第八章  食品科学研究方法

第一节  食品科学研究课题的选择

    一、科学研究从问题开始

    科学研究是创造性的探索活动，无论基础研究还是应用研究都是为了解决尚未解决的问题，都是探索未知的过程。 当代西方科学哲学家、证伪主义者波普尔曾明确提出：科学始于问题而不是始于观察，尽管通过观察可以引出问题，但是在观察时必须带着一定的问题，带着预期的设想，漫无目的的观察是不存在的。从科学理论发展的总体过程看，只有发现了原有理论、方法不能解决的问题时，人们才会去修正、补充它，或着手建立新理论，探讨新方法。从这个意义上可以说，问题既是旧理论、旧方法的终点，也是新理论、新方法的起点；从科学研究的具体进程看，人们总是以问题为框架有选择地去搜集事实材料。爱因斯坦指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。因为解决问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看待旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”

二、食品科学研究课题的来源

    食品科学研究课题归根结底来源于社会生产实践与科学实践，但由于食品科学理论发展的相对独立性与自主性，其还可以有其它的来源。

1.从食品科学实践与理论的矛盾中产生研究课题  当原有的科学理论不能解释新的现象、新的事实时，便产生了矛盾，也产生了需要探讨的问题。当对同一事物进行多方面的观察和实验，其实验结果从理论上无法作出统一的解释时，也会产生需要研究的课题。

    2.从食品科学理论内部的矛盾中产生研究课题  一种理论或一个概念，如果能从中推出逻辑矛盾，那就表明其中存在着需要进一步探讨的问题。探讨中往往有助于新概念或新理论的产生。

3.从不同学派理论之间的矛盾中产生研究课题。在一个学科领域中，对同一事物，可以有不同学派运用不同理论进行解释，谁是谁非，需要作出正确的解答。

4.从社会需要同现有的生产技术手段不能满足这种需要的矛盾中产生研究课题。如农业生产、食品加工、社会生活与人类健康等的需要，提出了大量亟待解决的问题。这些问题经过转化、抽象，即成为应用研究和基础理论研究的课题。

5.下达课题和自选课题  下达课题一般是指由国家主管科研的行政部门、企事业单位根据国家、地方、企事业单位的需要下达或委托有关科研单位、科研人员从事的科研项目。自选课题一般是指科研单位或科研人员从理论研究和生产实践发现的问题出发提出科研项目，向有关部门申报的课题。

    三、食品科学研究选题及其步骤

    科研选题就是形成、选择和确定所要研究和解决的课题。课题是为了实现某个特定目标所需要研究的一个或一组科学问题。 科研选题是科学研究的起始步骤，是科学研究的重要组成部分。选题的重要性在于它关系到科学研究的方向、目标和内容，直接影响科研的途径和方法，决定着科研成果的水平、价值和发展前途。大量事实表明，无论是国家、集体或个人的科学研究活动，若想取得重大的研究成果，除了人员素质和必要的物质条件外，选题是一个关键因素。在科学研究中，最困难的最具有远见卓识的，就是能够选好课题。

    在选题开始时，首先要了解前人的工作和现实的需要，进行文献调研和实际考察。文献调研是为了考察前人对有关课题已作过的工作及其经验教训，以免重犯他人已指出的错误和重复他人已作过的研究。文献调研应查明有关专著和论文，并尽可能追溯其发展的历史，以便继承前人已有的研究成果，在新的起点上，选择研究课题。除了文献调研，还要考察现实的需要，了解所选课题是否属于学科理论发展或生产、技术领域迫切需要解决的问题，估计其理论价值或社会和经济效益。科学研究不仅需要提出有价值的问题，而且总是期望通过研究获得成功。因此，只对课题本身进行考察是不够的，还需要考察决定科学研究能否顺利进行的其它因素，诸如经费的来源、科研力量的配置、实验设备条件、协作情况等，对于技术课题还要考虑研制条件、测试条件、材料或元器件等条件。在文献调研和实际考察的基础上，再进行分析比较，综合概括出需要研究的课题。

    初步选出课题后，要对课题进行初步论证，即对课题进行可行性研究。例如建立模型进行初步计算，或围绕课题设计一些必要的实验。若有几个备选课题，则需要对计算和实验结果进行分析比较和筛选。在初步论证的基础上提出选题报告，然后经过评议，选出最佳课题。评议方式一般采用同行专家评审制。选题过程是一个不断反馈调整的过程，常常需要反复调研和多次论证。

    综上所述，选题步骤一般为：文献调研和实际考察→提出选题→初步论证→评议→确定课题。

四、科研选题的基本原则

课题的性质不同，选题的原则也各有侧重，但一般需要考虑以下几个方面。

    1.需要性原则

这是指课题应面向社会需要和学科理论发展的需要。社会需要包含经济发展的需要、国防建设的需要、医疗卫生和文化教育的需要等。学科理论发展的需要包含开拓科学领域的需要、更新科学理论的需要、改进科学方法的需要等。

    发展研究担负着把科学技术直接转化为社会生产力的任务，选题应将当前社会需要置于首要位置，充分注意所开发技术的经济效益、社会后果和对环境的影响。即使是跟踪世界高技术的发展研究，其主要目的虽然是为未来新技术开发作准备，但也要充分重视在当前有应用价值的项目。

    应用研究致力于解决国民经济和社会生活中所提出的实际科学技术问题，其任务在于把理论推进到应用的形式。它的选题方向应指向加强生产活动的技术基础，弄清技术机理。例如，要从生产中的材料、装备、加工工艺、技术精密组合能力、技术监测等问题中提炼出基础性的研究课题来。应用研究的选题要充分考虑社会的需要，把当前和近期社会需要的项目作为优选项目。

    基础研究要从学科理论发展的需要出发，去研究和发现自然界的新现象和新规律，为正确地认识和成功地改造世界提供根本性的理论依据。自然科学基础理论具有普遍性和公有性的规范，需公开发表自己的研究成果，因此应面向世界，树立参与国际竞争的观点，立足本学科前沿进行选题。

    科学技术发展与经济发展和社会发展是相互关联的，尽管各种选题侧重点不同，但需要性原则却是必须遵守的。

2.创造性原则

这是指选出的课题应是前人没有解决或没有完全解决的疑难问题，并预期能从中产生创造性的科学技术成果。创造性的科技成果有多种表现，比较重要的是：概念和理论上的创新，方法上的创新，应用上的创新。与此相应，那些有可能导致新理论、新概念、新方法、新应用出现的课题，应该成为优先被选择的课题。当然，在选题阶段，对课题结果的创造性是难于作出精确估计的。因此，创造性原则实质上是要求作到：在选题时熟悉别人已进行过的工作，避免重复劳动，课题论证时恰当估计课题的意义和其中可能包含的创造性成份。科学研究是探索性工作，其本质在于创新。别人已经解决了的问题，或者在现实条件下难以取得创造性进展的课题，不应作为选择对象。

3.科学性原则

这是指选出的课题要有一定的科学理论和科学事实作为根据，且把课题置于当时的科学技术背景下，并使之成为在科学上可以成立和可以探讨的问题。

    一般来说，明显与已确证的科学理论相违背的题目不应作为选择对象，除非确已发现了与该理论相矛盾的事实并把这种矛盾作为科研课题。如果毫无根据地把推翻或改变已确证的理论作为研究项目，那就失去了起码的科学性。与此相应，毫无事实根据的题目也不应作为选择对象。科研选题既要尊重所依据的科学理论和科学事实，同时还要随着基础事实和背景理论的改变而对选择的题目进行调整，这是坚持科学性原则所必需的。

4.可行性原则

这是指选择的课题应与自己的主、客观条件相适应，即根据已经具备的或经过努力可以具备的条件进行选题。符合需要的有创造性和科学性的题目并非都是可行的题目。如果主观条件或客观条件不具备，无论多么诱人的题目也难以取得预期的成果。有些课题目前还缺乏解决的条件，而这些条件又是在短期内难以创建的，即应视为尚不具备可行性的课题。如果这类课题非常重要，而且其解决也需要长期的努力，则可将其分解为一系列子课题，然后从中选择一些相对来说具有较大可行性的子课题进行研究。但是，要对这类课题的难度作充分的估计——有时甚至其中—个子课题的解决也会耗去一代人的精力。

    可行性原则要求在选题时认真考虑科学研究的整体实力。在主观条件方面要分析科研队伍的结构、各种人才的配置、研究者的素质、能力以及对课题的认识和研究的兴趣等因素。在客观条件方面要考虑科研经费、实验设备、原材料供应、图书情报资料以及对期限的要求等因素。还要考虑科研的外部环境、国家政策、学术交流等条件。选题时从实际出发，扬长避短，发挥优势，才容易取得研究成果。 

