传统甜面酱中米曲霉的分离与培养条件优化_黄红霞
湖北农业科学2013年收稿日期：2012－03－23
作者简介：黄红霞（1976－），女，湖北天门人，副教授，主要从事食品生物技术研究，（电话）153********（电子信箱）xiahh0814＠163．com ；
通讯作者，李冬生，男，教授，（电话）027－88032319（电子信箱）huang760814＠163．com 。
第52卷第2期
2013年1月
湖北农业科学
H ubei A gricultural S ciences Vol．52No.2
Jan ．，2013
传统自然发酵酱的风味远比人工保温发酵产品优良，因为变温发酵过程有利于风味物质的形成［1］。因此对传统甜面酱种曲中的微生物进行分离、纯化和鉴定，筛选优良菌种用于工业化生产，对进一步提高甜面酱质量、改善其风味具有很重要的现实意义。目前，甜面酱的酿制主要采用沪酿3．042，并且甜面酱中主要功能菌株为米曲霉（Aspergillus
oryzae ）［2］，所以，研究重点对甜面酱种曲中的米霉菌
进行分离鉴定和培养条件的优化，为对其进一步研
究打下一定的理论基础。
1
材料与方法
1．1
材料
酱样品：于江苏省溧阳市收集的民间酱种曲样品。
培养基：菌落分离采用PDA 培养基，菌种鉴定
采用察氏培养基；霉菌发酵培养基（麸皮培养基）为
250mL 三角瓶中加入8g 麸皮、2g 豆粕、10mL 水，
传统甜面酱中米曲霉的分离与培养条件优化
黄红霞1，2，刘彩香1，康
旭1，2，汪超1，2，陈雄1，2，王志1，2，李冬生1，2
（1．湖北工业大学生物工程学院，武汉
430068；2．湖北省食品发酵工程技术研究中心，武汉
430068）
摘要：采用形态学观察对传统甜面酱中分离得到的米曲霉（Aspergillus oryzae ）进行了初步鉴定，并对其培养条件进行了优化。首先，采用单因素试验确定米曲霉在培养时间56h 、湿度90％、曲料温度30℃的条件下，霉菌的产酶能力最高；接着采用响应面试验的Box－Behnken 设计原理对单因素试验筛选出的显著影响因素进行三因素三水平的分析试验，使用SAS 9．1软件对试验数据进行二次多项式的回归拟合和方差分析，确定其关键影响因素的最终优化值，并且预测蛋白酶和糖化酶的最高酶活。通过响应面试验可知，当培养时间为54h 、曲料湿度为90％、温度为31℃时，米曲霉中蛋白酶和糖化酶的酶活总和为1
764．34U ／g ，与优化前相比，酶活提高了17．33％。
关键词：甜面浆；米曲霉（Aspergillus oryzae ）；形态学观察；培养条件；响应面试验中图分类号：TS264．2＋4
文献标识码：A
文章编号：0439－8114（2013）02－0408-04
Separation of Aspergillus oryzae from Traditional Sweet Flour Paste and Optimization
of Its Cultivation Conditions
HUANG Hong－xia 1，2，LIU Cai－xiang 1，KANG Xu 1，2，WANG Chao 1，2，CHEN Xiong 1，2，WANG Zhi 1，2，LI Dong－sheng 1，2
（1．College of Bioengineering ，Hubei University of Technology ，Wuhan 430068，China ；
2．Research Center of Food Fermentation Engineering and Technology of Hubei ，Wuhan 430068，China ）
Abstract ：The Aspergillus oryzae separated from traditional sweet flour paste was primarily identified by morphological obser-vation ；and then its cultivation conditions were optimized．Firstly ，the results of single factor tests showed that when culturing at 90％humidity and 30℃for 56h ，the enzyme production ability of A．oryzae was the highest．Subsequently ，Box－Behnken designed principle of response surface experiment was applied to analyze the significantly influencing factors selected by single factor tests using three factors－three levels design ，of which the data was analyzed by SAS 9．1software for second polynomial regression and variance analysis to determine the key factors ，the final optimum value as well as predict the highest enzyme activity of protease and saccharifying enzyme．According to response surface experiment ，when cultivating with humidity of 90％and temperature of 31℃for 54h ，the total enzyme activity of protease and saccharifying enzyme in A．oryzae was 1764．34U ／g ，which was 17．33％higher than that before oplimization.
