Xây Dựng Mô Hình Toán Họ Để Điều Khiển Kết Thú Quá Trình Thuỷ Phân Tinh Bột Ngô ( Zea Mays ).Pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC X TO ÂY DỰNG MÔ HÌNH ÁN DỌC ĐỂ ĐI ỂN KỀU KHI ẾT THÚC QUÁ TRÌNH TH Ô ỦY PH ỘT NGÂN TINH B NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐẶNG[.]

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ĐI ỀU KHI ỂN K ẾT TH ÚC QUÁ TRÌNH

TH ỦY PH ÂN TINH B ỘT NG Ô

NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐẶNG THANH THỦY

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS HOÀNG ĐÌNH HOÀ

HÀ NỘI 2006

3 Các hình vẽ

1 Các nội dung

Phần I MỞ ĐẦU 5

Phần II TỔNG QUAN 7

II.1 Đặc điểm cấu tạo của Ngô (Corn/Maize) 7

II.1.1 Cấu tạo 7

II.1.2 Thành phần hoá học 9

II.2 Enzim và cơ chế thuỷ phân tinh bột 14

II.2.1 Phân loại và cơ chế thủy phân 14

II.2.2 Các enzim phân cắt mối liên kết α-1,4 glucozid 15

II.2.3 Các enzim phân cắt mối liên kết α-1,6 glucozid 17

II.3 Các chế phẩm enzim 19

II.4 Ứng dụng của sản phẩm thủy phân 22

II.5 Lý thuyết Quy hoạch thực nghiệm điều khiển quá trình 23

Phần III NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35

III.1 Nguyên liệu, thiết bị 35

III.2 Phương pháp nghiên cứu 36

III.2.1 Phương pháp hoá sinh 36

III.2.1.1 Xác định hoạt độ α- amylaza (Hđ.A) theo Rukhliadeva từ vi - khuẩn 36 III.2.1.2 Xác định hoạt độ α- - amylaza (Hđ.A) - theo Rukhliadeva từ nấm mốc 38 III.2.2 Phương pháp hoá lý 38

III.2.2.1 Xác định độ ẩm 38

III.2.2.2 Xác định hàm lượng glucoza: 38

III.2.2.3 Xác định dextrin: Phương pháp kết tủa cồn 40

III.2.2.4 Xác định maltoza: Phương pháp iod 41

III.2.2.5 Xác định đường theo DNS 42

III.2.2.6 Xác định hàm lượng tinh bột 42

III.2.2.7 Xác định nồng độ chất khô theo phương pháp hoá lý dùng chiết quang kế. 43

-

Đặng Thanh Thủy III.2.3.1 Phương pháp dịch hoá 44

III.2.3.2 Phương pháp đường hóa 44

III.2.4 Phương pháp toán 45

III.2.4.1 Lựa chọn các thông số điều khiển của quá trình 45

III.2.4.2 Xây dựng Kế hoạch thực nghiệm và làm thí nghiệm nhận thông tin 48 III.2.4.3 Xây dựng mô hình toán học 49

Phần IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54

IV.1 Khảo sát đặc tính nguyên liệu 54

IV.1.1 Xác định độ ẩm của bột ngô 54

IV.1.2 Xác định hàm lượng glucoza trong bột ngô 54

IV.1.3 Xác định hàm lượng dextrin trong bột ngô 55

IV.1.4 Xác định hàm lượng tinh bột trong bột ngô 55

IV.2 Xác định hoạt lực enzim của các chế phẩmenzim 55

IV.2.1 Termamyl 120L 55

IV.2.2 Fungamyl 800L 56

IV.3 Khảo sát sát ảnh hưởng của thời gian tới quá trình dịch hoá 56

IV.4 Khảo sát ảnh hưởng của từng yếu tố đơn lẻ đến quá trình đường hoá 57 IV.4.1 Nhiệt độ 57

IV.4.2 Thời gian 58

IV.4.3 Nồng độ Enzim 59

IV.5 Thiết lập mô hình quy hoạch thực nghiệm: 60

IV.5.1 Lựa chọn thông số điều khiển của quá trình 60

IV.5.2 Xây dựng Kế hoạch thực nghiệm và thí nghiệm nhận thông tin 60 IV.5.3 Xây dựng mô hình thực nghiệm 61

IV.5.4 Kiểm chứng bằng thực nghiệm 63

IV.5.5 Giải bài toán điều khiển quá trình đặt ra 65

Phần V KẾT LUẬN 69

Phần VI TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

Các bảng biểu Bảng II-1 Tỷ lệ trọng lượng vỏ, phôi và nội nhũ 7

Bảng II-2 Sự phân bố thành phần hóa học trong từng phần của hạt ngô 8

Bảng II-3 Thành phần hoá học của một số loại ngô 9

Bảng II-4 Thành phần amyloza của một số loại nguyên liệu giàu tinh bột 11

-

Đặng Thanh Thủy Bảng II-5 Tính chất tinh bột của một số loại nguyên liệu giàu tinh bột 12

Bảng II-6 - Độ bền với nhiệt độ của α-amylase từ malt (Miller, Johnson và Palmer) 17

Bảng II-7 - Đặc tính kỹ thuật của một số chế phẩm enzim 20

Bảng III-1 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thuỷ phân tinh bột 45

