Trang 1 PPNCKH BÀI TẬP THỰC HÀNH # 3RESPONSE SURFACE METHOD DESIGN: Trang 2 NỘI DUNG CỦA BTTH # 3Thí nghiệm tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy đồng thời 4 chủng vi khuẩn Enterococcu
12/9/2023 PPNCKH BÀI TẬP THỰC HÀNH # RESPONSE SURFACE METHOD DESIGN: PHÂN TÍCH ANOVA, MÔ HÌNH TỐI ƯU, VẺ ĐỒ THỊ Contour and Surface (3D) TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech 12/9/2023 NỘI DUNG CỦA BTTH # Thí nghiệm tối ưu hóa điều kiện ni cấy đồng thời chủng vi khuẩn (Enterococcus faecium, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei, Lactobacillus buchneri), môi trường chất (Bã đậu nành, Mật rĩ đường) theo thời gian dựa vào PP đáp ứng bề mặt (CCD): • • • • Thiết lập thí nghiệm Phân tích ANOVA Trình bày kết quả ở dạng đồ thị Xây dựng phương trình hồi qui tối ưu TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech 12/9/2023 SỐ LIỆU CỦA BTTH # ➢ Dữ liệu được đăng E-learning: - BTTH 3_Kết quả vi khuẩn.docx - PPNCKH_Lecture BTTH 3.pdf YÊU CẦU CỦA BTTH # Dùng Minitab tiến hành thiết kế thí nghiệm theo kiểu CCD với: Mật rỉ đường (12 – 20 g), Bã đậu nành (64 – 96 g) và Thời gian nuôi cấy (24 – 72 giờ) để nhận các giá trị của nghiệm thức theo Không mã hoá (uncoded) và Mã hoá (Coded) Từ dữ liệu kết quả nghiên cứu ở tập tin: “BTTH 3_Kết quả vi khuẩn”: ▪ Phân tích ANOVA và xây dựng phương trình hồi qui về sinh khối vi khuẩn dựa vào chỉ tiêu: Mật rỉ đường, Bã đậu nành và thời gian nuôi cấy theo kiểu Không mã hoá ▪ Trình bày kết quả ở dạng đồ thị: Contour và Surface ▪ Xây dựng và chọn mô hình hồi qui tối ưu và xác định điều kiện nuôi cấy tối ưu để tạo sinh khối cao vi khuẩn dựa vào Mật rí đường, Bã đậu nành, Thời gian nuôi cấy Từ kết quả ở tập tin: “BTTH 3_Kết quả vi khuẩn”: use Design Expert: ▪ Phân tích ANOVA và xây dựng phương trình hồi qui về sinh khối vi khuẩn ▪ Trình bày kết quả ở dạng đồ thị: Contour và Surface ▪ Xây dựng và chọn mô hình hồi qui tối ưu và xác định điều kiện nuôi cấy tối ưu TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech 12/9/2023 Dùng Minitab tiến hành thiết kế thí nghiệm theo kiểu CCD với: Mật rỉ đường (12 – 20 g/L), Bã đậu nành (64 – 96 g/L) và Thời gian nuôi cấy (24 – 72 giờ) để nhận các giá trị của nghiệm thức theo Không mã hoá (uncoded) và Mã hoá (Coded Thí nghiệm tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy đồng thời chủng vi khuẩn (Enterococcus faecium, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei, Lactobacillus buchneri), môi trường chất (Bã đậu nành, Mật rĩ đường) theo thời gian dựa vào PP BMĐƯ - CCD ▪ Enterococcus faecium: Có vai trò quan trọng giai đoạn đầu của quá trình lên men khối ủ, môi trường lên men chưa ổn định ▪ chủng: Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei và Lactobacillus buchneri: Đóng vai trò chủ đạo quá trình lên men, đặc biệt là giai đoạn khối ủ bắt đầu ổn định và điều kiện yếm khí hình thành cho đến đạt độ acid cần thiết, đồng thời tạo hương vị