Key words ：sweet flour paste ；Aspergillus oryzae ；morphological observation ；culture conditions ；response surface experiment
第2期
于121℃灭菌30min，摇散。
仪器设备：LDZX－50FBS型立式蒸汽压力灭菌锅购自上海申安医疗器械厂，数码照相机购自北京华旗资讯科技发展有限公司，SPX－300B生化培养箱购自上海跃进医疗器械厂，AIR TECH超净工作台购自苏净集团安泰公司，LHS－150SC恒温恒湿箱
购自上海齐欣科学仪器有限公司。
1．2方法
1．2．1菌种的分离与纯化在无菌条件下将曲捣碎，称取适量样品，选取适宜的稀释度用生理盐水稀释，采用含100U／mL青霉素的PDA培养基，采用稀释涂布平板法，每个稀释度接种3个平板，放置于30℃的培养箱内培养48h，进行观察，将菌落形态不同的菌种分离，各自传代培养，至少进行3次传代分离，得到纯化菌种，保存菌种备用。1．2．2培养特征的观察对所有分离纯化的菌株划线平板培养后观察培养特征。
1．2．3霉菌的鉴定湿室培养法［3］：用接种环挑取少量待观察的霉菌孢子至载玻片上，用无菌细口滴管吸取少量60℃培养基，滴加到载玻片的接种处，在培养基未彻底凝固之前，用无菌镊子将皿内盖玻片盖在琼脂块薄层上，轻压。每皿倒入3mL20％的无菌甘油，使皿内的滤纸完全湿润以保持湿度。将制成的载玻片湿室置于30℃恒温霉菌培养箱中培养3～5d。用无菌镊子将长有菌体的载玻片取出，放在显微镜下用低倍镜和高倍镜观察［4］。
1．2．4培养条件的单因素优化试验
1）培养时间对产酶的影响。在温度为30℃、曲料湿度为90％及其他培养条件一致的情况下，培养72h，每隔8h取样，测定其蛋白酶和糖化酶的酶活，确定菌株的最适培养时间。
2）曲料湿度对产酶的影响。分别以70％、75％、80％、85％、90％、95％的曲料湿度，于30℃培养60h 后，测定其蛋白酶和糖化酶的酶活，确定最适产酶曲料湿度。
3）温度对产酶的影响。在培养时间为60h、曲料湿度为90％及其他培养条件一致的情况下，考察温度分别为26、28、30、32、34℃时蛋白酶和糖化酶的酶活，确定菌株的最适产酶温度。
1．2．5响应面试验采用响应面试验的Box－Behnken设计原理对单因素试验筛选出的显著影响因素进行三因素三水平的分析试验［4－8］，以x1（培养时间）、x2（曲料湿度）、x3（温度）3个因素为自变量，由于蛋白酶酶活与糖化酶酶活的变化趋势相近，所以以蛋白酶和糖化酶的总酶活为响应值y，试验因素的水平选取见表1。
使用SAS9．1软件对试验数据进行二次多项式的回归拟合和方差分析，确定其关键影响因素的最终优化值，并且预测蛋白酶和糖化酶的最高酶活。1．2．6验证试验为了确定建立的模型与试验结果是否相符，以优化后的最佳培养条件为菌株的培养条件进行培养，5次重复试验。
2结果与分析
2．1酱种曲中霉菌的形态学特征
对菌落形态和显微镜下分生孢子头的形态进行观察，发现菌落初带黄色，然后变为黄绿色，老后颜色变暗。分生孢子头疏松放射状，呈黄绿色，孢子梗粗糙无色，初步判断为曲霉科，属于米曲霉（As-pergillus oryzae）（图1）。
2．2培养条件的单因素优化试验结果
2．2．1培养时间对产酶的影响米曲霉在培养5～9 h时处于孢子发芽期，菌丝开始生长，所以在8h时蛋白酶酶活几乎为零，糖化酶酶活也很低。10h后菌丝开始大量生长，当培养20h左右，米曲霉开始产生孢子，蛋白酶酶活大幅度上升，糖化酶酶活也上升。当曲料呈现淡黄色直至嫩黄绿色时，中性蛋白酶分泌最为旺盛［9］。由图2可知，当培养时间为56h左右时蛋白酶酶活达到了最大值，糖化酶酶活在培养时间为64h左右时达到最大值。当培养时间再延长，由于曲料的含水量比较高且酶活处于下降趋势，曲的酶活会下降得很快且容易染杂菌，导致曲的质量下降不利于后期的发酵。因此制曲时间宜控制在56h左右。
2．2．2曲料湿度对产酶的影响由于米曲霉的代谢作用产生呼吸热和分解热，需要通风降温，在通风时曲料中的水分大量蒸发。当曲料的湿度在90％图1霉菌菌株的形态特征（×40）
表1响应面分析试验因素与水平
编码水平
-1
1
培养时间（x1）//h
48
56
64
曲料湿度（x2）//%
85
90
95
温度（x3）//℃
28
30
32
因素
黄红霞等：传统甜面酱中米曲霉的分离与培养条件的优化409
湖北农业科学2013年
表2
Box-Behnken 试验结果
试验号
123456789101112131415
x 1-1-1110000-11-11000
x 2-11-11-1-1110000000
x 30000-11-11-1-111000
y //U/g 847943109012261122159411171335977115614751251171016721742
图2培养时间对产酶的影响以上时，米曲霉才会产孢子。当制曲湿度偏低时，曲料中的水分大量减少，不利于米曲霉产孢子。质量好的成曲要求孢子数在60亿个／g （以干基计）。当湿度过大时，水容易形成水珠造成曲料的水分过大，曲料易染杂菌，且酶活易下降。由图3可知，当制曲湿度在90％左右时，蛋白酶和糖化酶酶活最高。
2．2．3温度对产酶的影响霉菌的最适发芽温度为30℃左右，生产时一般控制在30～32℃。温度低
曲霉发芽慢，制曲的初期阶段曲料的水分大，在温度低的情况下小球菌会大量繁殖。温度高也不适宜霉菌孢子发芽，却适合细菌增殖；且曲霉的代谢作用产生呼吸热和分解热，热量来不及散发，使曲料的品温过高，易烧曲，酶活下降。由图4可知，当制曲温度在30℃左右时，霉菌的酶活最高。
2．3响应面试验结果
2．3．1Box－Behnken 试验结果根据单因素试验结果，设计三因素三水平的Box－Behnken 试验，试验
结果见表2。
2．3．2二次回归拟合及方差分析通过SAS 9．1软
件对数据进行分析，并建立二次响应面回归模型，该模型的方差分析结果如表3所示。
以蛋白酶和糖化酶总酶活（y ）为响应值，由SAS
9．1软件拟合得到全变量二次回归方程：y 1＝1708＋60．125x 1－4x 2＋160．375x 3－379．375x 12＋10x 1x 2－100．75x 1x 3－302．125x 22－63．5x 2x 3－113．875x 23。
