其波動范圍。,通過對試驗(yàn)結(jié)果的分析，可以明確為尋找最優(yōu)生產(chǎn)或工藝條件、深入揭示事物內(nèi)在規(guī)律而進(jìn)一步研究的方向。,二、試驗(yàn)設(shè)計方法的主要內(nèi)容,重點(diǎn)講完全隨機(jī)設(shè)計，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計、正交試驗(yàn)設(shè)計； 介紹均勻設(shè)

10、計、回歸正交設(shè)計、回歸正交旋轉(zhuǎn)設(shè)計、回歸通用設(shè)計、混料沒計等方法。,三、全面試驗(yàn)與部分試驗(yàn),指試驗(yàn)因素的所有水平組合全部實(shí)施1次以上的試驗(yàn)稱全面試驗(yàn)。,全面試驗(yàn)是有局限性的，它只適用于因素和水平數(shù)目均不太多的試驗(yàn)。,1全面試驗(yàn),優(yōu)點(diǎn)：能夠獲得全面的試驗(yàn)信息，無一遺漏，各因素及各級交互作用對試驗(yàn)指標(biāo)的影響剖析的比較清楚，因此又稱為全面析因試驗(yàn)(factorialexperiments)。,缺點(diǎn)：當(dāng)試驗(yàn)因素和水平較多時，處理數(shù)，試驗(yàn)次數(shù)。當(dāng)試驗(yàn)還要設(shè)置重復(fù)時，試驗(yàn)規(guī)模就非常龐大，以至在實(shí)際中難以實(shí)施。,全面試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)：,2 部分試驗(yàn),部分試驗(yàn)：從全部試驗(yàn)處理中選取部分有代表性的處理進(jìn)行試驗(yàn)。如正

11、交試驗(yàn)設(shè)計和均勻設(shè)計。,部分實(shí)施可使試驗(yàn)規(guī)模大為縮小。 如3因素3水平共有27個處理，全面試驗(yàn)需進(jìn)行27次，而用L9(34)正交表安排正交試驗(yàn)只需9次，僅為全面試驗(yàn)的l3。,如一個4因素5水平試驗(yàn)，全面試驗(yàn)至少需進(jìn)行54625次試驗(yàn)，而用L5(54)均勻設(shè)計表安排試驗(yàn)，僅需5次試驗(yàn)。,四、 食品的線性、非線性質(zhì)量研究（了解）,線性質(zhì)量研究是指食品制造過程中的質(zhì)量研究方法，是通過對生產(chǎn)工序的合理診斷、調(diào)節(jié)、改善與檢查，使生產(chǎn)工序的質(zhì)量達(dá)到效果好、費(fèi)用低的目的。,非線性質(zhì)量研究法：重點(diǎn)在保證達(dá)到食品質(zhì)量特性的前提下，充分利用各種設(shè)計參數(shù)與食品特性的非線性關(guān)系，通過系統(tǒng)設(shè)計、參數(shù)設(shè)計和允許誤差設(shè)計的

12、三段優(yōu)化設(shè)計方法，從設(shè)計上控制食品的輸出特性和質(zhì)量波動或出于經(jīng)濟(jì)考慮，在不壓縮原材料質(zhì)量波動的情況下，仍然保證食品特性的一種穩(wěn)定性優(yōu)化設(shè)計方法。,五、食品質(zhì)量研究的幾個階段（自學(xué)）,根據(jù)食品形成的全過程，食品質(zhì)量研究大體可分為以下幾個階段：,1、食品規(guī)劃階段： 根據(jù)市場的需要決定食品的功能和價格。,2、食品設(shè)計階段：一般可分為系統(tǒng)設(shè)計、參數(shù)設(shè)計和允許誤差設(shè)計3個步驟。,系統(tǒng)設(shè)計是由專業(yè)設(shè)計人員根據(jù)市場所需的性能、質(zhì)量、價格情況進(jìn)行功能設(shè)計，即決定食晶涸結(jié)構(gòu)和材料。,參數(shù)設(shè)計：是運(yùn)用參數(shù)組合與食品特性的非線性關(guān)系通過設(shè)計適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)以及與其相配套閉統(tǒng)計分析方法，找出食品最佳性狀的工藝條件和參數(shù)組合

