食品試驗(yàn)設(shè)計(jì)論文

食品試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》課程論文正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本程序和步驟姓名院（系）專業(yè)班級學(xué)號指導(dǎo)教師職 稱教授日 期2011年12月19日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"前言： 3\o"CurrentDocument"正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 3\o"CurrentDocument"正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)案例 3\o"CurrentDocument"基于案例的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本程序分析 43.1明確試驗(yàn)?zāi)康?，確定試驗(yàn)指標(biāo) 4\o"CurrentDocument"3.2挑因素，選水平 43.3選擇合適的正交表 4\o"CurrentDocument"3.4進(jìn)行表頭設(shè)計(jì) 53.5確定試驗(yàn)方案，實(shí)施實(shí)驗(yàn) 5\o"CurrentDocument"3.6實(shí)驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)和分析（方差分析） 6\o"CurrentDocument"結(jié)論 9\o"CurrentDocument"4.1優(yōu)化工藝條件的確定 9\o"CurrentDocument"4.2正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本程序 9\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 10正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本程序和步驟摘要：本文結(jié)合“研究啤酒酵母最適合的自溶條件”這個(gè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)案例具體闡述了“正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本程序和步驟”。關(guān)鍵詞：正交試驗(yàn)；試驗(yàn)設(shè)計(jì)；基本程序；基本步驟前言：正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析方法是目前最常用的工藝優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析方法,是部分因子設(shè)計(jì)的主要方法。正交試驗(yàn)以概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ),利用標(biāo)準(zhǔn)化正交表安排試驗(yàn)方案,并對結(jié)果進(jìn)行計(jì)算分析,最終迅速找到優(yōu)化方案,是一種高效處理多因素優(yōu)化問題的科學(xué)計(jì)算方法。本文通過研究啤酒酵母最適合的自溶條件的試驗(yàn)具體說明正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本程序和步驟，以求對學(xué)習(xí)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析工作者有一定的幫助。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是利用正交表來安排與分析多因素試驗(yàn)的一種設(shè)計(jì)方法。它是由試驗(yàn)因素的全部水平組合中，挑選部分有代表性的水平組合進(jìn)行試驗(yàn)的，通過對這部分試驗(yàn)結(jié)果的分析了解全面試驗(yàn)的情況，找出最優(yōu)的水平組合。對于單因素或兩因素試驗(yàn)，因其因素少，試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、實(shí)施與分析都比較簡單。但在實(shí)際工作中，常常需要同時(shí)考察3個(gè)或3個(gè)以上的試驗(yàn)因素，若進(jìn)行全面試驗(yàn)，則試驗(yàn)的規(guī)模將很大，往往因試驗(yàn)條件的限制而難于實(shí)施。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)就是安排多因素試驗(yàn)、尋求最優(yōu)水平組合的一種高效率試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)是：用部分試驗(yàn)來代替全面試驗(yàn)，通過對部分試驗(yàn)結(jié)果的分析，了解全面試驗(yàn)的情況。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)案例【案例1】為了研究啤酒酵母最適合的自溶條件，選擇3因素3水平正交試驗(yàn)。因素有溫度°C(A)和pH(B),加酶量(C)3個(gè)，試驗(yàn)指標(biāo)為蛋白質(zhì)含量，試驗(yàn)指標(biāo)越大越好。選用L9(34)正交表，試驗(yàn)方案和結(jié)果如下表，目標(biāo)是作方差分析，并找出啤酒酵母最適合的自溶條件。試驗(yàn)結(jié)果L9(34)處理號溫度ApHBC加酶量試驗(yàn)指標(biāo)蛋白質(zhì)％11(50C)1(6.5)1(2.0)16.25212(7.0)2(2.4)24.97313(7.5)3(2.8)34.5442(55C)1237.53522315.54623125.5073(58C)13211.48321310.9933218.95基于案例的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本程序分析明確試驗(yàn)?zāi)康?，確定試驗(yàn)指標(biāo)在【案例1】中，試驗(yàn)?zāi)康木褪菍で笃【平湍缸钸m合的自溶條件，用蛋白質(zhì)含量作為試驗(yàn)指標(biāo)。挑因素，選水平在【案例1】中，影響啤酒酵母最自溶的因素有溫度°C(A)和卩円(B),加酶量(C)3個(gè)，并且每個(gè)因素都有3個(gè)水平。于是，就可以列出本試驗(yàn)的因素水平表(表3-1)。表3-1研究啤酒酵母最適合的自溶條件試驗(yàn)因素水平表水平ABC溫度(C)pH加酶量1506.52.02557.02.43587.52.83.3選擇合適的正交表確定好因素和水平后，根據(jù)因素、水平及需要考慮的互交作用的多少來選擇合適的正交表。從水平數(shù)、因素?cái)?shù)、試驗(yàn)的次數(shù)考慮，我們可選擇L9(34)。要考察的因素及互交作用的自由度總和小于所選正交表的總自由度來確定。本例各因素的自由度分別為：A因素的自由度dfA=a-1=3-1=2B因素的自由度dfB=b-1=3-1=2C因素的自由度dfC二c-1二3-1二2各因素的自由度之和叭+叭+dfC二2+2+2二6總自由度叭二n-1=9-1=8所以選用L9(34)是合適的。3.4進(jìn)行表頭設(shè)計(jì)正交表選好后，就可進(jìn)行表頭設(shè)計(jì)。在在【案例1】中不考察互交作用時(shí)，可將溫度°C(A)、pH(B)和加酶量(C)依次安排在L9(34)表的第一列、第二列、第三列上，第四列為空列(表3-2)。表3-2【案例1】的表頭設(shè)計(jì)列號1234因素ABC空列3.5確定試驗(yàn)方案，實(shí)施實(shí)驗(yàn)在表頭設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將所選正交表中對應(yīng)上因素的相應(yīng)水平，可得如下的實(shí)驗(yàn)方案，【案例1】的試驗(yàn)方案(表3-3)。表3-3研究啤酒酵母最適合的自溶條件的試驗(yàn)方案處理號ABCD蛋白質(zhì)％溫度(C)PH加酶量空列11(50)1(6.5)1(2.0)16.2521(50)2(7.0)2(2.4)24.9731(50)3(7.5)3(2.8)34.5442(55)1(6.5)2(2.4)37.5352(55)2(7.0)3(2.8)15.5462(55)3(7.5)1(2.0)25.5073(58)1(6.5)3(2.8)211.4083(58)2(7.0)1(2.0)310.90

