威布爾（Weibull）分布在食品科研中的可靠性

□ 呂 航 吉林省食品檢驗(yàn)所 李寶昌 吉林省市場監(jiān)督管理廳 趙立群 吉林省食品檢驗(yàn)所 王春旭 吉林省環(huán)境監(jiān)測中心站

為了推動食品工業(yè)的發(fā)展，常常要進(jìn)行科學(xué)研究，新產(chǎn)品的開發(fā)也離不開相關(guān)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，但是進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)之前必須要解決一個問題，就是合理的設(shè)計實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計的好，可以節(jié)省人力、物力、時間，并且能夠提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，達(dá)到事半功倍的效果。本文就威布爾分布在食品工業(yè)當(dāng)中可能的應(yīng)用場景進(jìn)行分析，并與其他的常規(guī)食品工業(yè)科研方法進(jìn)行比較，分析出可以適應(yīng)它的研究場景[1]。

1 常用的食品試驗(yàn)設(shè)計方法和優(yōu)缺點(diǎn)

常用的食品試驗(yàn)方法，包括回歸試驗(yàn)、隨機(jī)試驗(yàn)、正交試驗(yàn)、回歸正交試驗(yàn)和均衡設(shè)計試驗(yàn)這5種方法，5種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，已經(jīng)廣泛運(yùn)用到了食品安全領(lǐng)域。不同的實(shí)驗(yàn)方法都是建立在不同的理論基礎(chǔ)上，這種理論基礎(chǔ)都需要進(jìn)行一定的假設(shè)，只有假設(shè)條件能夠滿足相應(yīng)的條件情況下，才能正確地表達(dá)實(shí)驗(yàn)效果，然后得到正確的表達(dá)效應(yīng)才能得到正確結(jié)論，每一種實(shí)驗(yàn)方法都有其適用性。對比法相對于其他方法來說比較簡單，成本較低，但對于復(fù)雜的工藝就無法進(jìn)行檢測了；在測試對象不太多的情況下，能夠提供比較準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但是對于比較復(fù)雜和主觀的因素，有效性就大打折扣了。我們要認(rèn)清威布爾分布作為一種實(shí)踐數(shù)據(jù)的統(tǒng)計方法，也是有自己的適用范圍的，不能一概而論它是否有效或者無效[2]。

2 威布爾分布在其他領(lǐng)域的應(yīng)用范圍和成果

威布爾分布在可靠性工程當(dāng)中，得到廣泛的應(yīng)用，尤其在機(jī)械損耗及磨損的判定上面，已經(jīng)有著很成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和實(shí)例。在各種機(jī)械設(shè)備的損耗，即壽命計算當(dāng)中，威布爾分布有很多成功的實(shí)驗(yàn)案例，并且已經(jīng)推廣到對于風(fēng)力資源的估算，人壽保險的核算和精算的領(lǐng)域[3]。能看出來對于多因素、多變量的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化統(tǒng)計來說，威布爾分布有著較大的優(yōu)勢。如果缺乏統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)，或明確的適用范圍數(shù)據(jù)的問題，威布爾分布可靠性就會受到前提條件設(shè)置的影響。所以在食品科研領(lǐng)域應(yīng)用當(dāng)中我們應(yīng)該注意這個特點(diǎn)，科研項(xiàng)目的主要設(shè)計參數(shù)，需要考慮設(shè)定能否具有一定的客觀性和實(shí)用性。

3 威布爾分布在食品科研領(lǐng)域有效的運(yùn)用例子

3.1 食品安全領(lǐng)域

在減少防腐劑使用量的情況下想保證食品的安全就可以通過威布爾分布，對各種條件下長時間保存食品進(jìn)行估算。食品運(yùn)輸和儲藏的過程當(dāng)中，環(huán)境可能會發(fā)生各種各樣的變化，要在各種不同的環(huán)境當(dāng)中保證食品不變質(zhì)，就需要添加不同類型的防腐劑。現(xiàn)在隨著人民生活水平的提高，人民對防腐劑也更加敏感。我們可以通過威布爾分布法，對于不同條件下防腐劑使用量進(jìn)行估算以達(dá)到在保證食品不變質(zhì)和食品安全的條件下，盡可能地減少防腐劑的使用量，可減少消費(fèi)者對其的敏感性，并降低食品的生產(chǎn)成本[4]。

3.2 食品口味的設(shè)計

食品口味的設(shè)計一直都是食品科研領(lǐng)域投入較大、難出成果的研究項(xiàng)目。因?yàn)槠渲猩婕暗淖兞枯^多，而且很多是主觀判定的結(jié)果，較難將其量化。雖然涉及的變量較多，但在此領(lǐng)域已經(jīng)有一部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累。可以通過威布爾分布，將成分含量、糖分含量、脂肪含量常用的參數(shù)與食品銷售的情況影響進(jìn)行量化。并把它放置到一個威布爾分布表格當(dāng)中，節(jié)選出一個銷量較高的范圍，然后在這個范圍之內(nèi)進(jìn)行食品各種口味的微調(diào)試驗(yàn)。減少偏差值，縮小實(shí)驗(yàn)的范圍，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，減少所需要花費(fèi)的人力和物力資源。

3.3 科研項(xiàng)目立項(xiàng)有效性分析

除了在具體的科研項(xiàng)目中應(yīng)用以外，對于科研項(xiàng)目本身立項(xiàng)的有效性，也可以用威布爾分布對于已有的類似的項(xiàng)目結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計和分析，判斷項(xiàng)目是否在可行性范圍之內(nèi)，排除掉存在巨大失敗可能性的項(xiàng)目，從而減少不必要的資源浪費(fèi)。

4 結(jié)語

威布爾分布作為一種廣泛應(yīng)用的，對于各種不確定性因素的影響及概率進(jìn)行判定的科研方法，已經(jīng)廣泛證明其具有一定的有效性。具體到食品科研領(lǐng)域，我們要注意其適用范圍，用此方法必須要有準(zhǔn)確性較高，而且穩(wěn)定的數(shù)據(jù)來支持。對于不確定性較高的問題，可以通過此方法對其進(jìn)行一個大范圍粗略的估算，但可靠性必將大打折扣，所以其使用必須以大量、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)做基礎(chǔ)。