 

第二节  食品科技文献

    文献是记录有知识的一切载体，是知识、知识载体和记录手段的统一体。由于文献知识内容的不同、载体的不同、记录方式的不同，便构成了不同类型的文献。

    一、按文献信息载体的形式划分

    1.印刷型(Printed form)

    印刷型文献是以纸质为主要载体、以手写或印刷为记录手段的一种文献形式。主要包括石印、油印、铅印、胶印、激光排印的各种文献，目前的图书、期刊、专利、科技报告、学位论文等大多为印刷型文献。

    2.缩微型(Microform)

    缩微型文献又称缩微复制品，是以感光材料为载体、以缩微照像为记录手段的一种文献形式，即采用摄影的方法将文献的影像缩小、复制而成。主要包括缩微胶卷、缩微胶片、缩微卡片等。

    3.视听型(Audio–visual form)

视听型文献又称视听资料或声像资料，是以电磁材料和感光材料为载体，以录音、录像和摄影技术为记录手段将声音和文字图像记录下来的一类动态型文献资料，主要包括唱片、录音带、录像带、幻灯片、投影片、电影片、电视片等。

4.机读型(Machine–readable form)

    机读型文献全称为计算机阅读型文献，是利用计算机阅读的文献资料，包括计算机磁带、磁盘上的各种计算机软件。通过编码和程序设计，把文献内容变成计算机可识别的语言，输入到计算机中，存贮到磁带或磁盘上，阅读时由计算机转换成人工语言，并根据需要在终端屏幕上显示或输出打印。

5.光盘型(Optical disk form)

    光盘型文献是由特殊的光敏材料作为载体，将信息通过激光刻录在光盘的盘面上制成的一类新型载体文献。在写入信息时，将光盘放入与计算机相连的录放机中，利用写入信号调制激光发出的光束将信息刻录在光盘上；在读出信息时，用激光照射光盘上的光道，由激光检象器的光敏器件接受反射光束，产生光电读出信息，再经放象系统恢复图像和声音信号，便可得到输出信息。既可用计算机阅读，也可用激光播放机播放，实际上也是机读型文献的一种。

 6.立体形象型(Solid figure form)

    立体形象型文献又称三维全息型文献，是用激光在三维空间进行全息摄影实现信息存贮与显示的全息形象资料。这是一种刚出现的新型文献载体类型，在形象化方面有着独特的优点，能够产生一幅完整的立体摄像，全方位地反映实物的全貌。

    二、按文献的出版形式划分

    1.图书(Book)

    图书大多是对已发表的科技成果、生产技术知识和经验通过选择、比较、核对、组织而成的。该类型文献内容成熟、定型，论述系统全面、可靠。但图书出版周期较长，知识的新颖性不够，时间性较差，所提供的知识比其他类型的文献晚，传递信息的速度较慢。图书一般包括下面几种类型：专著(monograph)、丛书(series of monograph)、教科书(text book)、词典(dictionary)、手册(handbook)、百科全书(encyclopedia)等。主要依据著录项中的ISBN号、出版社名称、地址、出版年、页数、字数等识别。

    2.期刊(Journals or Magazine or Periodical)

    期刊又称杂志。一般指具有固定题名，定期或不定期的连续出版物。期刊上刊登的论文大多数是原始文献，包含有许多新成果、新水平、新动向，其特点是出版周期短，报道文献速度快，内容新颖，发行及影响面广，能及时反映国内外发展水平等。据统计，从期刊上得到的科技情报约占情报来源的65％以上。按内容性质分为学术性期刊、通讯性期刊、消息性期刊、综述与述评性期刊、资料性期刊和检索性期刊等。按时间长短分为月刊(monthly)、周刊(weekly)、双月刊(bimonthly)、季刊(quarterly)、年刊(annuals)。主要依据著录项中的ISSN号、刊名、年、卷、期号、页码等识别。国内、外出版的食品及相关专业期刊见附录二。

    3.科技报告(Technical reports)

    科技报告是科技人员围绕某一专门从事研究取得的成果所撰写的正式报告，或者是在研究过程中每个阶段的进展情况的实际记录。其特点是内容详尽专深，有具体的篇名、机构名称和统一的连续编号(报告号)，一般单独成册。科技报告的种类有：技术报告(technical)、札记(notes)、论文(papers)、备忘录(memorandum book)、通报(bulletin)等。在流通范围，仅有小部分可以公开发表或半公开发表。主要依据报告号加以识别，著名的科技报告有美国政府的AD、PB、NASA、DOE四大报告；英国的ARC报告；法国的CEA报告；德国的DVR报告等。

    4.政府出版物(Government publication)

    政府出版物是由政府机构，包括国际组织(如联合国、国际联盟、欧洲共同体、世贸组织等)和各国中央政府及省或州、市、乡等级地方政府组织，以及他们所拥有的官方或半官方机构及其所属的专门机构所发表、出版的各种文献资料。其内容可分为行政性文件(如政治法律文件、政府决议报告等)和科技文献(如统计资料、科普资料等)两大类。该类文献有助于了解国家的政策与演变。

    5.会议文献(Conference)

    会议文献指由国内外重要学术会议上发表的论文和报告，也包括一些非学术性会议的报告。会议文献的特点是：①文献针对性强；②信息传递速度快；③能反映具有代表性的各种观点。主要依据著录项中的会议名称、时间、地址、会议录出版单位及其地址、出版年份、会议录提供单位及其地址、页码等加以识别。

    6.专利文献(Patents)

    专利文献是指在专利形成过程中产生的一系列官方文件和有关出版物的总称。广义专利文献是指专利局出版的与专利有关的各种文献。如专利公报、专利文摘、分类表、专利索引、说明书以及与专利有关的法律文献等。狭义专利文献仅指专利说明书，专利检索的主要对象是专利说明书。专利文献在形式上具有统一的格式；在文字上它是一种法律文件，文字较简练，特别要求保护权利范围；在内容上具有广泛性、详尽性、实用性、新颖性、独创性以及具有较强的系统性、完整性和报道的及时性等特点。主要依据著录项中的专利号、专利国别、专利权人、专利优先日期(公开日期)、出版时间等加以识别。

    7.标准文献(Standard literature)

    标准文献是经过权威机构批准的，用文件形式表达的统一规定，是反映标准的技术文献。它主要是对工农业产品和工程建设的质量、规格、检验方法等方面所作的技术规定。分为国际标准、区域性标准、国家标准、行业标准、地方标准、企业标准。标准文献具有一定的制订、审批程序，适用范围明确专一，编排格式、叙述方法严谨统一，对有关各方有约束性，在一定条件下具有某种法律效力。有一定的有效时间，需要随着技术发展而不断修订、补充或废除；一个标准只解决一个问题，文字比较简练。主要依据著录项中的标准号加以识别。

    8.学位论文(Dissertation or Thesis)

    学位论文是高等学校、科研机构的毕业生、研究生为获得学位所撰写的论文。可分为学士论文、硕士论文和博士论文。学位论文具有内容比较专一，阐述较为系统、详细等特点，对科学依据和做学位论文均有参考价值。它一般不公开出版，因而要取得原件比较困难，可从学位、论文名称、颁发学位的单位及其地址、授予学位的时间等方面加以识别。

    9.产品资料(Products data)

    产品资料主要是指各国厂商为了推销产品而出版发行的一种商业性宣传资料。包括厂商介绍、产品目录、产品样本和产品说明书等，其特点在于技术上比较成熟，数据比较可靠，有较多的外观照片和结构图，直观性强，它对科技人员选型和设计，引进国外设备仪器都有参考价值。产品资料一般要涉及到产品的性能、结构、原理、用途、用法、维修、保管等各方面的技术问题，具有一定的技术信息价值。可从公司名称、地址、产品名称等方面加以识别。

    10.其他文献

    除上述出版类型外，其他文献还包括技术档案、工作札记、广播、电视、报纸等大众传媒、卫星资料，其中技术档案是指生产建设和科研部门技术工作中形成的、有一定的工程对象的技术文件。如任务书、协议书、技术指标、审批文件、研究计划、方案大纲、技术措施、有关的技术调查材料、设计计算试验基础上的方案数据和报告等，具有重要的信息价值，有明显的保密性和内部控制使用的特点，一般不公开。

    三、按文献加工类型划分

    1.零次文献(灰色文献)

