Effect of frequency and pulse-on time of high power impulse magnetron sputtering on deposition rate and morphology of titanium nitride using response surface methodology

Titanium nitride thin films were deposited on silicon by high power impulse magnetron sputtering(HiPIMS)method at different frequencies(162-637 Hz)and pulse-on time(60-322μs).Response surface methodology(RSM)was employed to study the simultaneous effect of frequency and pulse-on time on the current waveforms and the crystallographic orientation,microstructure,and in particular,the deposition rate of titanium nitride at constant time and average power equal to 250 W.The crystallographic structure and morphology of deposited films were analyzed using XRD and FESEM,respectively.It is found that the deposition rate of HiPIMS samples is tremendously dependent on pulse-on time and frequency of pulses where the deposition rate changes from 4.5 to 14.5 nm/min.The regression equations and analyses of variance(ANOVA)reveal that the maximum deposition rate(equal to(17±0.8)nm/min)occurs when the frequency is 537 Hz and pulse-on time is 212μs.The experimental measurement of the deposition rate under this condition gives rise to the deposition rate of 16.7 nm/min that is in good agreement with the predicted value.

响应曲面法骨胶原蛋白酶解条件的优化

根据Box-Behnken的中心组合试验设计原理,在单因素和双因子交互作用试验的基础上,运用Minitab14数据统计分析软件,采用三因素三水平的响应曲面分析法,建立Protamex复合蛋白酶水解骨粉制备骨多肽液的二次多项数学模型,并以多肽生成量为响应值作响应面和等高线,得到酶水解骨粉制备骨多肽液的优化工艺条件为:底物浓度为15%(W/V)、pH7.5、酶浓度为0.25%(W/W)、温度55℃、水解时间为13h,多肽生成量为121.45mg/g骨粉。

微波辅助萃取紫甘薯色素的研究

以紫甘薯粉为原料,在微波条件下萃取其色素,探讨了微波平均辐射功率、辐射时间、液固比、溶剂种类和浓度对紫甘薯色素萃取率的影响,并通过响应面法确定了最佳萃取工艺参数为微波辐射功率700W(温度70℃),辐射时间6.37min,液固比15:1,盐酸浓度为0.3%。

响应面分析法优化猪骨素提取工艺条件的研究

利用响应面法对猪骨素的提取工艺进行优化。在单因素实验基础上选取主要的实验因素与水平,根据中心组合(Box-Benhnken)实验设计原理,采用三因素三水平的响应面分析法,依据回归分析确定各工艺条件的影响因素,以提取液中的胶原蛋白含量和游离氨基酸含量的综合指标为响应值作响应面回归。在分析各个因素的显著性和交互作用后,得出猪骨素提取的最佳工艺条件:提取压力为0.11MPa,时间为226min,液料比为3:1。在此条件下,实际测得综合指标含量为0.5339%。

响应面法优化猪骨粉酶解工艺

以猪骨粉为原料,水解度(DH)为评价指标,研究不同因素对猪骨粉酶解的影响。在单因素试验的基础上,选用加酶量、温度、起始pH值、酶解时间4个因素,通过四因素三水平的响应面分析法优化猪骨粉的酶解条件。结果表明:猪骨粉与水固液比为1:20(g/mL)时,最佳水解条件为:加酶量5722.25U/g、温度59.12℃、起始pH7.96、酶解时间3.19h,在此酶解条件下,预测水解度可达到17.41%。验证实验水解度为17.13%,表明实验结果与软件分析结果相符。

不同乳化剂对牛骨白汤稳定性的影响

【目的】探讨不同乳化剂对牛骨白汤的乳化效果,以促进牛骨白汤标准化、规模化生产。【方法】以牛骨素和牛油为主要原料制备牛骨白汤,以乳化度、粒径分布、表观黏度和流变行为作为评判依据,探究不同乳化剂(单硬脂酸甘油酯、丙二醇脂肪酸酯、Span80和阿拉伯胶)对牛骨白汤稳定性的影响,以乳化度为响应值进行响应面试验,同时建立数学模型并验证其可靠性。【结果】与未添加乳化剂组(空白组)相比,4种乳化剂的添加对牛骨白汤的乳化稳定性均有显著性影响(P<0.05)。最佳工艺条件为添加质量分数0.8%丙二醇、质量分数0.7%单甘酯以及质量分数0.8%阿拉伯胶,此时制备的牛骨白汤乳化度为0.92,乳化稳定性较好。【结论】确定了高稳定性、品质良好的牛骨白汤制备工艺,为畜禽骨工业化应用提供理论基础和参考依据。

