5D Library › 本草的分子与风土 · English
第八章 实践：四步核查与预注册实验方案
第一部分 核查一批植物原料
本书的化学知识，只有在一袋、一箱或一桶货到门口时改变了人们的做法，才算有用。这一部分给出一套四步核查，采购方、加工者或小品牌可以逐批执行；所需设备远比实验室便宜，需要实验室回答的问题则交给参比实验室。
| 步骤 | 做什么 | 能发现什么 |
|---|---|---|
| 1. 文件与鉴别 | 核对货物上的批号与 COA 是否一致。检查 COA 是否写明每项检测的实验室、方法、限度和结果（第六章）。对照留样观察、闻味。 | 错货或混货；不属于该批的证书；对照错误限度的检测 |
| 2. 水分 | 到货时用校准过的仪表测水分活度，取批中不同位置的若干单元。 | 干燥不良或运输途中受潮的货；霉变风险（ 高于约 0.6）和更快的品质损失 |
| 3. 快速化学筛查 | 用适合该产品的简易筛查：果汁和浓缩汁用折光仪（°Brix）；总多糖或原花青素用比色法，以自建标准曲线测定（第二、四章）。按计划、并在筛查结果异常时，把留样送认可实验室复检。 | 批次间漂移；掺稀；供应商的数字无法复现 |
| 4. 盲法品尝 | 对照留样做三角试验。 | 其他检测发现不了的风味或辣度变化，如过度干燥或储存异味 |
三角试验是最古老、最简单的盲法差别检验 (International Organization for Standardization 2021)。每位评价员拿到三份编码样品，其中两份相同、一份不同，按平衡的随机顺序呈送，要求指出哪一份不同。如果没有可察觉的差别，评价员靠猜也有三分之一的机会答对，所以答对人数服从 的二项分布。
推导
判定样品有差别所需的最少正确答案数（单侧，α = 0.05），当 30% 或 50% 的评价员确实能分辨时的检验把握度，以及一个编造结果的 p 值。若能分辨的评价员比例为 ，则答对的概率为 。
from math import comb
def tail(n, x, p):
"""P(at least x correct out of n) when each is correct with probability p."""
return sum(comb(n, k) * p ** k * (1 - p) ** (n - k) for k in range(x, n + 1))
def critical(n, alpha=0.05):
"""Fewest correct answers that show a difference (guessing rate 1/3)."""
return next(x for x in range(n + 1) if tail(n, x, 1 / 3) <= alpha)
print(" n need power if 30 % can tell power if 50 % can tell")
for n in (12, 24, 36, 48, 60):
x = critical(n)
powers = [tail(n, x, 1 / 3 + 2 / 3 * pd) for pd in (0.3, 0.5)]
print(f"{n:2d} {x:4d} {100 * powers[0]:22.0f} % {100 * powers[1]:22.0f} %")
# One panel's result (invented): 24 assessors, 14 picked the odd sample.
n, correct = 24, 14
print(f"{correct}/{n} correct: one-sided p = {tail(n, correct, 1 / 3):.4f}")
# n need power if 30 % can tell power if 50 % can tell
# 12 8 26 % 63 %
# 24 13 55 % 93 %
# 36 18 72 % 99 %
# 48 22 88 % 100 %
# 60 27 92 % 100 %
# 14/24 correct: one-sided p = 0.010312 名评价员时，检验会漏掉大多数真实但不大的差别；36 名时，一半评价员能察觉的差别几乎每次都能检出。对日常来货核查，24 名评价员是合理的折中；对重要决定，应当用更多人。
注
三角试验只回答「它们是否不同」，不回答「哪个更好」或「哪里不同」。如果样品在颜色或质地上有差别，应以能掩盖这些线索的方式呈送（有色灯光、磨碎的样品、相同的容器），否则检验测出的是外观而不是风味。
第二部分 预注册实验方案
问题
从同样的鲜姜出发、干燥到同样的水分活度，冻干是否比 60 °C 热风干燥保留更多 6-姜辣素（相对于 6-姜烯酚）？差别是否大到人能尝出来？第三、五章的化学原理预测答案是肯定的。这个答案有商业意义，因为冻干贵得多；也正因如此，比较应当设计得让执行者无法左右答案。
设计
| 要素 | 规定 |
|---|---|
| 材料 | 文冬姜成熟根茎，各批次代表不同农场和采收周 |
| 单位 | 一个批次：约 4 kg 鲜根茎，洗净后在同一台机器上切成 3 mm 片 |
| 分配 | 每个批次内的姜片混匀后，按计算机生成的随机分配分成两半，一半冻干，一半热风干燥。分配表由不参与加工或分析的人准备 |
| 冻干 | −30 °C 冻结；10 Pa 下一次干燥，控制板层温度使产品保持在 −20 °C 以下；25 °C 二次干燥 |
| 热风干燥 | 60 °C，风速和装载量事先固定 |
| 共同终点 | 两半都干燥到水分活度 0.25～0.30 并实测，然后粉碎，装入同样的阻隔袋 |
| 主要结局 | ln（6-姜辣素 / 6-姜烯酚），用经过验证、以对照品定量的高效液相色谱法测定，按干燥品计 |
| 次要结局 | 6-姜辣素和 6-姜烯酚含量（mg/g，干燥品）；水分活度；颜色；姜片复水比；三角试验 |
| 盲法 | 样品在送达实验室和品评小组之前编码；分析人员和评价员都不知道干燥方法 |
| 预注册 | 方案、分析代码和判定规则在第一个批次加工之前，在公开注册平台发布 |
批次数
结局在每个批次内部比较，从而消除农场之间的差别。所需批次数取决于批次内差值在批次之间的波动有多大，而这一点目前未知。
推导
import math
from statistics import NormalDist
z = NormalDist().inv_cdf
def lots_needed(sd_log, fold, alpha=0.05, power=0.90):
"""Paired design: each fresh lot is split, one half freeze-dried and one
half hot-air dried. Outcome: ln(6-gingerol / 6-shogaol). Detect a
difference of `fold` between methods, two-sided, with normal approximation
plus the usual small-sample correction z²/2."""
