食品研究中常用试验设计方法的比较分析(综述)

食品研究中常用试验设计方法的比较分析

摘要：通过查找关于食品方面的文献，本文综述了对比试验设计、随机试验设计、正交试验设计、回归正交试验设计和均匀试验设计这五种试验设计方法的应用以及其数据处理方法，并归纳比较了这五种实验设计方法的优缺点及其适用范围。关键词：食品研究试验设计比较

为了推动食品科学的发展，常常要进行科学研究。例如，食品原料资源的研究，新产品开发和新的加工工艺的研究等。这些研究都离不开试验。进行试验首先必须解决的问题是：如何合理地进行试验设计。若试验设计方法好，则用较少的人力、物力和时间即可收集到必要而有代表性的资料，从中获得可靠的结论，达到试验的预期目的，收到事半功倍之效。

食品试验设计与统计分析是整理统计原理和方法在食品科学研究中的应用。正确的试验方法可使食品研究得到正确的试验结果，而正确的统计分析可排除试验假象，增加试验的可靠性。因此合理地进行试验设计，科学地整理、分析所收集得来的资料对于食品的科学研究是必不可少的[1]。

随机试验设计、均匀试验设计、正交试验设计、回归正交试验设计等试验设计方法已经广泛应用于食品研究，但是不同的试验方案设计都是建立在不同的理论基础之上 ,这种理论基础需要不同的假设条件 ,只有在满足试验假设条件的前提下 ,也就是正确的试验设计才能正确地表达试验效应 ,得到正确的试验结果。每种多因素试验设计都有一定的局限性和优缺点 ,采用不同的试验设计用于不同的试验需求 ,满足不同用途的试验 ,可以达到不同的试验目的 ,并不是每种多因素试验设计都适用食品研究。因此了解各种多因素试验设计的优缺点和适用范围 ,科学地进行试验设计是一个非常重要的问题[2]。

1 对比试验设计

对比试验是以差异对比的原则设置简单的处理和对照试验。它是通过简单的比较试验分析影响食品质量的因素，常常应用于食品质量的工艺诊断[5]。

对比试验依据调查指标的不同资料的性质也不同，不同性质的资料分析方法

也不同，常见的对比试验资料包括计量资料、计数资料、百分数资料和非参数资料、在一般情况下，计量资料根据样本容量的大小确定分析方法，大样本多采用u测验,而小样本多采用t测验；计数资料多采用χ²测验，百分数资料要依据样本母体的性质，由计量资料得到的百分数资料仍然遵从正态分布，可采用u测验或t测验，而由计数资料得到的百分数资料遵从二项分布，应采用牛顿二项式展开计算误差概率，但利用牛顿二项展开式计算非常麻烦，多采用正态逼近的方法，而正态近似计算要求样本容量大一点，一般np>5 或nq>5（p或q是低于50%的百分率）；非参数资料是食品研究中出现频率比较高的资料，许多新产品都是采用数量化方法得到产品质量凭借标准的。因此，非参数分析方法在食品研究中显得非常重要，非参数资料多采用符号测验或秩和测验的方法[4]。

例子：杨桃干型果酒固定化发酵研究[5]

对两种发酵方式的杨桃酒理化指标进行对比，结果见表3。

由表3可以看出，两种发酵方式所酿制的酒液pH值、总酸、酒精度、干浸出物都很相近，但是固定化发酵时间更短，酵母易与酒液分离，而且酒液澄清度(透光率)高，利于后续澄清操作的进行，生产工艺更简单，酒色更加浓郁诱人，原果风味更明显。游离酵母发酵酒液比较浑浊，不易澄清过滤，而且从风味、酒色等品质上不如固定化细胞发酵的酒样。

对比试验是试验设计中最简单的一种设计方法，按照传统的设计观念，对比试验设计属于顺序排列实验设计的一种。其特点是在试验中只有一个处理和一个对照，容易产生系统误差，而顺序排列的试验设计没有正确的误差估计，往往通

过增加重复次数来提高试验的精准性[3]。

2随机试验设计

在对比试验中，一般是只研究两个处理的试验设计，其中一处理作为对照，当试验处理数目超过两个时，就无法采用对比法的试验设计，当试验处理数目大于两个时，多采用随机试验的方案设计。

随机试验是指每一处理在同一时间区组或空间区组内的是完全随机的，适用于处理数目大于2个的比较试验，因此必须坚持设置重复、局部控制和随机化的原则。随机试验包括完全随机试验设计、随机区组试验设计、拉丁方试验设计和裂区试验设计，是严格按照局部控制、随机排列、设置重复Fisher三原则进行设计和分析的。局部控制是为了减少试验误差，提高试验精度的目的；随机排列是为了消除人为因素的干扰所产生的心理上的偏见，尽最大努力地克服人为的影响，使误差分布趋于正态，以便无偏地估计误差；而设置重复的目的是提高试验的精确度，正确地估计误差。

随机试验的特点是每一处理的重复数目可以相等，也可以不等，对照在试验中也作为一个处理。同一重复内设对照1—2个，这样，不但处理之间，而且处理与对照之间均可相互比较。它处理的数目一般在10个以下，最多不超过15个，处理过多会影响试验的精确性：一般重复3—7次[6]。

例子：用木瓜蛋白酶水解蟹肉最佳工艺条件的选择[7]

利用计算机对各因子水平进行随机设计和组合，推荐的组合因子见表3，所得结果见表4。

从表4可见，当水解度相对较低时，由于水解液酸度、水解时间的不同，水解液的口感和风味的评定得分与水解度大小不一致。总的来说，水解度较大时，游离氨基酸的含量较高，水解液口感评分也较高（组合2、10）。另外，水解度大表明水解较彻底，鲜味较明显，而其不良风味可以在调配过程中用其它物质掩盖。

随机试验的结果分析多采用方差分析的方法分析处理之间的显著性,与对比试验相同,随机试验也会遇到不同性质的资料 ,方差分析是利用统计代换的方法来解决不同性质资料的线性可加性的 ,一般计量资料可直接进行方差分析,而计数资料多采用平方根代换的方法或对数代换的方法 ,百分数资料多采用反正弦代换的方法 ,对于一些不知其分布的资料可利用中心极限定理 ,采用几个数的平均数进行方差分析 ,一般样本容量达到4个中心极限定理就成立了[4]。

随机试验设计方法简单，容易掌握，富于弹性。单因素、多因素以及综合性的试验都可应用[8]。

3正交试验设计