Bảng III-2 Mẫu ma trận thực nghiệm 2 3 48

Bảng III-3 Hằng số tìm phương trình hàm mục tiêu 51

Bảng IV-1 Ma trận thực nghiệm 23 60

Bảng IV-2 Ma trận thực nghiệm mở rộng 61

Bảng IV-3 Các hằng số tìm hàm mục tiêu y 1 61

Bảng IV-4 Hằng số tìm hàm mục tiêu y 2 62

Bảng IV-5 Hằng số tìm hàm mục tiêu y 3 62

Bảng IV-6 Giá trị hàm mục tiêu y 1 thực nghiệm và lý thuyết 63

Bảng IV-7 Giá trị hàm mục tiêu y2 thực nghiệm và lý thuyết 64

Bảng IV-8 Giá trị hàm mục tiêu y 3 thực nghiệm và lý thuyết 64

Bảng IV-9 Thông số của quá trình thuỷ phân với bài toán 1 65

Bảng IV-10 So sánh giá trị hàm mục tiêu lý thuyết và thực nghiệm 66

Bảng IV-11 Sai số giữa lý thuyết và thực nghiệm 66

Các đồ thị Đồ thị II-1 Tỷ lệ các thành phần trong nội nhũ của hạt ngô 9

Đồ thị II-2 Hàm lượng tinh bột ở các loại ngô khác nhau 10

Đồ thị II-3 Sản lượng ngô dùng cho sản xuất tinh bột 13

Đồ thị IV-1 Hàm lượng tinh bột trung bình của nguyên liệu 55

Đồ thị IV-2 Hoạt lực enzim trung bình của chế phẩm Termamyl 120L 56

Đồ thị IV-3 Hoạt lực enzim trung bình của chế phẩm Termamyl 120L 56

Đồ thị IV-4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng thuỷ phân 58

Đồ thị IV-5 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thuỷ phân 58

Đồ thị IV-6 Ảnh hưởng của nồng độ enzim đến quá trình thuỷ phân 59

Các hình v ẽ Hình II-1 Cấu tạo của amyloza và amylopectin 11

Hình II-2 Hình dạng, kích thước của tinh bột ngô 12

Hình II-3 Sự biến đổi của hạt tinh bột ngô trong quá trình hồ hoá 13

Hình II-4 Sơ đồ thuỷ phân tinh bột dưới tác dụng α và β- amylaza 14

-

Đặng Thanh Thủy Hình II-6 Sơ đồ đối tượng nghiên cứu với nhiễu e có tính cộng 29

Hình II-7 Các bước trong thuật toán xây dựng mô hình điều khiển 32

Hình III-1 Sơ đồ thuỷ phân bằng các chế phẩm enzim 43

Hình III-2 Sơ đồ cây các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng thuỷ phân 46

Hình III-3 Mô tả phần mềm giải hệ phương trình bậc nhất 3 ẩn 52

Phụ lục Bảng phụ lục 1 39

Bảng phụ lục 2 41

Phần I MỞ ĐẦU

Từ xa xưa đến xã hội ngày nay, thực phẩm luôn là mối quan tâm hàng đầu trong vấn đề duy trì xã hội loài người Cùng với sự phát triển của tiến bộ khoa học và kĩ thuật, ngành khoa học về chế biến thực phẩm cũng phát triển tương xứng, tạo ra sản phẩm đa dạng, đáp ứng nhu cầu ngày càng khắt khe của ngườitiêu dùng

Quy hoạch thực nghiệm là cơ sở phương pháp luận của nghiên cứu thực nghiệm hiện đại Lý thuyết thực nghiệm mới cho phép lựa chọn chiến lược nghiên cứu tối ưu trong khi chưa hiểu biết quá trình một cách toàn diện Đối tượng càng phức tạp, hiệu quả của phương pháp này càng cao Người nghiên cứu tìm được mô hình toán học của quá trình để giải bài toán tối ưu theo quan điểm mới và sử dụng mô hình để xem xét điều kiện quá trình

Bài toán tìm kết quả của một phản ứng hóa sinh học với nhiều yếu tố đầu - vào khác nhau là một hệ phức tạp, rất phù hợp để áp dụng phương pháp này Phản ứng thủy phân tinh bột chẳng hạn, các yếu tố đầu vào gồm nhiều yếu tố ảnh hưởng khác nhau như: hóa chất, enzim, nhiệt độ, môi trường, pH, thời gian, Bản thân các yêu tố này cũng có tác động lẫn nhau khi tham gia quá trình Trong luận văn này nghiên cứu cách áp dụng phương pháp điều khiển quá trình cho phản ứng thuỷ phân tinh bột từ nguyên liệu ngô

Nước ta là nước nông nghiệp với sản lượng lương thực lên đến 39,9 triệu tấn, trong đó ngô là nguồn nguyên liệu chưa được chú trọng tạo ra các sản phẩm

có giá trị kinh tế cao, chủ yếu mới chỉ sử dụng cho gia súc Từ các nguyên liệu giàu tinh bột này qua các giai đoạn dịch hoá, đường hoá, lên men và kết hợp với các yếu tố sinh, hoá, lý khác nhau…tạo ra nhiều sản phẩm đa dạng như bánh kẹo, rượu, đồ uống…

trong suốt thời gian phản ứng Chúng có thể tạo ra các thành phần khác nhau như gluco, malto, dextrin… và thay đổi tỷ lệ của mỗi thành phần trong hỗn hợp

