第2章 试验设计基本原理及食品试验常用的设计
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广义是指整个研究课题的设计， 广义是指整个研究课题的设计，主要包括课题 的确定、试验方案的拟定、试验材料的选择和分组、 的确定、试验方案的拟定、试验材料的选择和分组、 资料收集和统计分析方法等。 资料收集和统计分析方法等。 狭义的理解是指重复数的确定、 狭义的理解是指重复数的确定、对试验材料的 选择与分组。 选择与分组。
重复(replicate) 7． 重复(replicate)
在1个试验中，将1-个处理实施在2个或2个以上 个试验中， 个处理实施在2个或2 的试验单位上称为重复。 的试验单位上称为重复。 1个处理实施的试验单位数称为处理的重复数（n）。 个处理实施的试验单位数称为处理的重复数（
＆2.2 试验设计的基本原则
4．单、复因子试验作用区别: 单 复因子试验作用区别: 考察1个试验因素的试验叫单因素试验 考察1 考察2个或2 考察2个或2个以上试验因素的试验叫多因素试验 单因子试验，解决该因子水平间的比较问题。 单因子试验，解决该因子水平间的比较问题。 复因子试验不仅要了解各个因子自身水平间的比 较问题，还要了解因子之间的相互作用问题， 较问题，还要了解因子之间的相互作用问题，从而找 出最有效的措施，精度较高的优点。 出最有效的措施，精度较高的优点。
实施局部控制时，区组如何划分，应根据具体情况确定。 实施局部控制时，区组如何划分，应根据具体情况确定。 区组可以是培养箱中的一层、试验地的某一段。 区组可以是培养箱中的一层、试验地的某一段。 如果日期(时间 变动会影响试验结果 如果日期 时间)变动会影响试验结果，就可以把试验日期 时间 变动会影响试验结果， (时间 划分为区组； 时间)划分为区组 时间 划分为区组； 如果试验空间会影响试验结果，可把空间划为区组； 如果试验空间会影响试验结果，可把空间划为区组； 如果全部试验用几台同型号的仪器或设备， 如果全部试验用几台同型号的仪器或设备，考虑仪器或设 备间差异的影响，可把仪器或设备划为区组； 备间差异的影响，可把仪器或设备划为区组；可把操作人员划 分为区组。 分为区组。
一. 重复原则
重复：是指在试验中每种处理至少进行2次以上。 重复：是指在试验中每种处理至少进行2次以上。
例如： 例如：
重复作用：估计和减小随机误差。 重复作用：估计和减小随机误差。 重复次数过多效果并不好。 重复次数过多效果并不好。
？
二、 随机化原则
随机化原则，就是在试验中，每一个处理、 随机化原则，就是在试验中，每一个处理、 重复随机地安排在某一特定的空间和时间环境中， 重复随机地安排在某一特定的空间和时间环境中， 保证试验条件在空间和时间上的均匀性。 保证试验条件在空间和时间上的均匀性。 采用方法：抽签、摸牌、查随机数表等方法来实现。 采用方法：抽签、摸牌、查随机数表等方法来实现。 作用：正确、无偏估计试验误差。 作用：正确、无偏估计试验误差。
第二章 试验设计基本原理及 食品试验常用的设计
＆2.1 试验设计常用术语 ＆2.2 试验设计的基本原则 ＆2.3 试验设计的概述 ＆2.4 食品研究常用试验设计
＆2.1 试验设计常用术语
试验指标(experimental index): 1. 试验指标 在试验设计中， 在试验设计中，据试验的目的而选定的用来 衡量或考核试验效果的量称为试验指标。 衡量或考核试验效果的量称为试验指标。
局部控制作用：进一步减少试验误差。 局部控制作用：进一步减少试验误差。 这样做有两个好处： 这样做有两个好处： 一是增加了一个区组因素， 一是增加了一个区组因素，可把区组间 的差异（系统误差）从观察值的误差中分离 的差异（系统误差） 出来，增加试验的准确度； 出来，增加试验的准确度； 二是各区组内可保证试验单元的一致， 二是各区组内可保证试验单元的一致， 增加试验的精确度。 增加试验的精确度。
