Box-Behnken模型优化煤系高岭土增白实验研究及表征

以山西塔山煤系高岭土为原料,采用“先煅烧后漂白”工艺对其进行增白实验研究。通过单因素实验探究煅烧、化学漂白阶段的工艺参数,并对化学漂白阶段进行Box-Behnken响应面实验,优化制备工艺参数。采用XRD、SEM和FT-IR等手段对原料及实验各阶段产物进行表征,分析其理化性质以探究增白机理。实验结果表明:在煅烧温度为950℃、恒温时间为3.0 h和NaCl质量分数为2%的煅烧条件下可获得白度为83.51%的样品(calcined kaoline,CK);响应面回归模型的相关系数R^(2)=0.9979,优化模型可信度较高;化学漂白实验对白度的影响有显著性关系的四因素为草酸用量、Na_(2)S_(2)O_(4)用量、矿浆pH值及反应温度;在矿浆pH值为3.6、Na_(2)S_(2)O_(4)质量分数为3.4%、草酸质量分数为3.9%和反应温度为38℃的响应面优化方案下对样品CK进行化学漂白,最终产品的Fe_(2)O_(3)质量分数由原先的1.93%降至0.28%,白度由5.72%升至90.09%,满足GB/T 14563-2020优质高岭土白度要求。TG-DSC、XRD、SEM和FT-IR分析结果表明:原料的主要成分为高岭石,经950℃煅烧3.0 h后其晶体结构发生变化,形成无定形且活性更高的偏高岭石,而未形成莫来石;化学还原漂白过程对偏高岭石内部结构影响甚微,即不会破坏偏高岭石的晶体结构。

基于Box-Behnken设计-响应面法结合G1-熵权法优化普济消毒口服液的提取工艺

目的优选普济消毒口服液的提取工艺。方法基于Box-Behnken设计,以挥发油提取率为指标,优选挥发油的提取工艺;基于Box-Behnken设计结合G1-熵权法主客观组合赋权法,以(R,S)-告依春、橙皮苷、黄芩苷、盐酸小檗碱、牛蒡苷的提取率与提取液干膏率为指标,优选水提取工艺。结果普济消毒口服液挥发油的最佳提取工艺为加水10倍量,浸泡时间为1.5 h,提取时间5 h;水提取最佳工艺为加水10倍量,提取时间为1.8 h,提取次数2次。在最优提取条件下,3批验证试验组间均无明显差异。结论优选的提取工艺稳定可行,可为普济消毒口服液的后续试验研究及工业化生产提供依据。

Box-Behnken模型优化大豆分离蛋白共价改性

以提高产品凝胶强度为目的,利用大豆分离蛋白作为原料,通过添加葡萄糖进行共价改性处理。单因素实验初步得到优化共价改性的工艺条件。在此基础上,采用Box-Behnken模型对大豆分离蛋白共价改性工艺条件进行优化,测定并分析了改性复合物在各个条件下的凝胶强度。结果表明:适宜反应条件为,葡萄糖添加量1.0%,反应温度为60℃,反应时间为50min,此条件下凝胶强度可以达到1865.02g,较未改性大豆分离蛋白提高20%。试验证明优化工艺能有效且显著提高大豆分离蛋白的凝胶强度。

基于Box-Behnken模型的卵清蛋白糖基化制备技术

采用Box-Behnken模型对卵清蛋白糖基化反应过程进行优化,测定并分析了糖基化卵清蛋白在各种条件下的乳化性质。结果表明其最佳反应条件为:糖添加量9%,反应时间48 h,反应温度60℃,在此条件下乳化活性为1.328,乳化稳定性为9.63 min,相对卵清蛋白分别提高了3.7倍和8.75倍。糖基化程度与乳化活性及乳化稳定性的关系符合Lerentz函数。糖基化卵清蛋白的乳化性质相对不受低pH值和高离子强度的影响,且优于商用乳化剂。研究结果证明,糖基化是提高卵清蛋白乳化性质的一种有效途径。