    所谓“零次文献”是指非正式出版物或非正式渠道交流的文献，未公开于社会，只为个人或某一团体使用。如文章草稿、私人笔记、会议记录、未经发表的名人手迹，甚至包括口头言论和思想教育。

    2.一次文献(原始文献)

    凡是以著者本人的经验、研究或研制成果为依据而撰写的原始文献，经公开发表或交流后，称为一次文献。一次文献是文献的主体，是最基本的信息源，是文献检索的对象。其特点是论述比较具体、详细和系统化，有观点、有事实、有结论。一般包括期刊论文、专著、研究报告、会议文献、学位论文、专利说明书、技术标准、技术档案、科技报告等。

    3.二次文献(检索性文献)

    二次文献是信息部门将那些分散的、无组织的一次文献，用一定的方法经过加工整理、归纳、简化，把文献的外表特征和内容特征著录下来，使之成为有组织、有系统的检索工具，如书目、题录、文摘、索引等。二次文献是对一次文献的浓缩和有序化，主要作用是存储和报道一次文献线索、提供查找的途径。它是用于查找一次文献的检索工具，是重要的指示性信息源。

    4.三次文献(参考性文献)

    它是在二次文献的基础上选用一次文献的内容进行分析、概括、综合研究和评价而编写出来的文献。它可分为综述研究类和参考工具类两种类型。前者如动态综述、学科总结、专题述评、进展报告等，后者如年鉴、手册、大全、词典、百科全书等。三次文献源于一次文献又高于一次文献，属于一种再创性文献。三次文献主要是信息研究的产物和成果，其特点是一次文献的浓缩。

   一次文献、二次文献、三次文献之间的关系，如下图所示：

起点    用户  一次文献 二次文献 三次文献

            终点   

 

第三节  食品科学研究项目论证报告

课题选定以后，要取得有关部门经费、政策、人力、物力等方面的支持，必须得撰写研究项目论证报告，并报有关部门，组织专家论证、审查和批准。科研项目按级别分为国家级、省部级、厅局级、地市级、县级以及企业地方课题等，按研究的深度和广度又分为国家重大项目、国家重点项目、863项目、自然科学基金项目(国家级、省级)、科技攻关项目(国家级、省级)、星火计划项目(国家级、省级)、燎原计划项目(国家级、省级)等。不同的项目，要求论证报告撰写格式不尽相同，但一般应包括以下九项内容 ：

一、概述

1.项目名称

2.项目提出背景

3.项目的目的、意义

二、项目立项的必要性及市场需求分析

1.项目技术攻关的必要性

2.项目的市场需求分析

三、相关领域国内外技术现状、发展趋势及现有工作基础

1.国内外技术现状、专利等知识产权情况分析

2.国内外技术发展趋势

3.现有的工作基础

四、项目计划目标及主要研究内容

1.主要目标

2.研究与开发内容

3.项目的技术关键，包括技术难点、创新点

4.预期研究成果

五、拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析

1.研究方法

2.技术路线

3.实验方案

4.可行性分析

六、技术效益、经济效益及市场风险分析

1.技术经济效益分析(含经济效益、社会效益)

2.推广应用前景分析(含产业化可行性)

3.项目实施的风险分析

七、申请单位简况

1.单位简况(生产经营及科研情况、资产及经济状况等)

2.项目主要负责人简介

3.课题组组成简况

4.现有的研究基础(项目组已有的成果、专利、论文、推广情况等)

八、必要的支撑条件、组织措施及实施步骤

九、计划实施进展、经费预算及经费来源渠道

1.年度计划

2.经费预算

3.经费来源

 

第四节  食品科学研究试验设计

在食品工业生产和科学研究工作中，为了改革生产工艺，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。在掌握专业知识和了解研究对象性质的前提下，进行科学试验时，首先要进行试验设计。如何进行试验设计，如何对试验结果进行分析，是食品生产和科研工作者经常遇到的问题。如果试验设计安排的好，就可以减少试验次数，缩短试验周期，从而减少人力、物力、时间和费用，并可获得正确和可靠的结果。另外，随着科学技术的发展，人们对问题的研究不但要定性化，而且要定量化，只有定量分析，才能科学地反映出事物的本质。

一、试验设计的任务和作用

1.试验设计的任务

试验设计的任务是以概率论与数理统计为理论基础，结合专业知识和实践经验，经济地、科学地、合理地安排试验，有效地控制试验干扰，充分利用和科学分析所获得的试验信息，从而达到尽快获得最优方案的目的。

2.试验的作用：

(1)通过试验可以分清各试验对实验指标影响的大小顺序，找出主要因素，抓住主要因素。

(2)通过试验可以了解因素与实验指标间的规律性，即每个因素水平改变时，指标是怎样变化的。

(3)通过试验可以了解因素之间的交互作用。

(4)通过试验可以迅速找出最优生产条件或工艺条件，确定最优方案并能估计在最优生产条件下试验指标值及其波动范围。

(5)通过试验设计和方差分析，可以了解试验误差的大小，从而提高试验的精度。

(6)通过试验结果的分析，可以明确为寻找最优生产工艺而进一步试验的方向。

二、试验设计的性质和内容

试验设计方法从理论上讲属于数理统计的一个重要分支，即属于数学的范畴，从实践上讲，它是数理统计在食品专业中的具体应用，是为专业服务的。寻求最佳生产工艺，必须建立在专业的基础上，试验设计只是为专业服务的工具，它是手段，而不是目的。决不能把一个不合格的产品或劣质的生产工艺，不加其它技术措施，经过分析以后，而使其质量或性能得以提高。

实验设计所包含的内容是十分丰富的，现在已有许多种试验设计方法，包括成对试验设计、全面试验设计、正交试验设计、均匀试验设计、分割法试验设计、SN比实验设计、回归正交设计等，其中最基本和最常用的是前四种。

三、试验设计的几个基本概念

1.试验指标

根据试验目的而选定的用来衡量试验效果的特征值，称为试验指标。在同一试验中，根据不同的试验目的，可选择不同的试验指标。例如：在考察不同提汁工艺条件对果汁提取的影响时，可以提取率为试验指标，也可以果汁色泽为试验指标。

试验指标分为两类：一类是定量指标，即能用数量表示的指标，如食品的糖度、酸度、pH值、提汁率、糖化率、吸光度和合格率等；一类是定性指标，即不能用数量表示的指标，如色泽、风味、口感、手感等，在设计试验中，为了便于结果分析，常把定性指标量化为定量指标。

在试验设计中，根据试验目的的不同，可以用一个试验指标，也可以同时用两个以上试验指标。前者为单指标试验，后者为多指标试验。例如：研究增稠剂种类、pH值和杀菌条件对豆奶稳定性的影响，只选用豆奶稳定性作为试验指标为单指标试验；在研究不同吸附剂去除橙汁中苦味物质时，可以选用苦味物质去除率、V_C损失率、可溶性固形物损失率均作为试验指标，为多指标试验。

2.试验因素

在试验中，凡对试验指标可能产生影响的原因或要素都称为因素。例如，酱油质量受原料、曲种、发酵温度、发酵时间、制曲方式和发酵工艺等诸方面影响，这些就是酱油质量的因素。把试验中加以研究考虑的因素称为试验因素。试验因素以外其它所有对试验指标有影响的因素称为条件因素。试验因素和条件因素一起构成试验条件。只考虑一个因素的试验叫单因素试验；考虑两个因素的试验叫双因素试验；考虑三个或三个以上因素的试验叫多因素试验。试验因素用大写字母A、B、C、D、E……表示。

3.试验水平

在试验设计中，为了考察试验因素对试验指标的影响情况，要使试验因素处于不同的状态，把试验因素所处的各种状态称为试验水平。在试验设计中，一个因素选了几个水平，就称该因素为几水平的因素，水平的表示方法是在因素字母下用下角号标示。如，A因素有三个水平A₁、A₂、A₃，A因素为三水平因素；B因素有五个水平B₁、B₂、B₃、B₄、B₅，B因素为五水平因素。

  4.试验处理

试验处理是指各因素的不同水平之间的联合搭配。在单因素试验中，水平和处理是一致的，一个水平就是一个处理。在多因素试验中，可以形成若干个处理组合。例如，三种温度(A₁，A₂，A₃)和二种制曲方式(B₁，B₂)­对酱油质量的影响，可形成六种处理。一个三因素各因素三水平的试验可形成3×3×3=27个处理。