三、局部控制（区组化）： 局部控制（区组化）：
局部控制：将整个试验空间分成若干个各自相 局部控制： 对均匀的局部，每一个局部叫做一个区组， 对均匀的局部，每一个局部叫做一个区组，所有局 部构成区组因素。 部构成区组因素。 局部控制原则：重复区内具有同质性，重复区 局部控制原则：重复区内具有同质性， 间允许有最大异质性。 间允许有最大异质性。 局部控制实质：消除试验单元间的系统误差。 局部控制实质：消除试验单元间的系统误差。
二、试验设计方法的主要内容 重点讲完全随机设计，随机区组设计、 重点讲完全随机设计，随机区组设计、 正交试验设计； 正交试验设计； 介绍均匀设计、回归正交设计、回归正 介绍均匀设计、回归正交设计、 均匀设计 交旋转设计、回归通用设计、 交旋转设计、回归通用设计、混料没计等方 法。
2.试验设计的任务： 2.试验设计的任务： 试验设计的任务
据研究项目的需要，数理统计原理为理论基础， 据研究项目的需要，数理统计原理为理论基础， 结合专业知识和实践经验，经济、科学、 结合专业知识和实践经验，经济、科学、合理地安 排试验；有效地控制试验误差干扰； 排试验；有效地控制试验误差干扰；力求用较少的 人力、物力、财力和时间，最大限度地获得丰富而 人力、物力、财力和时间， 可靠的资料； 可靠的资料；充分地利用和科学地分析所获取的试 验信息； 验信息；从而达到能明确回答研究项目所提出的问 题和尽快获得最优方案的目的。 题和尽快获得最优方案的目的。
在食品生产和科学研究中，为了革新生产 工艺，开发新产品，寻求优质、高产、低消耗 的方法等，经常要进行各种试验研究。 试验研究可分为试验设计、试验的实施、 试验研究可分为试验设计、试验的实施、 收集资料、整理资料和分析资料等步骤。 收集资料、整理资料和分析资料等步骤。
1.试验设计： 1.试验设计： 试验设计
例如： 例如：考察加热时间和加热温度对果胶酶活性影响 是试验指标； 时，?是试验指标； 例如： 例如：在考察贮存方式对红星苹果果肉硬度的影 响时， 是试验指标。 响时，?是试验指标。
试验指标可分为定量指标和定性指标两类 试验指标可分为定量指标和定性指标两类。 定量指标 两类
定量指标：能用数量表示的指标，或称数量指标。 定量指标：能用数量表示的指标，或称数量指标。
2. 试验因素 试验因素(experimental factor) 试验中，凡对试验指标可能产生影响的原因或要素， 试验中，凡对试验指标可能产生影响的原因或要素， 都称为因素，也称因子。 都称为因素，也称因子。 如酱油质量受原料、曲种、发酵时间、发酵 如酱油质量受原料、曲种、发酵时间、 温度、制曲方式、发酵工艺等诸方面的影响， 温度、制曲方式、发酵工艺等诸方面的影响，这 些都是影响酱油质量的因素。 些都是影响酱油质量的因素。它们有的是连续变 化的定量因素，有的是离散状态的定性因素。 化的定量因素，有的是离散状态的定性因素。
3.ห้องสมุดไป่ตู้
因素水平(1evel 因素水平(1evel Of factor)
试验因素所处的各种状态（质量或数量上不同） 试验因素所处的各种状态（质量或数量上不同） 称为因素水平，简称水平。 称为因素水平，简称水平。
如某试验中温度A选了， ℃ 个水平， 如某试验中温度 选了，30℃，50℃2个水平，因素 选了 ℃ 个水平 因素B 选了20min，40min， 3个水平 就称A因素为 个水平， 因素为2 选了20min，40min，60min 3个水平，就称A因素为2 水平因素，B因素为 水平因素。 水平因素， 因素为3水平因素。 因素为 水平因素 如食品添加剂的不同种类、设备的不同型号、 如食品添加剂的不同种类、设备的不同型号、原料的不 同品种、工艺的不同操作方法等质量上的不同。 同品种、工艺的不同操作方法等质量上的不同。