Quá trình phản ứng xảy ra khá phức tạp, cho đến nay người ta cũng chỉ dừng

ở mức nhận biết được các kết quả đầu ra so với các yếu tố đầu vào của phản ứng cũng như xác định các thay đổi của các yếu tố tham gia quá trình phản ứng như thời gian, nhiệt độ, pH, nồng độ enzim…Trong đề tài này nghiên cứu cách áp dụng phương pháp điều khiển quá trình cho phản ứng thuỷ phân tinh bột từ nguyên liệu ngô

Luận văn giải quyết những vấn đề sau đây:

1 Lựa chọn phương pháp thuỷ phân bột ngô

2 Lựa chọn các nguyên liệu và loại enzim phù hợp cho thực hiện phản ứng thuỷ phân

3 Xây dựng phương pháp thực nghiệm

4 Tiến hành thực nghiệm lấy số liệu

5 Xây dựng đường hồi quy thực nghiệm dựa trên các số liệu có được

6 Xây dựng đường hồi quy lý thuyết theo phương pháp bình phương bé nhất

7 Kiểm tra xác nhận đường hồi quy lý thuyết bằng các chuẩn thống kê toán học và các thực nghiệm

8 Đưa ra các kết luận về phương pháp và các điểm cần được phát triển, đòi hỏi có thời gian nghiên cứu sâu hơn

Phần II TỔNG QUAN

II.1.1 Cấu tạo

Ngô là giống cây được cho rằng có nguồn gốc từ Mexico và vùng Trung Mỹ Ngô là cây lương thực quan trọng sau lúa mì và gạo, là một trong những loại cây lương thực quan trọng Từ ngô chế biến được nhiều loại thực phẩm cho người, nguyên liệu công nghiệp và thức ăn gia súc Đặc biệt ngô là nguồn sản xuất tinh bột nhiều nhất và quan trọng nhất so với các loại ngũ cốc khác Hạt ngô được dùng nhiều trong công nghiệp sản xuất rượu, bia, tinh bột, đường glucoza Phôi ngô để ép dầu ngô và sản xuất vitamin E, vitamin B1. [6]

Hạt ngô về mặt thực vật là loại quả dĩnh; một hạt riêng rẽ có vỏ hạt và hạt Có

4 cấu trúc chính: vỏ hạt, phôi mầm, phôi nhũ và cuống hạt. [ ] 19

Tỷ lệ giữa các thành phần này của một số loại ngũ cốc như sau:

Bảng II-1 Tỷ lệ trọng lượng vỏ, phôi và nội nhũ

Lúa 16,0 27,0– 2,0 – 2,5 72Ngô 5,0 - 8,5 10,0 15,0– 79 83– Lúa mì 15,0 19,0- 2,2 3,2 – 77 82–

1 Vỏ

Là bộ phận bảo vệ cho phôi và nội nhũ khỏi bị tác động cơ học cũng như hóa học từ bên ngoài Thành phần chính của vỏ là xenluloza, hemixenluloza, lignin, không có dinh dưỡng

2 Lớp alơrong và nội nhũ

thành dày Trong tế bào alơrong có chứa hợp chất nitơ, các chất khoáng và các giọt chất béo.

Sau lớp alơrong là các tế bào lớn, thành mỏng có hình dạng khác nhau, sắp xếp không thứ tự Đó là các tế bào nội nhũ Nội nhũ là phần dự trữ chất dinh dưỡng của hạt Thành phần chủ yếu của tế bào nội nhũ là tinh bột và protein Ngoài ra trong nội nhũ còn có một lượng nhỏ chất béo, muối khoáng và sinh

tố

3 Phôi

Phôi là phần phát triển thành cây non khi hạt nảy mầm, vì thế có khá nhiều chất dinh dưỡng: 35% protein, 25% các gluxit hòa tan, 40% chất béo Phần lớn lượng sinh tố và enzim của hạt đều tập trung ở phôi. [5]

Bảng II-2 Sự phân bố thành phần hóa học trong từng phần của hạt ngô

Đồ thị II-1 Tỷ lệ các thành phần trong nội nhũ của hạt ngô

Bảng II-3 Thành phần hoá học của một số loại ngô

Ngô bộtNgô răng ngựaNgô đá

Ngô sáp Ngô đườngNgô nổ

11,3 12,2 12,3 12,9 13,8 14,3

64,2 61,5 60,0 61,6 31,2 59,9

7,2 7,7 7,9 7,8 14,4 6,36

1,05 1,16 1,28 1,10 1,37 1,33

Đồ thị II-2 Hàm lượng tinh bột ở các loại ngô khác nhau

Ngoài các thành phần trên, trong ngô còn có khoảng 1,6- 2,7% xenluloza; 1,5- 5% đường; 1,0- 6% dextrin; 7- 8% pentozan Trong ngô còn chứa nhiều loại vitamin: caroten có nhiều trong ngô vàng; ít trong hạt ngô vỏ trắng; vitamin nhóm B cũng có nhiều trong ngô, vitamin E có khoảng 0,23% trong dầu ngô; vitamin D và C có một lượng nhỏ trong ngô non Qua số liệu bảng trên thấy rằng, hạt ngô chứa nhiều chất béo hơn hạt ngũ cốc khác Có loại ngô chứa tới