5.全面试验

对全部处理组合都进行试验，叫全面试验。全面试验次数等于各因素水平数的乘积。全面试验的优点是能够掌握每个因素及其每个水平对试验结果的影响，无一遗漏，但当试验因素和试验水平较多，试验次数就会剧增，再加上重复，试验规模就会非常庞大。如：三因素三水平试验，共有27个处理；四因素四水平试验，共有4⁴=256个处理，如再加上重复，这么多的处理在实际工作中是做不到的。因此，全面试验只适用于因素和水平数目都不太多的试验。

6.部分实施

由于试验因素和试验水平的增多使处理数目急剧增长，导致试验难以实施，所以在实际工作中，常采用部分实施方法。所谓部分实施就是从全部组合处理中，选取部分有代表性的处理进行实施。例如：三因素三水平的全面试验，共需27个处理组合，但选用L₉(3⁴)正交试验，只需9个处理；一个四因素五水平试验，全面试验需要5⁴=625次试验，而选用U₅(5⁴)均匀试验，仅需5次试验。

四、试验数据的结构与试验误差

1.试验数据结构

在试验过程中，所获得的试验结果总是有差异的，即使在同一条件下进行重复试验，所获得的试验数据也不一样。引起试验数据差异的因素很多，这些因素的影响程度也有大有小，对试验结果起主要作用的因素，往往人为加以控制，称为被控因素。被控因素对结果影响用 表示。另外其它一些次要的、人为不加控制的因素叫随机因素，随机因素对结果的影响叫随机误差，用 表示。则任何观察值可以表示为：

 

2.试验误差

任何试验数据都包含有试验误差 ，它直接影响着试验的精确性和可靠性，为此在试验过程中，要尽可能减少试验误差。

(1)试验误差来源  试验误差来源很复杂，但主要来源有以下几个方面：

①试验材料：试验材料的成熟度、品质、纯度等不同；

②试验仪器设备：仪器的精度不同，测试受环境影响不同等；

③试验环境条件：受温度、湿度、光照、气流等不同影响；

④试验操作：由操作人员引起，不同的操作人员及同一操作人员由于分辨能力限制，读数不准确等造成的误差。

(2)试验误差的分类  可分为随机误差和系统误差两类。

①随机误差：在试验过程中，一系列有关因素的细小随机波动而形成的具有抵消性的误差，它确定了试验结果的精确度。

②系统误差：在试验过程中，由某个或某些因素按照确定的规律起作用而形成的误差。它确定了试验结果的准确度。

试验误差是不可避免的，但可设法尽量减少。

五、试验设计的基本原则

在试验过程中，为了减少试验误差，就必须严格控制试验干扰。所谓试验干扰是指那些可能对试验结果产生影响，但在试验中未加考虑，也未加以控制的条件因素。在试验过程中，应尽量地控制或消除试验干扰。其办法是严格遵循试验设计的三个基本原则——重复、随机、局部控制。

1.重复原则

所谓重复是指在试验中每种处理至少进行2次以上。重复是估计随机误差和减少随机误差的基本手段。重复次数多少，应根据试验要求确定，一定要适当，一般3～4次。

2.随机原则

所谓随机是在试验中，每一处理组合及其每一个重复都有同等的机会被安排在某一特点的空间和时间环境中，以消除某些处理组合或某些重复可能占有的“优势”或“劣势”，从而保证试验条件在空间和时间上的均匀性。随机可消除系统误差，使系统误差转化为随机误差，从而正确地、无偏地估计试验误差。

随机通常采用抽签、摸牌、查随机数字表的方法来实现。

3.局部控制原则

做试验，总是希望试验条件基本保持一致，这样得到的试验指标才可靠，因素内不同水平之间才具有可比性。但任何一个试验都是在一定的时空范围内进行的，试验次数越多，所占的时空范围就越大，环境条件之间的差异也就越大。反之，试验时空范围越小，环境条件就越均匀一致。如果把某项试验的时空范围划分为几个小的范围——区组，使得每个区组内试验条件尽可能一致，每个区组内各处理的试验顺序随机安排，这样，区组内的试验误差就可减少。区组间试验条件的差异虽较大，但可通过统计的方法进行处理，这种安排试验的方法称为局部控制。在试验过程中，一般将同一重复安排为一个区组，区组内各处理随机排列。

六、常用的试验设计方法

1.两种处理的试验设计

这种试验设计只安排A、B两种处理，每种处理可安排多次重复试验，计算出A、B各自处理重复试验平均值，对这两个平均值进行差异显著性检验。

2.全面试验设计

在试验设计中，为了获得全面试验信息，正确地判定试验因素及其各级交互作用对试验指标影响情况，对所选取的试验因素的所有水平组合进行全部实施一次以上，这种试验设计方法称为全面试验设计法。这种方法的优点是能获得全面试验信息，对各因素及其各级交互作用对试验指示的影响剖析得比较清楚。缺点是当因素多、水平多时试验规模太大，所以该方法只适用于单因素和双因素试验设计。

(1)单因素全面试验设计法

试验中只考察一个因素(假定为A)，选择它的 个水平为A₁、A₂、A₃……Am，比较这 个水平对试验指标的影响，称为单因素试验。

①完全随机化单因素试验设计  在单因素全面试验中，如果各个处理重复 次，共有 次试验， 次试验的实施顺序完全按随机原则确定，这种试验设计方法称为完全随机化单因素试验设计。常用抽签法或随机数字表法进行试验设计。完全随机化法比较简单，它没有遵循局部控制的设计原则，不能将试验误差尽量减少。

②完全随机区组单因素试验设计  为了克服完全随机化单因素试验设计没有遵循局部控制设计原则这个缺点，可在试验中引入区组，一般一个重复为一个区组，在区组内每个处理必须出现一次，也只能出现一次，区组内的处理完全随机排列，叫完全随机区组单因素试验设计。该法比较全面地使用了随机、重复和局部控制三条基本原则。

(2)双因素全面试验设计法

同时考察两个因素的全面试验，称为双因素全面试验。在双因素全面试验中，设因素A有 个水平，因素B有 个水平，A与B的全部水平组合有 个，若各水平组合重复 次，则共有 次试验，称双因素全面试验设计。双因素全面试验设计有完全随机化法和完全随机区组法两种。

①完全随机化等重复双因素全面试验设计  因素A与B的 个水平组合重复 次，共有 次试验，进行试验时， 次试验先后顺序完全按随机方式确定，为完全随机化等重复双因素试验设计。

②完全随机区组等重复双因素全面试验设计  因素A与B的 个水平组合重复 次，共有 次试验。进行试验时，首先按随机顺序进行一套 个水平组合的试验(即重复Ⅰ)，然后再按随机顺序进行另一套 个水平组合的试验(即重复Ⅱ)，……，如此进行 次重复。在这种情况下，重复就构成了区组，在每个区组内，试验环境是均一的，这就是完全随机区组等重复双因素全面试验设计。

3.正交试验设计

全面试验设计，是把要考察的试验因素及所有水平组合全面试验一次以上。但当试验因素多以及各因素下水平数多时，试验次数会急剧增多，若再加上重复，试验规模就会很大，往往在实践中难以实施。如，三因素三水平全面试验，共有3³ =27种处理，若重复3次，则共有81次试验；四因素四水平全面试验，则有4⁴ =256种处理，如重复3次，共有768次试验，这在实际工作中是做不到的。所以，全面试验在单因素试验或双因素试验且水平数较少的情况下适用，对于三个以上的多因素试验，一般采用部分实施法，以减少试验次数，缩短试验周期。其中最常用的是正交试验。

(1)正交表的类型  正交试验是借助于正交表进行设计的，常用正交表的类型如下：

①等水平正交表：一般写法为L_n(m^k)，其中L表示正交性，k为正交表的列数，即最多可安排的因素数，m为各因素下的水平数，n为试验处理次数，例如L₈(2⁷)为7因素2水平8个处理的正交表。

②混合水平正交表：一般写法为L_n(m₁^k1×m₂^k2)，其中m₁^k1表示水平为m₁的列有k₁列，m₂^k2表示水平为m₂的 列有k₂ 列，L表示正交性，n为试验处理数。用这种正交表安排试验时，水平数为m₁的因素最多可安排k₁个，水平数为m₂的因素最多可安排k₂个。例如L₈(4×2³)，此表可安排4水平的因素1个，2水平的因素3个，共有8个处理。混合水平的正交表一般不能考察交互作用，但由标准正交表通过并列法改造而来的混合型正交表，可以考虑交互作用。