Box-Behnken设计-响应面法优化番石榴叶总黄酮提取工艺及总黄酮对糖尿病小鼠糖耐量的影响研究

目的:优化番石榴叶总黄酮提取工艺,考察番石榴叶总黄酮对糖尿病模型小鼠糖耐量的影响。方法:在单因素试验的基础上,以提取时间、料液比、乙醇用量为自变量,金丝桃苷、槲皮素-3-O-β-D-吡喃阿拉伯糖苷、槲皮素-3-O-α-L-呋喃阿拉伯糖苷和浸出物得率的综合评分为因变量,采用Box-Behnken设计-响应面法优化番石榴叶总黄酮回流提取工艺并进行验证试验。取60只小鼠随机分为空白组、模型组、二甲双胍组(170 mg/kg)和番石榴叶总黄酮低、中、高剂量组(23.41、46.81、93.62 mg/kg,以总黄酮含量计),每组10只。除空白组小鼠外,其余各组小鼠复制糖尿病模型,成模后灌胃给药,每天1次,连续21 d,末次给药6 h后,灌胃葡萄糖2.0 g/kg,于给予葡萄糖后0、0.5、1.0、2.0 h测定血糖值,计算血糖变化曲线下面积(AUC)。结果:番石榴叶总黄酮最优工艺为提取2次,每次1.0 h,料液比1∶17,乙醇体积分数56%,验证试验中金丝桃苷、槲皮素-3-O-β-D-吡喃阿拉伯糖苷、槲皮素-3-O-α-L-呋喃阿拉伯糖苷含量分别为2.57、3.38、2.26 mg/g(RSD<2%,n=3),浸膏得率为25.71%(RSD<1.19%,n=3),综合评分平均值为96.41(RSD=1.34%,n=3),与预测值99.98的相对误差为3.57%。与空白组比较,各组小鼠AUC显著升高;与模型组比较,二甲双胍组和番石榴叶总黄酮中、高剂量组AUC显著降低,差异均有统计学意义(P<0.05或P<0.01)。结论:优化的提取工艺稳定可行、质量可控;番石榴叶总黄酮可促进糖尿病小鼠血糖恢复正常。

基于Box-Behnken设计的采空区瓦斯与火共治技术

为有效解决红庙矿5-2S低透自燃煤层综放采空区瓦斯与火共治过程中顾此失彼的难题,提出通过数值模拟手段构建采空区在上隅角埋管抽采与注氮防灭火下的物理模型,选取瓦斯抽采量、注氮量、配风量为试验因素,以采空区氧化带最大宽度为试验指标,基于Box-Behnken设计三因素三水平试验,应用COMSOL软件进行了试验,并建立了二次回归模型,得到了最优化的工艺技术参数.研究结果表明:二次回归模型显著,模型失拟度不显著,两因素之间不存在交互作用,当抽采量85 m3/h,注氮量370 m3/h,配风量800 m3/min,即为最佳的瓦斯与火共同治理的工艺参数,并应用其指导现场实践.

基于Box-Behnken实验设计的电渗析脱盐效率影响因素实验研究

利用三因素、三水平的Box-Bohnken实验设计和响应面法(RSM)对影响电渗析脱盐效率的三个主要因素停留时间(T_0)、初始浓度(C_0)和运行电压(V_0)进行研究。以脱盐效率(Y)为响应函数,建立相应的数学模型,优化操作条件。实验结果表明,本研究所建立的三元二次数学模型的p<0.000 1、R^2=0.997 4、CV=1.18%,说明该模型具有高度的显著性和精确性,能很好地预测电渗析的脱盐过程;分析帕累托图发现,运行电压对模型的响应值脱盐效率的贡献最大,初始浓度和运行电压的交互影响对脱盐效率的贡献最小,全局最大的脱盐效率为99.86%[停留时间为2.0 h、初始浓度为100.1×10^(-6)(ppm)、运行电压为18.43 V];验证实验的实际值与模型预测值的绝对误差小于1%,说明建立的数学模型很好地预测电渗析脱盐的实际情况,具有较高的准确性。研究表明,利用三水平、三因素的Box-Bohnken设计及响应面法(RSM)研究影响电渗析脱盐效率的因素,能够优化操作条件,实现电渗析脱盐过程中的脱盐效率的最大化,说明该方法是分析电渗析脱盐效率的有效工具。

