新型除镉吸附剂MPWS制备条件的优化与机理

为了提高小麦秸秆(WS)对废水中Cd(Ⅱ)的吸附性能,采用氢氧化钠(NaOH)、L-半胱氨酸(L-Cys)、碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)对WS进行化学改性,制备出新型吸附剂巯基丙酰化小麦秸秆(MPWS).以含Cd(Ⅱ)水样为考察对象,利用Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和响应面法的中心复合设计(CCD)对MPWS的制备条件进行优化,借助表征方法探讨了MPWS的制备机理,考察了WS、化学预处理小麦秸秆(CWS)、MPWS对Cd(Ⅱ)的吸附性能.结果表明:(1)由响应面法建立的二次项回归方程P值为0.0002,表明模型非常显著.(2)当WS粒径为30目(0.60 mm)、化学预处理试剂NaOH溶液浓度为0.07 mol/L、n(EDC·HCl)∶n(L-Cys)为0.099∶1、m(NHS)∶m(EDC·HCl)为0.5∶1、m(L-Cys)∶m(CWS)为4∶1、反应介质pH为11、反应温度为40℃、反应时间为2.39 h时,该条件下制备的MPWS对水样中Cd(Ⅱ)去除性能最优,MPWS投加量为10 g/L对应Cd(Ⅱ)的去除率为84.55%,与模型预测值(84.80%)的相对偏差仅为-0.29%.(3)MPWS制备机理为巯基丙酰基被接枝到WS结构中,发挥了其对Cd(Ⅱ)螯合吸附作用.(4)秸秆对Cd(Ⅱ)的吸附性能表现为MPWS>CWS>WS,表明WS经化学预处理、接枝改性可提升吸附Cd(Ⅱ)的性能,当MPWS投加量为20 g/L时,Cd(Ⅱ)的去除率可达95.56%.研究显示,通过响应面法优化MPWS制备条件的试验方法可行,经巯基丙酰基改性后可有效提升小麦秸秆对Cd(Ⅱ)的吸附性能.

沙米人参果复合酸奶沉淀率的工艺优化

应用Plackett-Burman(PB)实验、最陡爬坡实验、Box-Behnkens中心组合设计法对沙米人参果复合酸奶的生产工艺进行优化。首先,采用Plackett-Burman设计法对影响沙米人参果复合酸奶沉淀率的6个因素的效应进行评价,筛选出了具有显著正效应的沙米汁添加量、人参果汁添加量、加糖量和有显著负效应的接种量;在此基础上,通过最陡爬坡实验逼近最大响应区域;最后采用Box-Behnkens实验对显著因素进行优化,最终确定沙米人参果复合酸奶的最佳生产工艺参数为:沙米浆添加量6.6%,人参果汁11.8%,加糖量7.2%,接种量4.2%,沉淀率可达58.69%,与预测值59.29%接近,说明本工艺优化行之有效。制得的沙米人参果复合酸奶,质地均匀,口感细腻润滑,酸甜适口。

响应面优化L-赖氨酸培养基

通过Plackett-Burman试验设计、最陡爬坡试验以及响应面分析法,对L-赖氨酸棒杆菌株发酵赖氨酸培养基进行优化。利用Plackett-Burman试验设计来确定影响L-赖氨酸得率的主要因素,结果表明:NaCl、MgSO4·7H2O、玉米浆对L-赖氨酸得率的影响最大。利用最陡爬坡试验确定最大响应区域,在该基础上利用响应面分析法中的Box-Behnken设计,确定培养基的最佳条件为NaCl 2.72%,MgSO4·7H2O0.05%,玉米浆21.13g/L。在该条件下,L-赖氨酸的理论得率为104.75g/L,实际得率为104.60g/L,比优化前的87.93g/L提高18.96%。

双水相体系萃取分离葡萄籽多糖

采用Plackett-Burman(PB)试验、最陡爬坡试验、响应面设计法对双水相萃取分离葡萄籽多糖的条件进行优化。首先,采用Plackett-Burman设计从影响萃取率的5因素中筛选出PEG质量分数、硫酸铵质量分数和萃取温度3个显著影响因素。在此基础上,通过最陡爬坡试验逼近最大萃取率区域,然后通过响应面组合试验对显著因素进行优化。得到最佳萃取条件为:PEG2000质量分数为8.92%、(NH4)2SO4质量分数为16.41%、萃取温度为38℃,萃取率可达55.1%,与预测值56.075%接近。