(2)正交表的基本性质

①正交性。正交表的正交性表现在：任意一列各水平都出现，且出现次数相等；任何两列之间各种不同水平的所有可能组合都出现，且出现次数相等这两个方面。

②代表性。正交表的代表性主要表现在两个方面：一方面，任一列各水平都出现，使得部分试验中包括了所有因素的所有水平；任两列所有水平组合都出现，能考察两个因素的所有水平信息及两因素间的所有组合信息，这样正交表虽然安排的只是部分试验，但却能了解到全面试验情况。另一方面，正交表的试验点均匀地分布在全面试验设计点之中，具有很强的代表性。

③综合可比性。由于正交表的正交性，使得任一因素各水平的试验条件相同，当因素内各水平间进行比较时，可以最大限度地排除其它因素的干扰。综合可比性是正交试验设计进行结果分析的理论基础。

(3)正交试验设计的基本程序

①确定试验指标  试验指标是由试验目的确定的。试验设计之前，必须明确试验目的，根据所要解决的问题，确定试验指标。一项试验，至少应有一个试验指标，有时可有几个试验指标。试验指标确定以后，就应把衡量和评价试验指标的原则、标准、测试指标的方法和仪器等确定下来。

②选择试验因素。根据专业知识、以往的研究结论和经验，尽可能全面地考虑到影响试验指标的诸因素，然后从中选择出一些对试验指标影响大的主要因素作为试验因素。一般把对试验指标影响大的因素、尚未完全掌握的因素和未被研究过的因素选为试验因素。

③选取试验因素水平，列出因素水平表。试验因素分为数量因素和质量因素。如温度、时间、原料用量等可用数量表示的因素叫数量因素；添加剂种类、设备型号、加工方法等其水平由特定的质量表示，叫质量因素。质量因素是在作设计时就定下来的，而数量因素则比较灵活。数量因素下一般选3­～4个水平为宜，便于获得二次曲线。水平的幅度，不宜选择得过宽或过狭，一般根据专业知识，尽可能把水平值取在最佳区域或接近最佳区域。

④选择合适的正交表。 选择的正交表必须满足以下条件：

等水平试验：所选正交表的水平数与试验因素的水平数应一致，正交表的列数应大于或等于所要考察的因素数及交互作用所占的列数。

不等水平试验：选用混合水平正交表，某水平的列数应大于或等于相应水平的因素个数；

选择正交表的原则：在安排好试验因素和考察交互作用的前提下，尽量选小号正交表，以减少试验次数。另外，为了考察试验误差，选择的正交表最好空出一列，否则要设计重复试验。

⑤表头设计。所谓表头设计，就是将试验因素分别安排到所选正交表的各列中去。如因素间无交互作用，各试验因素可任意安排到正交表的各列中去。如要考虑交互作用，各因素不能随意安排，应按正交表的交互作用表进行安排。

⑥编制试验方案。 在表头设计的基础上，将所选正交表中各列的水平数字换成对应因素下的具体水平值，便形成了试验方案。试验方案设计好以后，在试验过程中，必须严格按照各试验号的组合处理进行，不得随意改变。各试验号的顺序可随机化排列，同时注意重复试验，以减少和估计试验误差。试验结束后，试验结果直接填入试验指标栏内。

(4)正交试验结果分析

常用的正交试验结果分析有两种方法，即极差分析法和方差分析法。对正交试验结果进行分析，可以解决以下问题：

①搞清各因素及交互作用主次顺序，即那个是主要因素，那个是次要因素。

②判断各因素对试验指标影响的显著程度。

③找出各因素下的各水平的最优水平和最优组合。

④分析各因素与试验指标间的关系，即当因素变化时，试验指标是如何变化的，为进一步试验指明方向。

⑤了解各因素之间的交互作用情况。

⑥估计试验误差的大小。

 

第五节  样品的采集、保存与制备

一、样品的采集

1.正确采样的意义

    样品的采集简称采样(又称检样、取样、抽样等)，是为了进行检验而从大量物料中抽取一定数量的具有代表性的样品。在实际工作中，要化验的物料常常量都很大，组成有的很均匀，而有的很不均匀，化验时有的需要几克样品，而有的只需几毫克。要使分析结果能代表全部物料，必须采取具有足够代表性的“平均样品”，并将其制备成分析样品，如果采集的样品不具有代表性，那么即使分析方法再正确，也得不到正确的结论。因此，正确的采样在分析工作中十分重要。

    2.采样的一般方法

    样品分检样、原始样品和平均样品三种。由整批食物的各个部分采取的少量样品称为检样。把许多份检样合在一起称为原始样品。原始样品经过处理再抽取其中一部分做检验用者称为平均样品。如果采得的检样互不一致，则不能把它们放在一起做成一份原始样品，而只能把质量相同的检样混在一起，作成若干份原始样品。

    (1)散粒状样品(如粮食、粉状食品)

    散粒状样品的采样容器有自动样品收集器、带垂直喷嘴或斜槽的样品收集器、垂直重力低压自动样品收集器等。自动样品收集器通过水平的或垂直的空气流来对连续性生产的任何直径的粉末状、颗粒状样品进行采样分离，通过气流产生的正、负压对样品进行选择，然后分别包装送检。带垂直喷嘴或斜槽的样品收集器可用于粉末状、颗粒状、片状和浆状样品，它可以将样品去杂后，按四分法取样，包装后送检。垂直重力低压自动样品收集器可对固体样品按要求进行粉碎，然后将得到的粉末状、片状或颗粒状样品进行包装送检。

    (2)液体样品

    液体样品在采样前必须充分混合，混合用混合器。如果样品量少，可用两容器相互转移的方法来混合。采样一般用长形采样器，用虹吸法分层取样，然后装入小瓶混匀即可。

    (3)对含水量较高的肉类、鱼类、禽类样品

    可取其可食部分，放入铰肉机中铰匀。对含水量大的水果蔬菜等，取可食部分，放入高速组织捣碎器中搅匀。对于蛋类食品，去壳后用打蛋器打匀。对于罐头食品，取可食部分，并取出各种调味品后，再制备均匀。制备样品时，必须把带核的果实、带骨的畜禽、带鳞的鱼等样品预先去核、骨或鳞等不可食部分，然后进行样品制备。有些样品需根据检验的目的而正确地采样。如进行有机农药残留的检验时，鸡的不同部位农药残留量不同，因此取样时应加以注意。采样时必须表明样品名称、采样地点、时间、数量、采样方法及采样人。

    3.采样实例

    (1)罐头食品取样  可采用下列方法之一：

    ①按生产班次取样，取样数为1/3000，尾数超过1 000罐者，增取1罐，但每班每个品种取样基数不得少于3罐。

    ②某些产品生产量较大，则按班产量总罐数20 000罐为基数，其取样数按1/3000；超过20 000罐以上罐数，其取样数可按1/10000，尾数超过1 000罐者，增取1罐。

    ③个别产品生产量过小，同品种、同规格者可合并班次取样，但并班总罐数不超过5 000罐，每生产班次取样数不少于1罐，并班后取样基数不少于3罐。

    ④按杀菌锅取样，每锅检取1罐，但每批每个品种不得少于3罐。

    (2)液体样品取样  每次取样最少为250mL。

    以牛乳为例，先用搅拌棒在牛乳中自上至下、自下至上各以螺旋式转动数次。若要采取数桶乳的混合样品时，则先要估计每桶乳的重量，然后以重量比例决定每桶乳中应采取的数量，用采样管采集在同一个样品瓶中，混匀即可。一般每千克可采样0.2～1.0mL。为了确定牧场在一定时期内牛乳的成分，可逐日按重量采集一定的样品量(如0.5mL/Kg)，每100mL样品中可加入l～2滴甲醛作为防腐剂。

(3)全脂乳粉取样

乳粉用箱或桶包装者，则开启总数的1%，用83cm长的开口采样插，先加以杀菌，然后自容器的四角及中心采取样品各一插，放在盘中搅匀，采取约总量的千分之一检验用。采取瓶装、听装的乳粉样品时，可以按批号分开，自该批产品堆放的不同部位采取总数的千分之一作为检验用，但不得少于两件。尾数超过500件者应加抽一件。