定性指标定量化：定性指标不能用数值直接表 定性指标定量化： 示，通过评分、分级等办法进行量化的过程。 通过评分、分级等办法进行量化的过程。 使其转化为定量指标。 使其转化为定量指标。
例1：在研究增稠剂种类、pH值和杀菌条件 在研究增稠剂种类、pH值和杀菌条件 对豆奶稳定性的影响时， 对豆奶稳定性的影响时，可只选用豆奶的稳 定性作为试验指标。 定性作为试验指标。 例2：在研究不同吸附剂去除甜橙汁中苦味 物质的效果时， 物质的效果时，可同时选用苦味物质的去除 率、维生素C的损失率、可溶性固性物质损 维生素C的损失率、 失率作为试验指标， 失率作为试验指标，综合考虑确定哪种吸附 剂合适。 剂合适。
A1B1，A1B2，A2B1，A2B2，A3B1，A3B2 6个水平组合。
处理数＝参试各因素水平的乘积。
试验单位(experimental 6． 试验单位(experimental unit) 试验单元（小区）：接受某种处理的最小的试 试验单元（小区）：接受某种处理的最小的试 ）： 验材料的一个独立单位。 验材料的一个独立单位。 或试验中用以观察、记录的最小的独立范围。 或试验中用以观察、记录的最小的独立范围。 一个试验单元，只能接受一个处理， 一个试验单元，只能接受一个处理，也只能 有一个输出结果。 有一个输出结果。
**三者关系：重复是是基本、随机排列最重要， **三者关系：重复是是基本、随机排列最重要， 三者关系 要做好田间试验必须贯彻三原则。 要做好田间试验必须贯彻三原则。
重 随 机 复 局部控制
无偏的试验 误差估计 图2.2
降低试验误差
田间试验设计三个基本原则的关系和作用
＆2.3 试验设计的概述
一、试验设计的意义及作用
3.试验设计的作用 3.试验设计的作用
主要体现在以下几方面： 主要体现在以下几方面：
①分清试验因素对试验指标影响的大小顺序，找 分清试验因素对试验指标影响的大小顺序， 出主要因素，抓住主要矛盾。 出主要因素，抓住主要矛盾。 ②可以了解试验因素对试验指标影响的规律性， 可以了解试验因素对试验指标影响的规律性， 即每个因素的水平改变时，指标是怎样变化的。 即每个因素的水平改变时，指标是怎样变化的。 ③可以了解试验因素之间相互影响的情况，即因 可以了解试验因素之间相互影响的情况， 素间的交互作用情况。 素间的交互作用情况。
5. 试验处理(experimental treatment) 试验处理 试验处理： 试验处理：指事先设计好的实施在试验单位上 的一种具体措施，简称处理。 的一种具体措施，简称处理。 在单因素试验中，试验的1个水平就是1个处理。 在单因素试验中，试验的1个水平就是1个处理。 在多因素试验中，每个处理组合即处理。 在多因素试验中，每个处理组合即处理。 例如，研究 种不同温度 种不同温度（ ） 例如，研究3种不同温度（A）和2种不同制曲 种不同制曲 （B）方式，对酱油质量的影响。处理数？ ）方式，对酱油质量的影响。处理数？
最优生产条件和工艺条件， ④可较快地找出最优生产条件和工艺条件， 可较快地找出最优生产条件和工艺条件 确定最优方案并能预估或控制一定条件下的试验 指标值及其波动范围。 指标值及其波动范围。 ⑤可以正确估计和有效控制、降低试验误差， 可以正确估计和有效控制、降低试验误差， 从而提高试验的精度。 从而提高试验的精度。 ⑥通过对试验结果的分析，可以明确为寻找最 通过对试验结果的分析， 优生产或工艺条件、 优生产或工艺条件、深入揭示事物内在规律而进 一步研究的方向。 一步研究的方向。
试验设计的目的是避免系统误差， 试验设计的目的是避免系统误差，缩小随机 误差，以保证试验的准确度和精确度，试验设计 误差，以保证试验的准确度和精确度， 必须贯彻三原则——重复、随机化、局部控制。 必须贯彻三原则——重复、随机化、局部控制。 ——重复 是试验设计创始人R.A.Fisher提出来的。 是试验设计创始人R.A.Fisher提出来的。 R.A.Fisher提出来的
如食品的糖度、酸度、 值 吸光度、合格率等指标。 如食品的糖度、酸度、pH值、吸光度、合格率等指标。