由表3可知，x 3、x 12、x 22为显著性影响因素，显著
性水平P ＜0．05，模型显著，表明该模型具有显著意义，且不同处理间差异显著［10］；R 2为0．9369，说明响应值（y ）的变化有93．69％来源于所选变量，即培养时间、湿度和温度。因此，回归方程能够较好地描述各因素与响应值之间的真实关系，可以利用该回归方程确定最佳培养条件。为了进一步研究相关变量之间的相互作用并确定最优点，通过SAS 9．1软件绘制响应面曲线图和等高线图，如图5、图6、图7所示。
等高线图可以较为直观地观察两因素的交互作用，圆形表示两因素交互作用不显著，椭圆形则表示两因素交互作用显著。以上3图中图6的曲线最陡，说明x 1和x 3的交互作用较显著。
经过软件分析，回归模型存在极大值点。当培养时间为54h 、曲料湿度为90％、温度为31℃时，蛋白酶和糖化酶的酶活总和最大估计值为1766．63
U ／g 。
2．3．3验证试验
为了验证模型的准确性，利用优
化后的培养条件作为米曲霉菌株的制曲培养条件，重复试验5次，5次试验的总酶活分别为1823．6、
250200150100500
蛋白酶酶活//U /g
8
16
24
32
40
48
56
64
72
培养时间//h
1000
8006004002000
糖化酶酶活//U /g
蛋白酶糖化酶
图4温度对产酶的影响
图3曲料湿度对产酶的影响
300250200150100500
蛋白酶酶活//U /g
70
7580859095
曲料湿度//%
12009006003000
糖化酶酶活//U /g
蛋白酶糖化酶
250200150100500
蛋白酶酶活//U /g
160014001200
10008006004002000
糖化酶酶活//U /g
蛋白酶糖化酶
26
28303234
温度//℃
410
第2期
1745．1、1720．0、1752．9和1780．1U ／g ，总酶活平均值为1764．34U ／g 。
3
结论
由于不同地区的地理环境及气候的差异，空气
图7
变量x 1和x 2相互作用的等高线图（A ）和响应面（B ）
表3
方差分析
变异来源x 1x 2x 3x 12x 1x 2x 1x 3x 22x 2x 3x
3
2模型线性二次交叉乘积误差失拟项重复性纯误差合计
自由度
1111111119333532
14
平方和
28920.13128.00
205761.10531416.80400.0040602.25337032.1016129.0047880.061115931.00234809.30823990.6057131.2575139.2572683.252456.001191070.00
均方
28920.13128.00
205761.10531416.80400.00
40602.25337032.1016129.0047880.06123992.3078269.75274663.5019043.7515027.85
24227.751228.00
F
1.9244350.00851813.69199035.3621300.026617
2.70180022.4271601.073274
3.1860888.2508385.20831318.2769701.26723119.729440P
0.2240230.930051
0.0139960.0019210.876791
0.1611560.005170
0.3476890.1343340.015857
0.0535770.003988
0.3800700.048626图5变量x 2和x 3相互作用的等高线图（A ）和响应面（B ）
17001600150014001300120011001000
y 1//U /g 94.531.831.230.630.029.428.828.2
85.587.088.590.091.593.094.5
48.851.253.656.058.460.863.2
图6
变量x 1和x 3相互作用的等高线图（A ）和响应面（B ）
48.851.253.656.058.460.863.2
93.091.5
90.088.587.085.5
x 2//%
28.2
29.4
30.6
31.8
x 3//℃
x 3//℃x 2//%
1600140012001000
y 1//U /g
63.260.858.4
56.053.651.248.8
x 1//h
28.2
29.4
30.6
31.8
x 3//℃
31.831.230.630.029.428.8
28.2
x 3//℃
x 1//h
17001600150014001300120011001000
y 1//U /g
63.260.858.4
56.053.651.248.8
x 1//h 85.5
88.591.5
94.5
x 2//%
94.593.091.5
90.088.587.085.5
x 2//%
x 1//h
A
B
A
B
A
B
（下转第427页）
黄红霞等：传统甜面酱中米曲霉的分离与培养条件的优化
411
第2期（责任编辑周有祥）
图5加标样品谱图（含AVM 0．05mg ／kg
）
峰高//μV
50.0040.0030.0020.0010.000.000.00
2.00
4.00
6.00
8.0010.0012.0014.00
时间//min
3
结论
本试验建立了胡椒中阿维菌素测定方法，通过
乙腈提取，再用乙腈饱和的正己烷进行液液萃取去除胡椒中的油脂，以NH 2小柱净化，二氯甲烷－甲醇洗脱，再通过避光衍生，即可进行色谱分析。需要注意的是，在衍生之前的氮吹过程中，一定要保证待测样品完全吹干，可保证回收率为95％～103％，达到农药残留分析的要求。
参考文献：
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（上接第411页）
中微生物菌群的种类以及比例也会有所不同，从而甜面酱种曲中霉菌的种类也有所不同。本研究筛选出的这株菌株初步鉴定为米曲霉，并通过同现在传统所用米曲霉沪酿3．042比对酶活发现其糖化酶和蛋白酶酶活能力显著优于沪酿3．042［11］
，所以对其
