In this paper, two statistical methods were applied to optimize medium components to improve the production of the milk-clotting enzyme by Bacillus amyloliquefaciens D4. First, wheat bran juice, skim milk powder, and $Na_2HPO_4$ were shown to have significant effects on D4 enzyme production using the Plackett-Burman experimental design. Subsequently, an optimal medium was obtained using the Box-Behnken method, which consisted of 3.31 g/l of skim milk powder, 5.0 g/l of sucrose, 0.1 g/l of $FeSO_4{\cdot}7H_2O$, 0.1 g/l of $MgSO_4{\cdot}7H_2O$, 0.1 g/l of $MnSO_4{\cdot}2H_2O$, 0.1 g/l of $ZnSO_4{\cdot}7H_2O$, 1.52 g/l of $Na_2HPO_4$, and 172.45 g/l of wheat bran juice. With this optimal medium, the milk-clotting enzyme production was remarkably enhanced. The milk-clotting enzyme activity reached 3,326.7 SU/ml after incubation of 48 h, which was 1.76-fold higher than that of the basic medium, showing that the Plackett-Burman design and Box-Behnken response surface method are effective to optimize medium components, and B. amyloliquefaciens D4 possessed a high rennet-producing capacity in the optimal medium.
Statistical design of experiments was employed to optimize the media composition for the production of laccase from Bacillus sp. PK4. In order to find the key ingredients for the best yield of enzyme production from the selected eleven variables viz yeast extract, glucose, zinc sulphate, copper sulphate, potassium chloride, magnesium sulphate, calcium chloride, ferrous sulphate, sodium chloride, potassium dihydrogen phosphate ($KH_2PO_4$) and dipotassium hydrogen phosphate ($K_2HPO_4$), Plackett-Burman design was applied. The $MgSO_4$, $FeSO_4$, and $CuSO_4$ showed positive estimate, and their concentration optimized further. The steepest ascent method and Box-Behnken method revealed that 1.5 mM $MgSO_4$, 0.33 g/l $FeSO_4$ and 1.41 mM $CuSO_4$ were optimal for the laccase production by Bacillus sp. PK4. This optimization strategy leads to enhancement of laccase production from 2.13 U/ml to 40.79 U/ml. Agro-wastes residues replace the carbon source glucose in the optimized media namely sugarcane bagasse, wheat bran, rice husk, and groundnut shell, among these groundnut shells (117 U/ml) was found to enhance the laccase production significantly. The laccase produced by Bacillus sp. PK4 was found to have the potential to degrade persistent organic pollutant benzo[a]pyrene.
Kim, Gyu-Young;Kim, Soo-ho;Yun, Gi-Won;Kim, Hyun-Gyu
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.9
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pp.807-815
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2017
Auxetic structures with negative Poisson's ratio can be used to achieve high mechanical properties in energy absorption and destruction toughness. In this paper, we aim to design an auxetic structure which has a high negative Poisson's ratio and a stiffness over 50N/mm by using an optimization method. Length(L), thickness(t) and angle(${\theta}_1$, ${\theta}_2$) of an auxetic pyramid are the design parameters, and also stress, Poisson's ratio and stiffness are thr reaction factors. We used Box-Behnken method and conducted 4 factors - 3 levels experiment design. Finite element models are analyzed by using Edison program CSD_EPLAST.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2006.06a
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pp.55-60
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2006
Draw-bead is applied to control the material flow in a stamping process and improve the product quality by controlling the draw-bead restraining force (DBRF). Actual die design depends mostly on the trial-and-error method without calculating the optimum DBRF. Die design with the predicted value of DBRF can be utilized at the tryout stage effectively reducing the cost of the product development. For the prediction of DBRF, a simulation-based prediction model of the circular draw-bead is developed using the Box-Behnken design with selected shape parameters such as the bead height, the shoulder radius and the sheet thickness. The value of DBRF obtained from each design case by analysis is approximated by a second order regression equation. This equation can be utilized to the calculation of the restraining force and the determination of the draw-bead shape as a prediction model. For the evaluation of the prediction model, the optimum design of DBRF in sheet metal forming is carried out using response surface methodology. The suitable type of the draw-bead is suggested based on the optimum values of DBRF. The prediction model of the circular draw-bead proposes the design method of the draw-bead shape. The present procedure provides a guideline in the tool design stage for sheet metal forming to reduce the cost of the product development.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.4
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pp.321-327
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2017
In this study, to investigate the shape of the back bead as a weld quality parameter and to select the optimal condition of the root-pass TIG welding of a horizontal butt-joint, an experimental design and the response surface method (RSM) have been employed. Three parameters are used as input variables, which include the base current, peak current, and welding speed. The back bead width is selected as an output variable representing the weld quality, the target value of the width is 5.4 mm. Conducting the experiments according to the Box-Behnken experimental design, a $2^{nd}$ regression model for the back bead width was made, and the validation of the model was confirmed by using the F-test. The desirability function was designed through the nominal-the-best formula for the appropriate back bead width. Finally, the following optimal condition for welding was selected using the RSM: base current of 0.9204, peak current of 0.8676, and welding speed of 0.3776 in coded values. For verification, a test welding process under the optimal condition was executed and the result showed the back bead width of 5.38 mm that matched the target value well.
