实验一 培养基优化 - 副本
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分析A因素各水平对试验指标的影响。由表3可以看出,A1的
影响反映在第1、2、3号试验中,A2的影响反映在第4、5、6
号试验中,A3的影响反映在第7、8、9号试验中。 A因素的1水平所对应的试验指标之和为
KA1=y1+y2+y3=0+17+24=41,kA1= KA1/3=13.7;
A因素的2水平所对应的试验指标之和为
平,列出因子水平表; 根据因子和水平数选用合适的正交表,设计 正交表头,并安排实验; 根据正交表给出的实验方案,进行实验; 对实验结果进行分析,选出较优的实验条件 以及对结果有显著影响因子。
一、实验目的
掌握微生物斜面培养基、种子培养基及发
酵培养基确定方法,学会对已确定菌种确 定实验室发酵工艺。
二、实验原理
生物量的测定方法有比浊法和直接称重法等。
由于细菌、酵母等单细胞生物在液体深层通 气发酵过程中是以均一混浊液的状态存在的, 所以可以采用直接比色法进行测定。
三、仪器与试剂
全恒温振荡培养箱,分光光度计、电热恒温
水浴槽、天平、电炉。
试剂为葡萄糖、胰蛋白胨、 酵母浸粉、
NaCl。
案(表10-5)。
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表10-5 试验方案及试验结果 试验号 1 2 3 4 5 6
因
A 11(10) 1 1 22(50) 2 2 B 11(1) 22(4) 33(7) 1 2 3
素
C 11(20) 22(35) 33(50) 2 3 1 D
1(1.5) 1
2(2.5) 2 3(3.5) 3
四、实验方法
(1)培养基的配制 表1
因素水平 1 2 3 4 葡萄糖% 5 3 1.5 1
正交表试验设计
胰蛋白胨% 2 1.5 1 0.5 酵母浸粉% 1 0.75 0.5 0.25 NaCl% 2 1.5 1 0.5
表2 正交表实验方案
编号 1 2 3 葡萄糖 胰蛋白胨 酵母浸粉 NaCl 生物量(OD)
养基 3ml,于 121℃下灭菌 25 min,冷却。 (3) 冷却后接种(接种量为 5%),置于 37 ℃ 培养箱 进行培养。 (4) 测OD 值:将接种0 h、 2 h、3 h、4 h、5 h不 同时间的菌悬液摇均匀后于600 nm 波长、1cm 比 色皿中测定 OD 值。比色测定时,用未接种的培 养基作空白对照,并将 OD 值填入表中,最终确 定最佳培养基的组成及发酵时间。
27.0 8.7 B>A>D>C B3 C3 A2B3C3D1
此例不考察交互作用,可将加水量(A)、加酶量(B)和酶解
温度 (C)、酶解时间(D)依次安排在L9(34)的第1、2、3、4 列上,见表10-4所示。
表10-4 表头设计
列号 因素
1 A
2 B
3 C
4 D
(5)编制试验方案,按方案进行试验,记录试验结果。
把正交表中安排各因素的列(不包含欲 考察的交互作用列)中的每个水平数字换成 该因素的实际水平值,便形成了正交试验方
(A)
1 1 1
(B)
1 2 3
(C)
1 2 3
(D)
1 2 3
0h
2h
3h
4h
5h
4
5 6 7
1
2 2 2
4
1 2 3
4
2 1 4
4
3 4 1
8
9 10 11
2
3 3 3
4
1 2 3
3
3 4 1
2
2 3 4
12
13 14 15
3
4 4 4
4
1 2 3
2
4 3 2
1
2 1 4
16
4
4
1
3
(2) 将上述培养基配制好以后,每支支试管装入培
个水平为宜。对主要考察的试验因素,可以多取水平,但不宜过
多(≤6),否则试验次数骤增。因素的水平间距,应根据专业
知识和已有的资料,尽可能把水平值取在理想区域。
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对本试验分析,影响山楂液化率的因素很多,如山楂品种、山楂果肉的破碎 度、果肉加水量、原料pH 值、果胶酶种类、加酶量、酶解温度、酶解时间等等。 经全面考虑,最后确定果肉加水量、加酶量、酶解温度和酶解时间为本试验的试 验因素,分别记作A、B、C和D,进行四因素正交试验,各因素均取三个水平, 因素水平表见表10-3所示。 10-3 因素中有何应用价值? (2) 本实验为什么采 600 nm 波长测定大肠杆
菌菌悬液的光密度?如果你在实验中需要测 定酵母菌生长的 OD 值,你将如何选择波长?