粘质沙雷氏菌G1利用玉米浆干粉和磷酸氢二铵生产2,3-丁二醇的研究

研究了几种工业氮源对粘质沙雷氏菌G1发酵生产2,3-丁二醇的影响,在确定玉米浆干粉为氮源的基础上,利用Plackett-Burman(PB)实验和响应面法(RSM)实验对玉米浆干粉和磷酸氢二铵[(NH4)2HPO4]的浓度进行了优化,确定优化培养基(g·L-1)为:蔗糖90,玉米浆干粉20.32,(NH4)2HPO47.21,NaAc 4,柠檬酸钠14,MgSO40.5,Fe-SO40.02,MnSO40.01。并以此优化培养基进行了摇瓶和分批补料发酵,结果表明,摇瓶发酵中,90g·L-1的蔗糖最终被转化成43.06g·L-1的2,3-丁二醇;分批补料发酵中,2,3-丁二醇浓度为128.28g·L-1,产率为2.67g·L-1·h-1,转化率为0.48g·g-1蔗糖。以玉米浆干粉和(NH4)2HPO4为氮源,2,3-丁二醇浓度较高,培养基的成本大幅降低,为工业化生产奠定了基础。

响应面法优化富含鸽骨钙香菇鸽肉酱工艺研究

为促进复合鸽肉产品的研发,以白条鸽肉为试验材料,添加鸽肉粒、香菇、黄豆酱、鸽骨粉、香辛料等,通过单因素试验设计,研究不同豆瓣酱添加量、干红辣椒添加量、香菇添加量对香菇鸽肉酱感官评分及色泽的影响,通过响应面法优化得到最佳参数。结果表明,以30 g鸽肉粒计,香菇鸽肉酱最佳工艺配方:豆瓣酱添加量59.79 g、干红辣椒添加量10.20 g、香菇添加量17.93 g,香菇鸽肉酱预测感官分值为77.68,实际感官分值为78.16,说明通过响应面优化后的方程具有实践指导意义。在最佳配方下制得的香菇鸽肉酱色泽鲜艳、酱香醇厚、黏稠适度。

响应面法优化双柏散中总黄酮的超声波萃取工艺

目的 优化双柏散中总黄酮超声波萃取工艺。方法 以总黄酮提取率为评价指标,采用响应面法优化超声波萃取中乙醇浓度、液料比、超声温度及超声频率。结果 确定超声波萃取条件为乙醇浓度62%、液料比25、超声温度54℃,总黄酮提取率为8.8%。结论 该方法稳定、可靠、准确,可用于双柏散中总黄酮超声波萃取。

响应面法优化猪骨——香菇高汤工艺研究

以猪骨、香菇为主要原料,研究猪骨——香菇高汤制作工艺,并对工艺进行优化。在单因素试验基础上,利用响应面法,以猪骨水解液与香菇水解液的比值、食盐、料酒、白砂糖为自变量,感官评分为响应值,研究各因素及其交互作用对高汤感官评分的影响,优化工艺条件。由单因素试验和响应面优化试验确定猪骨——香菇高汤调配液的最佳配方为:猪骨与香菇水解液比值1.0、食盐1.5%、酵母精0.1%、HVP 0.3%、HAP 0.5%、琥珀酸0.015%、料酒1.2%、白砂糖1.2822%、猪肉调味粉0.1%,在此条件下制得的猪骨——香菇高汤感官评定分值最高。并以最佳工艺条件进行成品化试验,对其进行感官鉴定和杀菌保藏试验,结果表明,猪骨——香菇高汤的色泽、香味、滋味、形态均符合产品应有的要求,高温瞬时杀菌比巴氏杀菌具有更好的防腐效果。

蛋白酶水解绿茶籽粉的工艺优化

以脱脂绿茶籽粉为原料,用不同来源的蛋白酶在最适条件下对其进行水解,确定绿茶籽粉最适水解酶;并以水解度为指标,设计了4因素3水平试验,运用Design-Expert8.0.6统计分析软件,对酶解工艺进行优化。研究结果:绿茶籽粉蛋白酶解的最适酶为Alcalase;最佳水解工艺:pH8.85、酶用量938.6U/g、温度54.1℃、水解时间4.3h。在此条件下,预测水解度为71.2%,验证试验得到的水解度为71.66%,与预测值非常接近,证明研究中分析所得优化模型是可靠的。