cho sản phẩm lên men cuối - Biến phụ thuộc: Mật độ vi khuẩn = Log10(VK) - Nhân tố: Mật rỉ đường (MRĐ) Bã đậu nành (BĐN) và Thời gian nuôi cấy (TG) - Số nghiệm thức: 2k + 2k + = 15 - Số đơn vị thí nghiệm: n = 20 THÍ NGHIỆM PP BỀ MẶT ĐÁP ỨNG NHÂN TỐ THEO CCD Thí nghiệm khảo sát sinh khối tối ưu của hổn hợp loài vi khuẩn dựa vào: - Khối lượng mật rỉ đường (nhân tố A): Giá trị khảo sát từ 12 – 20 g/L Bã đậu nành (nhân tố B): Giá trị khảo sát từ 64-96 g/L Thời gian nuôi cấy (nhân tố C): từ 24 – 72 giờ Sau dùng Minitab, ta có các giá trị thực dùng để bố trí thí nghiệm tương ứng với các trường hợp mã hoá (–α, –1, 0, +1, +α) trình bày sau: Bảng Phạm vi nghiên cứu ba yếu tố khảo sát dùng mô hình CCD Ký Đơn Tên yếu tố hiệu vị A Mật rỉ đường g B Bã đậu nành g C Thời gian giờ Phạm vi nghiên cứu 12 – 20 64 – 96 24 – 72 TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech –α 9,27 53,09 7,64 Mức nghiên cứu –1 +1 12 16 20 64 80 96 24 48 72 +α 22,73 106,91 88,36 12/9/2023 Kết quả tạo ma trận nghiệm thức theo kiểu: Không mã hoá Nghiệm thức (Std order) 10 Tên yếu tố Mật RĐ 12,00 20,00 12,00 20,00 12,00 20,00 12,00 20,00 9,27 22,73 Bã ĐN Thời gian 64,00 64,00 96,00 96,00 64,00 64,00 96,00 96,00 80,00 80,00 24,00 24,00 24,00 24,00 72,00 72,00 72,00 72,00 48,00 48,00 Nghiệm thức (Std order) 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Tên yếu tố Mật RĐ 16,00 16,00 16,00 16,00 16,00 16,00 16,00 16,00 16,00 16,00 Bã ĐN Thời gian 53,09 106,91 80,00 80,00 80,00 80,00 80,00 80,00 80,00 80,00 48,00 48,00 7,64 88,36 48,00 48,00 48,00 48,00 48,00 48,00 Kết quả tạo ma trận nghiệm thức theo kiểu: Mã hoá Nghiệm thức (Std order) Tên yếu tố Nghiệm thức (Std order) Tên yếu tố 11 MRĐ –1 12 –1 13 1 –1 14 –1 –1 15 0 –1 16 0 –1 1 17 0 1 18 0 MRĐ –1 BĐN –1 TG –1 –1 –1 BĐN -1.6818 TG 0 1.6818 -1.6818 1.6818 -1.6818 0 19 0 10 1.6818 0 20 0 TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech 12/9/2023 ❖ Cách tiến hành tạo các nghiệm thức: Không mã hoá ▪ Stat\ DOE\ Response Surface\ Create a Response Surface Design ▪ Khi cửa sổ “Create Response Surface Design” xuất hiện: - Đánh dấu chọn “Central composite”- Kiểu CCD - Xác nhận số nhân tố thí nghiệm tại “Number of factors” - Chọn “Design”, Chọn Full –Runs -block = 1, chọn “defaults”, OK - Chọn “Factors” để khai báo các giá trị của ba nhân cần bớ trí thí nghiệm • Chọn “Cube points” • Đặt tên cho từng nhân tố, nhập giá trị lớn nhất và nhỏ nhất cần bố trí thí nghiệm cho từng nhân tố ở ô ‘Name”, “Low” (giá trị nhỏ nhất), và “High” (giá trị lớn nhất) - Chọn “Options”, bỏ dấu chọn ở ô “Randomize runs”, OK - Chọn “Results”, chọn “Summary table and design table”, OK ▪ Lưu lại tập tin kết quả tạo ma trận nghiệm thức theo kiểu Không mã hoá TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech 12/9/2023 TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech 12/9/2023 Bảng 4.1 Bảng tóm tắt các giá trị Mã hóa và Khơng mã hóa thí nghiệm Khơng