À medida que aumentamos o número de variáveis envolvidas num estudo, o número de ensaios aumenta drasticamente!

Transcrição

1 Screening Design

2 À medida que aumentamos o número de variáveis envolvidas num estudo, o número de ensaios aumenta drasticamente! N o Fatores Fatorial N o Ensaios O que fazer???

3 É utilizado para que o pesquisador não exclua de forma arbitrária as variáveis que possam ser importantes no processo. Obs.: A analogia da expansão em série: os efeitos principais tendem a ser maiores que as interações de dois fatores, que são maiores que três,... Quando o n o de variáveis aumenta, crescem as chances de que uma ou mais variáveis não afetem as respostas.

4 Vantagens: Reduz o n o de ensaios a serem realizados; Permite estimar os efeitos principais e identificar as variáveis mais relevantes que devem ser escolhidas para realização de planejamento completo, porém é necessário realizar um n o de ensaios um pouco maior que o n o de variáveis estudadas. Desvantagens: Não permite a otimização do processo; Conforme a resolução do fracional os efeitos se confundem com interações de 2 a e 3 a ordem (perda de informações).

5 Solução Planejamento Fatorial Fracionado Plackett Burman (proposto em 1946)

6 Estratégias n=4 2 4 = = (4=123) Aliases Bom 2 5 = = (5=1234) Aliases Bom n= = (4=12)+(5=13) Aliases Ruim PB-12 Bom

7 2 6 = 64 Estratégias Inviável? = (6=12345) Aliases Bom n= = (5=123)+(6=234) Aliases Bom = (4=12)+(5=13)+(6=23) Aliases Ruim PB-12 Bom PB-16 Bom n=7 Aliases

8 Estudo de Caso FACULDADE DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS Síntese de oligossacarídeos por inulinase em meio aquoso e orgânico usando planejamento experimental Aluna: Fernanda Vaz Alvez Orientadora: Profa. Dra. Maria Isabel Rodrigues

9 Estudo de Caso Tabela 1: Valores utilizados no terceiro planejamento fatorial fracionado Nível Temperatura ( o C) ph (tampão fosfato) 5,0 5,7 6,5 Sacarose (%em relação a fase aquosa) Relação solvente/tampão (%) /100 14/86 25/75

10 Estudo de Caso Tabela 2: Aliases dos efeitos principais e interações ; 4 = 123 Resolução IV Fatores

11 Estudo de Caso Tabela 3:Planejamento e as respostas produção e produtividade Ensaios T( o C) ph Sacarose (%) Solvente/ tampão %FOSs Produtividade ,01 1, ,19 2, ,25 1, ,44 1, ,13 0, ,48 0, ,32 0, ,57 1, ,85 0, ,49 0, ,58 0,96

12 Estudo de Caso Tabela 4:Estimativa dos efeitos para a produção dos frutooligossacarídeos Efeito Desvio Padrão t(2) P Lim. Conf. -95% Lim. Conf. +95% Média 8,937* 0, ,21 0, ,69 9,18 Temperatura ( o C) -0,0075 0,132-0,0566 0, ,57 0,56 ph* -1,0575* 0,132-7,9826 0, ,62-0,48 Sacarose* -3,5975* 0,132-27,155 0, ,16-3,02 Solvente/Tampão(%) 0, ,132 1,6795 0, ,34 0,79 * fatores estatisticamente significativos (95% nível de confiança)

13 Estudo de Caso Tabela 5:Estimativa dos efeitos para a produtividade dos frutooligossacarídeos Efeito Desvio Padrão T(2) P Lim. Conf. -95% Lim. Conf. +95% Média 1,112* 0, ,28 0, ,08 1,13 Temperatura ( o C)* 0,4850* 0, ,949 0, ,42 0,54 ph* -0,3700* 0, ,136 0, ,43-0,30 Sacarose* -0,7000* 0, ,555 0, ,76-0,63 Solvente/Tampão(%)* 0,4650* 0, ,590 0,0010 0,40 0,52 * fatores estatisticamente significativos (95% nível de confiança)