二、样品的制备与预处理

    1. 样品的制备

    样品的制备在分析过程中有着举足轻重的作用。样品处理得好，对后面的分析工作会带来很大的方便，并会增加分析的准确度。下面是常用的不同样品的制备方法。

(1)液体：浆体或悬浮液体，一般是将样品摇动和充分搅拌。

(2)互不溶的液体：如油与水的混合物，分离后分别采取。

    (3)固体样品：应捣碎，反复研磨或用其他方法研细。常用的工具有绞肉机、磨粉机、研钵等。

    (4)罐头样品：水果罐头在捣碎前须清除果核，肉禽罐头应预先清除骨头，鱼类罐头要将调味品(葱、辣椒等)去除后再捣碎。常用的工具有高速组织捣碎机等。

(5)测定农药残留量时，各种样品制备方法如下：

①粮食。充分混匀，用四分法取200g粉碎，全都通过40目。

    ②蔬菜和水果。用水洗去泥沙，除去表面附着水分，取可食部分沿纵轴剖开，各取四分之一，切碎，充分混匀。

    ③肉类。除去皮和骨，将肥瘦肉混合取样。每份样品在检验农药残留量的同时，应进行粗脂肪含量的测定，以便必要时分别计算农药在脂肪或瘦肉中的残留量。

    ④蛋类。去壳后全部混匀。

    ⑤禽类。去毛，开膛去内脏，洗净，除去表面附着的水分。纵剖后将半只去骨的禽肉铰成肉泥状，充分混匀。检验农药残留量的同时，还应进行粗脂肪的测定。

⑥鱼类。每份鱼样至少三条。去鳞、头、尾及内脏，洗净，除去表面附着的水分，纵剖，取每条的一半，去骨刺后全部铰成肉泥状，充分混匀。

    2.样品的预处理

    食品样品的处理方法，可根据被测定物质的理化性质以及食品的类型、特点确定，常用以下几种：

    (1)有机物破坏法

    用于食品中无机盐或金属离子的测定。在高温或强烈氧化条件下，使食品中有机物质分解，并在加热过程中成气态而散逸掉。根据具体操作方法不同，又分为干法灰化和湿法消化两大类。

    ①干法灰化法：样品在马福炉中(一般550℃)被充分灰化。灰化前须先碳化样品，即把装有待测样品的坩埚先放在电炉上低温使样品碳化，在碳化过程中为了避免测定物质的散失，往往加入少量碱性或酸性物质(固定剂)，通常称为碱性干法灰化或酸性干法灰化。例如，某些金属的氯化物在灰化时容易散失，这时就加入硫酸，使金属离子转变为稳定的硫酸盐。干法灰化时间长，常需过夜完成，但无须工作者经常看管。由于试剂用量少，产品的空白值较少，但对挥发性物质的损失较湿法消化为大。

    ②湿法消化法：湿法消化是加入强氧化剂(如浓硝酸、高氯酸、高锰酸钾等)，使样品消化而被测物质呈离子状态保存在溶液中。由于湿法消化是在溶液中进行的，反应也较缓和一些，因此被分析的物质散失就大大减少。湿法常用于某些极易挥发散失的物质，除了汞以外，大部分金属的测定都能得到良好的结果。湿法消化时间短，挥发性物质损失较少，但试剂用量较大，并需工作者经常看管，且湿法消化污染大，劳动强度大。

    (2)蒸馏法

    利用液体混合物中各组分挥发度的不同分离为纯组分的方法叫蒸馏。现将常用的蒸馏方法分述如下：

    ①常压蒸馏：当被蒸馏的物质受热后不易发生分解或在沸点不太高的情况下，可在常压下进行蒸馏。常压蒸馏的装置比较简单，加热方法要根据被蒸馏物质的沸点来确定；如果沸点不高于90℃可用水浴，如果超过90℃，则可改为油浴、沙浴、盐浴或石棉浴；如果被蒸馏物质不易爆炸或燃烧，可用电炉或酒精灯直接用火加热，最好垫石棉网，使受热均匀且安全。当被蒸馏物质的沸点高于150℃时，可用空气冷凝管代替冷水冷凝器。

    ②减压蒸馏：有很多化合物特别是天然提取物在高温条件下易分解，因此须降低蒸馏温度，其中最常用的方法就是在低压条件下进行。在实验室中常用水泵来达到减压的目的。

    ③水蒸气蒸馏：将水和与水互不相溶的液体一起蒸馏，这种蒸馏方法称为水蒸气蒸馏。水蒸气蒸馏是用水蒸气来加热混合液体。例如，测定有机酸常用水蒸气将有机酸蒸出再进行测定。

    ④分馏：分馏是蒸馏的一种，是将液体混合物放在一个设备内，同时进行多次部分汽化和部分冷凝，将液体混合物分离为各组分的蒸馏过程。这种蒸馏方法用于两种或两种以上可以互溶而且沸点相差很小的组分的混合液体。

    (3)溶剂提取法

    在任一溶剂中，不同的物质具有不同的溶解度。利用混合物中各物质溶解度的不同，将混合物组分完全或部分地分离，此过程叫萃取，也称提取。提取的方法很多，最常用的是萃取法、浸泡法和盐析法。

    ①萃取法：要从溶液中提取某一组分时，所选用的溶剂必须与溶液中原溶剂互不相溶，而且能大量溶解被提取的溶质(或者与提取组分互溶)。当选用溶剂与溶液混合后，由于某一组分在两互不相溶的溶剂中的分配系数不同，经多次提取可分离出来。抽提的仪器可采用各式各样的分液漏斗。

    ②浸泡法：从固体混合物(如从茶叶中提取茶多酚、从香菇中提取香菇多糖等)提取某种物质时，一般采用浸泡法，亦称为浸提法。浸提法所采用的提取剂应既能大量溶解被提取的物质，又要不破坏被提取物质的性质。为了提高物质在溶剂中的溶解度，往往在浸提时要加热。

    ③盐析法：向溶液中加入某一盐类物质，使溶质溶解在原溶剂中的溶解度大大降低，并从溶液中沉淀出来，这个方法叫做盐析。例如，在蛋白质溶液中，加入大量的盐类，特别是加入重金属盐，蛋白质就从溶液中沉淀出来，据此以断定样品中纯蛋白质的含量。在进行盐析工作时，应注意溶液中所要加入的物质的选择。加入的物质不会破坏溶液中所要析出的物质，否则达不到盐析提取的目的。此外，要注意选择适当的盐析条件，如溶液的pH、温度等。盐析沉淀后，根据溶剂和析出物质的性质和实验要求，选择适当的分离方法，如过滤、离心分离和蒸发等。

    (4)磺化法和皂化法

    这是处理油脂或含脂肪样品时经常使用的方法。例如，油脂被浓硫酸磺化，或者油脂被碱皂化，油脂由非亲水性变成亲水性，这时油脂中那些要测定的非极性物质就能较容易地被非极性或弱极性溶剂提取出来。

    ①磺化：油脂遇到浓硫酸就磺化成极性甚大且易溶于水的化合物，磺化净化法就是利用这一反应，使样品中的油脂经磺化后再用水洗除去。

    磺化净化法主要用于对酸稳定的有机氯农药，不能用于狄氏剂和一般有机磷农药，但个别有机磷农药也可控制在一定酸度的条件下应用。利用经浓硫酸处理过的硅藻土作层析柱，使待净化的样品抽提液通过，以磺化其中的油脂，这是比较常用的净化方法。不使用硅藻柱而把浓硫酸直接加在样品溶液里振摇和分层处理，也可磺化除去样品中的油脂，这叫直接磺化法。

    ②皂化法：对碱稳定的农药(如艾氏剂、狄氏剂)进行净化时，可用皂化法除去混入的脂肪。如测定肉、鱼、禽类及其熏制品中的3,4-苯并芘(荧光分光光度法)时，可在样品中加入氢氧化钾，回流皂化2～3h，除去样品中的脂肪。

    (5)色层分离法

    这是应用最广泛的分离方法之一，尤其对一系列有机物质的分析测定，色层分离具有独特的优点。常用的色层分离有柱层析和薄层层析两种，由于选用的柱填充物和薄层涂布材料不同，因此有各种类型的柱层析分离和薄层层析分离。色层分离的最大特点是不仅分离效果好，而且分离过程往往也就是鉴定的过程。

    3.样品的浓缩

    样品提取和分离后，往往需要将大体积溶液中的溶剂减少，提高溶液浓度，使溶液体积达到所需要的体积。浓缩过程中很容易造成待测组分损失，尤其是挥发性强、不稳定的微量物质更容易损失，因此，要特别注意。当浓缩至体积很小时，一定要控制浓缩速度不能太快，否则将会造成回收率降低。浓缩回收率要求≥90%。浓缩方法有以下几种：