mã hóa Mã hóa - 1.6818 (-α) -1 +1 + 1.6818 (+α) MRĐ (g/L): X1 BĐN (g/L): X2 Thời gian nuôi cấy (Giờ): X3 Bảng 4.2 Các giá trị các đơn vị thí nghiệm khơng mã hóa TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech Đơn vị TN (Std order) MRĐ Nhân tố BĐN Thời gian 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 12.00 20.00 12.00 20.00 12.00 20.00 12.00 20.00 9.27 22.73 16.00 16.00 16.00 16.00 16.00 16.00 16.00 16.00 16.00 16.00 64.00 64.00 96.00 96.00 64.00 64.00 96.00 96.00 80.00 80.00 53.09 106.91 80.00 80.00 80.00 80.00 80.00 80.00 80.00 80.00 24.00 24.00 24.00 24.00 72.00 72.00 72.00 72.00 48.00 48.00 48.00 48.00 7.64 88.36 48.00 48.00 48.00 48.00 48.00 48.00 12/9/2023 Cách tiến hành tạo ma trận nghiệm thức: Mã hoá ▪ Stat\ DOE\ Response Surface\ Create a Response Surface Design ▪ Khi cửa sổ “Create Response Surface Design” xuất hiện: - Đánh dấu chọn “Central composite”- Kiểu CCD - Xác nhận số nhân tố thí nghiệm tại “Number of factors” - Chọn “Design”, Chọn Full –Runs -block = 1, chọn “defaults”, OK - Chọn “Factors” để khai báo các giá trị của ba nhân cần bớ trí thí nghiệm • Chọn “Cube points” • Đặt tên cho từng nhân tớ ở ‘Name”, nhập giá trị -1 và +1 cho từng nhân tố “Low” (giá trị -1 ), và “High” (giá trị + 1) - Chọn “Options”, bỏ dấu chọn ở ô “Randomize runs”, OK - Chọn “Results”, chọn “Summary table and design table”, OK ▪ Lưu kết quả tạo ma trận nghiệm thức theo kiểu Mã hoá TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech 12/9/2023 Bảng 4.3 Các giá trị các đơn vị thí nghiệm mã hóa TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech Đơn vị TN (Std order) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 MRĐ –1 –1 –1 –1 -1.6818 1.6818 0 0 0 0 0 Nhân tố BĐN –1 –1 1 –1 –1 1 0 Thời gian –1 –1 –1 –1 1 1 0 -1.6818 1.6818 -1.6818 1.6818 0 0 0 0 0 0 10 12/9/2023 Từ dữ liệu kết quả nghiên cứu ở tập tin: “BTTH 3_Kết quả vi khuẩn”: ▪ Phân tích ANOVA và xây dựng phương trình hồi qui về sinh khối vi khuẩn dựa vào chỉ tiêu: Mật rỉ đường, Bã đậu nành và thời gian nuôi cấy theo kiểu Không mã hoá ▪ Trình bày kết quả ở dạng đồ thị: Contour và Surface ▪ Xây dựng và chọn mô hình hồi qui tối ưu và xác định điều kiện nuôi cấy tối ưu để tạo sinh khối cao vi khuẩn dựa vào Mật rí đường, Bã đậu nành, Thời gian nuôi cấy Nhập kết quả vào Minitab dựa vào kết quả thiết kế thí nghiệm theo Không mã hoá a) Phân tích ANOVA và xây dựng mô hình hồi qui ▪ Bước 1: Cần xác định thiết kế thí nghiệm trước phân tích ANOVA Stat\ DOE\ Response Surface\ Define Custom Response Design - Khi hộp thoại “Define Custom Response Design” xuất hiện, - Chọn biến số: MRĐ, BĐN, và TG vào ô “Factors” - Chọn “Low/high” Khi hộp thoại “Low/high” xuất hiện: • Khai báo giá trị nhỏ và lớn cho từng nhân tố: MRĐ, BĐN, TG • Chọn “Uncoded”, OK ▪ Bước 2: Tiến hành phân tích ANOVA và xây dựng mô hình hồi qui Stat\ DOE\ Response Surface\ Analyze Response Surface Design Khi cửa sổ “Analyze Response