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.

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。

香菇产α-半乳糖苷酶的液体发酵工艺优化

以菌丝体干重和发酵液中α-半乳糖苷酶活性为指标,在单因素实验的基础上用响应面法优化香菇(Lentinula edodes)液体发酵工艺。最佳发酵条件为发酵培养基含5.39%葡萄糖、0.6%蛋白胨、0.89%瓜尔豆胶、0.1%磷酸二氢钾、0.05%硫酸镁,培养基初始pH 6,接种量9%,温度26℃,转速160r/min,发酵20d,在此条件下香菇菌丝体干重达1.93g/L,发酵液中α-半乳糖苷酶活性为2.26U/mL,与优化前相比,分别提高了22.15%和29.88%。实验结果为香菇α-半乳糖苷酶的开发提供了科学的数据。

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%。

金属离子对低糖酵母发酵活性的影响

该研究考察了3种金属离子对低糖酵母发酵活力的影响。首先,采用响应面设计法对酵母发酵培养基进行了优化。通过Plackett-Burman设计试验筛选出3个主要因素:镁离子(Mg^(2+))、锌离子(Zn^(2+))、锰离子(Mn^(2+))。在这个基础上应用最陡爬坡路径法逼近最大响应值区域,然后利用响应面分析法确定最佳培养基配方为酵母抽提物(FM888)10 g/L、蛋白胨(FM318)20 g/L、葡萄糖20 g/L、六水合氯化镁6.95 g/L、氯化锌1.78 mg/L、一水合硫酸锰0.069 mg/L。其次,将优化培养基配方应用于低糖酵母发酵,干酵母活力可达426.86 m L/g。经过3次平行试验的验证,实际的平均发酵活力与预测的发酵活力值相近,比优化前提高了24.8%。此研究对低糖酵母的工业化生产具有一定的指导意义。

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)。

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。

Plackett-Burman试验、最速上升试验及Box-Behnken试验联用优化栀子多酚超声提取工艺

目的优化栀子多酚超声提取工艺。方法通过Plackett-Burman试验从乙醇浓度、粒径、液料比、超声功率、超声温度、超声时间、提取次数几个影响因素中挑选出显著因素,然后针对显著因素采用最速上升试验确定响应面的中心点,最终利用Box-Behnken试验优化栀子多酚超声提取工艺。结果最佳提取工艺为乙醇浓度45%,液料比25:1,提取时间35min,栀子总多酚得率为1.857%,与预测值1.9%接近。结论优化工艺科学合理,为栀子的开发提供了参考。

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%。

新型重金属絮凝剂二硫代羧基化羟甲基聚丙烯酰胺制备条件的优化

以聚丙烯酰胺、甲醛(HCHO)、二硫化碳(CS2)、氢氧化钠(NaOH)为原料制备新型重金属絮凝剂二硫代羧基化羟甲基聚丙烯酰胺(DTMPAM)。采用含Cu(Ⅱ)水样为考察对象,利用Plackett-Burman实验筛选出DTMPAM制备条件中的主要影响因素,再依据最陡爬坡实验确定出各主要影响因素的水平值,并以响应面法中的中心复合设计(CCD)模型对DTMPAM的制备条件进行优化。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R2为0.9275,模型拟合性良好。DTMPAM最优制备条件为:羟甲基聚丙烯酰胺(MPAM)质量分数0.5%。反应物MPAM、CS2、NaOH物质的量比1∶1.43∶1.43,预反应温度25℃、预反应时间60min、主反应温度45℃、主反应时间70min。在此条件下制备的DTMPAM对Cu(Ⅱ)的实际去除率为98.63%,与模型理论预测值98.86%接近,模型合理可靠。

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。

响应面法优化制备新型除铜螯合絮凝剂

以聚丙烯酰胺、甲醛、亚硫酸氢钠、二硫化碳、氢氧化钠为原料,采用化学合成方法制备新型螯合絮凝剂二硫代羧基化磺甲基聚丙烯酰胺(DTSPAM)。以水样中Cu(Ⅱ)的去除率为考察对象,利用Plackett-Burman实验筛选出DTSPAM制备条件中的主要影响因素,再通过最陡爬坡实验确定出各主要影响因素水平值的中心点,并以响应面法(RSM)中的中心复合设计(CCD)对DTSPAM的制备条件进行优化。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,决定系数R2为0.995 1,模型拟合性良好。

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.

拮抗农业致病菌放线菌G5发酵条件的优化

微生物的发酵过程十分复杂,培养基配方的组成以及培养条件的变化都会对菌体的代谢造成很大的影响。为了使抗生素的产量达到最大化,试验运用了Plackett-Burman试验设计、最陡爬坡试验、BoxBehnken试验设计对放线菌(Actinomycetes)G5进行了发酵条件优化。利用Plackett-Burman试验设计对影响放线菌G5发酵的诸多相关因素进行评估并筛选出3个主要因素,即碳源含量、培养温度和培养时间;之后根据3个主要因素的作用大小和方向进行了最陡爬坡试验;最后运用Box-Behnken试验设计确定最优值,得出其最优培养条件为淀粉含量21.66 g/L、培养温度27.70℃、培养时间7.75 d。在此条件下,抗生素对苹果轮纹病菌的抑菌圈直径为23.00 mm,与模型预测值基本一致。

响应面法对重金属絮凝剂MASPAM的优化制备

为提高重金属废水的处理效果,以聚丙烯酰胺(PAM)、甲醛、亚硫酸氢钠、巯基乙酸(TGA)为原料,先经磺甲基化反应制备中间产物磺甲基化聚丙烯酰胺(SPAM),再通过酰胺化反应将重金属离子的强配位基巯基(-SH)接入SPAM,得到重金属絮凝剂巯基乙酰化磺甲基聚丙烯酰胺(MASPAM).以含铜废水为处理对象,采用Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验及响应面试验优化MASPAM制备条件.结果表明:MASPAM最优制备条件为SPAM质量分数为0.5%,SPAM与TGA物质的量比为1∶2.84,反应介质pH值为5,反应温度为45℃,反应时间为2 h.此条件下制备的MASPAM在投药量为150 mg/L时对Cu(Ⅱ)的去除率为92.44%,与模型预测值的相对误差仅为0.05%,表明采用响应面法优化MASPAM的制备条件合理可行.