    (1)自然挥发法：将待浓缩的溶液置于室温下，使溶剂自然蒸发。此法浓缩速度慢，但简便。

    (2)吹气法：采用吹干燥空气或氮气，使溶剂挥发的浓缩方法。此法浓缩速度较慢，对于易氧化、蒸气压高的待测物，不能采用吹干燥空气的方法浓缩。

    (3)K·D浓缩器浓缩法：采用K·D浓缩装置(由K·D瓶、施耐德管、冷凝器、接收瓶等组成)进行减压蒸馏浓缩的方法。此法简便、待测物不易损失，是较普遍采用的方法。

    (4)真空旋转蒸发法：在减压、加温、旋转条件下浓缩溶剂的方法。此法浓缩速度快，待测物不易损失、简便，是最常用较理想的浓缩方法。

三、样品的保存

    采取的样品应尽快进行分析，以防止其中水分或挥发性物质的散失及其他待测物质含量的变化。如果不能立即进行分析，必须加以妥善保存。应当把样品保存在密封洁净的容器内，必要时放在避光处，但切忌使用带有橡皮垫的容器。容易腐烂变质的样品需保存在0～5℃温度下，保存时间也不宜过长，否则，会招致样品变质或待测物质的分解。

    有些国家采用了冷冻干燥来保存样品。在进行冷冻干燥时，先将样品冷冻到冰点以下，使水分变成固态冰，然后在高真空下将冰升华以脱水，样品即被干燥。所用真空度约为133～400Pa的绝对压强，温度为-10～-30℃，而逸出的水分聚集于冷冻的冷凝器，用干燥剂将水分吸收或直接用真空泵抽走。

冷冻干燥须将样品的温度迅速降到“共熔点”以下。“共熔点”是指样品真正冻结成固体的温度，又称完全固化温度。对于不同的物质，其“共熔点”不同，苹果为-34℃、番茄为-40℃、梨为-33℃。由于样品在低温下干燥，食品化学和物理结构变化极小，因此食品成分的损失比较少，该法可用于肉、鱼、蛋和蔬菜类样品的保存，其保存时间可达数月或更长的时间。

 

第六节  实验数据的统计处理

一、表示实验结果常用的统计特征数及其计算公式

1.样本平均值 ，即n个测定值 、 、  …… 的算术平均值：  

2.算术平均偏差(或称平均差) ：    

3.标准差(或称均方根差) ： 

它是数理统计学中，表示一个统计分布离散程度的最重要的指标，用以反映精密度。

4.标准误差 ： 

5.变异系数C_V   它是衡量一系列测定值的相对离散程度的一种特征数： 

6.总体数学期望   即总体平均值在置信水平 下的一个置信区间： 

这里 值可由给定的信度 及自由度f= ，查 分布表(见附录三表1)得到。 称显著水平， 为测定次数，必须注意 。

例1.测定某午餐肉中脂肪含量，7次结果如下表：

 

(1)

(2)标准差

(3)标准误差 

(4)变异系数 

(5)相对标准误差

(6)总体数学期望μ的一个置信区间： 由给出信度α=5%，自由度f=n-1=6，查t分布表得：t_0.025,6=2.447, 所有脂肪含量测定结果为：

即在置信水平95%之下，每100g午餐肉中脂肪含量区间为：24.78＜μ＜28.46。

二、实验结果差异性检验

1.二个处理间的差异显著性检验

检验两个处理的差异显著性。常用 检验, 检验方法如下：

例2.某人研究了两种浸提条件下山楂中可溶性固形物的浸提率，实验结果如下：

 

试问这两种浸提条件下山楂可溶性固形物提取率有无显著差别。(α=0.05)

解：设 ，取显著水平 =0.05

计算统计量：

        

 

                                                                                                                           

        

                                         

         

t=

查 表（见附录三表1），若 0.025,f ，差异不显著；t_0.025,f< ≤t_0.005,f ，差异显著； > t_0.005,f ，差异极显著。

本例自由度 =6+6-2=10, 显著水平 =0.05

查t表得 =  = 2.228 

判断： ＞t_{0.025,  10}，否定 。

即两种浸提方式提取，可溶性固形物差异显著。

2.多个处理间的差异显著性检验

上面讨论了二个处理间的差异显著性检验问题，但在生产和科研工作中，经常要讨论多个处理间差异是否显著问题。例如葡萄糖生产过程中的除杂问题，选用五种方法，重复五次，结果见例3。

例3. 以淀粉为原料生产葡萄糖的过程中，残留有许多糖蜜，可作为生产酱色的原料。在生产酱色之前应尽可能彻底除杂，以保证酱色质量。为此对除杂方法进行选择。在试验中选用五种不同的除杂方法，每种方法做四次试验，即重复四次，结果见下表。

除杂方法( Ai)	除杂量( xij)				平均( )	Xi.。
A1	25.6	22.2	28.0	29.8	26.4	105.6
A2	24.4	30.0	29.0	27.5	27.7	110.9
A3	25.0	27.7	23.0	32.2	27.0	107.9
A4	28.8	28.0	31.5	25.9	28.6	114.2
A5	20.6	21.2	22.0	21.2	21.3	85.0

 

本试验的目的是判断五种不同除杂方法对除杂量是否有显著差异问题，用两个样本间的均值假设检验，不但繁杂，而且精度不高，误差太大，这时必须依靠方差分析。

方差分析的实质是检验多个处理之间的差异显著性。根据上面的试验看出，数据间的差异可能来自于两个方面：一是除杂方法不同造成的，即各除杂方法下平均值 之间的差异；二是随机误差造成的，即每一种除杂方法下4个数据间的差异。把因试验条件不同所引起的误差称为条件误差；把因随机因素引起的误差称为随机误差或试验误差。方差分析就是把数据的总变异分解为条件误差引起的变异和试验误差引起的变异，即把总平方和分解成处理间平方和与误差项平方和,把总自由度分解成处理间自由度和误差项自由度，然后计算出各自的方差值，借助 检验，判断各处理间均值差异是否显著。

(1)平方和分解：

总和：

矫正项：

总平方和： =13954.72-13707.85=246.87

处理间平方和： = 13839.81-13707.85 =131.96

误差项平方和：  = 246.87-131.96 =114.91

(2)自由度分解：

总自由度： =20-1 =19

处理间自由度： =5-1=4

误差项自由度； =19-4=15

(3)计算方差：

处理间方差： =131.96/4 =32.99

误差项方差：  =114.91/15 =7.66

(4)显著性检验：

求F值：   =

查 表（见附录三表2），查得 和 (用 的自由度 和 的自由度 )

判断： ＞ ，处理间差异极显著，记“**”； ＜ ≤ ，处理间差异显著，记“*”；

≤ ，处理间差异不显著，不记“*”。

本例查 表得，  = 3.06 ，  = 4.89

                  ，即：不同除杂方法间差异显著。

(5)列出方差分析表：

方差分析表

 

3.多重比较

F测验是一个整体概念，如上例仅指不同处理平均数间差异显著，但是各个平均数彼此之间均有显著差异呢，还是仅有一部分平均数之间有显著差异，而另一部分平均数之间没有显著差异，方差分析不曾提供任何信息，要明确各个平均数之间的差异显著性，还必须对各个平均数进行多重比较。多重比较常用的方法有最小显著差数法(LSD法)和最小显著极差法(LSR法)。最小显著极差法(LSR法)中又有新复极差测验(SSR法)和q测验。本次介绍新复极差测验(SSR法)。

(1)计算平均数标准误

为方差分析中误差项的方差，n为样本容量。

    如上例

(2)计算LSR_α值

查新复极差测验表(SSR表见附录三表3)，得 所具有的自由度下，P=2,3,……,k时的SSR_α值(P为某两数极差间所包含的平均数的个数)，进而算得各个P下的最小显著极差值LSR_α。

 

将各平均数按大小顺序排列，用各个P的LSR_α值即可测验各平均数两极差的显著水平，凡两极差小于LSR_α者为差异不显著，即两极差在α水平上不显著。 凡两极差大于或等于LSR_α者为差异显著，即两极差在α水平上显著。上例查SSR表，求得LSR_α值见下表：

(3)多重比较结果的表示方法

①标记字母法：首先将全部平均数从大到小依次排列，给最大平均数标上字母a，并将该平均数与以下各平均数相比，凡相差不显著的(＜LSR_α)，都标上字母a，直至某一个与之相差显著的平均数则标以字母b。再以该标有b的平均数为标准，与上方各个比它大的平均数相比，凡不显著的也一律标以字母b。再以标有b的最大平均数为标准，与以下各未标记的平均数相比，凡不显著的继续标以字母b，直至某一个与之相差显著的平均数则标以字母c。……如此重复进行下去，直至最小的一个平均数有了标记字母为止。这样各平均数间，凡标记有相同字母的即为差异不显著，凡标记有不同字母的即为差异显著。