3（58）3（7.5）2（2.4）8.953（58）3（7.5）2（2.4）8.953.6實(shí)驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)和分析（方差分析）采用正交表設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，都可用正交表分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本例用的是方差分析法。根據(jù)【案例1】的試驗(yàn)方案，用方差分析法的基本方法，我們對以下選擇啤酒酵母自溶條件的案例進(jìn)行分析，經(jīng)試驗(yàn)后得到以下結(jié)果：可做出本試驗(yàn)的結(jié)果（表3-4）。表3-4研究啤酒酵母最適合的自溶條件的試驗(yàn)結(jié)果處理號ABCD蛋白質(zhì)％溫度（°C）PH加酶量空列11(50)1(6.5)1(2.0)16.2521(50)2(7.0)2(2.4)24.9731(50)3(7.5)3(2.8)34.5442(55)1(6.5)2(2.4)37.5352(55)2(7.0)3(2.8)15.5462(55)3(7.5)1(2.0)25.5073(58)1(6.5)3(2.8)211.4083(58)2(7.0)1(2.0)310.9093(58)3(7.5)2(2.4)18.95K15.7625.1822.6520.741jK18.5721.4121.4521.8765.58(T)2jK3j31.2518.9921.4822.97K5.258.407.556.911jK6.197.147.157.297.29(X)2jK3j10.426,337.167.66Rj5.162.060.400.74然后我們就可以對試驗(yàn)指標(biāo)蛋白質(zhì)含量作方差分析了。①整理資料。表3-4中一共有A、B、C3個(gè)因素，沒一因素的水平數(shù)分別用a,b,c表示，本例a=b=c=3，各因素每一水平的重復(fù)次數(shù)m=3，總處理次數(shù)為9次（n）。平方和與自由度的分解。②平方和的分解：矯正數(shù)J=仝=65.582/9=477.8596矯正數(shù)nn總平方和—x2-C=6-252+4-972++8-952-C

