The impact of experiment design on

The impact of experiment design on the parameter estimation of cardinal
parameter models in predictive microbiology

In predictive food microbiology, cardinal parameter models are often applied to describe the effect of
temperature, pH and/or water activity on the microbial growth rate. To identify the model parameters,
full factorial designs are often used, in spite of the high experimental burden and cost related to this
method.
In this work, the impact of the selected experimental scheme on the estimation of the parameters of
the cardinal model describing the effect of temperature, pH and/or water activity has been evaluated. In
a first step, identification of a simple model describing only the effect of temperature, pH or water
activity was considered. The comparison of an equidistant design and a D-optimal (based) design showed
that the latter, which is based on the model’s sensitivity functions, yields more realistic parameter
estimates than the typical equidistant design. By selecting the experimental levels based on the sensi-
tivity functions, a more realistic description of the behavior around optimal conditions can be obtained.
In the second step, focus was on the efficient and accurate estimation of the ten parameters of the
extended cardinal model that describes the combined effect of temperature, pH and water activity on the
microbial growth rate. Again, equidistant level selection is compared to a D-optimal (based) experi-
mental design. In addition, a full factorial and a Latin-square approach are evaluated. From the simulation
case studies presented, it can be stated that all parameters can be equally well defined from an equi-
distant design as from a D-optimal-based design. In addition, reducing the experimental load by con-
structing a Latin-square design does not hamper the parameter estimation procedure. This work
confirms the observation of a previous study, i.e., for complex cases a Latin-square design is an attractive
alternative for a full factorial design as it yields equally accurate and reliable parameter estimates while
reducing the experimental workload.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ผลกระทบของการออกแบบการทดลองในการประมาณค่าพารามิเตอร์ของพระคาร์ดินัล
รูปแบบพารามิเตอร์จุลชีววิทยาการคาดการณ์ในทางจุลชีววิทยาอาหารทำนายแบบจำลองพระคาร์ดินัลพารามิเตอร์มักจะถูกนำมาใช้ในการอธิบายถึงผลกระทบของอุณหภูมิความเป็นกรดด่างและ / หรือกิจกรรมทางน้ำที่อัตราการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ เพื่อระบุพารามิเตอร์แบบ, การออกแบบปัจจัยแบบเต็มมักจะใช้ในทั้งๆที่มีภาระการทดลองสูงและค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้องกับการนี้วิธี. ในงานนี้ผลกระทบของโครงการทดลองที่เลือกในการประมาณค่าพารามิเตอร์ของแบบจำลองพระคาร์ดินัลอธิบาย ผลของอุณหภูมิความเป็นกรดด่างและ / หรือกิจกรรมทางน้ำได้รับการประเมิน ในขั้นตอนแรก Fi, ไอออนบวกสายการระบุของรูปแบบที่เรียบง่ายอธิบายเพียงผลของอุณหภูมิความเป็นกรดด่างหรือน้ำกิจกรรมได้รับการพิจารณา การเปรียบเทียบการออกแบบเท่ากันและ D-ที่ดีที่สุด (ตาม) การออกแบบที่แสดงให้เห็นว่าหลังซึ่งจะขึ้นอยู่กับฟังก์ชั่นความไวของแบบจำลองอัตราผลตอบแทนพารามิเตอร์ที่สมจริงมากขึ้นกว่าประมาณการการออกแบบที่เท่ากันโดยทั่วไป โดยการเลือกระดับการทดลองขึ้นอยู่กับ sensi- ฟังก์ชั่นประสิทธิภาพในการคำอธิบายที่สมจริงมากขึ้นของพฤติกรรมรอบสภาวะที่เหมาะสมสามารถรับได้. ในขั้นตอนที่สองโฟกัสอยู่บนเพียงพอ EF fi และการประมาณค่าที่ถูกต้องของสิบพารามิเตอร์ของแบบจำลองพระคาร์ดินัลขยายว่า อธิบายถึงผลรวมของอุณหภูมิความเป็นกรดด่างและกิจกรรมทางน้ำอัตราการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ อีกตัวเลือกระดับเท่ากันเมื่อเทียบกับ D-ที่ดีที่สุด (เบส) ประสบการณ์การออกแบบทางจิต นอกจากนี้ยังมีปัจจัยเต็มรูปแบบและวิธีการที่ลาตินสแควร์ได้รับการประเมิน จากการจำลองกรณีศึกษาที่นำเสนอก็สามารถระบุว่าพารามิเตอร์ทั้งหมดสามารถ Fi de อย่างเท่าเทียมกันทั้ง ned จาก equi- การออกแบบเป็นที่ห่างไกลจากการออกแบบ D-ที่เหมาะสมตาม นอกจากนี้การลดภาระการทดลองโดยการจึงดูstructing ออกแบบละตินตารางไม่ได้ขัดขวางขั้นตอนการประมาณค่าพารามิเตอร์ งานนี้แย้งไฟ RMS สังเกตของการศึกษาก่อนหน้านี้คือสำหรับกรณีที่ซับซ้อนการออกแบบละตินตารางเป็นที่น่าสนใจทางเลือกสำหรับการออกแบบปัจจัยแบบเต็มในขณะที่มันอัตราผลตอบแทนประมาณการพารามิเตอร์ที่ถูกต้องและเชื่อถือได้อย่างเท่าเทียมกันในขณะที่การลดภาระการทดลอง