响应面法优化制备二硫代羧基化胺甲基聚丙烯酰胺

采用聚丙烯酰胺、甲醛、二甲胺、二硫化碳、氢氧化钠为原料制备出具有去除重金属性能的絮凝剂二硫代羧基化胺甲基聚丙烯酰胺(DTAPAM).以水样中Cd(Ⅱ)为考察对象,利用Plackett-Burman试验筛选出DTAPAM制备条件中的主要影响因素,根据最陡爬坡试验确定各影响因素水平值的中心点,并以响应面法中的CCD模型对DTAPAM制备条件进行优化.结果表明,CCD法建立的二次多项式模型回归性显著且失拟项不显著,复相关系数R^2为0.9371,模型拟合性良好;DTAPAM最优制备条件为:PAM浓度2.7%、反应物PAM、CS_2、NaOH摩尔比1:2:1.4、预反应温度23℃、预反应时间15min、主反应温度40℃、主反应时间90min.在此条件下制备的DTAPAM对Cd(Ⅱ)实际去除率为95.83%,与模型理论预测值94.08%接近,模型合理可靠.

利用中心组合设计方法研究维生素对乳酸生产的影响

顺序采用两水平分式析因设计、最速上升法以及中心组合响应曲面方法研究了维生素B1、维生素B2、烟酸、盐酸吡哆醛和生物素对拟干酪乳杆菌(Lactobacillus paracasei)合成乳酸的影响,并利用数据分析软件(Statistical Analysis System,SAS)对数据进行处理。结果表明,维生素B1和生物素对L.paracasei的生长及产酸有比较显著的促进作用,维生素的最佳组合是:维生素B10.053mg/L、维生素B20.01mg/L、烟酸4.0mg/L、盐酸吡哆醛0.2mg/L、生物素0.075mg/L。

响应曲面法优化番茄红色素的提取条件

以番茄干粉为原料,采用Plackett-Burman试验设计、最陡爬坡试验结合Box-Behnken设计对番茄红色素的提取工艺进行响应曲面优化。研究结果表明:番茄红色素的最大吸收峰为472nm,提取温度、提取时间、Ca2+浓度对番茄红色素的提取影响显著,最陡爬坡试验表明响应中心为:提取温度50℃、提取时间110min、Ca2+12mmol/L,最后用Box-Behnken响应面技术建立了关键影响提取率的二次多项式数学模型:Y=0.902+0.09X1-0.039X2+0.046X3-0.139X12-0.104X22-0.070X32+0.056X1X2+0.068X2X3,得到最佳提取工艺为:提取温度为53℃;提取时间为111min;Ca2+的浓度为13mmol/L。模型预测结果提取率达到92.30%,验证试验结果提取率达到92.07%。

金属离子对卤醇脱卤酶发酵生产的影响

在以基因工程大肠杆菌为生产菌发酵生产卤醇脱卤酶过程中,某些金属离子对卤醇脱卤的生产有较大的影响。首先,通过单因子实验确定几种典型微量元素的最佳产酶浓度,其次,通过2水平析因实验和最陡爬坡实验确定了显著影响因子及其浓度拐点,其分别是ZnSO4.7H2O、CoCl2.6H2O和FeSO4.7H2O。最后,运用响应面分析法确定了微量元素的最佳配比为FeSO4.7H2O 11.86g/L,ZnSO4.7H2O 2.0g/L,MnSO4.H2O 1.0g/L,CaCl20.05g/L,CoCl2.6H2O 1.2g/L,CuSO4.5H2O 0.8g/L。与对照生产水平相比,当添加最佳配比金属离子到培养基中后,酶活提高了2倍。

响应面法优化达托霉素发酵培养基的研究

通过Plackett-Burman设计、最陡爬坡设计与响应面设计,对达托霉素发酵培养基进行了优化,并使用De-sign expert 7.0软件对实验结果进行分析。结果表明,培养基各成分中影响达托霉素产量的主要因素是糊精、可溶性淀粉和L-天冬氨酸,其最佳浓度分别为7.0g·L-1、6.66g·L-1、0.4g·L-1,在此条件下,达托霉素的产量达到185.3mg·L-1,较优化前提高了73.7%。