培养条件进行了进一步优化。
在单因素试验的基础上，结合资料确定了霉菌固态制曲培养条件的主要因素为培养时间、湿度和温度。通过响应面分析法研究了这3个主要因素的最佳水平及其相互作用，最终确定最佳培养条件为：培养时间为54h 、湿度为90％、温度为31℃，此时蛋白酶和糖化酶的酶活总和最大估计值为1766．63U ／g 。优化后总酶活为1764．34U ／g ，与优化前相比，酶活提高了17．33％。
目前，生产上酱制品所用到的菌种与酱油的生产用菌种大致相同，但产业化酱制品风味比较淡薄，远不如传统酱制品风味浓郁，因此，研究传统甜面酱种曲菌种，筛选优良菌株，优化发酵条件，并进一步产业化生产，提高质量稳定性，有着非常重要的基础研究意义。
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（责任编辑田宇曦）
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张月等：高效液相色谱荧光法测定胡椒中的阿维菌素427
食品营养成分分析
《食品营养成分分析》 香菇营养成分的分析 近些年来，由于有些国家相继发生了疯牛病、污染病及其相关食品的污染事件，食品的安全性已为人们所重视。一些具有多种营养保健功能的天然食品越来越受到人们的青睐，特别是“山珍”之一的香菇。 香菇属担子菌纲伞菌目口蘑科香菇属,又名香蕈、香菌、花菇,俗称中国菇,是一种重要的食药用栽培真菌。香菇在我国已有4000多年的食用历史，味道鲜美，香气沁人，营养丰富，素有“植物皇后”之称。在日本，认为香菇和银耳同是防老长寿的“妙药”。 下面将对香菇的营养成分进行分析，并与其它常见食物进行比较，从食用、营养和保健等方面，对其各种价值加以概括。 香菇的营养成分的测定方法为：蛋白质测定——凯氏定氮法；氨基酸测定——高效液相色谱法；脂肪测定——索氏提取法；碳水化合物测定——苯酚-硫酸法；粗纤维测定、灰分测定——重量法；维生素B1、B2测定——荧光法；尼克酸、磷测定——分光光度法；钙、铁测定——原子吸收分光光度法。 表1是三种典型香菇和其它常见食物的营养成分作比较的相关数据。由这张表格可以知道，香菇不仅高蛋白、低脂肪，碳水化合物含量较高，而且粗纤维和矿物质含量也相对较高，是一种不可多得的营养保健食品。香菇中较高的碳水化合物含量，能提供给人体好较高的热源，同时还具有辅助脂肪氧化，有利于氨基酸活化及合成蛋白质，帮助肝脏解毒等生理功能。据报道，香菇中的脂肪主要由不饱和脂肪酸组成，它对防止动脉硬化、高血压等心血管疾病均有一定的作用。香菇中较高含量的纤维素，具有增加食物在肠内的容积，降低肠内致癌物的浓度，刺激肠道的蠕动，使毒物及时排出体外等诸多功效。矿物质是人体必需的营养之一，它能调节人体液的PH值及渗透压，往肌肉、神经传达刺激性息，，与各种有机化合物结合成活体的构体成分，以发挥各自的特殊功能。
食品中营养成分的探究 教案
食物中主要营养成分的鉴定教案 授课内容：食物中主要营养成分的鉴定 授课班级：教材：生命科学高中第一册 授课教师：时间：2011-5-16 一、学情分析： 学生在初中的时候就已经对营养素相关的知识有了一定的认识和学习，并拥有一定的生物基础实验操作技能。在设计这节课时，力图运用学生实验、学生活动等形式充分调动学生的各种感官，使课堂气氛活跃起来。本堂课的设计是想力图达到以学生自身活动为中心，抓住学生的心理，在让学生认知食物中主要营养成分的同时，培养学生合作学习与探索发现的素质。 二、设计思路 本实验半课时为验证性定性实验，半课时为探究性验证实验。首先，按课本提供的实验方法和步骤完成实验，使学生知道每一种生物分子都有其特定的化学结构、与相关化学试剂反应后会分别显示出不同的可鉴别的特征，然后，要求学生依据实验设计的基本原理，根据所给的实验材料，自行设计实验方法探究食物中的主要营养成分。本堂课，充分体现二期课改的教学理念，进一步培养学生设计实验、分析和解决问题的能力。 三、教学目标： 知识目标： 认识人类食物中主要的营养成分，学会鉴定这些营养成分的基本方法。 设计未知样品的成分鉴定实验 能力目标： 掌握实验仪器的运用 尝试提出自己感兴趣，有可能运用探究寻求答案的问题。 情感态度与价值观目标： 通过小组合作测试食物营养成分的探究活动，使学生体验探究与发现的乐趣，增强群体合作的意识。 举例说出各类食物在人类发育、生长、能量供应方面的应用，认识到食物与人类生活息息相关，不可浪费。 四、课前准备： 预实验，记录预实验中的问题 相关授课PPT的制作 准备好实验所需的实验材料、仪器和试剂。 五、课时安排：一个课时。 六、教学重点和难点： 重点：实验材料与相应化学试剂反应分别显示出的可鉴别特征的识别。 各组实验颜色变化的记录与相应的分析 难点：在已知成分的鉴别的基础上，联系实验与日常经验，资料等相关，进行未知样品的成分鉴定。
食品标签营养成分表规定
卫生部通知印发《食品营养标签管理规范》(全文) 中央政府门户网站 https://www.360docs.net/doc/d911641466.html, 2008年01月11日 来源：卫生部网站 【字体：大 中 小】 【E-mail 推荐 】 食品营养标签是食品标签的重要内容，它显示了食品的营养特性和相关营养学信息，是消费者了解食品营养组分和特征的主要途径。为指导和规范食品营养标签的标示，引导消费者合理选择食品，促进膳食营养平衡，保护消费者知情权和身体健康，卫生部日前组织制定了《食品营养标签管理规范》（以下简称《规范》），将于2008年5月1日起施行。 《食品卫生法》规定“食品应当无毒无害，符合应当有的营养要求。”食品营养标签能够显示食品的营养特性和相关营养学信息。食品营养标签的管理工作受到国际组织和许多国家重视，大多数国家都制订有关法规和标准，国际食品法典委员会（CAC ）先后制定了相关标准和技术文件。世界卫生组织（WHO ）2004年调查的74个国家中，没有食品营养标签管理法规的国家只有19个（占25.7%），有法规的国家为55个（74.3%），其中10个国家强制性执行。在当前国际食品营养标签制度已经确立的大背景下，《规范》起草主要基于以下目的：一是指导消费者平衡膳食，当前我国居民存在营养不足和营养过剩的双重问题，这些与每日的膳食营养状况密切相关，在食品标签中标注营养信息将有效预防和减少营养性疾病。二是满足消费者知情权，当前越来越多的
