响应面方法及其在食品工业中的应用

响应面方法是利用合理的试验设计并通过对实验数据进行一定的处理,建立影响因素与响应值之间的函数关系,得到一个回归方程,通过回归方程进行分析,选择最优工艺参数。这种方法已广泛应用于粮油食品、化学化工等方面的工艺配方设计及加工工艺条件的优化。本文就响应方法的优点、试验设计的方法以及实验数据的处理进行了简单的阐述,对其应用的限制因素进行一一说明,并就具体应用列举了一个简单的实例。     

响应面法及其在药学领域中的应用

响应面法(Response Surface Methodology,RSM)是利用合理的试验设计方案,采用多元二次回归方程拟合各因素与响应值之间的函数关系,通过对回归方程的分析优化工艺参数,预测响应值的一种统计方法.本文简要介绍响应面法的几种常用设计方案和软件,并对其在药学领域中的应用进行综述.     

超声波对蜂胶中有效成分的提取率影响的研究

采用超声波技术,对蜂胶黄酮的提取工艺进行了研究.选择浸泡时间、乙醇浓度、超声处理时间和液料比4个影响因素,进行响应面试验设计.经响应面优化的试验结果表明最佳提取条件为:乙醇浓度为89%,浸泡时间为11h,超声处理时间为13min,料液比为12.     

响应面分析法优化山楂叶中黄酮的提取工艺

响应面分析法优化山楂叶中黄酮的提取工艺,以黄酮粗提取率为指标,采用乙醇回流法提取。通过单因素试验及响应面分析,研究了提取温度、液固比、乙醇体积分数和提取时间4个主要因素对山楂叶中黄酮粗提取率的影响。采用Box-Behnken中心组合设计和响应面分析法,建立了回归方程的预测模型,确定最佳提取条件为液固比29 mL/g ,乙醇体积分数68％,提取温度64℃,提取时间34 min ,在此条件下黄酮粗提取率为3．07％。试验结果与模型预测值基本相符,因此,该工艺可应用于山楂叶中黄酮的提取。     

基于响应面法的地埋管换热器优化设计

通过对响应面法进行详细介绍,并确定影响地埋管换热器传热效果的主要因素,然后运用响应面法确立了合理的试验因素,选出合适的试验设计方法,确定了合理的试验方案,对地埋管换热器进行了优化设计,与工程设计相比较其传热效果得到了提升.     

灵芝多糖微波辅助提取工艺及其模型的研究

利用微波辅助技术提取灵芝多糖,采用响应面分析法( RSM) 优化提取灵芝多糖工艺． 以提取 时间、提取功率、提取温度及料液比为工艺参数,灵芝多糖提取率为响应值,通过单因素及中心组合 ( Box-Behnken) 试验设计原理,采用四因素三水平的响应面分析法,研究各自变量交互作用及其对 灵芝多糖提取率的影响． 模拟得到二次多项式回归方程的预测模型,负相关系数r 为0． 964 8,并确 定微波提取灵芝多糖的最佳提取工艺条件为: 提取时间20 min,提取功率400 W,提取温度90 ℃,料液比 20 mL /g,提取2 次． 在此条件下,实际测得的灵芝多糖提取率为1． 150%． 通过响应面分析法得到 的模型与模型预测值基本相符． 经与超声、回流、浸提对照试验进行比较,通微波可使多糖提取率明 显提高． 实验结果表明,微波辅助提取技术提取率最高,并且节能、省时和操作简便,为工业化提取 灵芝多糖提供了新途径．     

响应面法优化预酶解提取米渣蛋白的研究

为改善米渣中蛋白质的提取效果,采用中性蛋白酶酶解、碱溶两步法提取米蛋白.固定碱提取工艺,通过单因素实验,确定了预酶解的基本条件;并以pH和加酶量和反应时间为自变量,蛋白质提取率和质量分数为响应值,采用Box Behnken试验设计方法,对预酶解条件进行响应面（RSM）优化,确定了预酶解的最优工艺.最优条件下得到米渣蛋白质的提取率为78.27%,质量分数为72.86%,较直接碱提取,两者均有了一定的提高,且以蛋白质提取率提升幅度大,且优化条件下的实验结果与RSM回归方程预测值吻合良好.     