双水相体系萃取分离熊猫豆蛋白质

采用Plackett-Burman(PB)实验、最陡爬坡实验、中心组合设计法对双水相萃取分离熊猫豆蛋白质的条件进行优化。首先,采用Plackett-Burman设计从影响萃取率的7因素中筛选出温度和水相pH两个显著影响因素。在此基础上,通过最陡爬坡实验逼近最大萃取率区域,然后通过中心组合实验对显著因素进行优化。得到最佳萃取条件为:PEG600质量分数为15%、硫酸铵质量分数为20%、氯化钠质量分数为0.05%、蛋白样品溶液加入量4mL,pH7.0,萃取温度为35℃,萃取时间为90min,萃取率可达43.69%,与预测值42.85%接近。说明本优化工艺具有可行性。

响应面法优化富硒金针菇菌株发酵培养基的研究

用响应面法对富硒金针菇菌株液体发酵培养基进行优化。在供试的碳、氮源中,以单因子方法筛选出玉米淀粉和豆饼粉作为最适碳源和氮源。采用全因子试验法,对KH2PO4、MgSO4·7H2O、玉米淀粉和豆饼粉等4个影响因素的效应进行评价,确定主要影响因子为玉米淀粉和豆饼粉。再用最陡爬坡实验逼近以上2个因素的最大响应区域,最后采用中心组合设计法及响应面分析法,确定了主要影响因素的最佳浓度为玉米淀粉28.8g/L,豆饼粉14.2g/L。

海金沙草总黄酮提取工艺的响应面优化

为了提高海金沙草总黄酮提取效率,运用了Plackett-Burman试验设计、爬陡坡试验和Box-Behnken设计对提取工艺进行了响应面优化试验。利用Plackett-Burman对影响总黄酮提取的诸多相关因素进行了评价并成功筛选出主效应因子,即提取时间、提取温度和乙醇浓度。在Plackett-Burman设计基础上,根据主效应因子作用大小与方向进行了爬陡坡试验。最后用Box-Behnken响应面技术优化了总黄酮提取工艺并建立了关键影响产量的二次多项式数学模型,解模型逆矩阵得最优解(优化方案),即提取温度X1=45.45℃,乙醇体积分数X2=47.1%、提取时间X3=84.8 min。模型预测结果为0.433 mg.L-1,验证试验结果为0.428±0.004 mg.L-1(n=3)。

响应面法优化黑盖木层孔菌菌丝体液体发酵培养基研究

应用Plackett-Burman设计法对影响液体发酵黑盖木层孔菌菌丝体产量的培养基组分进行筛选,确定影响菌丝体产量的关键因素为玉米粉、麸皮和VB1。在此基础上,采用最陡爬坡试验结合Box-Behnken响应面法优化黑盖木层孔菌液体发酵培养基。结果表明:当培养基组分中玉米粉为65 g/L、麸皮为49.31 g/L、VB1为214.61μg/L时,菌丝体产量预测值为10.75 g/L,最佳条件下菌丝体产量可达11.16 g/L,预测值与验证值吻合得较好。

红枣挂面配方及工艺的优化

利用部分因子设计、最陡爬坡实验和响应面分析优化了红枣挂面的配方及工艺参数。实验结果表明,红枣挂面的最优配方和参数为黄原胶0.3%、红枣粉0.9%、水38%、食盐0.3%、食用碱0.2%、熟化时间22.5 min,综合评分为93.26±2.44分。

基因工程大肠杆菌发酵生产α-环糊精葡萄糖基转移酶的培养基优化

对基因工程大肠杆菌发酵生产α-环糊精葡萄糖基转移酶的培养基进行了优化,首先通过单因素试验,挑选出对菌株产酶有较大影响的因子及浓度范围,再通过两水平析因试验和最陡爬坡试验确定显著影响因子和浓度拐点,最后采用响应面分析法确定得到培养基成分的最佳配比为:甘油10.74g·L-1,酵母提取物51.85g·L-1,酵母蛋白胨10g·L-1,磷酸氢二钾22.82g·L-1,磷酸二氢钾2.85g·L-1。与原始培养基生产水平相比,采用优化培养基后,酶活提高了48.4%。