定性指标：不能用数量表示的指标称为定性指标。 定性指标：不能用数量表示的指标称为定性指标。
如色泽、风味、口感、手感等食品的感官指标多为定性指标。 如色泽、风味、口感、手感等食品的感官指标多为定性指标。
重复(replicate) 7． 重复(replicate)
在1个试验中，将1-个处理实施在2个或2个以上 个试验中， 个处理实施在2个或2 的试验单位上称为重复。 的试验单位上称为重复。 1个处理实施的试验单位数称为处理的重复数（n）。 个处理实施的试验单位数称为处理的重复数（
＆2.2 试验设计的基本原则
4．单、复因子试验作用区别: 单 复因子试验作用区别: 考察1个试验因素的试验叫单因素试验 考察1 考察2个或2 考察2个或2个以上试验因素的试验叫多因素试验 单因子试验，解决该因子水平间的比较问题。 单因子试验，解决该因子水平间的比较问题。 复因子试验不仅要了解各个因子自身水平间的比 较问题，还要了解因子之间的相互作用问题， 较问题，还要了解因子之间的相互作用问题，从而找 出最有效的措施，精度较高的优点。 出最有效的措施，精度较高的优点。
实施局部控制时，区组如何划分，应根据具体情况确定。 实施局部控制时，区组如何划分，应根据具体情况确定。 区组可以是培养箱中的一层、试验地的某一段。 区组可以是培养箱中的一层、试验地的某一段。 如果日期(时间 变动会影响试验结果 如果日期 时间)变动会影响试验结果，就可以把试验日期 时间 变动会影响试验结果， (时间 划分为区组； 时间)划分为区组 时间 划分为区组； 如果试验空间会影响试验结果，可把空间划为区组； 如果试验空间会影响试验结果，可把空间划为区组； 如果全部试验用几台同型号的仪器或设备， 如果全部试验用几台同型号的仪器或设备，考虑仪器或设 备间差异的影响，可把仪器或设备划为区组； 备间差异的影响，可把仪器或设备划为区组；可把操作人员划 分为区组。 分为区组。
一. 重复原则
重复：是指在试验中每种处理至少进行2次以上。 重复：是指在试验中每种处理至少进行2次以上。
例如： 例如：
重复作用：估计和减小随机误差。 重复作用：估计和减小随机误差。 重复次数过多效果并不好。 重复次数过多效果并不好。
？
二、 随机化原则
随机化原则，就是在试验中，每一个处理、 随机化原则，就是在试验中，每一个处理、 重复随机地安排在某一特定的空间和时间环境中， 重复随机地安排在某一特定的空间和时间环境中， 保证试验条件在空间和时间上的均匀性。 保证试验条件在空间和时间上的均匀性。 采用方法：抽签、摸牌、查随机数表等方法来实现。 采用方法：抽签、摸牌、查随机数表等方法来实现。 作用：正确、无偏估计试验误差。 作用：正确、无偏估计试验误差。
第二章 试验设计基本原理及 食品试验常用的设计
＆2.1 试验设计常用术语 ＆2.2 试验设计的基本原则 ＆2.3 试验设计的概述 ＆2.4 食品研究常用试验设计
＆2.1 试验设计常用术语
试验指标(experimental index): 1. 试验指标 在试验设计中， 在试验设计中，据试验的目的而选定的用来 衡量或考核试验效果的量称为试验指标。 衡量或考核试验效果的量称为试验指标。
局部控制作用：进一步减少试验误差。 局部控制作用：进一步减少试验误差。 这样做有两个好处： 这样做有两个好处： 一是增加了一个区组因素， 一是增加了一个区组因素，可把区组间 的差异（系统误差）从观察值的误差中分离 的差异（系统误差） 出来，增加试验的准确度； 出来，增加试验的准确度； 二是各区组内可保证试验单元的一致， 二是各区组内可保证试验单元的一致， 增加试验的精确度。 增加试验的精确度。
三、局部控制（区组化）： 局部控制（区组化）：