响应面法优化湿式氧化处理阳离子红X-GRL废水

以偶氮染料阳离子红X-GRL为模拟污染物，采用单因素法筛选出温度、氧气分压、搅拌速度、pH、染料质量浓度5个相对重要的影响因素，利用响应面法在60～180 ℃、氧气分压为0～2倍理论需氧量、搅拌速度为100～700 r/min、pH值为 2～10、染料质量浓度为500～2 931 mg/L范围内探讨了操作条件对染料去除率的影响，并分析了这些影响因素之间的相互作用.采用响应面法对实验结果进行了模型拟和，并对模型进行了实验验证.结果表明，响应面法的预测值与实验值吻合较好，在通过响应面法得到的优化工艺条件下处理X-GRL废水，染料去除率接近100％.     

基于响应面法的轴向磁场永磁记忆电机多目标优化设计

针对新型轴向磁场永磁记忆电机的结构优化问题,采用响应面法对电机进行优化设计.通过电磁性能方程和正交实验,初步分析了电机关键参数的影响.为了有效地设计该电机,初步选取了软磁占比、转子极数、气隙长度三个影响因素作为正交试验的设计因子,再采用响应面优化方法,将所选的感应电动势、感应电动势的总谐波畸变率和齿槽转矩三个性能作为优化目标.使用有限元软件Ansoft Maxwell和响应面设计软件Design Expert建立响应面实验,得到电机的不同影响因素组合模型下的仿真参数和拟合曲线.本文结合不同的优化方法,以满足具体的设计要求,理论分析和实验结果都验证了所提出的电机和优化方法的可行性和有效性.通过对试验数据分析对比,得出了优化方案,结果表明:优化设计之后的电机在缩减了永磁材料成本的情况下,还保证了比原电机更优的感应电动势、更小的感应电动势总谐波畸变率和齿槽转矩.     

污泥厌氧发酵-硫酸盐还原菌耦合体系优化及酸性矿井废水的处理

在厌氧条件下采用污泥厌氧发酵和硫酸盐还原菌耦合体系处理模拟酸性矿井废水中的硫酸盐,研究温度、废水水质、pH值对耦合体系处理效率的影响。以单因素法筛选出的温度、废水水质、pH值为考察因素,以硫酸根处理效率为指标,采用Design-Expert响应面软件进行设计和分析,分别建立考察因素和指标间的响应面模型,并分析因素之间的相互作用,确定显著因素的最佳水平。通过响应面法得到的优化工艺条件:温度为30.78℃;废水水质为2890.34mg/L;pH值为5.05。此时SO₄^2-的去除率可达74.17%。试验结果表明:试验值与模拟值吻合较好,相对误差小于0.57%。     

响应曲面法优化降解直接深棕染料废水的低频超声工艺

以模拟直接深棕染料废水为对象,采用低频超声技术,探讨初始PH、H3O2投加量及催化剂用量对直接深棕染料废水降解率的影响。应用Box-Behnken中心组合试验和响应面分析法,建立了类Fenton试剂对处理直接深棕染料废水的二次多项式数学模型,确定了超声降解直接深棕染料废水的优化条件：取初始浓度为100mg／L直接深棕染料废水250mL,超声功率为250W,频率28kHz,降解150min,初始pH、H2O2投加量及催化剂用量分别为3．79、1．74mM、1．65g。经试验验证,实际值与模型预测值拟合性良好,偏差仅为1．35％。     

响应曲面法优化莲房原花青素提取工艺研究

在单因素试验基础上,采用4因素3水平的响应曲面实验方法,对莲房中原花青素的乙醇提取工艺条件进行了优化,并研究各自变量之间的交互作用对莲房原花青素提取量的影响.应用Design Ex-pert 7.1.6软件,模拟得到二次多项式回归方程的预测模型,并确定乙醇提取莲房原花青素的最佳工艺条件为∶乙醇体积分数为50%、液料比25 mL/g、提取温度55℃和提取时间60 min.在此条件下,提取1次,莲房原花青素提取量为6.678 mg/100 g,与预测值6.693 mg/100 g接近,证明此模型是合理可靠的,可用于实际预测.     

沪酿3.042米曲霉产中性蛋白酶条件的优化

选择了8种影响因子利用Plackett-Burman设计法,对影响沪酿3.042米曲霉产蛋白酶的主要影响因子进行筛选,试验结果表明,影响该菌产蛋白酶的主要因子为培养温度、初始pH和料水比.利用最陡爬坡试验研究了其逼近最大响应区域,采用响应面法（RSM）对产酶条件进行了优化,并得出菌株产蛋白酶的数学模型;通过对二次多项回归方程求解,得最适产酶条件：培养温度为22℃,初始pH为7.0,料水比为1∶0.8.优化后,酶活提高了38.3%.     

