响应面优化试验

1、实验报告课程名称：发酵工艺及其优化 实验名称：响应面优化实验 专业：生物工程学 号： 姓名：韦达理实验地点：笃行楼 303303实验日期：20152015 年 5 5 月 1616 日常熟理工学院实验目的和要求1.了解响应面优化实验的原理。2.熟悉design expert软件的基本操作。3.熟悉响应面优化实验的具体流程。4.优化香菇多糖发酵培养基实验器材Desig n expert软件实验原理和方法香菇多糖：是一种生理活性物质。它具有抗病毒、抗肿瘤、调节免疫功能和刺激干扰素形成 等功能。提取方法：从香菇子实体或经深层发酵后的发酵液中提取。香菇子实体生长周期长，产量和 多糖得率均较低。而深层发

2、酵培养香菇菌丝体不仅发酵液中含有与子实体相当或更高的营养物质， 同时还可利用农副产品作原料，成本低，周期短，易于大规模生产，因此已得到广泛应用于重视。响应曲面设计方法(Response SufaceMethodology， RSM)是利用合理的试验设计方法并通过实 验得到一定数据，采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系，通过对回归方程 的分析来寻求最优工艺参数，解决多变量问题的一种统计方法(又称回归设计)。响应面曲线法的使用条件有：确信或怀疑因素对指标存在非线性影响；因素个数2-7 个，一般不超过 4 个；所有因素均为计量值数据；试验区域已接近最优区域；基于2 水平的全因子正交试

3、验。进行响应面分析的步骤为：确定因素及水平，注意水平数为2,因素数一般不超过4 个，因素均为计量值数据；创建中心复合 或Box-Behnken ”设计；确定试验运行顺序(DisplayDesign);进行试验并收集数据；分析试验数据；优化因素的设置水平。响应面优化法的优点：考虑了试验随机误差响应面法将复杂的未知的函数关系在小区域内用 简单的一次或二次多项式模型来拟合，计算比较简便，是降低开发成本、优化加工条件、提高产 品质量，解决生产过程中的实际问题的一种有效方法与正交试验相比，其优势是在试验条件寻 优过程中，可以连续的对试验的各个水平进行分析，而正交试验只能对一个个孤立的试验点进行 分析。实

4、验数据和结果实验步骤1.输入三因素及其水平，设计响应面实验。2.应变量3.输入实验数据4.试验方案形成5.实验数据分析利用系统软件对表5实验数据进行二次多项回归拟合，通过RESEG响应面回归)过程进行数据分析，建立二次响应面回归模型，并寻求最优相应因子水平， 得到回归方程：丫=+模型的F检验值在a=时远大于F(9,5)=，说明方程有 很高的显着性。R2=，表明方程模型与实验数据有 勺符合度，调整后的R2adj=,表明方程模型 有很高的可信度。6.正态分布图7. Residuals vs Predicted图8. Predicted vs Actual图9.实验实际值和方程预测值10.等高线图1

5、1.三维相应曲面图ABACBC在获得非线性回归模型和响应面之后，为了求得培养基最佳浓度，对所得的回 归拟和方程分别对各自的变量求一阶偏导数，并令其为得到三元一次方程组，求 解此方程组可以得到最大多糖量时的最佳条件：X%) ,X2=%)，X3=%)，丫=4所以产多糖最高时的培养基组成为：葡萄糖%鱼粉%VB1 % % MgSO4 7H2O % FeS04 7H2O % KH2PO4 %初始pH值。12.用RSM预测最优值根据最优培养基配方对模型进行验证，香菇菌丝体产粗多糖为L，实际值与预测值的误差为+%初始培养基条件下总多糖产量为L,优化后提高了倍。该结 果表明，响应面法优化产香菇粗多糖最佳培养基是可行有效的。该研究经响应面方法优化，在优化条件下经3批摇瓶培养实验验证，粗多糖产量均值为L与预测值L误差为+%与原始培养条件相比，多糖产量提高了倍。实验证明响应面方法对培养基优化是非常有效的工具，Plackett-Burma n实验设计能对影响多糖产量的各因素效应进行评价并能有效地找出主要因素，最陡 爬坡法能充分接近最大响应面区域，Bo