均匀设计在食品加工研究中的应用

99

年月

中国粮油学1报 5Jou r n a o

3 1Assoaet o n

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。

,

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.

10 115

第

卷第期

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M

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。

199 5

均匀设计在食品加工研究中的应用陈摘要

绍,

军

’

均匀设计法是一种试验选优方法,。

特别适合于多因素尤其是多水平的试验研究,

。

其特点是能用较少的试验次数降低试验费用关键词A bs te ne x

找出最佳的生产条件或配方,

并明确各因素的重要性程度和。

本文通过具体应用实例因素

对均匀设计法的特点及其应用进行了分析和讨论

均匀设计o r

水平

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l

o

引言目前,

在食品加工的配方选择及工艺参数研究中『’~”

,

)对于多因素多水平 ( ( 5:

的选优项,

目

,

正交试验法的应用较为多见,。

〕

。

正交法的特点是

用不太多的试验次数,

找出试`

验中每个因素的最佳水平组合目性和资金浪费等等

了解试验因素的重要性程度及交互作用情况

减少试验的盲。

但正交法的试验次数是其试验因素的水平数的平方 (如 L2 (7

3 (。

)〕

,

甚至更多次方〔如 L时,

S

),

〕

,

这在一些多水平的试验中往往嫌其试验次数过多;

如5水平次试验。

选用 L,

:

。

( 5 )正交表,

6

要做 2 5次试验

s水平时用 L

6

`

( s )正交表5。

日

,

要做

64

因此

在用正交试验法时、

一般妥求试验因素的水平数最好要<,

食品工艺研究中多因素多水平是常见问还有新试剂新原辅料的应用试验。

如食品配方中

原辅料数和工艺参数常常>,,

5;

,

无前人研究资料可供参考,,

不知各因素该取其哪一数量

级 (水平 )是最合适的在多因素情况下各因素水平间的交互作用更加复杂

要找出每个因素

各水平的最佳配合点的因素水平配合点。

,

水平值范围要取较大值

水平数也要多设置的试验研究,

,

这样才有利于找到最佳。

)而这种多因素多水平 ( ) 7

用正交法则要做较多的试验

次数而难以实施

。

此时便需要一种能安排多因素多水平的优选法来取代正交试验法

*

福建农业大学食品科学系

,

3 5 0。。 2

福夕

第1卷第 1期

陈绍军

0设计在食品加工研究中的应用均匀

1

均匀设计法的应用均匀设计法能安排多因素多水平的试验,

因均匀设计法的试验次数是与其试验因素的水

平数相等应用为例1 1.

,

如U

:

(7 )

日

和U、

::

(1 7

’

6

)

。

下面以均匀设计在馒头蒸制实验室方法研究中的

,

谈谈其应用的一般程序,

。

确定试验的因案

水平和目标性状根据前人研究资料、、

影响馒头制作的因素很多下等.

行家的介绍及事先预试确定、

,

选择了以

7。

个因素

:

酵母用量

、

发酵时间。

加水量

、

面团揉和次数

醒发时间

、

蒸汽量和蒸汽压

2个水平每个因素取 1

目标性状为馒头体积和淀粉含量::`“ ( 12 )

。

1 2

试验安排与实施由于有 1 2个水平而选用 U均匀设计表,

,

因揉合次数

、

加水量

、

蒸汽量和蒸汽,

压可取的水平值范围较窄严格按表1 3。

,

而采用拟水平法排列,

具体如

表1

。

1的试验。

因素的水平组合

2次试验并测定馒头体积和馒头淀粉含量安排做 1

得表 1试验结果

试验数据分析表1U: 2

1 2 (揉次

’

2

)均匀设计及其结果`体馒

试验号

酵母用量(m l)

发时

酵间

( m in15 5 245 1 40 2 301 25

醒时

发间n

数合加水量(m l )6

) l积头m

淀含口由

)量粉

( mi

)

蒸汽量 ( g/m i n )3 426。

蒸汽压 ( m m水柱5 7 9 5 7 5 n 3 1 n 5 1 3 1

1 2 3 4 5

3 7] 1 15

5 8 1 3 6 4 0 0 1 6 2 4 2

l 2 24 301

0 7 6 4 2 8 6

53

。

3426 37 2929

。

57 5357 20 23 23 87

1 8 3 5 0 6 4 9 2 7

碑`才ó工汗月斤曰厅叮了片厅了时/ L J O性庄月,.