Box-Behnken模型优化水麻叶总黄酮提取工艺及抗氧化活性分析

本文以水麻叶为原料,通过单因素实验设计Box-Behnken模型,优选出提取水麻叶总黄酮最佳工艺条件,并评价了其体外抗氧化活性。结果表明:乙醇浓度、液料比、超声时间、超声温度分别为35%、42 mL/g、47 min、70℃时,与Box-Behnken模型的预测值相符。验证试验得到水麻叶总黄酮得率为3.15%±1.82%。在此条件下,提取液的总抗氧化能力为1.969 mmol/L(FeSO_(4)当量值),DPPH自由基清除能力IC_(50)为0.075 mg/mL。表明水麻叶提取液中的总黄酮可展现出良好的抗氧化活性,为进一步研究开发水麻野生资源提供一定的理论数据支撑。

Box-Behnken模型优化榕树须多酚提取工艺及抗氧化活性

为综合开发榕树须的药用价值,以榕树须为原材料,通过单因素试验进一步设计Box-Behnken模型,优选出提取榕树须多酚的最佳工艺,并以铁离子还原/抗氧化能力(ferric ion reducing antioxidant power,FRAP)法和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical,DPPH)自由基法评价了抗氧化活性。根据Box-Behnken模型实验数据的结果显示,当实际操作乙醇浓度、液料比、超声时间、超声温度分别调整为70%、50∶1(mL/g)、40 min、60℃时,3次平行验证试验得到多酚提取率平均值为4.39%(RSD为1.33%),与Box-Behnken模型的预测值相近。此条件下提取液总抗氧化能力为0.218 mmol/L(FRAP值),而0.3 mg/mL提取物的DPPH自由基清除率可达到89.4%,这表明榕树须提取液展现出好的抗氧化活性,可为榕树须药用价值的进一步开发提供作参考。

动车组应急蓄电池箱的多目标优化

针对动车组的应急蓄电池箱的安全问题和轻量化设计要求,综合多个优化目标对其进行优化分析。将主要部件的厚度作为设计变量,以应急蓄电池箱的总质量和和恶劣工况下的应力最小为优化目标,以其第1阶固有频率为约束函数,使用Box-Behnken设计方法获取样本数据。利用样本数据建立低阶多项式响应面模型,结合第三代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)进行多目标优化。结果表明:相较于单一的响应面法或遗传算法,本文采用的响应面法与遗传算法结合的方式,使得优化后的参数更加合理,轻量化和安全性均得到了保障。

基于Box Behnken设计的煤导热系数分析与预测

为研究分析水分、固定碳及密度3个因素对煤导热系数的影响,选取多个矿井不同煤质的煤作为实验煤样,使用NETZSCH LFA457型激光导热系数测试仪进行测定,并引入二次响应曲面试验设计思想,采用Design Expert软件进行煤质指标的Box Behnken试验设计,按设计表筛选实验数据,构建了导热系数多因素、多水平影响下二次回归响应曲面模型,并对不同采样地点的煤导热系数进行了分析与预测。结果表明:二次回归方程P值小于0.000 1,极显著,失拟项为0.072 4,不显著,回归方程具有统计学意义;当水分在0.9%~10.9%,固定碳在49.3%~83.6%,密度在1.2~1.92 g·cm^3之间,对煤的导热系数一次项影响程度为密度>固定碳>水分;二次项影响程度为固定碳和密度>水分和密度>水分和固定碳,且固定碳和密度之间存在交互作用,水分和密度、水分和固定碳之间无交互作用;应用响应曲面模型预测的煤导热系数误差为4.3%,满足精度要求。