14 15%- chất béo và tập trung chủ yếu ở phôi ngô [6]

Vỏ hạt có hàm lượng chất xơ thô cao khoảng 87%, cấu thành chủ yếu bởi hemicelluloza 67%, celluloza 23% và lignin 0,1% Mặt khác, nội nhũ chứa lượng tinh bột cao 87,6% và lượng protein khoảng 8% Hàm lượng chất béo thô trong nội nhũ tương đối thấp Cuối cùng mầm chứa hàm lượng chất béo cao, trung bình khoảng 33% Mầm cũng chứa một lượng protein tương đối cao 18,4% và các chất khoáng Khoảng 92% lượng protein ở teosinte (ngô dại) nằm ở nội nhũ [6]

Tinh bột chiếm chủ yếu trong nội nhũ và toàn hạt ngô Ngô đường ít tinh bột hơn nhưng lại giàu đường và dextrin hơn các loại ngô khác Là thành phần chính của hạt ngô, chiếm tới 72 73% trọng lượng hạt Những hydrat cacbon - khác phải là những đường đơn như glucoza, saccaroza, và fructoza chiếm từ 1- 3% trọng lượng hạt Tinh bột ngô được cấu thành từ 2 thành phần chính:

amyloza và amylopectin Phần amyloza (có trọng lượng phân tử khoảng 250.000Da) chiếm 25 30% và amylopectin (có trọng lượng phân tử khoảng - 50-500 triệu Da) chiếm 70 75% Ngô nếp chứa 100% là amylopectin.-

Hình II-1 Cấu tạo của amyloza và amylopectin

So với bột mì thì ngô ít protit hơn nhưng ngô lại chứa nhiều protit hơn thóc (gạo) Tuy nhiên, trong protit của ngô thường thiếu 2 axit amin không thay thế là lyzin và triptophan [19]

Bảng II-4 Thành phần amyloza của một số loại nguyên liệu giàu tinh bột

Tên nguyên liệu Amyloza (%) Amylopectin (%)

Nguyên liệu Hình dạng Kích thước (µm) Nhiệt độ hồ hoá (0C)

750C

Hình II-2 Hình dạng, kích thước của tinh bột ngô

Sự biến đổi của hạt tinh bột ngô trong quá trình hồ hoá được thể hiện qua hình II- 3:

Maize starch (Amylum Maidis):

Polygonal, rounded or spherical granules up

to about 35 µm in diameter and usually having a

circular or several-rayed cleft

Hình II-3 Sự biến đổi của hạt tinh bột ngô trong quá trình hồ hoá

Protein của ngô chủ yếu là zein nằm trong phần nội nhũ Người ta thấy rằng -

có đến 14 17 polypeptids khác nhau của protein ngô.-

Sản lượng ngô trên thế giới là 600 triệu tấn hàng năm Trong đó gần 10% được dùng cho sản xuất tinh bột và các đường _dẫn xuất tinh bột, chiếm hàng đầu so với các loại ngũ cốc khác

97.37%

Dùng cho s?n xu?t tinh b?t

M?c đích khác

Đồ thị II-3 Sản lượng ngô dùng cho sản xuất tinh bột

cung cấp nguyên liệu chủ yếu cho ngành sản xuất tinh bột trên toàn thế giới

II.2.1 Phân loại và cơ chế thủy phân

Các enzim thuỷ phân tinh bột thuộc nhóm hydrolaza Dựa vào khả năng phân cắt các mối liên kết trong mạch tinh bột, có thể phân loại như sau:

- nhóm enzim phân cắt mối liên kết α- 1,4 glucozid

- nhóm enzim phân cắt mối liên kết α- 1,6 glucozid

- nhóm enzim phân cắt cả mối liên kết α 1,4 glucozid lẫn mối liên kết α- - 1,6 glucozid

Tinh bột

Dextrin phân tử lượng thấp

Dextrin phân tử lượng cao

Oligosaccarise Maltotriose Maltose

α-amylase

β-amylase

Amylopectin Amylose

II.2.2 Các enzim phân cắt mối liên kết α-1,4 glucozid

α-amylase: (1,4 glucan 4 glucanhydrolase) (EC 3.2.1.1) -

-α-amylase có khả năng phân cắt các liên kết α- -1,4 glucoside của cơ chất một cách ngẫu nhiên và là enzim nội bào α amylase không chỉ có khả năng phân -hủy hồ tinh bột mà còn có khả năng phân hủy các hạt tinh bột nguyên vẹn Enzim này có tính đặc trưng là có khả năng dịch hóa cao, khi tác dụng lên tinh bột làm giảm nhanh độ nhớt của tinh bột đã hồ hoá

Cơ chế tác dụng của α - amylase:

Sự thủy phân tinh bột của α amylase trải qua nhiều giai đoạn:

