實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：發(fā)酵工藝及其優(yōu)化實(shí)驗(yàn)名稱：響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)專業(yè)：生物工程學(xué)號(hào)：060512212姓名：韋達(dá)理實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：篤行樓303實(shí)驗(yàn)日期：2015年5月16日常熟理工學(xué)院［實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅?,了解響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的原理。2,熟悉designexpert軟件的基本操作。3,熟悉響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的具體流程。4,優(yōu)化香菇多糖發(fā)酵培養(yǎng)基［實(shí)驗(yàn)器材］Designexpert軟件［實(shí)驗(yàn)原理和方法］香菇多糖：是一種生理活性物質(zhì)。它具有抗病毒、抗腫瘤、調(diào)節(jié)免疫功能和刺激干擾素形成等功能。提取方法：從香菇子實(shí)體或經(jīng)深層發(fā)酵后的發(fā)酵液中提取。香菇子實(shí)體生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，產(chǎn)量和多糖得率均較低。而深層發(fā)酵培養(yǎng)香菇菌絲體不僅發(fā)酵液中含有與子實(shí)體相當(dāng)或更高的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)還可利用農(nóng)副產(chǎn)品作原料，成本低，周期短，易于大規(guī)模生產(chǎn)，因此已得到廣泛應(yīng)用于重視。響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)方法(ResponseSufaceMethodology,RSM)是利用合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到一定數(shù)據(jù)，采用多元二次回歸方程來(lái)擬合因素與響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)對(duì)回歸方程的分析來(lái)尋求最優(yōu)工藝參數(shù)，解決多變量問(wèn)題的一種統(tǒng)計(jì)方法(又稱回歸設(shè)計(jì))。響應(yīng)面曲線法的使用條件有：①確信或懷疑因素對(duì)指標(biāo)存在非線性影響；②因素個(gè)數(shù)2-7個(gè),一般不超過(guò)4個(gè)；③所有因素均為計(jì)量值數(shù)據(jù)；試驗(yàn)區(qū)域已接近最優(yōu)區(qū)域；④基于2水平的全因子正交試驗(yàn)。進(jìn)行響應(yīng)面分析的步驟為：①確定因素及水平，注意水平數(shù)為2,因素?cái)?shù)一般不超過(guò)4個(gè)，因素均為計(jì)量值數(shù)據(jù)；②創(chuàng)建“中心復(fù)合”或“Box-Behnken”設(shè)計(jì)；③確定試驗(yàn)運(yùn)行順序(DisplayDesign);④進(jìn)行試驗(yàn)并收集數(shù)據(jù)；⑤分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)；⑥優(yōu)化因素的設(shè)置水平。響應(yīng)面優(yōu)化法的優(yōu)點(diǎn)：①考慮了試驗(yàn)隨機(jī)誤差②響應(yīng)面法將復(fù)雜的未知的函數(shù)關(guān)系在小區(qū)域內(nèi)用簡(jiǎn)單的一次或二次多項(xiàng)式模型來(lái)擬合，計(jì)算比較簡(jiǎn)便，是降低開發(fā)成本、優(yōu)化加工條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量，解決生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題的一種有效方法③與正交試驗(yàn)相比，其優(yōu)勢(shì)是在試驗(yàn)條件尋優(yōu)過(guò)程中，可以連續(xù)的對(duì)試驗(yàn)的各個(gè)水平進(jìn)行分析，而正交試驗(yàn)只能對(duì)一個(gè)個(gè)孤立的試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行分析。［實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果］實(shí)驗(yàn)步驟1.輸入三因素及其水平，設(shè)計(jì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)3.輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)口ka0Li.CoMdjIBl*wII工晶看?rMPF3如為y1C-Owi■QI.1MM1,■1.卜到■(■■CT[■Ll_iimARHgmtsjtmIHC4nl卜.?**?■■1?wincimLJn-rt^lIiw.ii4IIXI-4.EK131■->a3Am-I.E3?iizaI11ifaWM，■,1IKLbOaW?Ik*lcT*Hah.M￡OJIHA也iHdkKta.1301L喇tofti■■iA4hiiA-A*-l?tiig*，MSiiiaadJMIJi11iW.1DCnxi手ii_-4HQ>壯心wU.赫iw.iJdTu-imIMliTO一】g-J.mQF■■■***er|Mil34Mr'LH^rii.CoaMii4.試驗(yàn)萬(wàn)案形成<h|1-?■P1W1.■■立幣/t￡FMVa■iFqjiiMWi.■Ml?1EliI席.u1mPPCTTK2HTS2iInfan-ontIT說(shuō)34H9Int13a?14114XMI“to.1JDIibis99AW-I.C3?IS1ij-iA*Hal.mqmm1HTtwad期AAiBttkfeMi3a1116由*lAkm■i-?tiiUi*%!??Mi3111-iM>.1KK04ji*JIWIV.1-401QIW>iJM1UN1H?U-imkmlMl114i_79-ig—psaIJZ：LJlHfHWRHiDfncrivIgikfwiM-R^ni5.