14 Estudo de Caso ,0 0,5 0,0-0,5 Efeito -1,0-1,5-2,0-2,5-3,0-3,5-4,0 Temperatura Produção ph Concentração Sacarose Produtividade Relação Solvente/ Tampão Figura 1: Efeitos principais das variáveis na produção dos frutooligossacarídeos e na produtividade

15 Estudo de Caso FACULDADE DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS TESE DE DOUTORADO ESTUDO DA OTIMIZAÇÃO DA ETAPA DE CRESCIMENTO E DE PRODUÇÃO DE ÁCIDO CÍTRICO POR Candida lipolytica Y 1095 Aluna: Fátima Aparecida de Almeida Costa Orientadora: Profa. Dra. Maria Isabel Rodrigues

16 1 O PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL DE CRESCIMENTO (2 5-1 ) Variáveis Níveis Glicose (g/l) 20,0 30,0 40,0 Ext. Levedura (g/l) 0,5 2,0 3,5 NH 4 Cl (g/l) 0,5 2,0 3,5 MgSO 4. 7H 2 O (g/l) 0,0 0,5 1,0 KH 2 PO 4 (g/l) 0,2 0,6 1,0

17 1 O PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL DE CRESCIMENTO (2 5-1 )

18 Conceito de Resolução Resolução Cinco 2v 5-1 Os efeitos principais, nesse caso, estão misturados somente com as interações de quatro fatores, enquanto as interações de dois fatores se misturam com as de três. 5 = ± 1234 I = ± (Relação Geradora) Contém 5 fatores

19 Estimativas dos contrastes do fatorial fracionário e suas relações com os efeitos do fatorial completo.

20 CINÉTICA DO 1 O PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL 14 2,0 Massa Seca (g/l) ENS 1 ENS 2 ENS 3 ENS 4 ENS 5 ENS 6 ENS 7 ENS 8 ENS 9 ENS 10 Glicose (g/l) ENS 1 ENS 2 ENS 3 ENS 4 ENS 5 ENS 6 ENS 7 ENS 8 ENS 9 ENS 10 Nitrogênio (g/l) 1,5 1,0 0,5 0,0 ENS 1 ENS 2 ENS 3 ENS 4 ENS 5 ENS 6 ENS 7 ENS 8 ENS 9 ENS Tempo (h) Tempo (h) -0, Tempo (h) MS GLICOSE NITROGÊNIO 14 2,0 Massa Seca (g/l) ENS 11 ENS 12 ENS 13 ENS 14 ENS 15 ENS 16 ENS 17 ENS 18 ENS 19 ENS 20 Glicose (g/l) ENS 11 ENS 12 ENS 13 ENS 14 ENS 15 ENS 16 ENS 17 ENS 18 ENS 19 ENS 20 Nitrogênio (g/l) 1,5 1,0 0,5 0,0 ENS 11 ENS 12 ENS 13 ENS 14 ENS 15 ENS 16 ENS 17 ENS 18 ENS 19 ENS Tempo (h) Tempo (h) -0, Tempo (h)

21 8 6 Efeitos Principais Glicose Ex. Lev. NH 4 Cl MgSO 4 KH 2 PO 4 Media. Histograma dos efeitos das variáveis do 1 o Planejamento Experimental no crescimento celular (47 horas).

22 2 O PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL DE CRESCIMENTO (2 3 )

23 2 O PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL DE CRESCIMENTO (2 3 ) Ensaio Glicose (1) Ext. Lev. (2) NH 4 Cl (3) , , , , , , MS = 11,76 + 1,81*Gli 0,68*Gli 2 + 1,58*ExLev 0,409* ExLev 2 1,195*NH 4 Cl 2 + 0,55*Gli*ExLev