-Trước tiên enzim này phân cắt một số liên kết α- 1,4 trên nhiều chuỗi và trong nhiều điểm trên cùng một chuỗi của tinh bột tạo ra một lượng lớn dextrin phân tử thấp (oligosacarit), sau đó các dextrin này bị thủy phân tiếp tục để tạo ra malto và gluco

Amylose bị phân cắt thành các oligosacarit hay polyglucoza (6-7 gốc glucoza) dưới tác dụng của α-amylase, sau đó các oligosacarit này tiếp tục bị phân cắt nên chuỗi bị ngắn dần và tạo thành maltotetroza, maltotrioza, maltoza Sau thời gian tác dụng dài, sản phẩm của quá trình thủy phân amylose là 13% glucoza và 87% maltoza [8]

Tác dụng của α amylase trên amylopectin cũng xảy ra tương tự Ở giai đoạn đầu thuỷ phân, 20% oligosacarit và maltoza được tạo thành Các tri- và tetra- sacarit tạo ra tiếp đó được α-amylase phân cắt một cách chậm chạp và cuối cùng tạo ra 72% maltoza, 19% glucoza, ngoài ra còn có dextrin mạch nhánh phân tử thấp và isomaltoza (8%) do α amylase không thể cắt được liên kết α- -1,6 glucoside ở mạch nhánh của phân tử amylopectin

-Khả năng dextrin hóa của α-amylase rất cao do đó người ta còn gọi -amylase α

nhau, mỗi loại amylase có một tổ hợp amino acid đặc hiệu riêng α

-α-amylase là một protein giàu tyrosine, trytophan, axit glutamic và aspartic Axit glutamic và aspartic chiếm khoảng ¼ tổng lượng axit amin cấu thành nên phân tử enzym α amylase có ít methionine và có khoảng 7 10 gốc - -cysteine Trọng lượng phân tử của α-amylase malt là 59.000 kDa (Knin,1956; Fischer, Stein, 1960), của vi khuẩn 24- 100 kDa α amylase dễ tan trong nước, -trong dung dịch muối và rượu loãng Protein của các amylase có tính axit yếu

và có tính chất của globulin Điểm đẳng điện nằm trong vùng pH 4,2-5,7 (Bernfeld P, 1951)

α-amylase là một enzim cơ kim Mỗi phân tử α-amylase đều có chứa 1-30 nguyên tử gam Ca/mol, nhưng không ít hơn 1 6 nguyên tử gam/mol Ca tham -gia vào sự hình thành và ổn định cấu trúc bậc 3 của enzym, duy trì hoạt động của enzim (Modolova, 1965) Do đó, Ca còn có vai trò duy trì sự tồn tại của enzim khi có tác động bởi các tác nhân gây biến tính và tác động của enzim phân giải protein Nếu phân tử α amylase loại bỏ hết Ca thì nó sẽ hoàn toàn bị -mất hết khả năng thủy phân cơ chất α amylase bền với nhiệt độ hơn các -amylase khác Đặc tính này có lẽ liên quan đến hàm lượng Ca trong phân tử Tất cả các amylase đều bị kìm hãm bởi các kim loại nặng như Cu2+, Ag+,

Hg2+…

Điều kiện hoạt động của α amylase từ các nguồn khác nhau thường không giống nhau Biên độ pH tối thích cho hoạt động của α-amylase từ malt khác với α-amylase từ VSV pH tối thích cho hoạt động của α-amylase từ đại mạch nẩy mầm và thóc mầm là 5,3 (có thể hoạt động tốt trong khoảng pH 4,7-5,4)

-Độ bền với axit của α-amylase malt kém hơn so với độ bền của α-amylase nấm mốc Độ bền của α-amylase bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và pH Tuy nhiên

so với các loại amylase khác thì độ bền nhiệt của α amylase cao hơn Ở 0- oC

và pH 3,6 α amylase của malt hoàn toàn bị mất hoạt tính α- -amylase của thóc mầm và malt hoạt động tốt nhất ở 58-60oC

Bảng II-6 - Độ bền với nhiệt độ của α amylase từ malt (Miller, Johnson và

-Palmer)

Nhiệt độ (oC) Hoạt độ α-amylase (%)

so với ban đầu Nhiệt độ (

II.2.3 Các enzim phân cắt mối liên kết α-1,6 glucozid

β- amylase (1,4 α glucan-maltohydrolase) (EC 3.2.1.2)

-β-amylase hiện diện phổ biến ở thực vật, đặc biệt là ở hạt nẩy mầm Ở trong các hạt ngũ cốc nảy mầm, β amylase xúc tác sự thủy phân các liên kết α- -1,4 glucan trong tinh bột, glucogen và polysacarid, phân cắt từng nhóm maltose

từ đầu không khử của mạch Maltose được tạo thành do sự xúc tác của βamylase có cấu hình β

-Ở ngũ cốc, β amylase tham gia vào sự phân giải tinh bột trong suốt quá trình nảy mầm của hạt Ở lúa, β-amylase được tổng hợp trong hạt suốt quá trình nảy mầm của hạt và hầu như không được tổng hợp ở hạt khô Ở lúa mạch, enzym có mặt trong hạt khô, nó được tích lũy trong suốt quá trình phát triển của hạt và chủ yếu là liên kết với tinh bột của hạt Khi ở dạng liên kết, enzim này là một phân tử có trọng lượng phân tử là 64 kDa và khi bị phân cắt bởi một protease sẽ được phóng thích dưới dạng tự do và có trọng lượng phân tử

