Цветков В.Н., Гейда Е.Г., Алхимова В.М., Мищенко Н.В.

Днепропетровский национальный университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АКТИВНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛИ ФЕРМЕНТАЦИИ

Математическая теория эксперимента радикальным образом меняет мировоззрение экспериментатора. Правильное использование этой теории делает суждения исследователя более логичными и повышает эффективность эксперимента. Так, в современных исследованиях, как правило, приходится иметь дело с большим числом независимых переменных ( k ) и обычно считается, что разумный способ действий при этом – варьирование каждой переменной по очереди. Математическая теория эксперимента показывает, что необходимо варьировать сразу всеми переменными по заранее составленным планам эксперимента и тогда дисперсия в оценках изучаемых эффектов может уменьшаться в раз. Поэтому важнейшим разделом теории активного эксперимента является его планирование, представляющее собой процедуру выбора числа и условий проведения опытов, необходимых и достаточных для решения поставленной задачи с требуемой точностью. В связи с этим исследовалась принципиальная возможность применения активного эксперимента для построения модели ферментации.

Одним из показателей процесса ферментации литических ферментов, продуцируемых штаммом Act .recifensis var. lyticus 2435, является исчезновение мутной среды и появление желто-коричневой окраски (цветности) культуральной жидкости. Требуется построить математическую модель данного процесса, так как она дает информацию о влиянии факторов, позволяет количественно определить значение функции отклика при заданных значениях факторов (задача интерполяции), может служить основой для оптимизации процессов.

Для изучаемого процесса функцией отклика (параметром оптимизации) является цветность культуральной жидкости, так как этот параметр дает объективную оценку эффективности процесса биосинтеза, является однозначным и количественным (измеряется в единицах оптической плотности).

В качестве исследуемых факторов принимались следующие компоненты:

х₁ – соевая мука (%);

х₂ – нитрат аммония NH₄NO₃ (%);

х₃ – глюкоза C₆H₁₂O₆ (%);

х₄ – двузамещенный фосфат калия K₂HPO₄ (%).

Исходя из предварительных исследований процесса биосинтеза литических ферментов, выбирались следующие области изменения факторов:

для х₁ : 0,3 – 0,9 (%);

для х₂ : 0,06 – 0,10 (%);

для х₃ : 0,1 – 0,9 (%);

для х₄ : 0,005 – 0,015 (%).

Выбранные факторы удовлетворяют требованиям, предъявленным к совокупности факторов в активном эксперименте:

– они управляемы и определены операционально (необходимые и постоянные в опыте уровни факторов х₁ ,…, х₄ обеспечиваются определенными операциями приготовления этих компонентов);

– однозначны и измеряются с достаточной точностью (точность измерения факторов х₁ ,…, х₄ обусловлена точностью аналитических весов и составляет 0,01% для х₁ и 0,02% для х₂, х₃, х₄, что выше точности измерения у, равной 2%);

– совместны (практически осуществимы любые сочетания уровней факторов х₁ ,…, х₄ внутри исследуемой области);

– некоррелированы (независимость факторов х₁ ,…, х₄ и, следовательно, их некоррелированность обеспечивается независимой технологией приготовления этих компонентов).

Прежде чем приступить к планированию эксперимента, необходимо проверить воспроизводимость опытов. (Если опыты невоспроизводимы, то следует попытаться достигнуть воспроизводимости путем выявления и устранения причин нестабильности эксперимента, а также применением более точных методов и средств измерений. Если никакими способами невозможно достигнуть воспроизводимости опытов, то математические методы планирования к такому эксперименту неприменимы).

Поэтому для оценки принципиальной возможности применения метода активного эксперимента для биосинтеза литических ферментов в 4-х точках исследуемого факторного пространства было проведено по 4 серии из 8 параллельных опытов. В таблицах 1 и 2 приведены соответственно условия и результаты опытов для проверки воспроизводимости в одной из таких точек.

Таблица 1.

Номер серии опыта	Условия опытов
	x1	x2	x3	x4
1	0,3	0,10	0,5	0,010
2	0,9	0,05	0	0,005
3	0,6	0,08	0,9	0,015
4	0,8	0,06	0,2	0,012

Таблица 2.

<

Номер серии опыта	Результаты параллельных опытов
	y1	y2	y3	y4	y5	y6	y7	y8