在实际应用时，往往还需区分α=0.05水平上显著和α=0.01水平上显著，这时可以小写字母表示α=0.05水平上显著性，以大写字母表示α=0.01水平上显著性。

如上例五种处理平均数之间差异显著性标记字母法如下(新复极差测验)。

 

②列梯形表法：将全部平均数从大到小顺次排列，然后算出各平均数间的差数，与LSR_α值比较，凡达到α=0.05水平的差数在右上角标一个“﹡”，凡达到α=0.01水平的差数在右上角标二个“﹡﹡”，凡达不到α=0.05水平的差数则不予记号。上例结果表示见下表：

三、直线回归与相关分析

1.直线回归分析的概念

差异显著性检验只涉及到一个变数。但是，由于事物之间的相互影响，在科学研究过程中，我们所要研究的变数往往不只一个，而是在两个或两个以上，如加工温度和Vc的保存率，固形物含量与透光率等。对于两个变数，除了应用原符号x外，还需引入新的符号y。这样x和y的各对变数值就可用：(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、…(x_n,y_n)表示。其中 是固定的，而 则是随着 的变化而变化的， 叫自变量， 叫依变量。

2.直线回归方程式

如果 和 两个变量在变化趋势上呈直线关系，若要通过 的变化来预测 的变化，可用直线回归方程式来表示，直线回归方程通式为：

读作 依 的直线回归。其中 是自变量， 是与 的量相对应的依变量y的点估计值， 是回归系数， 是回归截距。回归方程的关键是计算出回归截距和回归系数。用最小二乘法的原理得出计算回归截距和回归系数公式为：

其中， ；

3.相关显著性的鉴定

由n对测定值求相关系数r的公式为：

再由给定的信度α查“相关系数检验表”(见附录三表4)，根据自由度f=n-2(注意n指观察值的成对数值)得出r_α值，计算得出的r值与r_α值比较。若r＞r_α，表示直线相关关系存在；若r≤r_α，表示直线相关关系不存在，同时也说明回归直线没有意义。

例4.应用银盐法测定罐头食品中砷含量(以Ag DDC-吡啶液作吸收液)的结果为：

资料整理和相关数字计算如下：

 

计算回归方程：

回归系数：

 

 

回归截距：

得回归方程为：  

根据回归方程绘得回归直线，如下图。

 

第七节  撰写科技论文

一般完成试验和数据分析以后，都要撰写科技论文，在公开期刊上发表或有关学术会议上报告交流，不同的期刊、不同的研究内容论文书写格式不完全相同，但一般应包括以下内容。

一、论文内容

在应用基础和高新技术方面未经公开发表或未出版过的原创性研究论文、综述、专论、研究简报、快讯等。要求材料翔实、数据可靠、文字精炼、论点明确、论证合理，在某些方面有创新。综述性文章应是国内外最新研究进展，结合作者自己在相应领域对学科的贡献，有独到见解，对学科发展有指导意义。

二、文稿项目

    研究论文(包括研究简报)书写顺序一般为：题目、作者姓名、作者单位全称、所在城市、邮政编码、中文摘要、关键词、英文题名(与中文一致)、英文作者、英文单位全称、英文摘要、英文关键词。正文包括前言、材料与方法、结果与分析、讨论、结论、正文第一页脚注、正文末尾致谢、参考文献。

三、文章标题

    文章题目要简明确切，一般不超过20个字。正文各级标题用阿拉伯数字连续编号，一般用至3级标题。

四、作者与单位

    署名作者应限于参加研究工作并可解答论文有关问题者，一般附全部作者签名(以避免争议)。多位作者的署名之间应用逗号“，”隔开。所有作者均须注明所在单位(中、英文均须全称、城市及邮政编码)。第一作者和通讯作者还应提供办公室和住宅电话、传真、电子邮件，甚至手机号码，以方便联系。

五、汉语姓名译法

    不同期刊汉语姓名译法要求不同，但国内期刊大多数采用姓前名后，在正文标题下的作者姓名为姓全部大写，名首字母大写，名为两个字时，中间加一短线。例如：ZHAI Hu-qu，LIU Xu，QU Dong-yu，GUO Yu-yuan。而在文后参考文献中则采用姓首字母大写，名缩写，留首字母，例如：Zhai H Q，Liu X。

六、中、英文摘要

    摘要写作结构为：研究目的、采用的主要方法、最主要结果、结论。摘要一定要简明，中心点突出。

七、首页脚注标识项目

    基金项目：获得国家(或省部级)基金项目、攻关项目、国家863、973、农业部、科技部、教育部重点或专项等项目资助产出的文章应注明基金项目名称，并在括号内注明其项目编号。

    作者简介：在首页注脚处注明第一作者姓名(出生年)，性别，民族，籍贯，职称，学历，学位及主要研究方向，电话，传真，E-mail。作者简介中如有联系作者，要注明通讯作者电话、传真、E-mail．

    八、前言

应重点阐述本研究的目的意义(学术价值或经济意义)、前人研究基础(与本项研究有关的主要作者的最主要进展应尽可能高度概括性地列出)、本研究的切入点(前人研究的薄弱环节或空白)、拟解决的关键问题等。

九、材料与方法

应写清楚试验时间、地点，试验材料与试验条件的代表性及具体名称、试验规模(样本容量)、设计思路、设计方法、重复次数，试验仪器、药品及规格、统计方法等。若借鉴有他人方法，应交代清楚参考文献。

十、结果与分析

    主要叙述本研究得出的主要结果，应有基础数据以及依据具体数据统计分析得来的二级或三、四级数据，并对统计、分析数据之后显示出来的信息予以描述，要层次分明，条理清晰。

十一、图和表

    文中只附必要的图和表，切忌与文字表述重复。图和表中的题名、注释或说明语等所有中文一般要加对照英文。表用三线表。线条图须用计算机作图。计算机作图，应能在Word文件中打开并能修改。EXCEL作图要带数据源。图中所用文字一般用6号字。中文用宋体，英文、数字用Times New Roman。照片图如电泳等谱带图须提供清晰照片。

十二、量和单位

    按国际标准中关于量和单位的规定和我国法定计量单位表述。

十三、讨论

    应单独成段，不与结果或结论混写。主要是针对本研究结果与前人研究结果相同、相近、甚至是相反的结论进行评论，说明验证或印证、证实了什么，否定了什么，对能够阐述清楚的道理或机制加以阐述，对不明确的原因或不一致之处要进一步分析、解释。如果是开创性的工作，则应该对试验中的得与失，重要的体会与感悟，存在的问题与失误加以阐释，以使同行或读者予以认可，并给予同行或读者某种启示或思考。

十四、结论

    应单独成段，不与讨论混写。应高度简明、扼要。应条理清晰地概括本研究的基本结论。应将本研究揭示出来的基本信息全部概括性地展示给读者。

十五、参考文献

列出与文章切实相关的国内外资料，特别要吸收国内外最近3年文献。未公开发表的文献和资料不宜引用。采用顺序编码制，著录顺序按在论文中所引用文献出现的先后连续编号。所有著作者全部著录。权威期刊还要求中文参考文献用中英文两种文字排列，将参考文献中的中文条目译成英文。

引用的文献为期刊，著录格式为：作者.文献题名.刊名(全称，勿缩写，英文刊名应为斜体)，出版年，卷(期)：起页～止页。

引用的文献为书籍，著录格式为：著者.书名.版本(初版省略)．出版地：出版者，出版年：起止页．

实例：

[1]钟增涛，沈其荣，冉伟，孙晓红，谈健康，茆泽圣．旱作水稻与花生混作体系中接种根瘤菌对植株生长的促进作用．中国农业科学，2002，35(3)：303-308．

Zhong Z T，Shen Q R，Ran W，Sun X H，Tan J K，Mao Z S．The promoting of plant growth by Rhizobium inoculation in mixed cropping of rice and peanut cultivated on upland  condition．Scientia

Agricultura Sinica，2002，35(3)：303-308．(in Chinese)

[2]徐云碧，朱立煌．分子数量遗传学．北京：中国农业出版社，1994：108-110．

Xu Y B．Zhu L H．Molecular Ouantitative Genetics.  BeiJing：China Agriculture Press．1994：108-110．(in Chinese)

[3]Abell B C，Tagg R C,Push M．Enzyme catalyzed cellular transaminations．In：Round A F．ed． Advances in Enzymology. Vol 2，(3rd ed)．New York：Academic Press，1954：125-147．

[4]Baker R C．Microscopic Staining Techniques．London：Butterworths．1963：55-60．