消费者将食品营养标签作为选购食品的重要参考和比较依据，食品营养标签也有助向公众宣传和普及营养知识。三是规范企业正确标注，促进食品贸易。随着中国加入世界贸易组织（WTO），其他国家对进口食品的营养标签要求促使我国部分食品企业已经认识到其重要性并开始使用营养标签，但由于缺乏相关的规定，标示的营养素名称、种类、单位和依据均不相同，甚至还出现了虚假夸大标注营养内容，欺骗和误导消费者的现象，亟需相关法规予以规范。《规范》充分借鉴国际上的先进经验，统筹考虑我国居民的膳食结构、食品营养特性、不同人群的消费特点和消费者具备的营养知识，以及企业条件、管理能力和生产经营等具体情况，明确政府、消费者和食品企业在营养标签管理中的职责和作用，注重与相关规范和法规有效衔接和配套，起草过程两次网上公开征求意见，充分吸收各方意见和建议。 《规范》共21条，包括3个技术附件，即《食品营养成分标示准则》、《中国食品标签营养素参考值》和《食品营养声称和营养成分功能声称准则》。《规范》要求，在我国销售的预包装食品，其标示营养标签时，应当符合《规范》管理规定。国家鼓励食品企业对其生产的产品标示营养标签。卫生部根据《规范》的实施情况和消费者健康需要，确定强制进行营养标示的食品品种、营养成分及实施时间。《规范》中的营养标签是指向消费者提供食品营养成分信息和特性的说明，包括营养成分表、营养声称和营养成分功能声称。营养成分表是标有食品营养成分名称和含量的表格，表格中可以标示的营养成分包括能量、营养素、水分和膳食纤维等。《规范》规定，食品企业标示食品营养成分、营养声称、营养成分功能声称时，应首先标示能量和蛋白质、脂肪、碳水化合物、钠4种核心营养素及其含量。食品营养标签上还可以标示饱和脂肪（酸）、胆固醇、糖、膳食纤维、维生素和矿物质等。营养标签中营养成分标示应当以每100 克（毫升）和/或每份食品中的含量数值标示，并同时标示所含营养成分占营养素参考值（NRV）的百分比。营养声称是食品营养属性的说明和营养宣教的重要工具，《规范》包括了营养声称和营养成分功能声称，营养声称是指对食物营养特性的描述和说明，包
营养成分综合分析报告
营养成分综合分析报告 ――马铃薯及其加工产品的营养分析
马铃薯的营养成分综合分析 1实验目的 1、掌握测定马铃薯中水分、灰分、脂肪、蛋白质、粗纤维、还原糖六大类营养成分的原理和方法。 2、了解并熟悉相关仪器的使用方法。 3、通过对被测试样中六大成分的测定，评定被检试样的品质。 4、通过对马铃薯，水煮马铃薯，油炸马铃薯中蛋白质、脂肪、还原糖、水分、灰分、粗纤维)的测定分析，比较三种加工工艺营养素的损失情况。 2实验原理 食品样品营养分成的综合分析，主要是针对食品中的水分、灰分、脂肪、蛋白质、糖类、 粗纤维素的成分分析，采用的实验方法为国标( GB中的标准方法。 (1)食品中的水分的含量测定是采用的常压干燥法，是指在100C左右直接干燥的情况下，所失去物质的总量； (2)食品中的灰分的测定采用的是恒重法，是指食品经高温灼烧后遗留下来的无机物，主要是无机氧化物或盐类，称取其重量即可求得灰分含量； (3)食品中的脂肪的测定采用的是索氏萃取法，是指食品中的样品经无水乙醚或石油醚等有机溶剂提取后，蒸后溶剂所得到的物质； (4)食品中的蛋白质的测定采用的是经典的凯氏定氮法，是根据食品与硫酸和催化剂一同加热消化，使蛋白质分解，分解的氮与硫酸结合生成硫酸铵，然后碱化蒸馏使氨游离， 用硼酸吸收后再以硫酸或盐酸标准溶液滴定，根据酸的消耗量计算总氮含量，再换算为蛋白 质含量； (5)食品中粗纤维的测定，是指样品在硫酸作用下，样品中的糖、淀粉、果胶质和半 纤维素经水解除去后，再用碱处理，除去蛋白质及脂肪酸，遗留的残渣为粗纤维，如其中含 有不溶于酸碱的杂质，可灰化后除去； (6)食品中还原糖的测定采用的是斐林显色法，原理为，样品经除去蛋自质后，在加热的条件下，直接滴定已标定过的碱性酒石酸铜液(费林试剂)，以次甲基蓝为指示剂，根据样品消耗的体积，计算还原糖量；3实验设计方案 3.1样品制备工艺流程
数学建模案例之多变量最优化
数学建模案例之多变量最 优化
数学建模案例之 多变量无约束最优化 问题1[1]：一家彩电制造商计划推出两种产品：一种19英寸立体声彩色电视机，制造商建议零售价（MSRP）为339美元。另一种21英寸立体声彩色电视机，零售价399美元。公司付出的成本为19英寸彩电195美元/台，21英寸彩电225美元/台，还要加上400000美元的固定成本。在竞争的销售市场中，每年售出的彩电数量会影响彩电的平均售价。据估计，对每种类型的彩电，每多售出一台，平均销售价格会下降1美分。而且19英寸彩电的销售量会影响21英寸彩电的销售量，反之也是如此。据估计，每售出一台21英寸彩电，19英寸的彩电平均售价会下降0.3美分，而每售出一台19英寸的彩电，21英寸彩电的平均售价会下降0.4美分。问题是：每种彩电应该各生产多少台？ 清晰问题：问每种彩电应该各生产多少台，使得利润最大化？ 1．问题分析、假设与符号说明 这里涉及较多的变量： s：19英寸彩电的售出数量（台）； t：21英寸彩电的售出数量（台）； p：19英寸彩电的售出价格（美元/台）； q：21英寸彩电的售出价格（美元/台）； C：生产彩电的成本（美元）； R：彩电销售的收入（美元）； P：彩电销售的利润（美元）
两种彩电的初始定价分别为：339美元和399美元，成本分别为：195美元和225美元；每种彩电每多销售一台，平均售价下降系数a=0.01美元（称为价格弹性系数）；两种彩电之间的销售相互影响系数分别为0.04美元和0.03美元；固定成本400000美元。 变量之间的相互关系确定： 假设1：对每种类型的彩电，每多售出一台，平均销售价格会下降1美分。 假设2：据估计，每售出一台21英寸彩电，19英寸的彩电平均售价会下降0.3美分，而每售出一台19英寸的彩电，21英寸彩电的平均售价会下降0.4美分。 因此，19英寸彩电的销售价格为： p=339-a×s-0.03×t，此处a=0.01 21英寸彩电的销售价格为： q=399-0.01×t-0.04×s 因此，总的销售收入为： R=p×s+q×t 生产成本为： C=400000+195×s+225×t 净利润为： P=R-C 因此，原问题转化为求s≥0和t≥0，使得P取得最大值。 2．建立数学模型 根据前面的分析，原问题的数学模型如下：