匕。 C c 1,八 Uō L t`自 J一ǎ。甘 1J, n j J d 1几 0 O Q曰匕伙口 1 9 J O j,ó A n b Q 2 4 6 3 ..自 5 4 6

。

…

19

23 1

。

6 78 9 10

2 15 1 10 200

12 1830 1

。

37 20。

。

5 91 3

9 518 5

39

。

6

31 90

。

11 12r r

17 21 0一.

80 17 00一。

值 Z值注:

z

8 2 14二

4 1 1611 42

2 31 21 5艺8

18 24 0 0 0637] 8,

39 87 31 90。

。

0

。

1 72 2

一一

0 0

。。

0

.

7 0 1了

.

0

.

一 O。

46 4 3

2 19 5 19 38

一

0 0

。

8 30 2二 6 7 24。.

。

r:

值为各因素与馒头体积的相关值

r

Z

值为各因素与淀粉含量的相关值2

表2因

U

1 2

(1 2

’

)均匀设计结果的逐步回归分析T值一一。

素一

标准 b0。

回归 b一

标准误4 0 0 00。

偏相关一

回归方程参数

截距0。

复相关0。

F22

值。

体积

y

:

蒸汽压酵母用量发酵时间

83 84 32 4638

21 86一

。

64 03 01 05 04

4 70

8388

7 70

。

89

83

19

粉粗介淀

一

00

。

0

。

13 02 14 09

。

4 981。

。

一

0 0

。

。

0一

.

。

81

。

5775

加水量蒸汽量

一

0

。

0

。

。

一一

2

。

99

一一

0

。

8 8 37

。

0

。

91

8 99

.

一

0

。

一

0

。

。

2 30

。

O 66

。

山

国根油学报、

19 9 5

年3月

从表 1和表 2

,

可得出这么几条重要信息。

。

r酵母川量与馒头体积呈极显著正相关 (

:

=

0 8 2辛幻.

,

表明酵母用量在本试验设计中对,

馒头体积影响最大

蒸汽压与馒头体积呈极显著负相关发酵时间、

r (

;

=

一

0 8 3肯幻

.

,

即压力越高馒头体积越小。。

表

2的

逐步回归分析结果亦同;蒸汽量与馒头体积呈负相关追不显著醒发时间、

加水量

一

、

揉合次数与馒头体积呈正相关但均不显著:

r酵母用量与粗淀粉含量呈显著负相关 (

=

一

0 7 2 .)

.

,

说明酵母用的多

,

粗淀粉转化

亦多1 4.

。

因素水平的

“

浓缩

”

与再验证,

通过这一均匀设计试验和以上的结果分析

合在这一试验设计相应空间点的表现中的最佳方案平确定下来次数为 1 5次5、

个因素各水平为 1 2个试验组 ( )的验共中最优试号第 1 0号还不能肯定是全面试验,

我们只明确这一

7

。

不过

,

从各因素与馒头品质的关系中

,

是可以把其中一些不重要因素及其水,

。

从表 1看、

,

揉合次数和蒸汽量与馒头品质相关性较差

在进一步验证中剔除,

;

确定揉合、

蒸汽量为,

31

.

99

/ m,

i

n

。

现保留 5个因素1 0、

以馒头体积最大、

、

外观与口感均较佳,

粗淀粉含量也较低的试验号 4:。

1 2的

各,

因素水平为基准把水平值范围缩小再进行如表 3典勺5个因素 1 0水平U

( 10

1“

)

均匀设计

其中蒸汽压

酵母甲量和加水量采用拟水平法排列U:

。

表3试验号ql二月ù门`畜了曰性 a t Q O

。

(1 0

`。

)均匀设计及其结朱发酵时间(m in

(m mon了 0 t

蒸汽压水柱6」八 U八 n U C.