13、，即決定最佳參數(shù)組凋中心值。,允許誤差設(shè)計：是在參數(shù)設(shè)計完成后，通過計算質(zhì)量的管理費(fèi)用，把質(zhì)量與成本加以綜合平衡的一種公差設(shè)計方法，即決定食品質(zhì)量的適當(dāng)?shù)墓罘秶?3、工藝設(shè)計階段,一般也可以分成系統(tǒng)設(shè)計、參數(shù)設(shè)計和允許誤差設(shè)計3個步驟。此階段的系統(tǒng)設(shè)計主要是由工藝人員決定采用何種原料、何種加工設(shè)備、怎樣的加工工序等；參數(shù)設(shè)計主要是在生產(chǎn)工序、生產(chǎn)設(shè)備已決定的情況下進(jìn)一步選擇合理的加工機(jī)器的工作狀態(tài)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；允許誤差設(shè)計則主要是決定整個工藝各個階段的可調(diào)公差范圍。,4、生產(chǎn)制造階段,5、食品的銷售階段,主要是搞好市場銷售服務(wù)及市場信息的收集、調(diào)查和分析。此外，在食品產(chǎn)后銷售前這個階段同樣存

14、在食品質(zhì)量研究的問題，主要是食品質(zhì)量保持途徑的研究。,產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計階段(統(tǒng)稱為設(shè)計階段)是整個質(zhì)量研究的關(guān)鍵，是食品科學(xué)試驗(yàn)研究的重點(diǎn)。 質(zhì)量研究的目的：從設(shè)計上控制食品質(zhì)量特性和質(zhì)量波動以取得好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合效果。,六、試驗(yàn)計劃與方案（略）,&2.4 食品研究常用試驗(yàn)設(shè)計,試驗(yàn)設(shè)計包括處理、供試體和指標(biāo)設(shè)計三部分。,一、完全隨機(jī)設(shè)計,二、隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計,三、拉丁方設(shè)計,五、其他,四、正交設(shè)計,一、完全隨機(jī)設(shè)計,1. 試驗(yàn)單元的排列要求,適用于：試驗(yàn)空間中的非試驗(yàn)因素相當(dāng)均勻一致。,方法：將全部試驗(yàn)小區(qū)統(tǒng)一編號，按隨機(jī)的方法安排每個處理。,單、復(fù)因素試驗(yàn)勻可采用完全隨機(jī)設(shè)計,完全隨機(jī)設(shè)

15、計有兩方面的含義： 一是試驗(yàn)處理試驗(yàn)順序的隨機(jī)安排； 二是試驗(yàn)材料的隨機(jī)分組。,(1)單因素完全隨機(jī)設(shè)計例9-1,例9-1在無酒精啤酒的研究中，為了解麥芽汁的濃度對發(fā)酵液中 雙乙酸生成量的影響，在發(fā)酵溫度7，非糖比0.3，二氧化碳 壓力0.6kgcm2，發(fā)酵時間6d的試驗(yàn)條件下，選定麥芽汁濃度 ()為6(A1)，10(A2)，12(A3)3個水平，每個水平重復(fù)5次，進(jìn) 行完全隨機(jī)化試驗(yàn)，尋找適宜的麥芽汁濃度。,本試驗(yàn)中，m3，r5，共進(jìn)行3515次試驗(yàn)。,采用抽簽的方法： （14 ，12，2，6，11） （ 8， 1， 5，13，10） （ 3， 9， 4，7，15）,例9-2在食品安全性評價