When spring of the suspension is exerted by an external load, a car should be designed to prevent predictable damages and designed for a ride comfort. We used experiments design to design VON-MISES STRESS and K, a constant, of spring of suspension which is installed in a car as a goal level. We analyzed the result from Edison's Elastic - Plastic Analysis SW(CSD_EPLAST) by setting D, d, n as external diameter of coil, internal diameter of coil, the number of total coil respectively. The experiment design let the outcome be as Full-second order by using Box-Behnken which is one of response surface methods. Experimented and analyzed results based on the established experiments design, We found out design parameter which has desired VON-MISES STRESS and the constant K. Additionally, we predicted life time of when the external load was exerted by repeated load by using fatigue equation, and verification of plastic deformation has also been made. Additionally we interpreted a model, which is formed by optimized design parameter, with linear analysis and non-linear analysis, at the same time we also analyzed plastic deformation with the values from the both models. Finally, we predicted fatigue life of optimized model by using fatigue estimation theory and also evaluated a ride comfort with oscillation analysis.
Carbon nanotubes, nanofibers and powders were used for acetylene adsorption experiments. A total of 15 different experiments were designed by 3-level of Box-Behnken Design (BBD) with 3 factors including the Pd concentration of 0 to 5%, adsorption temperature of 30 to $80^{\circ}C$ and $C_2H_2/CO_2$ of 3 to 10. Based on those data, a second order polynomial regression analysis was used to derive the adsorption amount prediction equation according to operating conditions. The adsorption temperature showed the greatest influence index while the $C_2H_2/CO_2$ ratio showed the smallest according to the F-value measurement of the ANOVA analysis. However, there was little interaction between major factors. In the adsorption optimization analysis, a 22.0 mmol/g was adsorbed under the conditions of Pd concentration of 3.0%, adsorption temperature of $47^{\circ}C$ and $C_2H_2/CO_2$ of 10 with 95.9% accuracy.
This study used response surface methodology (RSM) in an effort to optimize the ultrasoundassisted extraction condition of Camellia sinensis L. and Artemisia argyi mixture in order to increase extraction yield in the extract. The effects of three independent variables, $X_1$ (Mixture ratio, 60-80%), $X_2$ (Ratio of water to raw material, 20~100 mL/g), and $X_3$ (Extraction time, 25-145 min), were investigated at three levels using Box-Behnken design (BBD) to obtain the highest extraction efficiency. Y (Extraction yield) was chosen as dependent variable. Our result showed that the coefficient of determination ($R^2$) of the model was 0.9747, with significant at the level of p < 0.002. Furthermore, the predicted values of each variable were similar to the actual values. The optimum extraction conditions were as follows: mixture ratio of 85.86%, ratio of water to raw material of 92.73 mL/g, and extraction time of 56.52 min. At these conditions, predicted extraction yield was 30.03%. The analysis of variance (ANOVA) indicated a high goodness of model fit and the success of the RSM method for optimizing extraction conditions of Camellia sinensis L. and Artemisia argyi mixture.
The non-contact permanent magnet gear has advantages of high efficiency and improved reliability. It has other advantages of no mechanical friction loss, very little noise and vibration, and no need for lubricant. With these advantages, the non-contact permanent magnet gear that solves the physical contact problem of the mechanical gear has drawn attention. Due to this unique non-contact characteristic, the non-contact permanent magnet gear which is capable of non-contact torque transmission has replaced mechanical gear. The mechanical gears which is in many fields of the modern industry, is used mostly for power transmitting mechanical devices. However, it also has the problem of a low torque density, which requires improvement. In this paper, a novel pole piece shape is proposed in order to improve the problem of low torque density of the non-contact permanent magnet gear. The experiment data required for predicting the relationships among them are obtained using finiteelement Operating method based on two-dimensional (2-D) numerical analysis. Therefore, this paper derived an optimal model for thenon-contact permanent magnet gear with the novel pole piece using the Box-Behnken design, and the validity of the optimal design of the proposed pole piece shape through variance analysis and regression analysis demonstrated. In this paper, we performed the thransfer torque analysis in order to improve the torque density and power density, we have performed on optimal design of proposed pole piece shape using box-behnken.
This study focuses on the use of rice in the production of gluten-free rice udon (GFU) through an optimized mixing ratio, using the Box-Behnken response surface methodology (RSM). Different additional levels of rice flour (A, 40-60 g), acetylated distarch adipate (B, 10-20 g), and trehalose (C, 0-3 g) were used as variables, while water absorption level, volume, cooking loss, solid yield, lightness, texture properties, proximate compositions of GFU and turbidity of cooking water were set as responses in the RSM design model. The optimum mixing ratio for the preparation of gluten-free rice udon was obtained for 60.00 g of rice flour, 18.81 g of acetylated distarch adipate without the addition of trehalose. The response values of the optimized samples were water absorption (60.94%), volume (34.94%), turbidity of the cooking water (0.37), cooking loss (4.77%), solid yield (1.55 g), lightness value (70.04), hardness (2.53 N), springiness (0.18), gumminess (10.45 N), chewiness (1.83 N), and cohesiveness (2.89). This study has shown that rice flour can replace wheat flour to manufacture udon at an optimized mixing ratio successfully derived by statistical estimation method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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