響應(yīng)面優(yōu)化試驗

1、實驗報告課程名稱：發(fā)酵工藝及其優(yōu)化實驗名稱：響應(yīng)面優(yōu)化實驗專業(yè)：生物工程學(xué)號：060512212060512212姓名：韋達理實驗地點：篤行樓 303303實驗日期：20152015 年 5 5 月 1616 日常熟理工學(xué)院實驗?zāi)康暮鸵?,了解響應(yīng)面優(yōu)化實驗的原理。2,熟悉designexpert軟件的基本操作。3,熟悉響應(yīng)面優(yōu)化實驗的具體流程。4,優(yōu)化香菇多糖發(fā)酵培養(yǎng)基實驗器材Designexpert軟件實驗原理和方法香菇多糖：是一種生理活性物質(zhì)。它具有抗病毒、抗腫瘤、調(diào)節(jié)免疫功能和刺激干擾素形成等功能。提取方法：從香菇子實體或經(jīng)深層發(fā)酵后的發(fā)酵液中提取。香菇子實體生長周期長，產(chǎn)量和多糖得

2、率均較低。而深層發(fā)酵培養(yǎng)香菇菌絲體不僅發(fā)酵液中含有與子實體相當(dāng)或更高的營養(yǎng)物質(zhì)，同時還可利用農(nóng)副產(chǎn)品作原料，成本低，周期短，易于大規(guī)模生產(chǎn)，因此已得到廣泛應(yīng)用于重視。響應(yīng)曲面設(shè)計方法(ResponseSufaceMethodology,RSM)是利用合理的試驗設(shè)計方法并通過實驗得到一定數(shù)據(jù)，采用多元二次回歸方程來擬合因素與響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系，通過對回歸方程的分析來尋求最優(yōu)工藝參數(shù)，解決多變量問題的一種統(tǒng)計方法(又稱回歸設(shè)計)。響應(yīng)面曲線法的使用條件有：確信或懷疑因素對指標(biāo)存在非線性影響；因素個數(shù) 2-7 個,一般不超過 4 個；所有因素均為計量值數(shù)據(jù)；試驗區(qū)域已接近最優(yōu)區(qū)域；基于 2 水平的

3、全因子正交試驗。進行響應(yīng)面分析的步驟為：確定因素及水平，注意水平數(shù)為 2,因素數(shù)一般不超過 4個，因素均為計量值數(shù)據(jù)；創(chuàng)建“中心復(fù)合”或“Box-Behnken”設(shè)計；確定試驗運行順序(DisplayDesign);進行試驗并收集數(shù)據(jù)；分析試驗數(shù)據(jù)；優(yōu)化因素的設(shè)置水平。響應(yīng)面優(yōu)化法的優(yōu)點：考慮了試驗隨機誤差響應(yīng)面法將復(fù)雜的未知的函數(shù)關(guān)系在小區(qū)域內(nèi)用簡單的一次或二次多項式模型來擬合，計算比較簡便，是降低開發(fā)成本、優(yōu)化加工條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量，解決生產(chǎn)過程中的實際問題的一種有效方法與正交試驗相比，其優(yōu)勢是在試驗條件尋優(yōu)過程中，可以連續(xù)的對試驗的各個水平進行分析，而正交試驗只能對一個個孤立的試驗點進行

4、分析。實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果實驗步驟1.輸入三因素及其水平，設(shè)計響應(yīng)面實驗3.輸入實驗數(shù)據(jù)口HUM*ka0Li.CoMdjIBl*wII工晶看rMPF3如為y1C-OwiQI.1MM1,1.卜到(CTLl_iimARHgmtsjtmIHC4nl卜.*1wincimLJn-rtlIiw.ii4IIXI-4.EK131-a3Am-I.E3iizaI11ifaWM，,1IKLbOaWIk*lcT*Hah.MOJIHA也iHdkKta.1301L喇toftiiA4hiiA-A*-ltiig*，MSiiiaadJMIJi11iW.1DCnxi手ii_-4HQ壯心wU.赫iw.iJdTu-imIMliTO一】g-

5、J.mQF5.實驗數(shù)據(jù)分析*ER|Mil34MrLHrii.CoaMii4.試驗萬案形成.1KK04JI*JIWIV.1-401QIWiJM1UN1H?U-imkmlMl114i_79-igpsaIJZ：LJlHfHWRHiDfncrivIgikfwiM-.*OWMRniBaLknartL-E利用系統(tǒng)軟件SAS8.0對表5實驗數(shù)據(jù)進行二次多項回歸擬合，通過RESEG響應(yīng)面回歸)過程進行數(shù)據(jù)分析，建立二次響應(yīng)面回歸模型，并尋求最優(yōu)相應(yīng)因子水平，得到回歸方程：Y=2.136667+0.44625X1+0.045X2-0.01375X3-0.44583X12-0.13833X22-0.09083X3