16、的預(yù)備試驗(yàn)中，希望了解試驗(yàn)動物(斷乳大鼠)每天經(jīng)口攝入不同量的某種有害物質(zhì)后的體癥反應(yīng)情況?，F(xiàn)將某有害物質(zhì)A按大鼠每天經(jīng)口攝人量不同分成A1-A44個水平，每個水平需用20只大鼠(雌雄各半)進(jìn)行試驗(yàn)。,本試驗(yàn)若用完全隨機(jī)設(shè)計，需將符合試驗(yàn)條件的40只雌鼠和40只雄鼠分別隨機(jī)分成4組，每組10只。隨機(jī)分組的方法是，先將40只雌鼠按體重編號為1-40；,單因素完成隨機(jī)設(shè)計方法中，實(shí)行了重復(fù)、隨機(jī)化原則。,(2) 兩因素等重復(fù)完全隨機(jī)設(shè)計,因素A與B的ab個水平組合各重復(fù)n次，進(jìn)行試驗(yàn)時，這abn=N次試驗(yàn)的先后順序完全按隨機(jī)方式確定，這就是兩因素等重復(fù)完全隨機(jī)設(shè)計方法。,例9-3為提高粒粒橙飲料中

17、汁胞的懸浮穩(wěn)定性，研究了果汁 pH值(A)、魔芋精粉濃度(B)兩個因素的不同水平組合對果汁 黏度的影響。果汁pH值取35，40，45三個水平，魔 芋精粉濃度()取01，015，02三個水平，每個水平 組合重復(fù)2次，進(jìn)行完全隨機(jī)化試驗(yàn)。試驗(yàn)指標(biāo)為果汁黏度 (CP)，越高越好。,2. 完全隨機(jī)設(shè)計優(yōu)缺點(diǎn),3. 完全隨機(jī)設(shè)計適合條件,優(yōu)點(diǎn)：易設(shè)計，對處理和重復(fù)數(shù)沒嚴(yán)格限制，可充分 利用全部材料；有無缺區(qū)也可進(jìn)行分析；統(tǒng)計分析簡單。 缺點(diǎn)：同處理小區(qū)分布比較零亂，不便于觀察。沒實(shí) 行局部控制，在試驗(yàn)條件差異較大時，不能采用。,要求試驗(yàn)空間中的各種非試驗(yàn)因素者相當(dāng)均勻一致，否 則誤差大，可用于單、復(fù)因子

18、試驗(yàn)。 在食品科學(xué)研究中有兩件事十分重要，一是試驗(yàn)研究； 二是質(zhì)量檢驗(yàn)。,二、隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計,當(dāng)所有試驗(yàn)單元出現(xiàn)系統(tǒng)誤差時，以必須采用局部控制原則，即進(jìn)行區(qū)組化。精確度較高，使用最廣泛。,1.試驗(yàn)單元的排列方法,原則：重復(fù)內(nèi)具同質(zhì)性，重復(fù)間允許最大異質(zhì)性。,因?yàn)閐fe=（處理數(shù)）（區(qū)組數(shù)）,表10-3 隨機(jī)區(qū)組設(shè)計所需的最小組數(shù),(1)單因素例：,P310例103：為了解5種小包裝貯藏方法（A、B、C、D、E）對紅星蘋果果肉硬度的影響，以4個貯藏室為區(qū)組。試驗(yàn)設(shè)計及結(jié)果表10-5,表10-5 小包裝貯藏紅星蘋果的果肉硬度,P305例10-2： 在蛋糕加工工藝研究中，欲考察不同食品添加劑（4水

19、平）對各種配方（3水平）蛋糕質(zhì)量的影響而進(jìn)行試驗(yàn)。由于烤箱容量不大，3次重復(fù)分3次烤，每次烤1個重復(fù)12個處理的蛋糕作為1區(qū)組。每次12個處理蛋糕在烤箱中的排列順序隨機(jī)確定。,(2)雙因素例：,表10-2 雙因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計方案,缺點(diǎn)： 1. 精確度不如拉丁方 2一般處理數(shù)限于20個以內(nèi)，最好15個以內(nèi)。,2.優(yōu)缺點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)： 1. 易設(shè)計和分析，精確度較高。 2對試驗(yàn)條件要求不高，適用范圍廣 3單、復(fù)因子試驗(yàn)均可,三、 拉丁方設(shè)計,(1) 試驗(yàn)單元的排列要求,拉丁方設(shè)計實(shí)行雙重局部控制，精確度最高，是隨機(jī)區(qū)組設(shè)計特殊情況。,行、列兩個方向都控制為區(qū)組，因此處理數(shù)橫行數(shù)直行數(shù)重復(fù)數(shù)；各小區(qū)

