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.
Eucheuma spinosum, red macro-algae, contains carrageenan as the major polysaccharide and is commercially produced in Indonesia, Malaysia, Philippines, China and Tanzania. In this study, E. spinosum was converted to sugar and platform chemicals (5-HMF, levulinic acid, formic acid) via FeCl3-catalytic hydrothermal reaction. In addition, statistical methodology (3-level 3-factor Box-Behnken design) was applied to optimize and evaluate the effects of reaction factors (reaction temperature, catalyst concentration and reaction time). As a result of optimization, the concentration of 5-HMF was obtained to be 2.96 g/L at 160 ℃, 0.4 M FeCl3 and 10 min. Optimal conditions of levulinic and formic acids were determined at 200 ℃, 0.6 M FeCl3 and 30 min, and the concentrations were obtained to be 4.26 g/L and 3.77 g/L, respectively.
Effects of pretreatment and extraction conditions on total polyphenol yield from licorice root were investigated using statistical method. For pretreatment, heat treatment at $121^{\circ}C$ for 10 min was applied. Licorice root content in solvent (10, 20, and 30%) ethanol concentration (20, 40, and 60%) and reaction time (1, 2, and 3 h) were used as variables for extraction conditions. Two experiments, with heat treated and no treated licorice, were prepared with same experimental design. Box behnken design was employed and produced a total of 15 trials. Total polyphenol yield from licorice root was not affected by heat treatment. Among variables, licorice content in solvent showed most significant effect regardless of other variables (p<0.05). Finally, optimum conditions for the extraction of total polyphenol from licorice root was detected as following: 10% of licorice in solvent, 52% ethanol as solvent, 2 h of reaction time and non-heat treatment and the extraction yield from optimized condition was 17.6 mg/g licorice root.
Slaughterhouse wastewater (SWW) is characterized as one of the most harmful agriculture and food industrial wastewaters due to its high organic content. The emissions of SWW would cause eutrophication of surface water and pollution of groundwater. This study developed a pilot scale anaerobic-aerobic slaughterhouse wastewater treatment process (AASWWTP) to enhance the chemical oxygen demand (COD) and total nitrogen (TN) removal. The optimum supernatant reflux position and ratio for TN removal were investigated through the modified Box-Behnken design (BBD) experiments. Results showed that COD could be effectively reduced over the whole modified BBD study and the removal efficiency was all higher than 98%. The optimum reflux position and ratio were suggested to be 2 alure and 100%, respectively, where effluent TN concentration was satisfied with the forthcoming Chinese discharge standard of 25 mg/L. Anaerobic digestion and ammonia oxidation were considered as the main approaches for COD and TN removal in the AASWWTP. The results of inorganic nutrients (K+, Na+, Ca2+ and Mg2+) indicated that the SWW was suitable for biological treatment and the correspondingly processes such as AASWWTP should be widely researched and popularized. Therefore, AASWWTP is a promising technology for SWW treatment but more research is needed to further improve the operating efficiency.
Yoon, Chang Hwan;Bok, Hee Sung;Choi, Dae Ki;Row, Kyung Ho
Korean Chemical Engineering Research
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v.50
no.3
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pp.545-550
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2012
A 17-run Box-Behnken design (BBD) was used to optimize the extraction conditions of astaxanthin from shrimp waste. Three factors such as ratio of ethanol to raw material, extraction temperature ($^{\circ}C$) and extraction time (min) were investigated. The adjusted coefficient of determination ($R^2{_{adj}}$) for the model was 0.9218, and the probability value (p=0.0003) demonstrated a high significance for the regression model. The optimum extraction conditions were found to be: optimized ratio of ethanol to raw material 29.7, extraction temperature $49.5^{\circ}C$ and extraction time 59.9 min. Under these conditions, the mean extraction yield of astaxanthin was $17.80{\mu}g/g$, which was in good agreement with the predicted model value. Under these conditions, validation experiments were done and the mean extraction yield of astaxanthin was $17.77{\mu}g/g$, which is in good agreement with the predicted model value.
The removal of turbidity from $TiO_2$ wastewater by an electrocoagulation/flotation process was studied in a batch reactor. The response surface methodology (RSM) was applied to evaluate the simple and combined effects of the three main independent parameters, current, NaCl dosage and initial pH of the $TiO_2$ solution on the turbidity removal efficiency, and to optimize the operating conditions of the treatment process. The reaction of electrocoagulation/flotation was modeled by use of the Box-Behnken method, which was used for the fitting of a 2nd order response surface model. The application of RSM yielded the following regression equation, which is an empirical relationship between the turbidity removal efficiency of $TiO_2$ wastewater and test variables in uncoded unit: Turbidity removal (%)=69.76+59.76Current+11.98NaCl+4.67pH+5.00Current${\times}$pH-160.11$Current^2-0.34pH^2$. The optimum current, NaCl dosage and pH of the $TiO_2$ solution to reach maximum removal rates were found to be 0.186 A, 0.161 g/l and 7.599, respectively. This study clearly showed that response surface methodology was one of the most suitable method to optimize the operating conditions for maximizing the turbidity removal. Graphical response surface and contour plots were used to locate the optimum point.
This study aimed at advanced oxidation of hetero tri-functional reactive dye Acid orange 7 using photo-Fenton conditions in a lab-scale experiment. Decolourisation of Acid Orange 7 dye by Fenton's process was dependent on concentration of Hydrogen peroxide, Ferrous sulphate, pH, and contact time. A $2^3$ factorial design was used to evaluate the effects of these key factors: pH, Fe(II), and $H_2O_2$ concentration, for a dye concentration of 50 mg/L with COD of 340 mg/L at pH 3.0. The response function was removal of colour under optimised conditions; pH 3.0, [Fe(II)] 40.83 mg/L, [$H_2O_2$] 4.97 mmol/L; 13.6 min. of treatment resulting in 100% colour removal. The final COD of treated wastewater was nil suggesting that AOP is a potentially useful process of color removal and dye degradation/mineralisation of effluent having AO7. Minimum contact time for complete decolourisation was at 5 mmol/l $H_2O_2$ concentration. Increase in $FeSO_4$ (mg/l) concentration resulted in decrease of time for complete decolourisation. Box-Behnken Design was used to optimize the process variables. Maximum and minimum levels of pH (3-5), $H_2O_2$ (4-6 mmol/l), $FeSO_4$ (30-46 mg/l) and contact time (5-15 minutes) were used. The statistical analysis revealed a value of 0.88 for coefficient of regression ($R^2$) indicating a good fit of model. Calculated F-value was found higher than the tabulated value confirming to significance of the model. Based on student's t-test, Ferrous sulphate, pH, and contact time have a positive effect on the percent decolourisation of Acid Orange 7.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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