低温热解吸和高温热脱附对土壤三氯乙烯修复效果研究

针对上海某TCE污染场地土壤,采用Box-Behnken模型因子优化,获得热处理技术应用于TCE修复工程的技术参数。结果表明,“低温热解吸+生石灰”工艺适用于低浓度TCE污染土,去除率与生石灰的投加量呈正相关,当温度达到45℃时,残留TCE浓度为0.408 mg/kg,达到修复目标;热脱附技术适用于中高浓度TCE污染土,最优拟合模型为二次项模型,R^(2)=0.92;TCE污染浓度对土壤TCE残留浓度呈强正相关,脱附时间呈负相关,含水率呈弱负相关,各因子对热脱附处理后土壤TCE残留浓度的影响顺序为:TCE污染浓度>脱附时间>含水率。

A quick evaluation model for CO_2 flooding and sequestration

CO2 flooding not only triggers an increase in oil production,but also reduces the amount of CO2 released to the atmosphere （by storing it permanently in the formations）.It is one of the best ways to use and store CO2.This paper firstly selects the key factors after analyzing the factors influencing the CO2 storage potential in the formations and oil recovery,and then introduces a series of dimensionless variables to describe reservoir characteristics.All influencing factors with varying values are calculated through a Box-Behnken experimental design.The results are interpreted by a response surface method,and then a quick screening model is obtained to evaluate the oil recovery and CO2 storage potential for an oil reservoir.Based on the evaluation model,sensitivity analysis of each factor is carried out.Finally,research on CO2 sequestration and flooding in a typical reservoir indicates that the evaluation model fits well with the numerical simulation,which proves that the evaluation model can provide criteria for screening attractive candidate reservoirs for CO2 sequestration and flooding.

基于人工神经网络优化黑木耳红枣发酵乳及其抗氧化分析

该研究基于人工神经网络和遗传算法,对黑木耳红枣发酵乳发酵工艺进行优化,在此基础上分析其抗氧化特性。在单因素试验的基础上,通过Box-Behnken试验设计不同因素条件下黑木耳红枣发酵乳的酸度,以此构建人工神经网络优化模型,其模型拟合度达到0.991 12。结合遗传算法对黑木耳发酵乳进行127次迭代后,求得其最佳工艺条件为黑木耳红枣汁与鲜牛乳体积比3∶2.1、发酵温度38.8℃、发酵时间36.6 h、接种量6.70%,此条件下酸度最佳为75.12°T,试验预测值与实际值无显著差异,表明网络模型结果准确;此条件下,黑木耳红枣发酵乳的DPPH自由基、羟基自由基清除率比发酵前分别提高12.04%、13.52%。

响应面法优化小米红枣溶豆的加工工艺

小米和红枣是山西吕梁的特产,皆具有高营养价值和保健功能,有药食同源之功效。为优化小米红枣溶豆工艺,为其精深加工提供相关参考和进一步开拓溶豆市场提供理论支撑,提升二者的附加值,延伸深加工产业链,满足消费者对休闲食品营养性和健康性的趋势要求,开拓婴幼儿辅食及休闲食品市场,通过单因素试验和响应面分析方法,以小米红枣溶豆的综合口感评分为评价指标,对小米粉、红枣粉、奶粉的添加量以及焙烤温度进行优化。结果表明,以小米粉、红枣粉、奶粉添加量分别为26.7%、6.6%和66.7%以及焙烤温度为100℃时,制作出的小米红枣溶豆表面色泽金黄、口感细腻酥松,风味纯正,感官品质最佳。可能由于不同原料配比以及烘焙温度均会通过加工过程中的美拉德反应、焦糖化反应等,对产品的香味和色泽产生影响。进一步对成品微生物进行检测,结果表明,菌落总数为20 cfu/g,大肠菌群、致病菌、砷和铅重金属、黄曲霉毒素皆未检出,说明该试验制得的样品符合GB要求;质构检测结果显示,小米红枣溶豆较市面上产品更为酥脆,内聚性更好。