局部控制：将整个试验空间分成若干个各自相 局部控制： 对均匀的局部，每一个局部叫做一个区组， 对均匀的局部，每一个局部叫做一个区组，所有局 部构成区组因素。 部构成区组因素。 局部控制原则：重复区内具有同质性，重复区 局部控制原则：重复区内具有同质性， 间允许有最大异质性。 间允许有最大异质性。 局部控制实质：消除试验单元间的系统误差。 局部控制实质：消除试验单元间的系统误差。
二、试验设计方法的主要内容 重点讲完全随机设计，随机区组设计、 重点讲完全随机设计，随机区组设计、 正交试验设计； 正交试验设计； 介绍均匀设计、回归正交设计、回归正 介绍均匀设计、回归正交设计、 均匀设计 交旋转设计、回归通用设计、 交旋转设计、回归通用设计、混料没计等方 法。
2.试验设计的任务： 2.试验设计的任务： 试验设计的任务
据研究项目的需要，数理统计原理为理论基础， 据研究项目的需要，数理统计原理为理论基础， 结合专业知识和实践经验，经济、科学、 结合专业知识和实践经验，经济、科学、合理地安 排试验；有效地控制试验误差干扰； 排试验；有效地控制试验误差干扰；力求用较少的 人力、物力、财力和时间，最大限度地获得丰富而 人力、物力、财力和时间， 可靠的资料； 可靠的资料；充分地利用和科学地分析所获取的试 验信息； 验信息；从而达到能明确回答研究项目所提出的问 题和尽快获得最优方案的目的。 题和尽快获得最优方案的目的。
在食品生产和科学研究中，为了革新生产 工艺，开发新产品，寻求优质、高产、低消耗 的方法等，经常要进行各种试验研究。 试验研究可分为试验设计、试验的实施、 试验研究可分为试验设计、试验的实施、 收集资料、整理资料和分析资料等步骤。 收集资料、整理资料和分析资料等步骤。
1.试验设计： 1.试验设计： 试验设计
例如： 例如：考察加热时间和加热温度对果胶酶活性影响 是试验指标； 时，?是试验指标； 例如： 例如：在考察贮存方式对红星苹果果肉硬度的影 响时， 是试验指标。 响时，?是试验指标。
试验指标可分为定量指标和定性指标两类 试验指标可分为定量指标和定性指标两类。 定量指标 两类
定量指标：能用数量表示的指标，或称数量指标。 定量指标：能用数量表示的指标，或称数量指标。
2. 试验因素 试验因素(experimental factor) 试验中，凡对试验指标可能产生影响的原因或要素， 试验中，凡对试验指标可能产生影响的原因或要素， 都称为因素，也称因子。 都称为因素，也称因子。 如酱油质量受原料、曲种、发酵时间、发酵 如酱油质量受原料、曲种、发酵时间、 温度、制曲方式、发酵工艺等诸方面的影响， 温度、制曲方式、发酵工艺等诸方面的影响，这 些都是影响酱油质量的因素。 些都是影响酱油质量的因素。它们有的是连续变 化的定量因素，有的是离散状态的定性因素。 化的定量因素，有的是离散状态的定性因素。
3.ห้องสมุดไป่ตู้
因素水平(1evel 因素水平(1evel Of factor)
试验因素所处的各种状态（质量或数量上不同） 试验因素所处的各种状态（质量或数量上不同） 称为因素水平，简称水平。 称为因素水平，简称水平。
如某试验中温度A选了， ℃ 个水平， 如某试验中温度 选了，30℃，50℃2个水平，因素 选了 ℃ 个水平 因素B 选了20min，40min， 3个水平 就称A因素为 个水平， 因素为2 选了20min，40min，60min 3个水平，就称A因素为2 水平因素，B因素为 水平因素。 水平因素， 因素为3水平因素。 因素为 水平因素 如食品添加剂的不同种类、设备的不同型号、 如食品添加剂的不同种类、设备的不同型号、原料的不 同品种、工艺的不同操作方法等质量上的不同。 同品种、工艺的不同操作方法等质量上的不同。
定性指标定量化：定性指标不能用数值直接表 定性指标定量化： 示，通过评分、分级等办法进行量化的过程。 通过评分、分级等办法进行量化的过程。 使其转化为定量指标。 使其转化为定量指标。