食品营养成分分析
食品营养成分分析 第一节食品中水分的测定 一、食品中水分的存在形式及测定意义 ?食品中水分主要有两种存在形式，即游离水和结合水。 ?食品水分含量的多少，直接影响食品的感官性状及组成比例，改变营养素及有害物质的浓度。 ?食品中水分又是微生物繁殖的重要条件，可加速污染物质扩散，不利于食品的贮存，缩短食品的食用期限。 ?控制和测定食品中水分的含量的意义：控制食品中水分的含量关系到食品品质的保持和稳定性的提高。测定食品的水分不仅可以了解食品水分的含量和掌握食品的基础数据，而且可以增加其他测定项目的可比性。 二、水分测定的方法 （一）常压干燥法 1.原理食品中的水分指在100 ℃左右直接干燥的情况下，所失去物质的总量。 2.仪器电热恒温干燥箱；精密天平；称量瓶；蒸发皿 3.操作方法 （1）固体样品 称量瓶的处理：洁净铝制或玻璃制称量瓶→开盖，置于干燥箱中→ 95-105℃干燥0.5-1 h →加盖，置于干燥器内→冷却0.5 h →称量→重复干燥冷却步骤至恒重 样品的测定：粉碎或磨细的样品→置于称量瓶中→加盖，精密称量→开盖，置于干燥箱中→95-105℃干燥2-4 h →加盖，置于干燥器内→冷却0.5 h →称量→重复干燥冷却步骤至恒重 （2）半固体或粘稠液体样品 海砂的准备：水洗净的海砂→加入6N HCl→煮沸0.5 h→水洗至中性→ 加入6N NaOH→煮沸0.5 h→水洗至中性95-105℃干燥备用 蒸发皿的准备：洁净蒸发皿内放入10.0g海砂及一根小玻棒→置于干燥箱中→ 95-105℃干燥0.5-1 h →置于干燥器内→冷却0.5 h →称量→重复干燥冷却步骤至恒重 样品的测定：半固体或粘稠液体样品→置于蒸发皿中→精密称量→搅匀，沸水浴蒸干→擦去皿底水滴→置于干燥箱中→95-105℃干燥2-4 h →加盖，置于干燥器内→冷却0.5 h →称量→重复干燥冷却步骤至恒重 4.计算 水分（%）= 干燥物（%）=100-水分% m 1为称量瓶和样品质量，m 2 为干燥后称量瓶和样品的质量，m 3 为称量瓶（或 蒸发皿、海砂、玻璃棒）的质量
数学建模-面试最优化问题
C题面试时间冋题 有4名同学到一家公司参加三个阶段的面试：公司要求每个同学都必须首先找公司秘书初试，然后到部门主管处复试，最后到经理处参加面试，并且不允许插队（即在任何一个阶段4名同学的顺序是一样的）。由于4名同学的专业背景不同，所以每人在三个阶段的面试时间也不同，如下表所示（单位：分钟）： 这4名同学约定他们全部面试完以后一起离开公司?假定现在时间是早晨8:00问他们最早何时能离开公司？ 面试时间最优化问题 摘要： 面试者各自的学历、专业背景等因素的差异，每个面试者在每个阶段的面试时间有所不同，这样就造成了按某种顺序进入各面试阶段时不能紧邻顺序完成，即当面试正式开始后，在某个面试阶段，某个面试者会因为前面的面试者所需 时间长而等待，也可能会因为自己所需时间短而提前完成。因此本问题实质上是求面试时间总和的最小值问题，其中一个面试时间总和就是指在一个确定面试顺序下所有面试者按序完成面试所花费的时间之和，这样的面试时间总和的所有可能情况则取决于n位面试者的面试顺序的所有排列数 根据列出来的时间矩阵，然后列出单个学生面试时间先后次序的约束和学生间的面试先后次序保持不变的约束，并将非线性的优化问题转换成线性优化目标，最后利用优化软件lingo变成求解。 关键词：排列排序0-1非线性规划模型线性优化 一）问题的提出 根据题意，本文应解决的问题有： 1、这4 名同学约定他们全部面试完以后一起离开公司。假定现在的时间是早晨8：00，求他们最早离开公司的时间； 2、试着给出此类问题的一般描述，并试着分析问题的一般解法。 （二）问题的分析问题的约束条件主要有两个：
一是每个面试者必须完成前一阶段的面试才能进入下一阶段的面试（同一个面试者的阶段次序或时间先后次序约束），二是每个阶段同一时间只能有一位面试者 （不同面试者在同一个面试阶段只能逐一进行）。对于任意两名求职者P、Q,不妨设按P在前，Q在后的顺序进行面试，可能存在以下两情况： （一）、当P进行完一个阶段j的面试后，Q还未完成前一阶段j-1的面试, 所以j阶段的考官必须等待Q完成j-1阶段的面试后，才可对Q进行j阶段的面试，这样就出现了考官等待求职者的情况。这一段等待时间必将延长最终的总时间。 （二）、当Q完成j-1的面试后，P还未完成j阶段的面试，所以，Q必须等待P 完成j 阶段的面试后，才能进入j 阶段的面试，这样就出现了求职者等待求职者的情况。同样的，这个也会延长面试的总时间。 以上两种情况，必然都会延长整个面试过程。所以要想使四个求职者能一起最早离开公司，即他们所用的面试时间最短，只要使考官等候求职者的时间和求 职者等候求职者的时间之和最短，这样就使求职者和考官的时间利用率达到了最高。他们就能以最短的时间完成面试一起离开公司。这也是我们想要的结果。 （三）模型的假设 1. 我们假设参加面试的求职者都是平等且独立的，即他们面试的顺序与考官无关； 2. 面试者由一个阶段到下一个阶段参加面试，其间必有时间间隔，但我们在这里假定该时间间隔为0； 3. 参加面试的求职者事先没有约定他们面试的先后顺序； 4. 假定中途任何一位参加面试者均能通过面试，进入下一阶段的面试。即：没有中途退出面试者； 5. 面试者及各考官都能在8：00 准时到达面试地点。 （四）名词及符号约束 1. aij （i=1,2 ，3，4；j= 1 ,2,3）为求职者i 在j 阶段参加面试所需的时间甲乙丙丁分别对应序号i=1 ，2,3 ，4 2. xij （i=1,2 ，3，4；j=1,2,3）表示第i 名同学参加j 阶段面试的开始时间（不妨把早上8:00 记为面试的0 时刻）
数学建模五步法与灵敏度分析