Surface Design” xuất hiện: - Chọn biến “Log10(VK)” vào ô “Response” - Chọn “Uncoded units” - Chọn “Terms”, cửa sổ “Terms” xuất hiện chọn dạng p/t t/q theo “Full quadratic”, OK - Chọn “Graph”, chọn “Normal plot” để kiểm tra kết quả có phân bố chuẩn hat không - Chọn “Results”, chọn “Coefficient and ANOVA table”, OK b) Trình bày kết quả ở dạng đồ thị: Contour và Surface ▪ Bước 1: Cần xác định thiết kế thí nghiệm trước phân tích ANOVA Stat\ DOE\ Response Surface\ Define Custom Response Design (Như ở phần trên) ▪ Bước 2: Tiến hành vẻ đồ thị: Stat\ DOE\ Response Surface\ Contour hoặc Surface plots - Khi hộp thoại “Contour hoặc Surface plots” kích chọn “Contour” hoặc “Surface” - Chọn “Setting” để thiết lập dạng đồ thị theo đường đồng mức (Contour) và 3D (Surface) - Lưu ý: Chọn “Uncoded” hộp “Contour” và “Surface c) Xây dựng mô hình hồi qui tối ưu ▪ Bước 1: Xác định TK TN Stat\DOE\Response Surface\Define Custom Response Design ▪ Bước 2: Tiến hành xây dựng mô hình hồi qui tối ứu (có chuyển dổi dữ liệu) Stat\ DOE\ Response Surface\ Analyze Response Surface Design TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech 11 12/9/2023 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TỐI ƯU HOÁ MẬT ĐỘ VSV Nghiệm thức 10 Các yếu tố khảo sát A: Mật rỉ B: Bã đậu C: Thời đường nành gian g g 12,00 64,00 24,00 20,00 64,00 24,00 12,00 96,00 24,00 20,00 96,00 24,00 12,00 64,00 72,00 20,00 64,00 72,00 12,00 96,00 72,00 20,00 96,00 72,00 9,27 80,00 48,00 22,73 80,00 48,00 Sinh khối CFU/g 1,48 x 108 1,39 x 108 9,67 x 107 2,82 x 108 3,27 x 109 6,83 x 109 4,41 x 109 4,36 x 109 1,67 x 109 2,00 x 109 Log10 (CFU/g) 8,17 8,14 7,99 8,45 9,52 9,83 9,64 9,64 9,22 9,30 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TỐI ƯU HOÁ MẬT ĐỘ VSV Nghiệm thức 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Các yếu tố khảo sát A: Mật rỉ B: Bã đậu C: Thời đường nành gian g g 16,00 53,09 48,00 16,00 106,91 48,00 16,00 80,00 7,64 16,00 80,00 88,36 16,00 80,00 48,00 16,00 80,00 48,00 16,00 80,00 48,00 16,00 80,00 48,00 16,00 80,00 48,00 16,00 80,00 48,00 TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech Sinh khối CFU/g 7,67 x 108 1,97 x 109 1,33 x 107 2,52 x 109 2,04 x 109 1,89 x 109 2,80 x 109 2,23 x 109 1,93 x 109 1,78 x 109 Log10 (CFU/g) 8,88 9,29 7,12 9,40 9,31 9,28 9,45 9,35 9,29 9,25 12 12/9/2023 TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech 13 12/9/2023 TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech 14 12/9/2023 TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech 15 12/9/2023 TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech 16 12/9/2023 Kết quả phân tích ANOVA và p/t t/q theo kiểu: Không mã hoá TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech 17 12/9/2023 TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech 18 12/9/2023 TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech 19 12/9/2023 TS Nguyễn Tấn Chung-Dept of EnviBiotech 20