20、的位置在各行、列中均隨機(jī)排列。,(2) 隨機(jī)排列的方法,從書中選一標(biāo)準(zhǔn)拉丁方 按規(guī)則隨機(jī)調(diào)動直行、橫行及處理,由于拉丁方的排列方式很多，抽簽也麻煩，為了簡便又體現(xiàn)隨機(jī)排列原則，采用辦法：,拉丁方設(shè)計表均由標(biāo)準(zhǔn)拉丁方衍變而來,實(shí)例：進(jìn)行5種工藝過程的比較，比較指標(biāo)是每小時的合格產(chǎn)品多少，如果原材料供應(yīng)上有好、差，且生產(chǎn)班次對合格產(chǎn)品有影響，那么就可將5批原材料作為列區(qū)組，把生產(chǎn)班次5（日班上半班，日下，夜上、夜下）作為區(qū)組，進(jìn)行55的拉丁方試驗(yàn)。,選擇標(biāo)準(zhǔn)方,標(biāo)準(zhǔn)拉丁方,2.按隨機(jī)數(shù)字1 4 5 3 2 調(diào) 整 直 行 A D E C B B C D E A C E B A D D A C B

21、E E B A D C,3.按隨機(jī)數(shù)字 5 1 2 4 3 調(diào) 整 橫 行 E B A D C A D E C B B C D E A D A C B E C E B A D,4.按隨機(jī)數(shù)2=A,5=B,4=C,1=D,3=E，排列處理 3 5 2 1 4 2 1 3 4 5 5 4 1 3 2 1 2 4 5 3 4 3 5 2 1,(3)優(yōu)缺點(diǎn),缺：處理數(shù)橫行數(shù)直行數(shù)重復(fù)數(shù)，試驗(yàn)空間很難伸縮。處理數(shù)只限于5-8個。整個試驗(yàn)操作要短期內(nèi)完成， 工作不好安排。,因df誤12，即：（n-1）（n-2）12，所以n5時滿足。,優(yōu)：精確度最高，適用有兩種較明顯誤差的試驗(yàn)。,四 正交設(shè)計,1、正交試驗(yàn)

22、 2、正交表 3、正交試驗(yàn)設(shè)計的基本步驟 4、正交試驗(yàn)實(shí)例,1、正交試驗(yàn),正交試驗(yàn)是用正交表（確定試驗(yàn)點(diǎn)）來安排的試驗(yàn)，是復(fù)因子試驗(yàn)的一種不完全區(qū)組設(shè)計方法，具簡單易行，均衡分散、整齊可比的特點(diǎn)。 用較少的處理數(shù)獲得較好的結(jié)果。解決生產(chǎn)中多因子、多指標(biāo)、周期長的試驗(yàn)問題。,2、正交表,正交表決定從全部處理組合中選哪幾個處理組合參加試驗(yàn)。,L=(Lattice Design=格子設(shè)計）表示一張正交表,例：L9(34) L8(424),（1）. 正交表的類型,普通型水平數(shù)相等 混合型水平數(shù)不全等 水平數(shù)：各列的數(shù)字?jǐn)?shù)即因子的水平數(shù),（2）、正交表的性質(zhì),正交表中: 1每一列中，不同數(shù)字出現(xiàn)的次數(shù)相

23、等 2任意兩列中，每種有序數(shù)對出現(xiàn)的次數(shù)相等 這種性質(zhì)即正交性，它決定了每個因子各水平的重復(fù)次數(shù)相等,并且各個處理組合出現(xiàn)的次數(shù)也相等。因而使得正交設(shè)計具有均衡分散、整齊可比的特性。,綜合可比性保證在每列因素各個水平的效果中，最大限度地排除其他因素的干擾。 代表性：在部分試驗(yàn)中，所有因素的所有水平信息及兩兩因素間的所有組合信息都無遺漏雖是部分試驗(yàn)，但且能了解到全面試驗(yàn)的情況，部分試驗(yàn)的優(yōu)化結(jié)果有與全部試驗(yàn)一致的趨勢。 (2)可伸可縮，效應(yīng)明確,例：L9(34),第一步明確試驗(yàn)?zāi)康模_定考核指標(biāo) 挑因子、選水平（專業(yè)知識）,第二步 選一張適合的正交表,所選正交必須符合兩個條件： 1正交表各列的水

