响应面法对产油藻类生长条件的优化

1、响应面法对产油藻类生长条件的优化引言 :藻类的产油量受多个因素影响, 而响应面法是优化多个因素提高产油量的 一种简便有效的新方法。我们经过查阅文献后发现,一般用响应面法优化 3-4个因子。如果优化的因子个数超过 5,数据处理的工作量会迅速上升。所以一般 要先进行预实验, 筛选出对于产油有显著影响的因子, 一般采用 Plckett-Burman 方法。然而该方法亦存在局限性:如果选定 +1和 -1的范围内,因变量不是单调 变化而是存在峰值,那么该方法就可能将一些重要影响因子错误地排除。因而, 应该增加一部分单变量实验来研究不易推测其变化状况的影响因子。 最后, 综合 两大部分实验结果,得到优化的

2、条件。1 实验材料与实验方法1.1藻种:由实验室提供。1.2培养基:常用 SE 培养基将对数期藻种细胞 1ml 接种到 30ml 的小瓶中培养 7天。 然后将 30ml 培养液 放入生物反应器中 . 恒温,恒光照下培养。生物反应器培养:培养周期为 15天。反应器规格:体积为 2L ,培养基体积 1L 。 外置光源可以通过开几盏灯来控制光强, 具体光强需要实测。 二氧化碳是否 考察视实验室情况而定。如果有钢瓶可采用纯二氧化碳与纯氮气混合的方法实 现,通气量为 0.3vvm 。如果无钢瓶可以采用不同浓度的碳酸氢钠溶液代替。整 个培养过程在密闭房间中进行,恒温条件。初始 PH 可以用酸式盐或碱式盐(

3、注 意尽可能减少对考察无机盐种类的影响来条件。待测定藻液经离心收集藻体后, 藻体用蒸馏水洗涤 3次, 经溶菌酶破碎, 提 取油脂,油脂重量测定采用称重法。2 实验过程设计单变量考察项目:时间,二氧化碳,初始 PHA 组(研究时间的影响 :时间项意为,经过该时间后进行脂肪含量检测。 B 组 (二氧化碳 C 组 (初始 PH 对于 C 组的说明:初始 PH 在一些文献中被认为是影响不显著的因子,仔细 研究后笔者认为这是由于实验方法的局限和实验设计存在的问题导致的。 并且根 据实验室内的经验,该因子应该有显著影响。2.2.1 Plackett-Burman实验设计考察因素温度,光照,初始 PH ,

4、Fe3(EDTA2,硝酸钠, CaCl2, Na2EDTA 。 对于 N次实验至多可研究(N-1个因素 , 其中 (N-4个实际因素, 3个虚构变量 (一般采用空白对照 , 用以估计误差。现采取 N=12的实验设计。每个因素取 2个水平:低水平“-” 为出发培养基和原始培养条件,高水平“+” 根据相关实验结果确定。响应值为产油量, 自变量、编码和水平因素见下表。 实验后通过统计学方法选出对产油量有显著影响的因子,进行下面的实验。2.2.2 最陡爬坡实验显著影响的因子进行如下处理。根据这 3个因素效应大小比例设定其变化方向及步长 (步长 =(Xi-X0 /Xi,其中 Xi 是自变量的编码值, X

5、0是自变量在中心点处的值,如此进行实验设计。举例: 可见, 最优产油条件在处理 3与处理 4之间, 故以处理 3条件为后续实验中心 点。2.2.3 响应面法根据最陡爬坡实验, 响应变量 Y 值逼近最大产油区域,实施中心组合实验。 15 个实验点可分为两类:其一是析因点, 自变量取值在 X1,X2,X3所构成的三维顶 点,共有 12个析因点;其二是零点,为区域的中心点,零点实验重复 3次,用 以估计实验误差。实验使用 Box-Behnken 设计。若三个自变量则设计如下。 然后根据实验结果拟合回归方程。 然后取其中两个变量与因变量做三维图变 化图,得到理论结果。2.3 实验验证为了检验模型的可靠性, 根据优化条件进行培养。 若所得实际产油量与预测最大 产油量相符,则该模型能较好地预测实际产油情况。实验说明:第一部分与第二部分同时进行。 当第二部分