例1：在研究增稠剂种类、pH值和杀菌条件 在研究增稠剂种类、pH值和杀菌条件 对豆奶稳定性的影响时， 对豆奶稳定性的影响时，可只选用豆奶的稳 定性作为试验指标。 定性作为试验指标。 例2：在研究不同吸附剂去除甜橙汁中苦味 物质的效果时， 物质的效果时，可同时选用苦味物质的去除 率、维生素C的损失率、可溶性固性物质损 维生素C的损失率、 失率作为试验指标， 失率作为试验指标，综合考虑确定哪种吸附 剂合适。 剂合适。
A1B1，A1B2，A2B1，A2B2，A3B1，A3B2 6个水平组合。
处理数＝参试各因素水平的乘积。
试验单位(experimental 6． 试验单位(experimental unit) 试验单元（小区）：接受某种处理的最小的试 试验单元（小区）：接受某种处理的最小的试 ）： 验材料的一个独立单位。 验材料的一个独立单位。 或试验中用以观察、记录的最小的独立范围。 或试验中用以观察、记录的最小的独立范围。 一个试验单元，只能接受一个处理， 一个试验单元，只能接受一个处理，也只能 有一个输出结果。 有一个输出结果。
**三者关系：重复是是基本、随机排列最重要， **三者关系：重复是是基本、随机排列最重要， 三者关系 要做好田间试验必须贯彻三原则。 要做好田间试验必须贯彻三原则。
重 随 机 复 局部控制
无偏的试验 误差估计 图2.2
降低试验误差
田间试验设计三个基本原则的关系和作用
＆2.3 试验设计的概述
一、试验设计的意义及作用
3.试验设计的作用 3.试验设计的作用
主要体现在以下几方面： 主要体现在以下几方面：
①分清试验因素对试验指标影响的大小顺序，找 分清试验因素对试验指标影响的大小顺序， 出主要因素，抓住主要矛盾。 出主要因素，抓住主要矛盾。 ②可以了解试验因素对试验指标影响的规律性， 可以了解试验因素对试验指标影响的规律性， 即每个因素的水平改变时，指标是怎样变化的。 即每个因素的水平改变时，指标是怎样变化的。 ③可以了解试验因素之间相互影响的情况，即因 可以了解试验因素之间相互影响的情况， 素间的交互作用情况。 素间的交互作用情况。
5. 试验处理(experimental treatment) 试验处理 试验处理： 试验处理：指事先设计好的实施在试验单位上 的一种具体措施，简称处理。 的一种具体措施，简称处理。 在单因素试验中，试验的1个水平就是1个处理。 在单因素试验中，试验的1个水平就是1个处理。 在多因素试验中，每个处理组合即处理。 在多因素试验中，每个处理组合即处理。 例如，研究 种不同温度 种不同温度（ ） 例如，研究3种不同温度（A）和2种不同制曲 种不同制曲 （B）方式，对酱油质量的影响。处理数？ ）方式，对酱油质量的影响。处理数？
最优生产条件和工艺条件， ④可较快地找出最优生产条件和工艺条件， 可较快地找出最优生产条件和工艺条件 确定最优方案并能预估或控制一定条件下的试验 指标值及其波动范围。 指标值及其波动范围。 ⑤可以正确估计和有效控制、降低试验误差， 可以正确估计和有效控制、降低试验误差， 从而提高试验的精度。 从而提高试验的精度。 ⑥通过对试验结果的分析，可以明确为寻找最 通过对试验结果的分析， 优生产或工艺条件、 优生产或工艺条件、深入揭示事物内在规律而进 一步研究的方向。 一步研究的方向。
试验设计的目的是避免系统误差， 试验设计的目的是避免系统误差，缩小随机 误差，以保证试验的准确度和精确度，试验设计 误差，以保证试验的准确度和精确度， 必须贯彻三原则——重复、随机化、局部控制。 必须贯彻三原则——重复、随机化、局部控制。 ——重复 是试验设计创始人R.A.Fisher提出来的。 是试验设计创始人R.A.Fisher提出来的。 R.A.Fisher提出来的
如食品的糖度、酸度、 值 吸光度、合格率等指标。 如食品的糖度、酸度、pH值、吸光度、合格率等指标。
定性指标：不能用数量表示的指标称为定性指标。 定性指标：不能用数量表示的指标称为定性指标。
如色泽、风味、口感、手感等食品的感官指标多为定性指标。 如色泽、风味、口感、手感等食品的感官指标多为定性指标。