=530.89-477.8596=53.0304工K2A因素平方和B因素平方和C因素平方和誤差平方和SS=iA-C=(15.762+18.572+31.252)/3A因素平方和B因素平方和C因素平方和誤差平方和Am=523.2617-477.8596=45.4021工K2SS=iB-C=(25.182+21.412+18.992)/3-CBm=484.3469-477.8596=6.4873工K2SS=匚-C=(22.652+21.452+21.482)/3-CCm=478.1718-477.8596=0.3122SS二SS-SS-SS-SSe T A B C=53.0304-45.4021-6.4873-0.3122=0.8288對于空列也可用同樣方法計(jì)算平方和：工K2SS= iD-C=(20.742+21.872+22.972)/3-CD(空列)平方和Dm=478.6885-477.8596=0.8289自由度的分解：總自由度dfT=n-1=9-1=8A因素的自由度嘰=a-1=3-1=2B因素的自由度叭=b-1=3-1=2C因素的自由度dfC=c-1二3-1二2誤差df二df-df-df-df二8-2-2-2二2e T A B C③F測驗(yàn)。SS45.4021MS—a— —22.7011處理間均方Adf 2ASS 6.4873MS—b— —3.2437Bdf 2B

MSSS0.3122MSMS處理內(nèi)均方dfCSSdfDSS=e=

MSSS0.3122MSMS處理內(nèi)均方dfCSSdfDSS=e=

df二0.15610.82890.8288二0.4145二0.4144方差分析的結(jié)果見表3-5。表3-5方差分析表變異來源SSdfMSFFaaA（溫度）45.4021222.701154.7806**F =6.94F0.05(2,4)B(pH)6.487323.24377.8275*F0.01(2,4)=18.0C（加酶量）0.312220.15610.3767D（空列）0.828920.4145誤差0.828820.4144總變異53.03048由于FA=54.7806>F0.01（2.4）則因素A（溫度）在各水平間差異極顯著，F(xiàn)0.05（2.4）WFB<F0.01（2.4），則因素B（PH）在各水平間差異顯著，F(xiàn)C<F0.05（2.4）,則因素C（加酶量）在各水平間差異不顯著。則由方差分析的結(jié)果可知，A因素（溫度）對啤酒酵母自溶有的影響極為顯著，其次為B因素（pH）。通過上表可以看出：因素A高度顯著，因素B顯著，因素C不顯著。因素主次順序A〉B〉C④用q檢驗(yàn)法對A.B兩因素各水平進(jìn)行多重比較。表2-61ms S_=J―e=^0.4144/3二0.3717x.m表3-6多重比較用q及LSR值秩次距K 2 3q 0.05 3.39 5.04

表3-7A因素個(gè)水平均值多■比較（q檢驗(yàn)法）A因素AACA一10.426.195.25xi顯著性 0．05abb0.01ABB0.016.518.12LSR0.051.26011.87340.012.41980.016.518.12LSR0.051.26011.87340.012.41983.0182由上表的多重比較的結(jié)果可看出，A為最好。3表3-8B因素個(gè)水平均值多重比較（q檢驗(yàn)法）B因素B 1—B因素B 1—8.40B7.14B 3—6.33顯著性abAB顯著性abAB0.01由上表的多重比較的結(jié)果可看出B為最好，B也可作為考慮，可作為分析其他指標(biāo)12后綜合平衡選擇之用。結(jié)論優(yōu)化工藝條件的確定本試驗(yàn)指標(biāo)越大越好。對因素A、B分析，確定優(yōu)水平為A、B因素C的水平改變31對試驗(yàn)結(jié)果幾乎無影響，所以理論上講可在各自所取的水平范圍內(nèi)任取一水平，從操作的難易度、成本的經(jīng)濟(jì)性、試驗(yàn)條件的可行性等方面綜合考慮確定選c。優(yōu)水平組合為1ABC。即溫度為58°C,pH值為6.5，加酶量為2.0%。311正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)