响应曲面法优化电镀废水中六价铬的吸附去除特性

以模拟电镀废水为研究对象,利用响应曲面法对合成的新型吸附剂(改性玉米秸秆纤维素,MCCS)去除水中六价铬的条件进行优化.在前期单因素实验基础上,筛选出影响废水中六价铬去除率的主要因素;再根据Box-Behnken中心组合设计原理对筛选的主要因素进行优化,建立MCCS去除电镀废水六价铬的二次多项式回归模型.研究结果表明:该模型合理可靠,修正后去除六价铬的最优条件为:六价铬初始浓度200mg/L、反应温度33℃、pH值5左右.在此条件下,测得MCCS对水中六价铬的平均去除率为95.90%,与模型理论预测值96.10%基本吻合.响应曲面法可以用于MCCS对于电镀废水中六价铬去除特性的优化.     

响应面法优化蚕沙中叶绿素的微波提取工艺

为了节能、高效地从蚕沙中提取叶绿素,采用2∶1丙酮乙醇溶液为提取剂辅以微波处理,利用响应面法（RSM）优化工艺条件。在单因素试验的基础上,通过Box-Behnken中心组合试验设计（BBD）进行响应面分析。结果表明,微波提取蚕沙中叶绿素的最佳工艺条件为：微波辐射59 s,提取溶剂与蚕沙用量比例（液料比）27 mL/g,提取时间26 min,提取温度70℃,叶绿素提取率预测值为4.41 mg/g,验证值为4.26 mg/g,与预测值的相对误差为3.4%,与传统有机溶剂法相比,提取率提高了4.8倍。     

统计学分析方法应用于蛹虫草发酵培养基的优化

应用Plackett-Burman设计法对影响蛹虫草发酵的培养基组分进行了筛选,选取的8个相关因素为蛋白胨、酵母浸粉、蔗糖、MgSO4.7H2O、KH2PO4、ZnCl2、VB1和(NH4)2SO4。确定了影响蛹虫草腺苷得率的关键因素为酵母浸粉、蔗糖和VB1。在此基础上,采用响应面法对影响蛹虫草腺苷得率的关键因素最佳水平范围进一步研究,通过二次方程回归求解得知,当酵母浸粉、蔗糖和VB1的用量分别为18.970、18.8500、.235 g/L时,模型预测值蛹虫草腺苷得率为5.176 mg/g,验证值为5.093 mg/g,预测值与验证值吻合较好。     

响应面法优化鸡脂酶解工艺

通过单因素实验考察了脂肪酶、乳化剂、反应温度、pH值、反应时间、酶添加量及摇床转速等影响鸡脂脂肪酶水解的因素.采用响应面分析法对反应温度、酶添加量、pH值和反应时间等工艺参数进行了优化研究.结果表明,二次多项式模型符合实验数据.反应获得较优酸值时反应参数条件为：温度46.6℃,加酶量0.5%,pH值6.4,反应时间4.33 h.     

响应曲面法优化复合絮凝剂的制备条件

采用响应面分析法研究锌基复合絮凝剂的制备条件.以ZnCl2、AlCl3、PAM和HCl加入量为自变量,以浊度去除率为因变量,运用Box-Behnken（BB）设计研究各自变量及其交互作用对浊度去除率的影响.以二次响应曲面模型为基础,得到浊度去除率达到最高值99.36%时复合絮凝剂中ZnCl2、AlCl3、PAM和HCl的最佳加入量分别为11.4%、11.2%、0.0157%和3.1%.对最优条件进行实验验证,预测值与实验值非常吻合.     

响应面法优化杏鲍菇下脚料多糖提取工艺

采用热水浸提法提取杏鲍菇下脚料中的多糖类物质。通过单因素试验确定液料比、提取时间和作用温度的适宜水平,并在此基础上采用Box-Behnken响应面设计法建立影响因素的二次回归数学模型,得到杏鲍菇下脚料多糖提取的最佳工艺条件为液料比26 mL/g、提取温度87℃、提取时间3.2 h,在此条件下,杏鲍菇下脚料多糖的提取率为8.76%。     

响应面法优化黑曲霉固态发酵产木聚糖酶工艺

采用固体发酵法探索了黑曲霉(Aspergillus niger FIP-09-24)作用于基质麸皮和大麦渣生产木聚糖酶的最佳工艺条件。通过单因素试验和Plackett-Burman试验确定了碳源、含水量和氮源3个主要因素对固体发酵合成木聚糖酶的影响,根据中心组合设计原理采用三因素三水平的响应面分析法,获得了黑曲霉固体发酵产木聚糖酶的最佳工艺条件。结果表明,麸皮和大麦渣质量比为3.8∶1、含水质量分数55.7%、含氮质量分数2.0%、28℃培养60h,发酵曲的木聚糖酶活力最高,为66 002U/g。