酵母用量)

醒发时〔司( m in )“八 0。山 n g 9 J。 i口心曰佳」八 Q J O` dé, .内, L 01。 C a I1

加水量(m l)75 75

馒头体积(m l)ǎó月八内 l;丹口八 n 1 q 0工。 O幻 b匕幻 J口 O 0 O性 l口自月甘 0了月曰 q, O性月匀é d曰八乃 J 9勺 b七

(n r l )9l 3

)

6

5 1

…八é U n曰八 U C n

5。 0 3巧甘 9 6 1 8廿 7 9 1 0 2

州 Lù 2。 J 0

6

了1 1

74 7473

1 5`

73 7 2

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13一

7134一

I

0

。

2 1

0

。

0

。

08

一

0

。

42

0

。

0 2

从表3看

,

各因素经过一次,

U

:

2

(2]

`“

)

试验

,

取舍部分因素并取较合适水平后进一步。

,

的 1 0次试验中

各因素与馒头体积相关分析结果的 r值均不显著,。

由此

,

9可取馒头体积 6

7m l

的试验 2的各水平做为本试验的最佳方案

2

凡点体会.

2 1

均匀设计适合试验次数少水平数多的试验

在一个 m个因素 l个水平的试验中

,

如果征因素灼各水平都互相均衡搭配一次的试验,

,

即做全面。

试验

,

要做

l阴

次试验

。

例如一个

3因

素 4水平

要做

4

3

即6 4次试验

,

这是难以办到的

一

第1卷第 1期

陈绍军

均匀设计在食品加工研完中的应用,

0;

对于全面试验为4,

,

如果要维持试验次数在 3 0次以内2。。

当因素数为 3,

,

水平数不能犬于 3

因素数

水平数不能大于当然,,

做全面试验一般是没必要的

全面试验的点,

在一个立体多维的空间中是均衡分,

布的

我们的要求是从中找出一些有代表性的点。

做较少次的试验,

找出全面试验中的最佳

试验点

正交设计选出的试验点

,

具有代表全面试验的能力,

其试验次数常是为其水平数的平方2时 )。

或多次方偏多了。

,

即一个 5水平的试验

要做5即 2 5次试验,,

“

,

这在食品加工研究中是觉得试验次数”

但正交法的试验次数已从全面试验的 1次降到 1 2次 (当 m>

正交表中的任两因素是全面试验正交的散”,

这致使有,,

“

整齐可比

性

;

大多数正交表,,

,

每因素的

各水平在试验总次数中出现的次数相等这致有],

在各列中出现的机会也相等

对任两因素列是互相每一水平多有与水“

“

均衡分散,

”

性

。

不过。

由于正交表的水平数不能过多

平数相同的重复数[4

这致使所选的试验点在其全面试验范围内并不能做到充分 i均“”,

均衡分

特别是水平数多时更是如此。

均匀设计的特点是只具

均衡分散1,

性

不具可比性 (对任两因素 ),

,

每个因素的每一。

水平只做一次试验

表 1中的列,

酵母用量各水平只出现一次,,

其他因素列亦同“

这一特性。

使均匀设计法要做的试验次数等同于水平数交法试验次数相同的情况下更好,,

致试验次数从正交法的至少 l。

降到

1次

在与正

均匀设计可多设水平数,

这使均匀设计法的均衡性要比正交法〔`】,

当试验因素和水平多时

这一优势更突出,

均匀设计表各列选的取是按均匀性原则用计算机进行精心挑选的又要求按各均匀设计表的使用表的要求多.

在具体应用中

,

根据因素数选用更均匀的列。

,

这使得每因素不同水

平所组成的试验点在多维空间中的分布更有均匀性和代表性,

因此

,

对于试验因素水平数较,

试验费用较高,

,

试验次数要少

,

各因素的作用效果还不是很了解,

且相互的交互作川较。

为复杂2 2

目的只着重考虑找出最佳试验点

此时用均匀设计法将显示出其优越性,

均匀设计可了解各因案的重要性程度均匀设计每个因素各水平只一次重复任两因素间不是全面试验便失去了各因素间直观,。

的可比性

但均匀设计的水平数较多

,

可用相关回归分析,

、

逐步回归分析等手段来了解各因。

素与试验要求指标的相关程度和进行各因素间重要性大小的排序相关系数与回归方程的精度与统计数的个数有关)7;