采用响应曲面方法优化实验教学测量系统的性能

为了持续提高实验教学的质量,优化测量系统的性能,从质量管理的角度出发,提出了把实验设备纳入测量系统的范畴,探索最优工作点的方法。根据响应曲面方法的原理,分析实验教学测量系统的影响因素,建立测量模型,搜集样本和采集测量数据,分析测量数据的统计特性,从曲面空间中寻找最优工作点,在实际测量中检验最优工作参数,从而获得优化测量系统性能的方案;在模拟信号系统的噪声实验教学测量系统性能的优化中,应用响应曲面法使实验室测量的通过率提高10%。这表明,响应曲面方法在高校实验教学设备的性能优化中是一种有实用价值的方法。

序贯试验设计改进高效硝化菌发酵培养基

为了开发商品化的硝化菌产品,以去除养殖水体中的亚硝酸盐,利用序贯试验设计(包括Plackett-Burman设计、部分析因设计、最速上升法和中心组合设计等)对从虾塘中筛选得到的硝化菌的发酵培养基进行优化,得到最佳培养基组成为:NaHCO31.86g/L、NaNO22.04g/L、Na2CO30.2g/L、NaCl 0.2 g/L、KH2PO40.1 g/L、MgSO4.7H2O 0.1 g/L和FeSO4.7H2O0.01g/L.由该优化培养基培养的硝化菌使亚硝酸盐的氧化速率由初始的580.7mg/(g.d)提高至859.5mg/(g.d),且其在模拟和真实养殖水体中对亚硝酸盐的降解效果良好.

运用统计学方法构建高效复合菌群处理制浆造纸废水

采用Plackett-Burman设计、最陡爬坡实验、中心组合设计和响应面法分析等对实验室9种菌株处理制浆造纸废水进行最佳复合菌群构建。首先,采用Plackett-Burman设计出对制浆造纸废水降解有显著影响的4株菌种:Bacillus sp.、PE-9、Pseudomonas putida、Xz6-1。在此基础上,由最陡爬坡实验确定最大响应区域,然后通过中心组合设计和响应面法分析对显著菌株细胞浓度进行优化。优化后构建的最佳复合菌群组成及其浓度(以OD600表示)为:Bacillus sp.(0.35)、Enterobacter Cloacae(0.2)、Gordonia sp.(0.3)、Pseudomonas putida(0.38)、PB-3(0.3)、PE-9(0.41)、PG-1(0.2)、Ppp-3(0.3)、Xz6-1(0.35)。采用构建的最佳复合菌群处理制浆造纸废水,COD Cr去除率为86.9%,与预测值(85.7±0.5)%接近,说明运用统计学方法构建复合菌群具有可行性。

响应面法优化制备新型重金属絮凝剂MAAPAM

以聚丙烯酰胺、甲醛、二甲胺为原料制备出中间产物胺甲基化聚丙烯酰胺(APAM),然后通过酰胺化反应将巯基乙酸(TGA)中的巯基接枝到APAM上,制得新型重金属絮凝剂—巯基乙酰化胺甲基聚丙烯酰胺(MAAPAM)。以含Cu(Ⅱ)水样为处理对象,首先采用Plackett-Burman试验确定出MAAPAM制备条件中的关键影响因素,再通过最陡爬坡试验找出各因素最优区域,最后利用响应面法对MAAPAM的制备条件进行优化。结果表明,由响应面法建立的二阶回归模型显著而失拟项不显著,复相关系数R^2为0.901 0,模型拟合性较好。MAAPAM最佳制备条件为:APAM浓度1.0%、APAM与TGA物质的量比例1∶4、反应介质pH值4.9、反应温度20℃、反应时间3.0 h。经验证,该条件下制备的MAAPAM对水样中Cu(Ⅱ)的实际去除率为99.61%,与模型理论预测值(99.08%)接近,表明采用响应面法优化MAAPAM的制备条件合理可行。

Lactobacillus paracaseiW2合成苯乳酸培养条件的优化

对苯乳酸(PLA)高产菌株副干酪乳杆菌Lactobacillus paracaseiW2的培养条件进行优化,以提高PLA合成能力。采用Plackett-Burman(PB)试验设计法,筛选出3个主要影响因子:葡萄糖、吐温-80、苯基丙酮酸(PPA)。通过最陡爬坡法和响应面分析方法(RSM)确定葡萄糖质量浓度19.5g/L、吐温-804mL/L、苯基丙酮酸质量浓度3g/L。在此优化条件下,Lactobacillus paracaseiW2发酵合成苯乳酸的产量达到801mg/L,比优化前提高1.4倍。