-là 59 kDa

Cơ chế tác dụng của β-amylase:

β-amylase là một enzim ngoại bào (exoenzym) Tiến trình phân giải bắt đầu

từ đầu không khử của các nhánh ngoài cùng của cơ chất β-amylase phân cắt các liên kết α-1,4 glucosid nhưng khi gặp liên kết α 1,4 glucosid đứng kế cận -liên kết α-1,6 glucoside thì nó sẽ ngưng tác dụng Phần polysaccharide còn lại

là dextrin phân tử lớn có chứa rất nhiều liên kết α 1,6 glucoside và được gọi

-là β-dextrin

Tác dụng của β amylase lên tinh bột như sau:

-Tinh bột β-amylase Maltose (54 58%) + β dextrin (42 46%)

-Nếu tinh bột bị thủy phân đồng thời bởi cả α và β-amylase thì lượng tinh bột

sẽ bị thủy phân đến 95%

Sự khác nhau giữa α và β amylase khi xúc tác sự thủy phân tinh bột:

-β-amylase hầu như không thủy phân các hạt tinh bột nguyên vẹn nhưng nó phân hủy hồ tinh bột rất mạnh

β-amylase phân giải 100% amylose thành maltose

β-amylase phân giải 54-58% amylopectin thành maltose

β-amylase chịu nhiệt kém hơn α-amylase nhưng bền với axit hơn β-amylase

bị vô hoạt ở 70oC Nhiệt độ tối thích của β-amylase là 55oC, pH tối thích 5,5

5,1-α-amylase cùng với β-amylase có trong mầm lúa mạch Tuy nhiên, trong công nghiệp người ta sản xuất amylase từ tụy tạng động vật hoặc từ nuôi cấy VSV.

Để lựa chọn chế phẩm enzim phù hợp với mục tiêu đặt ra của đề tài: tạo ra dịch thủy phân maltoza có một số chế phẩm rất hiệu quả: là Fungamyl 800L

và Maltogenase L

Các chế phẩm này có thể được sử dụng kết hợp với α- amylaza để làm giảm

độ nhớt, với pullanaza để cắt mạch dextrin, với amyloglucosidaza để thu được hàm lượng glucoza cao, hoặc với lysophospholipid để nâng cao khả năng lọc của dịch thủy phân tinh bột lúa mì Để tạo ra khoảng 60% maltoza thì có thể

sử dụng β- amylaza kết hợp với một trong số những enzim ở trên [15]

Bảng II-7 - Đặc tính kỹ thuật của một số chế phẩm enzim

Qua bảng đặc tính trên, để phù hợp với các điều kiện thực tế tự nhiên, cũng như các yêu cầu về sản phẩm thủy phân, chúng ta lựa chọn Fungamyl làm chế phẩm sẽ được sử dụng trong nghiên cứu

Fungamyl 800L là một α- amylaza từ nấm mốc Trong công nghiệp tinh bột,

nó được dùng để tạo ra dịch thủy phân lên tới 60% malto Nó cũng có khả năng phân cắt chuỗi dextrin dài, vì vậy tạo ra dịch thủy phân có khả năng lọc tốt và độ nhớt thấp

Fungamyl 800L tạo ra một lượng glucoza trong quá trình đường hóa Mức độ tạo ra glucoza tùy thuộc vào mức độ DP2 và thường là 1- 7% Có thể tạo ra

dịch malto với hàm lượng glucoza cao bằng việc sử dụng Dextrozyme GA 1.5X trong quá trình đường hóa.

Để tạo ra dịch thuỷ phân có hàm lượng maltoza < 50% thì sử dụng Fungamyl Quá trình thuỷ phân thuần tuý bao gồm: dịch hoá tới 10 14 DE và sau đó là - đường hoá bằng Fungamyl 800L (có thể sử dụng thêm Dextrozyme GA để tăng hàm lượng glucoza)

Tuỳ thuộc vào hàm lượng maltoza mong muốn và thời gian đường hoá, tỷ lệ Fungamyl biến động từ 75 300g trên một tấn chất khô.-

Sử dụng một mình Fungamyl để có hàm lượng maltoza thấp, thì pH yêu cầu: 5,0- 6,0; để có dịch đường nghịch đảo cao, thì pH yêu cầu: 5,0

Nhiệt độ yêu cầu: 550C

Để tạo ra dịch thuỷ phân có hàm lượng maltoza cao (50 55%) thì sử dụng kết - hợp cả Fungamyl 800L và β- amylaza

Một enzim cũng rất quan trọng trong quá trình đường hoá là Termamyl 120L

Đó là chế phẩm enzim có tác dụng dịch hoá, làm tăng khả năng tấn công của enzim Fungamyl vào các liên kết của mạch tinh bột Termamyl 120L là chế phẩm enzim dạng nước có chứa α- amylaza, chịu được nhiệt độ cao và được sản xuất bởi chủng men Bacillus licheniformis Nó là một endo-amylaza, được sử dụng trong những ngành công nghiệp: tinh bột, cồn, bia, đường, dệt Trong kỹ nghệ tinh bột, Termamyl được dùng cho việc dịch hoá liên tục tinh bột Các liên kết α 1,4- của phân tử tinh bột sẽ bị enzim phân cắt dẫn đến làm giảm độ nhớt của tinh bột đã hồ hoá và gia tăng độ đường (DE)

