基于Minitab的响应曲面实验设计

1、响应曲面法优化黑木耳多糖的硫酸化工艺研究组员： xxxx基于Minitab的响应曲面实验设计实验介绍 响应曲面法中的BoxBehnken设计是一种寻找多因素系统中最佳条件的数学统计方法，采用该法可建立连续变量曲面模型，对影响因子及其交互作用进行评价，确定最佳水平范围，由于试验组数相对较少，所以广泛应用于各种生物优化过程中。实验介绍 硫酸化修饰是指通过化学的方法在多糖的结构中，引入硫酸根基团。多糖经过硫酸化后，在分子结构引入了带有负电荷的硫酸根基团，整个分子会显示聚阴离子特性，可以阻断病毒与机体细胞的吸附，从而增加天然多糖的多种生物学活性。黑木耳是药食同源真菌，属真菌类担子菌纲，主要分布在我国东

2、北地区的大、小兴安岭。黑木耳不仅具有很高的营养价值，还具有多种药理功能。国内外文献报道，黑木耳具有抗氧化、降血脂 、降血糖 、抗肿瘤和抗凝血、抗菌等活性，但多糖的水溶性差限制了其活性更好地发挥，而化学修饰可以提高多糖在水的溶解度，增强其生物活性。研究表明，硫酸化多糖的生物活性与硫酸化的程度有一定的关系，通过用浓硫酸法对黑木耳多糖进行修饰，用响应曲面法对黑木耳多糖的硫酸化修饰进行工艺优化，以期达到提高其硫酸化程度，从而增加黑木耳多糖的生物活性 。实验设计 选取硫酸用量、反应温度和反应时间3个因素，以所制备的黑木耳硫酸酯的硫酸基取代度(DS)为响应值，用BoxBehnken设计了3因素3水平试验，

3、根据单因素试验，3个因素的水平值区间一般在如下范围：温度-2028，反应时间0.5 2.5h，反应试剂配比为2：14：1，同时考虑模型设计要求值须在中心点周围对称分布，故所取因素水平中心点为反应温度4，反应时间1.5h，反应试剂 (浓硫酸：正丁醇)配比3：1，中心点和中心点两侧的水平取值代号0、1和-1表示(表1 )，3因素3水平共17个试验。将因素水平规范化规范变量为： 115 . 10AA 22440BB 3130CC因素水平表水平水平因素因素反应时间（A0）/h反应温度（B0）/浓硫酸：正丁醇（C0）-10.5-202：101.543：112.5284：1响应曲面实验设计分析响应曲面设计

4、取代度的估计回归系数项系数系数标准误TP常量0.5373800.003670146.4170.000反应时间/h-0.0111250.002902-3.8340.006反应温度/-0.0087870.002902-3.0290.019浓硫酸;正丁醇配比-0.0168130.002902-5.7940.001反应时间/h*反应时间/h-0.1146900.003999-28.6760.000反应温度/*反应温度/-0.0208650.003999-5.2170.001浓硫酸;正丁醇配比*浓硫酸;正丁醇配比,-0.1344150.003999-33.6080.000反应时间/h*反应温度/0.02

5、88250.0041037.0250.000反应时间/h*浓硫酸;正丁醇配比-0.0439250.004103-10.7050.000反应温度/*浓硫酸;正丁醇配比0.0102500.0041032.4980.041S=0.00820680 PRESS=0.00596523R-Sq=99.70% R-Sq（预测）=96.26% R-Sq（调整）=99.32% 取代度的方差分析来源自由度SeqSSAdjSSAdjMSFP回归90.1591060.1591060.017678262.480.000线性30.0038690.0038690.00129019.150.001反应时间/h10.00099

6、00.0009900.00099014.700.006反应温度/10.0006180.0006180.0006189.170.019浓硫酸;正丁醇配比 10.0022610.0022610.00226133.570.001平方30.1437750.1437750.047925711.570.000反应时间/h*反应时间/h10.0644060.0553840.055384822.320.000反应温度/*反应温度/10.0032960.0018330.00183327.220.001浓硫酸;正丁醇配比*浓硫酸;正丁醇配比10.0760730.0760730.0760731129.500.000

7、交互作用30.0114610.0114610.00382056.720.000反应时间/h*反应温度/10.0033240.0033240.00332449.350.000反应时间/h*浓硫酸;正丁醇配比10.0077180.0077180.007718114.590.000反应温度/*浓硫酸;正丁醇配比10.0004200.0004200.0004206.240.041残差误差70.0004710.0004710.000067 失拟30.0003620.0003620.0001214.420.093纯误差40.0001090.0001090.000027 合计160.159577 取代度的估

8、计回归系数 项系数常量0.537380反应时间/h-0.0111250反应温度/-0.00878750浓硫酸;正丁醇配比-0.0168125反应时间/h*反应时间/h-0.114690反应温度/*反应温度/-0.0208650浓硫酸;正丁醇配比*浓硫酸;正丁醇配比-0.134415反应时间/h*反应温度/0.0288250反应时间/h*浓硫酸;正丁醇配比-0.0439250反应温度/*浓硫酸;正丁醇配比0.0102500 回归方程BCACABCBACBA0102500. 00439250. 00288250. 0134415. 00208650. 0114690. 00168125. 0008

9、78750. 00111250. 0537380. 0Y222回归方程求极值点求偏导得BACYCABYCBAYCBA0102500. 00439250. 0134415. 020168125. 00102500. 00288250. 00208650. 0200878750. 00439250. 00288250. 0114690. 020111250. 0解得061372150.0274900323.0071293812.0CBA带入（1）（2）（3）还原为实验值94.260.243.1000CBA 即由回归方程解得的最优化条件为：反应时间1.43h，反应温度-2.60，浓硫酸：正丁醇配比2.94：1优化图等值线图 曲面图结论 该实验结果表明采用浓硫酸法将黑木耳多糖进行硫酸化修饰确实可行。当反应时间和温度一定时，硫酸化多糖的取代度随反应试剂中的浓硫酸正丁醇的比列呈现先升高后减少的趋势，原因可能是由增加了浓硫酸的用量，使黑木耳多糖降解