灵敏度分析 简介： 研究与分析一个系统（或模型）的状态或输出变化对系统参数或周围条件变化的敏感程度的方法。在最优化方法中经常利用灵敏度分析来研究原始数据不准确或发生变化时最优解的稳定性。通过灵敏度分析还可以决定哪些参数对系统或模型有较大的影响。因此，灵敏度分析几乎在所有的运筹学方法中以及在对各种方案进行评价时都是很重要的。 用途： 主要用于模型检验和推广。简单来说就是改变模型原有的假设条件之后，所得到的结果会发生多大的变化。 举例（建模五步法）： 一头猪重200磅，每天增重5磅，饲养每天需花费45美分。猪的市场价格为每磅65美分，但每天下降1美分，求出售猪的最佳时间。 建立数学模型的五个步骤： 1.提出问题 2.选择建模方法 3.推到模型的数学表达式 4.求解模型 5.回答问题 第一步：提出问题 将问题用数学语言表达。例子中包含以下变量：猪的重量w（磅），从现在到出售猪期间经历的时间t（天），t天内饲养猪的花费C（美元），猪的市场价格p（美元/磅），出售生猪所获得的收益R（美元），我们最终要获得的净收益P（美元）。还有一些其他量，如猪的初始重量200磅。 （建议先写显而易见的部分） 猪从200磅按每天5磅增加 （w磅）=（200磅）+（5磅/天）*（t天） 饲养每天花费45美分 （C美元）=（0.45美元/天）*（t天） 价格65美分按每天1美分下降 （p美元/磅）=（0.65美元/磅）-（0.01美元/磅）*（t天） 生猪收益 （R美元）=（p美元/磅）*（w磅） 净利润 （P美元）=（R美元）-（C美元） 用数学语言总结和表达如下： 参数设定： t=时间（天）
w=猪的重量（磅） p=猪的价格（美元/磅） C=饲养t天的花费（美元） R=出售猪的收益（美元） P=净收益（美元） 假设： w=200+5t C=0.45t p=0.65-0.01t R=p*w P=R-C t>=0 目标：求P的最大值 第二步：选择建模方法 本例采用单变量最优化问题或极大—极小化问题 第三步：推导模型的数学表达式子 P=R-C （1） R=p*w （2） C=0.45t （3） 得到R=p*w-0.45t p=0.65-0.01t （4） w=200+5t （5） 得到P=（0.65-0.01t)(200+5t)-0.45t 令y=P是需最大化的目标变量，x=t是自变量，现在我们将问题转化为集合S={x:x>=0}上求函数的最大值： y=f（x）=（0.65-0.01x)(200+5x)-0.45x （1-1） 第四步：求解模型 用第二步中确定的数学方法解出步骤三。例子中，要求（1-1）式中定义的y=f （x）在区间x>=0上求最大值。下图给出了（1-1）的图像和导数（应用几何画板绘制）。在x=8为全局极大值点，此时f（8）=133.20。因此（8，133.20）为f在整个实轴上的全局极大值点，同时也是区间x>=0上的最大值点。 第五步：回答问题 根据第四步，8天后出售生猪的净收益最大，可以获得净收益133.20美元。只要第一步中的假设成立，这一结果正确。
数学建模中常用的思想和方法
数学建模中常用的思想和方法（1） knowledge 2010-08-19 00:42:51 阅读160 评论0字号：大中小 在数学建模中常用的方法：类比法、二分法、量纲分析法、差分法、变分法、图论法、层次分析法、数据拟合法、回归分析法、数学规划（线性规划，非线性规划，整数规划，动态规划，目标规划）、机理分析、排队方法、对策方法、决策方法、模糊评判方法、时间序列方法、灰色理论方法、现代优化算法（禁忌搜索算法，模拟退火算法，遗传算法，神经网络）。用这些方法可以解下列一些模型：优化模型、微分方程模型、统计模型、概率模型、图论模型、决策模型。 拟合与插值方法（给出一批数据点，确定满足特定要求的曲线或者曲面，从而反映对象整体的变化趋势）：matlab可以实现一元函数，包括多项式和非线性函数的拟合以及多元函数的拟合，即回归分析，从而确定函数；同时也可以用matlab实现分段线性、多项式、样条以及多维插值。 在优化方法中，决策变量、目标函数（尽量简单、光滑）、约束条件、求解方法是四个关键因素。其中包括无约束规则（用fminserch、fminbnd实现）线性规则（用linprog实现）非线性规则、（用fmincon实现）多目标规划（有目标加权、效用函数）动态规划（倒向和正向）整数规划。 回归分析：对具有相关关系的现象，根据其关系形态，选择一个合适的数学模型，用来近似地表示变量间的平均变化关系的一种统计方法（一元线性回归、多元线性回归、非线性回归），回归分析在一组数据的基础上研究这样几个问题：建立因变量与自变量之间的回归模型（经验公式）；对回归模型的可信度进行检验；判断每个自变量对因变量的影响是否显著；判断回归模型是否适合这组数据；利用回归模型对进行预报或控制。相对应的有线性回归、多元二项式回归、非线性回归。 逐步回归分析：从一个自变量开始，视自变量作用的显著程度，从大到地依次逐个引入回归方程：当引入的自变量由于后面变量的引入而变得不显著时，要将其剔除掉；引入一个自变量或从回归方程中剔除一个自变量，为逐步回归的一步；对于每一步都要进行值检验，以确保每次引入新的显著性变量前回归方程中只包含对作用显著的变量；这个过程反复进行，直
数学建模培训——最优化方法练习题
练习 1、求解下列线性规划问题。 （1） ()131********max 43112 .222333 3 24 36400,1,2,3,4 i f x x x s t x x x x x x x x x x i =--++-=+=-+=≥= （2） ()123123123max 23.2222320,1,2 i f x x x x s t x x x x x x x i =---+≤-+-≤-≥= （3） ()1231212312max 564.22553415100,1,2,3 i f x x x x s t x x x x x x x x i =+++≤++≤+≤≥= （4） 12312312312123min 33.. 25231612,,0 x x x s t x x x x x x x x x x x -++-+≤-+≤+≤≥ （5） 1212312412515max 2.. 506221,,0 x x s t x x x x x x x x x x x +++=-++=++=≥ （6）