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析BaLknartL-E利用系統(tǒng)軟件SAS8.0對(duì)表5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合，通過(guò)RESEG響應(yīng)面回歸)過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，建立二次響應(yīng)面回歸模型，并尋求最優(yōu)相應(yīng)因子水平，得到回歸方程：Y=2.136667+0.44625X1+0.045X2-0.01375X3-0.44583X12-0.13833X22-0.09083X32-0.1175X1X2+0.015X1X3-0.0725X2X3模型的F檢驗(yàn)值在a=0.05時(shí)遠(yuǎn)大于F(9,5)=4.77,說(shuō)明方程有很高的顯著LIUMOhR中庭一巾公尸”■■fmp|■MSIi|U■■,■BaLknartL-E利用系統(tǒng)軟件SAS8.0對(duì)表5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合，通過(guò)RESEG響應(yīng)面回歸)過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，建立二次響應(yīng)面回歸模型，并尋求最優(yōu)相應(yīng)因子水平，得到回歸方程：Y=2.136667+0.44625X1+0.045X2-0.01375X3-0.44583X12-0.13833X22-0.09083X32-0.1175X1X2+0.015X1X3-0.0725X2X3模型的F檢驗(yàn)值在a=0.05時(shí)遠(yuǎn)大于F(9,5)=4.77,說(shuō)明方程有很高的顯著LIUMOhR中庭一巾公尸”■■fmp|■MSIi|U■■,■X?h4EiLM?drf本*七?KT?a-WT；Kl-DB-EE213理?4”F/m?71Wl口.■m］鼻.曲、I。*-4FFm11?1.13H4"r|MM??E4MNWMWVI■0.門■■■■-LUWN。SqbflH1—ilk.h-BdFMW*^S-5??IHild3.flU：kMir心H1那44U■??弛MtX加加Tff心?DfHvcMwi口SOR2=0,9973,表明方程模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有99.73%的符合度，調(diào)整后的R2adj=0.9925,表明方程模型有很高的可信度。HLWIE6.正態(tài)分布圖j"LwiJg[：■*?*1UWBMifcH4aMi■—Xflh#ICHkd,

L*liM*w?”Ll￡>W>3"3J*■H利學(xué)*--h1*iMirw>ribow??k*l*prihcMviL#j^HknaBH中：*NorrnalPintofResiduasResidualsvsPredictedPredictedvsActual圖PrebleaedvsActual9.實(shí)驗(yàn)實(shí)際值和方程預(yù)測(cè)值l巴iijtimi可卜TJkLnraL?6Wi?k?lP?n|hMn*K■町C￡tfdrrrinc、TimJ■FE.ni.—LWFH驟DCBEWEFTGibsr*戶—■；■kVJNMYW-flH?》f6j-L——1111111fHn?inl4M?r133■iSBTfl9s,if11嗡H■s<■事."awtHTH(Bfa6^^^?與M1?FtwBcMSHiiHnrfP*!dVWwIE?F?1tea￥n*^ai^piBtwiri10!**<■wr^iaid《Qi-OSdIErl-IPI』*F,-1?4*Hzrazv口皿IE-ismqvra?n4ni\rq卻11?iMAm露tann1IK甲一.IE1￡H■鼻v，Q中rI2C111OfiHI*1TSIIELSV2IH13HE2￡4f±94心出營(yíng)「修通?3汽工喬Bi.iV11IUliq，l11?g-in叫/H2033K-0411-ITS4MTTE-1皿口=AIfl42M4Jl.r?1J44?JniaM.0033.1?IlHiiilwitui.M由?4i4C”1*iM41tli113b-IM寸—?a呻?ijeIS42M4M1I.TSfe1gT31HOOH9Ali33"1Mi?3HtlA電adgiAHjLHIU44a<it*飛||fFv中際Q2.ISOjCn3131?ULWiQ、沁QhlT,■，口Mkfl■■IPFu10.等高線圖下€呼“巧ZEtfainCvAd悵后修事Dfi■vkMfhiIs■肛照朋-XCkAtkvX21=9FtiR-dM3C?4flt=iSKt>icwm11.三維相應(yīng)曲面圖AB打，B.FisftpowdsfAdjCOS#0F3Tt3BS-hEftaiErZcdni亡Nfed艷宙?口*R單口營(yíng)79C?4siRIMX7=HFrSH-HMHT*―ACBC在獲得非線性回歸模型和響應(yīng)面之后，為了求得培養(yǎng)基最佳濃度，對(duì)所得的回歸擬和方程分別對(duì)各自的變量求一階偏導(dǎo)數(shù)，并令其為得到三元一次方程組，求解此方程組可以得到最大多糖量時(shí)的最佳條件：X1=0.5066(2.2533%),X2=-0.0488(0.9756%),X3=0.0144(0.0993%),Y=2.2487g/L。所以產(chǎn)多糖最高時(shí)的培養(yǎng)基組成為：葡萄糖2.2533%,魚粉0.9756%,VB10.003%,NaCl0.8%,MgSO47H2O0.1%,FeSO47H2O0.04%,KH2PO0.0993%,初始pH值5.5。

12.用RSM?測(cè)最優(yōu)值根據(jù)最優(yōu)培養(yǎng)基配方對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，香菇菌絲體產(chǎn)粗多糖為2.33g/L,實(shí)際值與預(yù)測(cè)值的誤差為+3.61%o初始培養(yǎng)基條件下總多糖產(chǎn)量為0.80g/L,優(yōu)化后提高了1.91倍。該結(jié)果表明，響應(yīng)面法優(yōu)化產(chǎn)香菇粗多糖最佳培養(yǎng)基是可行有效的。寄6?LppliRi■71076二該研究經(jīng)響應(yīng)面方法優(yōu)化，在優(yōu)化條件下經(jīng)3批搖瓶培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，粗多糖產(chǎn)量均值為2.33g/L與預(yù)測(cè)值2.2487g/L誤差為+3.61%,與