因此均匀设计各因素的水平数最好要、

如果个别因素不宜取多水平以 4因素 5水平试验为例,

,

可采用拟水平法排列 (如表 1。

)表3

,

或者在条件许可范,

围内扩大水平的取值域来增加水平数一倍或用拟水平法后,,

5次试验均匀设计法只要做 5次正交法要做 2,,

如把水平数增加,

0次试验应做 1。

这也比正交法的试验次数少一半多,

。

但水平数增加一倍大大提

试验点在研究范围内更均匀分散了

代表性也增强了

,

此外

,

增加了试验次数

高了相关或回归分析的精度2 3.

对均匀设计试验结果一般要进行再选优的验证如上所述,

均匀设计的特点之一是试验的水平数等于试验的次数

,

这使得次数变得很即便是偶然包含了最

少

,

往往导至全面试验中的最佳试验点不在均匀设计所选的试验点中

,

(下转第 3

页)

第1 0卷第 1期和枝切酶麦芽糖浆出,,

李志达等

高麦芽糖浆的工艺研究,

异淀粉酶或普鲁兰酶

(糖化双酶协同作用5%,

)糖含量 7可以获得麦芽 0%~ 7 5%的高,

共中葡萄糖含量<

0

.

3%~ 2%麦芽三糖 1,

麦芽四。

、

五

、

六糖少量或未检、

麦芽七糖以上及极限糊精含量少

G

;一。

总含量在 5 9%左右。

糖浆成品无色透明,

风味纯

正。

,

浓缩至固形物含量 7 0%的高麦芽糖膏成品呈黄色,

3 2

作者研究不同枝切酶和卜淀粉酶协同作甲的糖化工艺条件优化设计对指导工业化生产具有较大现实意义。。

可提供工业化生

产的可靠参数3 3.

枝切酶可以采用国产异淀粉酶或丹比文献报道的,

麦诺沃公司的普鲁兰酶

作者研究的糖化工艺条件下

,

6糖化时间为 1 5~ 1、

h

,

〔“ J

4一4 2 8

h

大大缩

短

。

参加实验工作还有陈连城

、

陈禹

黄晓玲

、

郑武

、

董立刚

黄银霞等

。

参吴兴如U U.

考19 8 7

文6

献p 18~ 2 1

、

袁远a a

食品工业科技,

5 5

.

p p

tt

.

4 3

19 9565

,

3 72

198 0

.

.

.

,

,

765

197 0 199 119 9 4.

李志达等李志达等

食品科技学报中国粮油学报

1

.

P

9 2~ 2

(上接第

5页) 2,

佳试验点 2 65次,

其结果也总是让人、

“

放心不下,

”

。

还是以 4因素 5水平试验为例,

,

其全面试验要做做 l叭欠试验,,

5次正交设计做 2

均匀设计只做 5次试验1 6。.

如果将水平数扩大一倍

,

也。

只不过占全面试验次数的

%

验证的方法应是多种为

因此应该对均匀设计:笔者认为可在已进行一次均匀设计试验的基础上,。

。

i沟初步结果进行深一步 i飞勺试验验证

在弃除部

分不重要因素和缩小了水平值域范围

后

继续进行一次均匀设计试验,或者进行一次正交法,

试验

,

或只对各别因素进一步选优,

这些均要根据具体情况灵活掌握。

一般经过 2次最多 3次

试验后

就可找到多因素多水平试验的最佳试验点参考文

献,,

1 2

之牙振海

,

}」食品科学数理统计在食品加工工艺中的应少,

10 8 8

(

,

)

:

4~

7,

李远

、

柳絮:,

正交设计在面包添加剂配方试验中的应用,

,

青海师范大学学报,

1, 87

(2)3

5 2~ 5 5

费荣昌5 ( 2 ):

浅谈数理统计在食品发酵等学科中的应用无锡工业学院学报7 5~ 7 8

19 8 6

,

4

方开泰

,

均匀设计

,

中国科学院应用数学研究所概率统计咨询服务部印

,

198 4

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mxy4.html