实例:为提高山楂原料的利用率,研究酶法液化工艺制造山楂原汁,拟通过正交试 验来寻找酶法液化的最佳工艺条件。
试验因素 水平 加水量 加酶量 (mL/100g) (mL/100g) A B 10 50 90 1 4 7 酶解温度 (℃) C 20 35 50 酶解时间 (h) D 1.5 2.5 3.5
1 2 3
(3) 选择合适的正交表
正交表的选择是正交试验设计的首要问题。确定了
因素及其水平后,根据因素、水平及需要考察的交互 作用的多少来选择合适的正交表。正交表的选择原则 是在能够安排下试验因素和交互作用的前提下,尽可 能选用较小的正交表,以减少试验次数。
以上即为正交试验极差分析的基本程序与方法
表10-8 试验结果分析
试验号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 K1 K2 K3 k1 k2 k3 极差R 主次顺序 优水平 优组合 因素 A 1 1 1 2 2 2 3 3 3 41 87 61 13.7 29.0 20.3 15.3 A2 B 1 2 3 1 2 3 1 2 3 13 82 94 4.3 27.3 31.3 C 1 2 3 2 3 1 3 1 2 46 71 72 15.3 23.7 24.0 D 1 2 3 3 1 2 2 3 1 89 46 54 29.7 15.3 18.0 14.3 D1 液化率% 0 17 24 12 47 28 1 18 42
pH的要求
培养基设计过程
根据前人的经验,初步确定可能的培养基成分; 通过单因子实验最终确定出最适宜的培养基成分;
当培养基成分确定后,剩下的问题就是各成分最适
的浓度,由于培养基成分很多,为减少实验次数常采 用一些合理的实验设计方法。
正交实验设计
根据问题的要求和客观的条件确定因子和水
次。本例极差Rj计算结果见表10-8,比较各R值大小,可见
RB>RA>RD>RC,所以因素对试验指标影响的主→次顺序是 BADC。即加酶量影响最大,其次是加水量和酶解时间,而酶
解温度的影响较小。
(3) 绘制因素与指标趋势图 以各因素水平为横坐标,试验指标的平均值(kjm)为纵坐标,绘制因素与指标 趋势图。由因素与指标趋势图可以更直观地看出试验指标随着因素水平的变化而变 化的趋势,可为进一步试验指明方向。
KA2=y4+y5+y6=12+47+28=87,kA2=KA2/3=29;
A因素的3水平所对应的试验指标之和为
KA3=y7+y8+y9=1+18+42=61,kA3=KA3/3=20.3。
根据正交设计的特性,对A1、A2、A3来说,三组试验的试验条件是完 全一样的(综合可比性),可进行直接比较。如果因素A对试验指标无影 响时,那么kA1、kA2、kA3应该相等,但由上面的计算可见,kA1、kA2、 kA3实际上不相等。说明,A因素的水平变动对试验结果有影响。因此, 根据kA1、kA2、kA3的大小可以判断A1、A2、A3对试验指标的影响大小。 由于试验指标为液化率,而kA2>kA3>kA1,所以可断定A2为A因素的优水 平。
实验一
微生物培养基优化
优化培养基的目的和方法
成分&最佳配比 从生化反应的基本原理来推断和计算? 经验
配方实验
培养基成分选择的原则
菌种的同化能力
大分子原料应首先考虑是否具有相应的水解酶。
代谢的阻遏与诱导
快速利用的碳(氮)源和慢速利用的碳(氮)源的相互配合
合适的C、N和比
C源:碳架,能源>N源;C/N=100:(0.2-2.0)
同理,可以计算并确定B3、C3、D1分别为B、C、D因素的优水平。四个 因素的优水平组合A2B3C3D1为本试验的最优水平组合,即酶法液化生产 山楂清汁的最优工艺条件为加水量50mL/100g,加酶量7mL/100g,酶 解温度为50℃,酶解时间为1.5h。
(2) 确定因素的主次顺序
根据极差Rj的大小,可以判断各因素对试验指标的影响主
(2) 选因素、定水平,列因素水平表
根据专业知识、以往的研究结论和经验,从影响试验指标的
诸多因素中,通过因果分析筛选出需要考察的试验因素。一般确
定试验因素时,应以对试验指标影响大的因素、尚未考察过的因
素、尚未完全掌握其规律的因素为先。试验因素选定后,根据所
掌握的信息资料和相关知识,确定每个因素的水平,一般以2-4
试验结果 (液化率 %) 0
17 24
12 47 28 1 18 42
3 1 2
7 8
9
33(90) 3
3
1 2
3
3 1
2
2 3
1
说明:试验号并非试验顺序,为了排除误差干扰,试验中可随机进行; 安排试验方案时,部分因素的水平可采用随机安排。
3.1.1 不考察交互作用的试验结果分析
(1) 确定试验因素的优水平和最优水平组合
一般情况下,试验因素的水平数应等于正交表中 的水平数;因素个数(包括交互作用)应不大于正交 表的列数;各因素及交互作用的自由度之和要小于所
选正交表的总自由度,以便估计试验误差。若各因素
及交互作用的自由度之和等于所选正交表总自由度, 则可采用有重复正交试验来估计试验误差。
(4) 表头设计
所谓表头设计,就是把试验因素和要考察的交互作用分别安排到正交表的 各列中去的过程。 在不考察交互作用时,各因素可随机安排在各列上;若考察交互作用,就应按 所选正交表的交互作用列表安排各因素与交互作用,以防止设计“混杂” 。
2.1 试验方案设计
(1) 明确试验目的,确定试验指标 对本试验而言,试验目的是为了提高山楂原料的利用率。所以可以以液化率 {液化率=[(果肉重量-液化后残渣重量)/果肉重量]×100%}为试验指标,来评价液 化工艺条件的好坏。液化率越高,山楂原料利用率就越高。 试验设计前必须明确试验目的,即本次试验要解决什么问题。试验目的确定 后,对试验结果如何衡量,即需要确定出试验指标。试验指标可为定量指标,如强 度、硬度、产量、出品率、成本等;也可为定性指标如颜色、口感、光泽等。一般 为了便于试验结果的分析,定性指标可按相关的标准打分或模糊数学处理进行数量 化,将定性指标定量化。