1、 1 食品科学研究中实验设计的案例分析 响应面法优化超声波辅助酶法制备燕麦ACE 抑制肽的工艺研究 摘要：选择对ACE 抑制率有显著影响的四个因素：超声波处理时间(X1)、超声波功率 (X2)、超声波水浴温度(X3)和酶解时间(X4)，进行四因素三水平的响应面分析试验，经 过Design-Expert优化得到最优条件为超声波处理时间28.42min、超声波功率190.04W、 超声波水浴温度55.05、 酶解时间2.24h， 在此条件下燕麦ACE 抑制肽的抑制率87.36%。 与参考文献SAS软件处理的结果中比较差异很小。 关键字： Design-Expert 响应面分析 1. 比较分析 表一
2、 响应面试验设计 水平 因素 -1 0 1 超声波处理时间X1(min) 20 30 40 超声波功率X2(W) 132 176 220 超声波水浴温度X3() 50 55 60 酶解时间X4(h) 1 2 3 2. Design-Expert响应面分析 分析试验设计包括：方差分析、拟合二次回归方程、残差图等数据点分布图、二次 项的等高线和响应面图。优化四个因素（超声波处理时间、超声波功率、超声波水浴温 度、酶解时间）使响应值最大，最终得到最大响应值和相应四个因素的值。 利用Design-Expert软件可以与文献SAS软件比较，结果可以得到最优，通过上述 步骤分析可以判断分析结果的可靠性。
3、2.1 数据的输入 图 1 2.2 Box-Behnken响应面试验设计与结果 图 2 2.3 选择模型 2 图 3 2.4 方差分析 图 4 在本例中，模型显著性检验 p0.05，表明该模型具有统计学意义。由图 4 知其自变量一次项 A，3B，D，二次项 AC,A 2 ,B 2 ,C 2 ,D 2 显著(p0.05，对模型是有利的，无失拟因素存在，因此可用该回归方程代 替试验真实点对实验结果进行分析。 图 5 由图5可知： 校正决定系数R 2 (adj)(0.97880.80)和变异系数 （CV） 为0.51%， 说明该模型只有2.12% 的变异，能由该模型解释。进一步说明模型拟合优度较好,
4、可用来对超声波辅助酶法制备燕麦ACE抑 制肽的工艺研究进行初步分析和预测。 42.5 多元二次响应面回归分析 图 6 通过Design-Expert软件进行二次响应面回归分析，得到如下多元二次响应面回归模型： Y(%) 146.18542 2.23483X1 0.095966X2 6.40533X3 14.56083X4 0.016775X1 2+ 5.68182x10 -6 X1X20.023300X1X3 0.00025X1X4 2.49225x10 -4 X2 24.59229x10 -7 X2X3 0.000625X2X4 0.052150X3 20.0005X3X4 3.21125X
5、4 252.6 数据点的分布图 图 7 图 8 6 图 9 从图 7-9 可知道，数据的分布的线性明显，没有出现异常的数据点。 实验实际值 方程预测值 图10 实验实际值与方程预测值 72.7等高线和三维响应曲面图分析 做出响应曲面，分析超声波处理时间(A)、超声波功率(B)、超声波水浴温度(C)和酶解时间(D)对ACE 抑制 率的影响情况，结果见图1122。 图 11 A 与B 对ACE 抑制率影响的等高线 图12 A 及B 对 ACE 抑制率影响的响应面 8 图13 A 与C 对ACE 抑制率影响的等高线 图14 A 及C 对 ACE 抑制率影响的响应面 9 图15 A 与D 对ACE 抑
6、制率影响的等高线 图16 A 及D 对 ACE 抑制率影响的响应面 10图17 B 与C 对ACE 抑制率影响的等高线 图 18 B及C 对ACE 抑制率影响的响应面 11 图19 B 与D 对ACE 抑制率影响的等高线 图20 B 及D 对 ACE 抑制率影响的响应面 12 图21 C 与D 对ACE 抑制率影响的等高线 图22 C 及D 对 ACE 抑制率影响的响应面 13 2.8 优化最佳因素图 23 图 24 14 图 25 图 26 15 图 27 2.9 最佳因数和最大响应面值 最佳工艺 图28 利用响应面设计实验，运用根据Box-Benhnken的中心组合试验设计原理，选择对AC
7、E抑制率有 显著影响的四个因素：超声波处理时间(X1)、超声波功率(X2)、超声波水浴温度(X3)和酶解时间(X4)，16 17 做四因素三水平的响应面分析试验。最终得到最佳工艺：超声波处理时间28.42min、超声波功率 190.04W、超声波水浴温度55.05、酶解时间2.24h、ACE 抑制率87.36%。 3. Design-Expert处理结果与文献比较 Design-Expert 在响应曲面、等高线图以及回归方程处理的结果与文献中 SAS 软件 处理的结果进行比较： 表二 Design-Expert与 文献 SAS 处理结果比较 优化条 件软件 超声波处理时 间 超声波功率 超声波
8、水浴温 度 酶解时间 ACE 抑制率 文献（SAS） 28.40min 190.08W 55.05 2.25h 87.50% Design-Expert 28.42min 190.04W 55.05 2.24h 87.36% 根据两个软件处理结果的数据比较可知各因素最佳工艺条件差异小。 4.案例实验设计和统计分析过程评价 案例中通过Design-Expert软件操作和截下重要的步骤的数据处理的过程的图片，这 样可以方便分析和描述，Design-Expert软件能够用清晰和直观的图表表示结果，利于分 析，并能够很好的对照和检验文献的数据处理的结果存在的问题和差异。Design-Expert 在响应面分析有很强大的功能，能够与文献中SAS软件计算的数据进行比较， SAS软件 在计算最大响应面值优于Design-Expert软件，从“ACE 抑制率”的比较可知，但差异 不大。所以文献中数据没有问题，从分析的结果可知。 18 参考文献 1韩扬,何聪芬,董银卯,等.响应面法优化超声波辅助酶法制备燕麦ACE抑制肽的工艺研究J.食品科 学.2009,30(22),44-49.