24、平數(shù)必須等于和研究因子水平數(shù) 2正交表自由度df各因子+df各互作 正交表總自由度橫行數(shù)1 分考察交互作用和不考察交互作用兩種情況,3、正交表設(shè)計的步驟,原則：在能安排下試驗(yàn)因子和要考察的交互作用的前提下，盡可能選用小號正交表，以減少試驗(yàn)次數(shù)，另外，為考察試驗(yàn)誤差，所選正交表安排完因素及要考察的交互作用后，最好有一列空白列，否則必須進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)以考察試驗(yàn)誤差。,第三步 作表頭設(shè)計,將各因子及各項(xiàng)交互作用安排在正交表的列上，并寫出各處理組合。,第四步 寫出試驗(yàn)方案,4、正交試驗(yàn)方案設(shè)計實(shí)例,例：為提高山楂原料的利用率，某研究組研究了酶法液化工藝制造山楂清汁。擬通過正交試驗(yàn)尋找酶法液化工藝的最佳工

25、藝條件。,1. 確定試驗(yàn)指標(biāo),試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱颂岣呱介系睦寐?。因此，可以液化率作為試?yàn)指標(biāo)，來評價液化工藝條件的好壞。液化率越高，山楂原料利用率就越高。,2.選擇試驗(yàn)因素及水平,影響液化率的因素很多，經(jīng)過全面考慮，最后確定果肉加水量、加酶量、酶解溫度、酶解時間為試驗(yàn)因素，分別以A、B、C、D表示，其水平如下：,3.選一張適合的正交表,所選正交必須符合兩個條件： 1正交表各列的水平數(shù)必須等于和研究因子水平數(shù) 3水平正交表 2正交表自由度df各因子2+2+2+28 正交表橫行數(shù)9,P465，可選L9（34）或 L27（313）正交表 最合適選用L9（34）,4.表頭設(shè)計,就是將試驗(yàn)因素分別安排

26、到所選正交表的各列中去的過程。,表頭設(shè)計,5.編制試驗(yàn)方案,在表頭設(shè)計的基礎(chǔ)上，將所選正交表中各列的水平數(shù)字換成對應(yīng)因素的具體水平值，便形成了試驗(yàn)方案。,正交設(shè)計優(yōu)缺點(diǎn)：,正交試驗(yàn)具有 “均衡分散、整齊可比（即綜合可比性）”的特點(diǎn)。 “均衡分散”即均勻性，使試驗(yàn)均勻分布在試驗(yàn)范圍內(nèi)，每個試驗(yàn)點(diǎn)都具有一定的代表性，可以以部分試驗(yàn)反映全面試驗(yàn)的情況，大大地減少試驗(yàn)次數(shù)。 “整齊可比” ，使試驗(yàn)結(jié)果的分析十分方便，便于分析各因素及其交互作用對試驗(yàn)指標(biāo)的影響大小及規(guī)律性。,不足之處，為了保證整齊可比性，對任意2個因素而言必須是全面試驗(yàn)，每個因素的水平必須有重復(fù)。這樣，試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)不能過少。,對于1個水平數(shù)為m的正交試驗(yàn)，至少要做m2次試驗(yàn)。當(dāng)水平數(shù)m較大時，m2會很大，試驗(yàn)次數(shù)會很多。 如m=9,m2=81, 要做81次試驗(yàn)，難以實(shí)施的。,因此，正交試驗(yàn)設(shè)計適用于因素水平不太多的多因素試驗(yàn)。 總之,正交試驗(yàn)為了保證“整齊可比性”，使均勻性受到一定限制，試驗(yàn)點(diǎn)的代表性還不夠強(qiáng)，試驗(yàn)次數(shù)不能充分地少。,其他食品科研很實(shí)用的試驗(yàn)設(shè)計及用途簡介：,1. 均勻試驗(yàn)設(shè)