24 2 O PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL DE CRESCIMENTO (2 3 ) Glicose x Ext. Lev. Ext. Lev x NH 4 Cl Glicose x NH 4 Cl Ext. Levedura (g/l ) 4,1 2,75 1,41 0, ,050 5,284 6,519 7,754 8,988 10,223 11,457 12,692 13,927 15,161 above NH 4 CL (g/l) 1,6 1 0,4 0 0,5 1,41 2,75 4,1 5 2,616 3,684 4,752 5,819 6,887 7,955 9,022 10,090 11,158 12,225 above NH 4 CL (g/l) 1,6 1 0, ,390 2,547 3,703 4,859 6,016 7,172 8,329 9,485 10,642 11,798 above Glicose (g/l ) Ext. Levedura (g/l) Glicose (g/l)

25 3 O PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL DE CRESCIMENTO (2 2 ) Variáveis Níveis Glicose (g/l) 25,00 32,27 50,00 67,73 75,00 Ext. Levedura (g/l) 2,00 2,87 5,00 7,13 8,00

26 3 O PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL DE CRESCIMENTO (2 2 ) Ensaio Glicose (1) Ext. Lev. (2) MS = 14,80 + 1,97*Gli 1,15*Gli 2 + 1,66*ExLev + 0,81*Gli*ExLev

27 3 O PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL DE CRESCIMENTO (2 2 ) Massa Seca Glicose residual 8 8 Ext. Levedura (g/l) 7,13 5 2, , , ,593 7,804 9,015 10,226 11,436 12,647 13,858 15,068 16,279 17,490 above Extrato Levedura (g/l) 7,13 5 2, , , ,952 8,041 13,130 18,218 23,307 28,396 33,485 38,574 43,663 48,751 above Glicose (g/l) Glicose (g/l)

28 Meio de Crescimento selecionado Glicose 50 g/l Extrato de levedura 5 g/l KH 2 PO 4 0,2 g/l NH 4 Cl 1 g/l

29 Estudo de Caso 2 6 FACULDADE DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS Síntese de oligossacarídeos por inulinase em meio aquoso e orgânico usando planejamento experimental Aluna: Fernanda Vaz Alvez Orientadora: Profa. Dra. Maria Isabel Rodrigues

30 Resumo Estudo de caso 5.5 O objetivo deste trabalho foi o estudo da síntese s de oligossacarideos.. utilizando a enzima inulinase,, produzida a partir do microrganismo. No entanto, neste estudo de caso, a enzima foi produzida a partir do microrganismo Kluyveromyces marxianus NRRL Y-7571 Y com a enzima livre e o processo em meio orgânico. As variáveis veis estudadas na síntese s dos oligossacarideos foram: temperatura ( C),( ph. porcentagem de sacarose. Atividade enzimática (U/mL ml), a relação solvente/tampão (%) e o estabilizante polietilenoglicol (PEG (%). sendo as respostas analisadas, o rendimento de frutooligossacarideos YFOS (%) definido como a máxima m conversão de frutooligossacarideos obtida em cada ensaio e a produtividade do processo (g/l.h), definida como este valor (YFOS) dividido pelo tempo necessário para a máxima conversão.

31 Estratégias

32 Estudo de Caso Valores utilizados no primeiro planejamento fatorial fracionado Nível Temperatura ( o C) ph (tampão fosfato) Sacarose (% em relação ao volume total) Atividade Enzimática (U/mL) Relação solvente/tampão (%) 25/75 40/60 50/50 PEG (%) 0 2 4

33 Planejamento e as respostas Estudo de Caso 2 6-2

34 Estudo de Caso = 123; 6 = 234 Relações Geradoras I = 1235; I = 2346 Resolução IV l 1 = l 2 = l 3 = l 4 = l 5 = l 6 =

35 Tabela 4.4: Estimativa dos efeitos Estudo de Caso 2 6-2

36 Estudo de Caso Novo Planejamento Matriz do planejamento e os resultados

37 Estimativa dos efeitos

38 Terceiro delineamento DCCR Resultado do DCCR do estudo do ph e % de sacarose

39 Anova YFOS (%) = 12,6+1,9*pH-3,9*(%sacarose) 2 Produtividade (g/l.h)=12,7-3,0*ph 2 +1,3*(%sacarose)-3,8*(%sacarose) 3,8*(%sacarose) 2

40 Superfícies de respostas

41 Estudo do ph nas vizinhanças as