انتخاب طرح آزمایش تحقیقات صنایع غذایی

آزمایش در تحقیقات

در هر برنامه تحقیقاتی، هدف، یافتن پاسخ سوال محقق در راستای یک هدف کلی است. این سوال، می تواند یافتن نحوه اثر یک یا چند عامل بر ویژگی های مشخص از محصول باشد (تکنیک های دستگاهی در توسعه فرمولاسیون). عامل ممکن است جزئی از فرمولاسیون، مشخصات فرایند و یا زمان باشد. گاهی نیز هدف، بهینه سازی فرمولاسیون یا فرایند در راستای کاهش هزینه یا بهبود کیفیت یک محصول باشد (اصول بهینه سازی فرمولاسیون های غذایی).

طرح آزمایشات

طرح آزمایش، در واقع شیوه انجام آزمایشات، کاهش هزینه تحقیقات و رسیدن به هدف مورد نظر بر پایه تئوری های آماری است. برای مثال، برای بررسی اثر یک یا چند عامل بر ویژگی های محصول، ترکیب های مختلفی از مقدار های هر عامل وجود دارد ولی انتخاب مقدار هر عامل، بایستی بر اساس یک طرح آماری باشد. طرح آزمایش به تکرار پذیری آزمایشات و نتایج کمک می کند و همچنین در مرحله آنالیز نتایج، امکان اعمال تکنیک های آنالیز واریانس را فراهم می کند.

اثر یک عامل

اگر، هدف بررسی اثر یک عامل یا فاکتور بر ویژگی های محصول یا پاسخ هدف مورد نظر باشد، در این شرایط، از روش تک فاکتور استفاده می شود که در آن مقدار های فاکتور توسط محقق تعین می شود. آنالیز این نوع طرح آزمایش میتواند با روش آنالیز واریانس یک طرفه در نرم افزار مانند MiniTab انجام شود (مهارت های نرم افزاری یک کارشناس صنایع غذایی).

اثر چند عامل همزمان

هنگامی که هدف، بررسی اثر چند عامل باشد، امکان اثر گذاری این فاکتور ها بر نتیجه هر فاکتور دیگر وجود دارد. ممکن است یک فاکتور، اثر فاکتور دیگر را سرکوب یا تشدید کند. در این شرایط، طرح آزمایش های مختلفی امکان طراحی دارد که به اهداف مورد نظر وابسته است.

اثر چند عامل- قالب فاکتوریل

طرح کاملا تصادفی در قالب فاکتوریل طرحی است که در شرایطی که هدف، بررسی همه حالت های ممکن باشد، مورد استفاده قرار می گیرد. در این نوع طرح آزمایش، همه حالت های ممکن برای سطوح مختلف فاکتور ها در نظر گرفته میشود. برای مثال، اگر هدف، بررسی اثر فاکتور A در سه سطح، فاکتور B در دو سطح و فاکتور C در سه سطح باشد، در این شرایط تعداد 3×2×3=18 حالت آزمایش وجود دارد. با این حال، باید در نظر داشت که حداقلی از تکرار آزمایش باید لحاظ شود. اینکه حداقل چه تکرار آزمایش باید صورت گیرد به درجه آزادی خطا بستگی دارد. این نوع طرح، از جامعیت بالایی در تحلیل اثر متغیرها برخوردار است ولی با توجه به تعداد بالای تیمارها، هزینه تحقیقات را افزایش میدهد. آنالیز واریانس نتایج، امکان بررسی اثر هر فاکتور و وجود برهمکنش در اثر فاکتورها را فراهم می کند. مدل رگرسیونی حاصل از داده های این طرح، می تواند در بهینه سازی فرمولاسیون یا فرایند مورد استفاده قرار گیرد.

اثر چند عامل – طرح های سطح پاسخ

طرح های سطح پاسخ، برخلاف طرح های در قالب فاکتوریل، از یک مدل هندسی برای انتخاب نقاط منتخب از مجموع حالت های ممکن و همچنین بهره گیری از خطای آزمایشات در نقطه مرکزی، طرح های با تعداد تیمار های کمتر را در اختیار محقق قرار می دهد. از جمله این طرح ها، طرح های Central Composite و Box–Behnken است. در هر یک از این طرح ها، تنظیمات هندسه طرح در دقت و گستردگی محدوده مورد ازمایش تاثیر گذار است. آنالیز این نوع طرح ها نیز بر پایه برازش مدل و بررسی میزان معنی داری آن و استخراج میزان اثر گذاری هر فاکتور و یا بر همکنش فاکتور ها است. نرم افزار Design Expert، یک گزینه مناسب برای طرح ریزی آزمایش و همچنین آنالیز نتایج است. همچنین مدل حاصل از اجرای این طرح، می تواند در بهینه سازی فرمولاسیون یا فرایند مورد استفاده قرار گیرد.

اثر چند عامل – طرح مخلوط

گاهی در فرایند بهینه سازی فرمولاسیون، شرایطی وجود دارد که جمع کل مقدار های فاکتور های مورد بررسی باید مقدار ثابتی باشد. برای مثال، در بهینه سازی فرمولاسیون یک امولسیفایر، ممکن است از ترکیب سه امولسیفایر استفاده شود و جمع درصد این سه ماده باید الزاما باید 100 درصد باشد. در این شرایط، افزایش یک فاکتور الزما با کاهش سایر فاکتور ها همراه است. طرح مخلوط یا Mixture گزینه مناسبی در این شرایط خواهد بود. آنالیز نتایج طرح، شامل برازش مدل مناسب و استخراج اثر هر فاکتور و برهمکنش ها خواهد بود. بهینه سازی فرمولاسیون نیز، بر اساس مدل ایجاد شده، امکان پذیر خواهد بود.