RHLCII仿生人工骨新型材料成型工艺的优化

目的:借助于MINITAB统计学软件,采用Plackett-Burman设计和响应面优化法对重组类人胶原蛋白II(RHLCII)仿生人工骨材料成型工艺进行优化研究。方法:首先利用Plackett-Burman设计筛选出对材料抗压强度和孔隙率影响显著的三个因素,即纳米羟基磷灰石(nHA)/RHLCⅡ、京尼平浓度和预冷温度。在此基础上用最陡爬坡试验逼近最大响应区域,找到后续试验的中心点。再利用Box-Behnken实验设计及响应面分析法进行回归分析,确定主要影响因素的最佳水平。结果:优化后的三种主要影响成分为nHA/RHLCⅡ=1.54、京尼平浓度0.9%和预冷温度-75℃。结论:方程拟合良好,优化后的材料机械强度和孔隙率分别为81.56MPa、94.5%,较优化前分别提高了1.11MPa和0.9%;MTT测定结果表明材料细胞毒性试验合格,符合骨组织工程支架材料的要求,重复性好,有望应用于商品化生产。

基于RSM-DF的矿渣胶凝材料复合激发剂配比优化

针对较细全尾砂胶结充填采用水泥胶凝材料不仅充填效果差,而且成本较高的问题,利用矿渣微粉开发低成本矿山充填胶凝材料,为了有效激发矿渣微粉活性,在前期大量探索性试验的基础上,利用响应面–满意度多目标优化法(RSM-DF),开展复合激发剂配比优化试验。首先对试验材料进行物化分析;其次基于前期试验确定的影响因素及相应水平,采用Design-Expert软件中的Box-Behnken响应面法设计并进行13组试验;接着根据结果建立响应面回归模型来研究3个因素及其交互作用对28 d强度、料浆坍落度及泌水率的影响;然后在此基础上采用满意度多目标优化法对复合激发剂配比进行优化。结果表明:2 8 d强度、坍落度和泌水率3个响应量不仅受单一因素的影响,而且受因素之间交互作用的影响;复合胶凝材料优化配比为:熟料含量4%,脱硫灰渣19%,芒硝含量0.5%,矿渣微粉76.5%,并以此配比进行验证试验,得到28 d强度、料浆坍落度和泌水率分别为3.42 MPa、18.6 cm和6.1%,均满足高浓度自流输送的要求。最后利用XRD和SEM等分析方法,探究了新型充填胶凝材料的水化机制,为新型胶凝材料在矿山的利用提供理论依据。

冻干番茄粉中番茄红素提取工艺优化

利用响应面分析法优化了从冻干番茄粉(均能过200目筛)中提取番茄红素的工艺,在最优工艺基础上,比较不同预处理对番茄红素提取率的影响。确定最优工艺条件为:提取时间66.43min、提取温度50.2℃、液料比12.75:1、提取次数n=3。最优条件下番茄红素提取率平均值为2.5825 mg/g DW(n=1),与预测值基本一致,验证了模型的可靠性。冻干番茄粉的番茄红素提取率平均值为2.5314 mg/g DW(n=1),明显高于皂化番茄浆的提取率,前者较后者具有更好的应用价值。

基于响应曲面法的强化感应加热数值仿真

感应加热技术广泛应用于钢件的表面硬化处理等工艺。近年来,由磁介质材料制作而成的聚能器(MPB-MFC)的应用使得感应加热工艺具有了更高的能力和效率。然而这种新型感应加热工艺的机理研究以及精确控制性还有待提高,因此,对这种工艺过程的设计和优化进行数学建模以及有限元仿真研究非常有必要。该文研究了基于这种聚能器的强化感应加热过程中的能量传递机理,并对比分析了45号钢的强化感应加热实验以及有限元建模仿真研究。有限元模型综合考虑了电磁热的耦合问题以及材料的非线性磁-热特性因素。该有限元模型具有较高的准确性,仿真结果与实验结果达到了较好的吻合度。最后还通过响应曲面法(RSM)分析了影响温度精确性的工艺参数。

响应面法优化青砖茶水浸提工艺及茶粉加工研究

为研究青砖茶水浸提的最优工艺条件,以2020年“川”字牌青砖茶为实验茶样,去离子水为提取剂,浸提温度、时间、茶水比为实验参数,茶多酚、游离氨基酸、可溶性糖的得率及水浸出物含量为考查指标,通过Design-Expert 12软件设计回归正交实验,用响应面法分析得出水浸提青砖茶的最优工艺:温度94℃、时间41 min、茶水比1:54。在优化的条件下,测得水浸出茶多酚、游离氨基酸和可溶性糖得率分别为(3.01±0.03)%、(1.54±0.05)%和(3.49±0.15)%,水浸出物含量(37.58±0.28)%。浸提液经浓缩、干燥后所得茶粉色泽红棕偏褐、质地致密、表面较光滑,汤色红褐明亮,香气纯正,滋味醇和,适宜90~100℃冲泡。