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ผลกระทบของการออกแบบการทดลองในการประมาณค่าพารามิเตอร์ของแบบจำลองพารามิเตอร์ที่สำคัญ


ในจุลชีววิทยาพยากรณ์ทำนายแบบจำลองพารามิเตอร์ทางจุลชีววิทยาอาหาร , Cardinal มักจะใช้เพื่ออธิบายผลของ
อุณหภูมิ pH และ / หรือกิจกรรมเกี่ยวกับอัตราการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ในน้ำ เพื่อระบุพารามิเตอร์การออกแบบการทดลอง , มักใช้
เต็ม ,ทั้งๆ ที่ สูง ทดลองภาระและต้นทุนที่เกี่ยวข้องกับวิธีนี้
.
ในงานนี้ ผลกระทบของการเลือกทดลองโครงการในการประมาณค่าพารามิเตอร์ของแบบจำลอง
คาร์ดินัล อธิบายผลของอุณหภูมิ พีเอช และ / หรือ น้ำ กิจกรรมที่ได้รับการประเมิน
a จึงตัดสินใจเดินทางไปในขั้นตอนของรูปแบบการ identi จึงง่ายอธิบายเพียงผลของอุณหภูมิ พีเอชน้ำ
หรือกิจกรรมคือการพิจารณา การเปรียบเทียบการออกแบบเท่ากันและ d-optimal ( ตาม ) การออกแบบการทดลองพบ
ที่หลัง ซึ่งจะขึ้นอยู่กับความไวของการทำงานแบบผลผลิตมีเหตุผลมากขึ้นกว่าการออกแบบพารามิเตอร์
ประมาณการเท่ากันทั่วไป โดยเลือกนักเรียนระดับตามเซนซิ -
tivity ฟังก์ชันรายละเอียดที่สมจริงมากขึ้นของพฤติกรรมรอบเงื่อนไขได้ .
ในขั้นตอนที่สอง , โฟกัสอยู่ในตัวจึง cient และถูกต้อง การประมาณค่าพารามิเตอร์ของสิบ
ขยายคาร์ดินัลแบบที่อธิบายผลรวมของอุณหภูมิ พีเอช และน้ำกิจกรรมบน
อัตราการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ อีก การเลือกระดับที่เท่ากันเมื่อเปรียบเทียบกับ d-optimal ( จากประสบการ -
)การออกแบบด้านจิตใจ นอกจากนี้ การทดลองแบบจัตุรัสละตินเต็มและมีการประเมิน จากกรณีจำลอง
การศึกษาที่นำเสนอนี้สามารถกล่าวได้ว่าพารามิเตอร์สามารถเท่าเทียมกันดี เด จึงลงจากเท่ากัน
ไกลจาก d-optimal-based Design ออกแบบ นอกจากนี้ การทดลอง โหลด โดยคอน -
structing ละตินสแควร์ออกแบบไม่ขัดขวางการประมาณค่าพารามิเตอร์กระบวนการงานนี้
หลอกจึงเรื สังเกตจากการศึกษาก่อนหน้า เช่น ในรายที่ซับซ้อนแบบจัตุรัสละติน เป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับการออกแบบเป็นแบบเต็ม
มันให้ผลอย่างถูกต้องและเชื่อถือได้ในขณะที่ประมาณการค่า

ลดภาระงานทดลอง