Dịch hoá được diễn ra đến khi đạt được nồng độ đường (DE) cần thiết cho các quá trình tiếp theo Đối với sản xuất đường glucoza: DE từ 8 12; đối với sản - xuất maltodextrin: DE từ 12 trở lên

tính cao và có tính ổn định theo thời gian phản ứng để có thể đi qua giai đoạn

hồ hoá của tinh bột mà không mất hoạt tính enzim một cách đáng kể [15] Trên những nghiên cứu tìm hiểu, nhà sản xuất chế phẩm enzim này đưa ra một chế độ thuỷ phân tối ưu:

nồng độ tinh bột: 30 40% độ khô-

pH: 6,0 6,5-

nhiệt độ: 105/950C

thời gian phản ứng: 5 phút 2giờ -

lượng enzim sử dụng: 0,5kg Termamyl 120L trên một tấn

Dịch thủy phân chưa triệt để gồm glucoza, maltoza, dextrin gọi chung là maltodextrin Dịch maltodextrin này rất dễ tiêu hoá, là nguồn năng lượng đáng kể (4cal/g) và thuận tiện, hoà tan trong nước lạnh, có độ ngọt thấp hoặc hầu như không có, là nguyên liệu để sản xuất nhiều loại sản phẩm dinh dưỡng lỏng và khô Cụ thể nó được ứng dụng trong các ngành:

1 Công nghiệp bánh kẹo: sử dụng làm tăng tính dẻo, ngăn ngừa sự kết tinh

và khống chế sự tan chảy, độ ngọt thấp, vị lạ, nâng cao kết cấu và kéo dài tuổi thọ của sản phẩm (vị ngọt) Chất tạo ngọt maltodextrin này còn làm giảm tỉ lệ mắc bệnh về răng, béo phì, áp huyết cao, và bệnh đái đường do chứa một lượng không đáng kể protein, chất béo hoặc chất xơ Hỗn hợp maltodextrin với tỷ lệ từng thành phần (malto, gluco, dextrin) khác nhau sẽ tạo cho sản phẩm (bánh kẹo) có những tính chất phù hợp theo yêu cầu

2 Công nghiệp nước giải khát: sử dụng làm nguyên liệu thô, sau khi trộn với một lượng vừa phải maltodextrin sẽ làm tăng hương vị tự nhiên, làm giảm

mất mát chất dinh dưỡng, làm khả năng hòa tan, giảm độ ngọt, giảm chi phí và hơn thế còn làm tăng lợi nhuận kinh tế.

3 Công nghiệp chế tạo bao bì giấy: với lực liên kết tốt và bề mặt mịn, maltodextrin có thể được sử dụng làm keo bề mặt và chất liên kết trong bao bì Đặc tính trong suốt và mềm không chỉ tạo điều kiện cho việc gắn kết bề mặt mà còn tạo ra sự trong suốt của giấy bao bì, tăng cường khả năng kết dính sợi, đồng thời cải thiện tính chất vật lý và bề ngoài của bao

bì

4 Các ngành công nghiệp khác:

Maltodextrin còn có tác dụng ổn định hệ nhũ, vì vậy có thể được sử dụng như là chất bao phủ và hấp thụ trong ngành mỹ phẩm nhằm tăng cường tính mềm mại và sáng bóng của làn da

Như chúng ta đã biết, trong quá trình tìm tòi các sản phẩm mong muốn, nhà nghiên cứu sử dụng rất nhiều phương pháp khác nhau Theo quan điểm lý thuyết, phải nghiên cứu toàn diện cơ chế của quá trình, cũng như các tính chất, đặc điểm tác động qua lại của các phần tử trong hệ trước khi lập mô hình giải tích Từ các kết quả nghiên cứu này, có thể xây dựng lý thuyết của quá trình, nhờ đó giải được mọi bài toán

Thông thường các hệ cần điều khiển lại phức tạp đến mức không thể nghiên cứu lý thuyết trong khoảng thời gian hợp lý Càng ngày chúng ta càng thâm nhập sâu vào nhiều lĩnh vực công nghệ và kỹ thuật khác nhau Đối tượng nghiên cứu ngày càng đa dạng hơn, trở thành những hệ thống cồng kềnh với tập hợp lớn các yếu tố ảnh hưởng và chỉ tiêu đánh giá Mối liên quan giữa các thành phần trong hệ thống càng không thể mô tả hoàn hảo bằng các hàm

thực nghiệm.