() 123412341234max 30354045.. 34647043658001,2,3,4i x x x x s t x x x x x x x x x i ++++++≤+++≤≥= 2、建立线性规划模型，求解下列问题。 （1）某工厂生产甲、乙两种产品。已知生产甲种产品t 1需耗A 种矿石t 10、B 种矿石t 5、煤t 4；生产乙种产品t 1需耗A 种矿石t 4、B 种矿石t 4、煤t 9。每t 1甲种产品的利润是600元，每t 1乙种产品的利润是1000元。工厂在生产这两种产品的计划中要求消耗A 种矿石不超过t 300、B 种矿石不超过t 200、煤不超过t 360。甲、乙两种产品应各生产多少，能使利润总额达到最大？ （2）设有A 1，A 2两个香蕉基地，产量分别为60吨和80吨，联合供应B 1，B 2，B 3三个销地的销售量经预测分别为50吨、50吨和40吨。两个产地到三个销地的单位运价如下表所示： 表1（单位运费：元/ 吨） 问每个产地向每个销地各发货多少，才能使总的运费最少？ （3）某工厂用甲，乙两种原料生产A,B,C,D 四种产品，每种产品的利润、现有原料数量及每种产品消耗原料定额如下表： 问题：怎样组织生产才能使总利润最大？ 3、一维非线性优化问题 （1）求函数()()()6 30sin tan 1x x x x e ?=-在[]0,1内的极大值 （2）求函数()t t t e e ψ-=+在[]1,1-内的极小值 （3）求函数()() () 2 2 1 1 60.30.01 0.90.04 f x x x =+ --+-+在1处的零点及在() 0.5,1.5-内的最大值；
食品中营养成分的分析
第三章食品营养成分的分析 食品营养成分：就是指食品中对人体具有营养学意义的成分。 主要有蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质（也称为无机盐）和水。其中，蛋白质、脂肪和碳水化合物被称为三大营养素。它们都是动植物食品中的主要组成成分，能供给机体能量。无机盐和维生素则不能给人类提供热量，但它们是人体多种酶和生理活性物质的重要组成部分。水则是维持人体生存的重要物质。 食品营养成分的摄入是否合理直接关系着人体的健康，但是没有一种天然的食物能供给人体所需的全部营养素。因此，对食品进行营养成分分析，掌握食品中营养素的质和量，指导人们合理营养与膳食，对食品的生产、加工、运输、贮藏、销售过程进行营养成分的检测，及时了解食品品质的变化，以及为食品新资源和新产品的研发提供可靠的依据。 第一节食品中水分的测定 水分是食品的天然成分，也是动植物体内不可缺少的重要成分，具有及其重要的生理作用。如水是体内营养素及其代谢产物的良好溶剂，是体内各种化学反应的介质，能帮助营养素的吸收和代谢产物的运输、排泄，同时在调节体温、润滑关节和肌肉、减少摩擦等方面都发挥了重要的作用。 一、食品中水分的存在形式及测定意义 1、食品中水分主要有两种存在形式，即结合水和游离水。 结合水：是指在食品中与其他成分结合在一起形成食品胶体状态的水。如：与蛋白质、淀粉水合作用的和膨胀吸收的水分，以及某些盐类的结晶水等，压榨不能使它与组织细胞分离，在达到水的沸点时，这部分水也不能通过蒸发而脱去。 游离水：是存在于动植物细胞外的各种毛细管和腔体中，包括吸附于食品表面的吸附水和湿存水。 食品水分含量的多少，直接影响食品的感官性状及组成比例，改变营养素及有害物质的浓度。食品中的水分又是微生物繁殖的重要条件，可加速污染物质的扩散，不利于食品的贮存，缩短食品的食用期限。所以，食品中水分的含量食品的重要质量指标。 控制和测定食品中水分含量的意义： 1、控制食品中水分的含量关系到食品品质的保持和稳定性的提高。 2、测定食品的水分不仅可以了解食品水分的含量和掌握食品的基础数据（如国家卫生标准规定，奶油中水分应≦16%，肉松中水分应≦20%等），还可以增加其他测定项目的可比性。
食物中的营养教学设计与反思
目录：教学设计 教学过程 反思
矿物质 水人体不可缺少 教学过程 一、引入 1、关于丰富多样食物的视频或图片：我们为什么要吃这么丰富多样的食物呢（板贴：食物）（请1-2位学生回答） 板贴：营养。：食物为我们提供了哪些营养呢（根据回答，板贴六大营养） 食物中的六大营养成分是如何促进我们的生长，保证我们的健康的呢，今天我们就来揭开《食物中的营养》的秘密吧。（板贴课题，生齐读课题） 二、了解食物中的主要营养成分 1、提问：关于食物中的营养，你知道些什么呢（根据学生回答，适时总结“六大营养成分”对人体的主要作用，主要存在于哪类食物中） 2.总结：我们通过查找资料，交流的方式了解到食物中主要含有六大营养成分，分别是：（教师指示，生齐答。） 他们分别是，蛋白质脂肪糖类维生素和矿物质水 三、辨别食物中的营养成分 谈话引出：同学们，了解了这么多的营养成分，想不想在食物中找一找它们呢我们可以用一些简单的方法进行辨别。今天我们就是“小小营养辨别师”，用实验的方法来辨别食物中的脂肪和淀粉。 活动一：辨别脂肪 1、首先我们来辨别食物中的脂肪，怎么辨别呢请大家翻到课本46页资料，这里有辨别脂 肪的方法指导，我们一起读一读，请拿这笔把你认为重要的地方勾下来。 2、教师：有没有不清楚的地方、 3.小组拿出材料，开始实验。 4.汇报。通过实验，你们看到了什么现象，你们的结论是： 活动二：辨别淀粉 1、我们已经学会可以用挤压食物的方法检验食物中是否含有脂肪，食物中的淀粉我们也可以用简单的方法辨别。阅读课本，勾画。 2、教师演示，操作要点：一手拿着碘酒瓶，一手轻捏胶头滴管，吸取一点碘酒，再在检验的食物上轻轻滴一两滴。 3、小组实验 4.汇报。通过实验，你们看到了什么现象，你们的结论是： 活动三：认识食物营养标签 师：除了用实验的方法可以了解食物中的营养成分，还有什么方法（生回答。） 教师相应出示标签或营养成分表。 总结：大家看，这里有营养成分表，通过这个表格我们就能知道这种食物中含有哪些营养成分了。不仅是牛奶的包装上有这样的表格，其他的食品、饮品的包装上也有这样的表格。我们在购买的时候可以通过这个表格来了解它们的营养。 四．探究今天中午所吃的食物含有的营养成分 1、给今天中午所吃的食物按照营养成分进行分类。 总结前面的环节，提问：今天中午吃了哪些食物（教师板书） 2.全班一起来给今天中午吃的食物连线。 （引导提问：有没有一种食物含有所有的营养成分一种营养成分只存在于一种食物中吗修改为：一种食物中只含有一种营养成分吗）