delta = math.log(fold)
za, zb = z(1 - alpha / 2), z(power)
return math.ceil(((za + zb) * sd_log / delta) ** 2 + za ** 2 / 2)
print("sd of the within-lot difference (log scale) and the smallest fold change")
for sd in (0.4, 0.6):
for fold in (1.5, 2.0):
print(f" sd {sd:.1f}, fold {fold:.1f}: {lots_needed(sd, fold):3d} lots")
# sd of the within-lot difference (log scale) and the smallest fold change
# sd 0.4, fold 1.5: 13 lots
# sd 0.4, fold 2.0: 6 lots
# sd 0.6, fold 1.5: 25 lots
# sd 0.6, fold 2.0: 10 lots方案取较保守的情形（对数尺度标准差 0.6，值得据以行动的最小差别为 1.5 倍），计划 25 个批次，另加 3 个以备设备故障导致批次损失，共 28 个批次。先做 4 个批次的预试验，只用于检查操作流程，不用来更改样本量。
感官试验
加工完成后随机选出 6 个批次，把粉末用固定量的热水冲泡，以冻干对热风干燥的方式做三角试验，每个批次 36 名成年评价员，呈送顺序按标准规定平衡 (International Organization for Standardization 2021)。
分析与判定规则
主要分析估计 ln（6-姜辣素 / 6-姜烯酚）批次内差值的均值及其 95% 置信区间，并以比值形式报告。结果将按下面这条在任何数据出现之前写定的规则解读，采用等效性检验的思路 (Lakens 2017)：
推导
import math
FOLD = 1.5 # smallest difference worth acting on
def verdict(ratio, lo, hi):
"""ratio: freeze-dried ÷ hot-air dried, for gingerol:shogaol,
with its 95 % confidence interval (lo, hi). Written before any data."""
if lo >= FOLD:
return "freeze-drying keeps clearly more gingerol (difference ≥ 1.5-fold)"
if lo > 1:
return "freeze-drying keeps more gingerol; size not shown to reach 1.5-fold"
if hi < 1:
return "hot-air drying keeps more gingerol"
if lo >= 1 / FOLD and hi <= FOLD:
return "no difference worth acting on (within 1.5-fold either way)"
return "unclear: the interval is too wide"
# Invented results, to show how each kind of outcome would be reported.
for ratio, lo, hi in ((3.1, 2.2, 4.4), (1.6, 1.2, 2.1), (1.05, 0.82, 1.34), (1.3, 0.7, 2.4)):
print(f"ratio {ratio:.2f} ({lo:.2f}–{hi:.2f}): {verdict(ratio, lo, hi)}")
# ratio 3.10 (2.20–4.40): freeze-drying keeps clearly more gingerol (difference ≥ 1.5-fold)
# ratio 1.60 (1.20–2.10): freeze-drying keeps more gingerol; size not shown to reach 1.5-fold
# ratio 1.05 (0.82–1.34): no difference worth acting on (within 1.5-fold either way)
# ratio 1.30 (0.70–2.40): unclear: the interval is too wide示例是编造的，用来事先说明每种结果将怎样报告。落在双向 1.5 倍以内的区间，报告为「没有值得据以行动的差别」，而不是「没有效果」；跨过边界的区间报告为结论不明，而不是「有趋势」。感官结果逐批报告并汇总，给出答对人数和 p 值。
伦理、安全与利益冲突
品评小组由成年志愿者组成，签署知情同意，可以随时退出，并事先排除对姜过敏者；样品在食品级条件下制备。品评方案在招募前将经独立伦理委员会审查。方案遵循预注册的原则 (Nosek et al. 2018)。
利益披露
作者及其集团运营与文冬姜和冻干技术相关的网站（bentonggingers.com、freezedriedexpert.com），并与马来西亚食品加工供应链有商业关系，因此与本实验的结果有直接的商业利益关系。为限制这种利益的影响：方案、分析代码和判定规则在第一个批次加工之前公开；高效液相色谱分析由独立于作者企业的认可实验室完成；无论结果如何，结果、原始数据和代码都将公开。
这项实验不能说明什么
它比较的是一个品种、一种切片厚度、一个热风温度下的两种干燥方法。它对其他作物、其他干燥设备、装袋之后的储存都说明不了什么。它测量的是分子和味道，而不是任何健康作用：姜辣素/姜烯酚比值更高，是成分上的差别，而不是对任何人身体的益处，本书也不作此主张。
参考文献
Fan, Y. (2026). Molecules and Terroir: Polysaccharides of Dendrobium officinale, Gingerols of Zingiber officinale, A-Type Proanthocyanidins and the Mass Transfer of Freeze-Drying [本草的分子与风土] (Version 1.0.0). 5D Library. https://doi.org/10.5281/zenodo.23693057 · Licensed under Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0).