6、2-0.1175X1X2+0.015X1X3-0.0725X2X3模型的F檢驗值在a=0.05時遠大于F(9,5)=4.77,說明方程有很高的顯著LIUMOhR中庭一巾公尸”fmp|MSIi|U,Xh4EiLMdrF本*七 KTa-WT；Kl-DB-EE213理4”F/m71WL口.M鼻.曲、IRMMH。*-4FFm1MOF|I4H*MI11.13H4r|MME4MNWMWVI0.門-LUWNE|1。I|SqbflH1ilk.h-BdFMW*S-5IHild3.flU：kMir心H1那44U弛MtX加加Tff心DfHvcMwi口SOR2=0,9973,表明方程模型與實驗數(shù)據(jù)有99.73%的符合

7、度，調(diào)整后的R2adj=0.9925,表明方程模型有很高的可信度。HLWIE6.正態(tài)分布圖7. ResidualsvsPredicted8. PredictedvsActual圖jLwiJg：*1UWBMifcH4aMiXflh#ICHkd,L*liM*w”LlW33J*H利學(xué)MIEW*-h1*iMirwribowk*l*prihcMviL#jHknaBH中：*NorrnalPintofResiduasPrebleaedvsActual9.實驗實際值和方程預(yù)測值L巴iijtimi可卜TJkLnraL 6WiklPn|hMn*K町Ctfdrrrinc、TIMJFE.nJUWI.i.LWFH驟DC

8、BEWEFTGibsr*戶；kVJNMYW-flHf6j-L1111111TSKWfHninl4Mr133iSBTfl9s,if11嗡Hs事.awtHTHMHI(Bfa6與BHM1 FtwBcMSHiiHnrfP*!dVWwIE F1tean*aipiBtwiri10!*wriaidQi-OSdIErl-IPI*F,-14*Hzrazv口皿IE-ismqvra n4OFnirq 卻11iMAJm露tann1IK甲一.IE1H鼻v，Q中rI2C111OfiHI*1TSIIELSV2IH13HE24f94心出營修通 3-IMH汽工喬Bi.iV11IUliq，l11g-in叫/H2033K-0411

9、-ITS4MTTE-1皿口=AIJHIfl42M4Jl.r1J44JniaM.0033.1 IlHiiilwitui.M由 4i4C”1*iM41tli113b-IM寸a 呻ijeIS42M4M1I.TSfe1gT31HOOH9Ali331Mi 3HtlA電 adgiAHjLHIU44aicUM*wm11.三維相應(yīng)曲面圖AB打，B.FisftpowdsfAdjCOS#0F3Tt3BS-hEftaiErZcdni亡Nfed艷宙口*R單口營79C4siRIMX7=HFrSH-HMHT*ACBC在獲得非線性回歸模型和響應(yīng)面之后，為了求得培養(yǎng)基最佳濃度，對所得的回歸擬和方程分別對各自的變量求一階偏導(dǎo)數(shù)

10、，并令其為得到三元一次方程組，求解此方程組可以得到最大多糖量時的最佳條件：X1=0.5066(2.2533%),X2=-0.0488(0.9756%),X3=0.0144(0.0993%),Y=2.2487g/L。所以產(chǎn)多糖最高時的培養(yǎng)基組成為：葡萄糖2.2533%,魚粉0.9756%,VB10.003%,NaCl0.8%,MgSO47H2O0.1%,FeSO47H2O0.04%,KH2PO0.0993%,初始pH值5.5。12.用RSM測最優(yōu)值根據(jù)最優(yōu)培養(yǎng)基配方對模型進行驗證，香菇菌絲體產(chǎn)粗多糖為2.33g/L,實際值與預(yù)測值的誤差為+3.61%o初始培養(yǎng)基條件下總多糖產(chǎn)量為0.80g/L,優(yōu)化后提高了1.91倍。該結(jié)果表明，響應(yīng)面法優(yōu)化產(chǎn)香菇粗多糖最佳培養(yǎng)基是可行有效的。寄6LppliRi71076二該研究經(jīng)響應(yīng)面方法優(yōu)化，在優(yōu)化條件下經(jīng)3批搖瓶培養(yǎng)實驗驗證，粗多糖產(chǎn)量均值為2.33g/L與預(yù)測值2.2487g/L誤差為+3.61%,與原始培養(yǎng)條件相比， 多糖產(chǎn)量提高了1.91倍。實驗證明響應(yīng)面方法對培