桑叶植酸的提取条件优化及桑叶和蚕粪中的植酸含量检测

建立高效提取桑叶植酸的方法,并应用于检测分析不同品种、不同成熟度桑叶中的植酸含量和蚕粪中的植酸含量,有助于进一步开展降低桑叶中的植酸含量及提高桑叶营养利用率的研究。运用Design-Expert 8.0.4 Trial软件的Box-Behnken模型,分析不同提取条件因子对桑叶植酸提取效果的影响作用为原料质量浓度>提取液中盐酸的浓度>浸提时间,确定最佳提取条件:提取液为1.25%盐酸+0.1 g/mL硫酸钠,浸提时间为2.18 h,原料质量浓度为0.05 g/mL。在此优化条件下提取桑叶和蚕粪中的植酸,并应用比色法测定5个桑品种春季成熟叶、嫩叶以及秋季成熟叶、嫩叶中的植酸平均质量比分别为3.98、3.55、3.75、3.52 mg/g,5龄幼虫蚕粪中的植酸含量为3.78 mg/g,与桑叶中的植酸含量接近。检测结果说明桑叶中的植酸随着桑叶的成熟其含量不断增加,家蚕不能吸收利用植酸态的磷。

大豆11S球蛋白-麦芽糖共价改性及其凝胶流变特性

为提高大豆蛋白凝胶性,从低温脱脂豆粕中提取大豆11S球蛋白,添加麦芽糖对其进行湿法糖基化改性,运用Box-Behnken模型对改性条件进行优化,并分析了糖基化反应前后蛋白样品凝胶强度及流变学特性的变化。结果表明:在最优工艺条件为麦芽糖添加量1.85%,反应温度68.42℃,反应时间50.08 min下,凝胶强度可达269.43 g。根据实际情况,在麦芽糖添加量2.0%,反应温度70℃,反应时间50 min条件下进行验证实验,结果凝胶强度为270.52 g,相对偏差为0.4%,较未改性11S球蛋白提高了20.7%;改性前后蛋白质凝胶流变特性的分析结果显示,糖基化产物的凝胶弹性模量G’、黏性模量G"较大豆球蛋白单独体系均有所提高,凝胶形成点从2 648s提前到2 489 s,说明糖基化反应促进了大豆球蛋白凝胶网络结构的形成,改善了大豆球蛋白的凝胶特性。

低聚木糖的超滤纯化生产工艺优化

以纯化分离秸秆酶解液中低聚木糖为目的,以蛋白、木质素去除率和低聚木糖的透过率为评价指标,采用工业化超滤膜分离装置,考察料液浓度、操作压力、温度、pH值对超滤除杂的影响。单因素实验确定初步的工艺条件后,Box-Behnken模型优化得最佳超滤纯化工艺条件为:料液浓度2.24°Bx,操作压力0.18 MPa,温度25℃,pH 7.0。在此条件下,低聚木糖的透过率为92.1%,蛋白去除率67.9%,木质素去除率67.8%,透过液澄清透亮。响应面法分析各因素对超滤提纯效果的影响,其强弱性依次为:料液浓度、pH值、操作压力、操作温度。

β-伴大豆球蛋白糖基化改性对其乳化性影响的研究

以低温脱脂豆粕为原材料分离纯化得到β-伴大豆球蛋白(7S)。以黄原胶为糖基供体对7S进行湿法糖基化改性,用Box-Behnken模型对反应条件进行优化,并测定分析改性产物在不同环境下的乳化性。结果表明最佳反应条件为:反应温度90℃,反应时间2h,糖添加量7%,乳化活性(EAI)为1.132,乳化稳定性(ESI)为27.16min,分别是未改性7S球蛋白的2.15倍和2.26倍。研究结果证明,糖基化改性是改善7S乳化性的有效途径。

酶法改善蛋清粉起泡功能的工艺研究

对蛋清粉的加工工艺进行了改进,利用蛋白酶水解蛋清蛋白,提高蛋清粉起泡功能。采用Box-Behnken模型对蛋白酶水解蛋清蛋白提高蛋清粉起泡功能的反应条件进行优化,测定并分析了蛋清粉在不同条件下的起泡力和泡沫稳定性指数。研究结果表明:酶用量1000U/g、水解时间1.25h、水解温度37℃,生产的蛋清粉与未酶解蛋清粉相比,起泡力由41.42%提高到83.87%,泡沫稳定指数由106.84提高到157.18。