米糠蛋白碱法提取联合微波与酶法改性工艺的优化

以新鲜脱脂米糠为原料,以乳化性为指标,将米糠蛋白碱法提取和微波与酶法共同改性相联合,应用Plackett-Burman试验设计筛选出提取时间、提取温度和酶用量3个主要影响因素;采用最陡爬坡法得出响应面试验中心点为提取时间95 min、提取温度39℃、酶用量4 900 U/g;通过Box-Behnken试验得到米糠蛋白最佳改性工艺参数为提取时间100 min、提取温度38℃、酶用量4 960 U/g,预测米糠蛋白的乳化性达到26.69 m^2/g,实际乳化性达到26.53 m^2/g。同时,在优化条件下,吸水性、吸油性和乳化稳定性分别提高了7.81%、67.52%和84.12%。米糠蛋白的提取和改性连续进行,提高了米糠蛋白功能特性。

杂粮煎饼最佳配方的研究

煎饼是我国广大民众喜爱的传统食品,以杂粮为主要原料,经磨粉、混合、调制成糊状后摊烙而成。原料混合的不同配方直接影响煎饼的食用口感;以玉米、高粱、小米、黄豆为主要原料,附加少量小麦面粉制作煎饼;采用最陡坡试验设计方法,以食用口感为研究指标;杂粮煎饼的最佳配方为:玉米面60%,高粱粉12%,小米面9%,大豆2%,小麦面粉17%。

好氧反硝化细菌N22’种子培养基的优化

目的:优化好氧反硝化细菌N22’的种子培养基,提高对数期末期细菌浓度。方法:采用Plackett-Burman设计对影响N22’细菌浓度的因素进行评估并筛选出具有显著效应的因素KNO3(X3)、KH2PO4(X4)和K2HPO4(X5),经过最陡爬坡实验接近3个因素的最大响应区域后,应用Box-Behnken设计和响应面分析法确定3个因素的最优水平。结果:优化后的种子培养基:柠檬酸钠6g,KNO32.72g,KH2PO41.35g,K2HPO41.12g,MgSO4·7H2O 0.25g,CaCl20.025g/L,FeSO4·7H2O 0.025g,EDTA0.125g/L;蒸馏水1 000mL,初始pH值7.0。优化后发酵液对数期末期细菌浓度达到1.684 0×1012cfu/mL,比优化前1.632 7×1011cfu/mL提高了9.31倍。结论:Plackett-Burman设计结合响应面分析方法优化了菌株N22’的种子培养基。

应用统计学方法优化L-乳酸发酵培养基

采用Plackett-Burman实验、最陡爬坡实验和响应面实验,对以马铃薯为主要原料发酵制备L-乳酸的培养基进行优化。通过Plackett-Burman实验筛选出对乳酸发酵影响显著的因子为马铃薯糖化液、酵母膏和硫酸锰,利用最陡爬坡实验逼近最大响应区,采用中心复合实验设计及响应面分析法进行回归分析,建立影响乳酸产量的二次模型。模型求解得出马铃薯糖化液、酵母膏、硫酸锰最优浓度分别为110.7、14.98、0.016 g/L时,最大乳酸产量达到94.09 g/L。在最优条件下进行验证实验,3次实验平均值为93.2 g/L,与预测值之间的误差为0.9%。与优化前相比,乳酸产量提高了11.2%,L-乳酸的纯度达到94.8%。

新型重金属絮凝剂巯基乙酰化羟甲基聚丙烯酰胺的优化制备

为提高含铜废水的处理效果及简化处理流程,以聚丙烯酰胺(PAM)、甲醛、氢氧化钠、巯基乙酸(TGA)为原料,先经羟甲基化反应制备中间产物羟甲基聚丙烯酰胺(MPAM),再通过酰胺化反应将巯基接枝到MPAM分子链上,制备出新型重金属絮凝剂巯基乙酰化羟甲基聚丙烯酰胺(MAMPAM).以水样中Cu(Ⅱ)的去除率为考察目标,采用Plackett-Burman实验、最陡爬坡实验和响应面法中CCD实验优化MAMPAM的制备条件.结果表明,MAMPAM最优制备条件为:MPAM浓度0.31%、MPAM与TGA物质的量比为1∶3.2、反应介质p H值为4.76、反应温度为25℃、反应时间为2 h,在此条件下制备的MAMPAM对Cu(Ⅱ)的去除率为95.30%,与模型的理论预测值94.47%接近,相对偏差仅为0.83%,模型合理可靠.红外分析表明MPAM分子链上成功接上了巯基.MAMPAM对不同初始浓度的含Cu(Ⅱ)水样具有很好的去除效果,Cu(Ⅱ)去除率均能达到90%以上.MAMPAM有望成为一种有效的含铜废水处理剂,具有一定的应用前景.