Ngày nay, chúng ta thường đề cập đến phương pháp kết hợp lý thuyết và thực nghiệm Song điều đó không làm giảm bớt vai trò và vị trí của nghiên cứu thực nghiệm Tùy theo mức độ hiểu biết về cơ chế của các quá trình Ý nghĩa của nghiên cứu lý thuyết thường giới hạn ở tác dụng định hướng ban đầu Hỗ trợ giảm bớt khối lượng công việc, rút ngắn thời gian cho nghiên cứu thực nghiệm Trong khi đó thực nghiệm còn có tác dụng trở lại, bổ xung cho kết quả nghiên cứu lý thuyết, xác định rõ hơn cơ chế của hiện tượng

Đã có một thời gian dài, khi các phương pháp thí nghiệm cho các quá trình phức tạp chưa được hình thức hóa, Nhà thực nghiệm chỉ dựa vào kinh nghiệm

và trực giác để chọn hướng nghiên cứu Các thí nghiệm được tiến hành bằng phương pháp cổ điển: lần lượt thay đổi từng thông số, trong khi giữ nguyên các yếu tố còn lại Các phương pháp truyền thống này chỉ cho phép tìm kiếm các thông số ảnh hưởng một cách riêng biệt khi làm thực nghiệm một cách riêng rẽ theo từng yếu tố Khi các yếu tố ảnh hưởng tăng lên nhiều lần, khối lượng thí nghiệm bị tăng nhiều hơn với cấp số nhân

Mặc dù có trong tay một tập hợp các phương trình thực nghiệm đơn yếu tố, nhưng vì chúng chỉ là những trường hợp riêng nên không cho kết luận chặt chẽ về mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố trong mối tác động qua lại giữa chúng, cũng không thể timg kiếm phương án phối hợp tối ưu cho các yếu tố ảnh hưởng Phương pháp cổ điển cũng không thấy được hướng dịch chuyển khi tìm các điều kiện của quá trình Vì vậy chúng được gọi là “thực nghiệm thụ động”

Rõ ràng, cần phải xây dựng chiến lược tiến hành thực nghiệm một cách chủ động (thực nghiệm chủ động) dựa trên cơ sở phương pháp xử lý số liệu hiện đại

Lý thuyết thực nghiệm mới cho phép lựa chọn chiến lược nghiên cứu tối ưu trong khi chưa hiểu biết quá trình một cách toàn diện Đối tượng càng phức tạp, hiệu quả của phương pháp này càng cao Người nghiên cứu tìm được mô hình toán học của quá trình để giải bài toán tối ưu theo quan điểm mới và sử dụng mô hình để xem xét điều kiện quá trình

Ở Việt Nam, quy hoạch thực nghiệm được bắt đầu ứng dụng từ những năm

70 Có thể nói, lý thuyết quy hoạch thực nghiệm từ khi ra đời đã thu hút sự quan tâm và nhận được nhiều đóng góp hoàn thiện của nhiều nhà khoa học Những ưu điểm rõ rệt của phương pháp này so với các thực nghiệm cổ điển là:

1 Giảm đáng kể số lượng thí nghiệm cần thiết Giảm thời gian tiến hành thí nghiệm và chi phí phương tiện vật chất

2 Hàm lượng thông tin nhiều hơn rõ rệt nhờ đánh giá được vai trò của tác động qua lại giữa các yếu tố và ảnh hưởng của chúng đến hàm mục tiêu Nhận được mô hình toán học thống kê thực nghiệm, đánh giá được sai số bức tranh thí nghiệm theo các tiêu chuẩn thống kê cho phép xét ảnh hưởng của các yếu tố với mức độ tin cậy cần thiết

Cho phép xác định được điều kiện tối ưu đa yếu tố của đối tượng nghiên cứu một cách khá chính xác bằng các công cụ toán học, thay cho cách giải gần đúng, tìm tối ưu cục bộ như ở các thực nghiệm thụ động Chiến lược tiến hành thực nghiệm chủ động được Fisher đề xuất trong những năm 30 của thế

kỷ trước để giải quyết các bài toán sinh học Fisher xây dựng chiến lược này dựa trên cơ sở xuất hiện một lĩnh vực mới trong thống kê toán học là phân tích phương sai do ông đặt nền móng

phát triển của phân tích phương sai, cho phép ước lượng vai trò của từng yếu

tố ảnh hưởng trong tổng phương sai của hệ

Giai đoạn phát triển thứ 2 của quy hoạch thực nghiệm được đánh dấu bởi sự xuất hiện của quy hoạch thực nghiệm cực trị, dựa trên cơ sở lý thuyết thực nghiệm cực trị toán học phát triển trong những năm 1950 Lý thuyết thực nghiệm mới cho phép lựa chọn chiến lược nghiên cứu tối ưu trong điều kiện chưa hiểu hết quá trình một cách toàn diện

Cho đến nay, trên cơ sở lý thuyết đã xây dựng, phương pháp quy hoạch thực nghiệm ngày càng được hoàn thiện Theo quan điểm ứng dụng, người thực nghiệm muốn giảm bớt càng nhiều càng tốt khối lượng thí nghiệm, trong khi vẫn đảm bảo khối lượng của mô hình toán học của hệ theo những chuẩn tối

ưu cần thiết Ở đây không đơn thuần chỉ là hiệu quả kinh tế của phương pháp,

mà ở một số trường hợp, yêu cầu này là điều kiện quyết định cho phép sử dụng một cách tin cậy vũ khí sắc bén đó Đặc biệt đối với những thực nghiệm

mà khoảng thời gian tiến hành bị giới hạn nghiêm ngặt, nếu kéo dài (vì phải làm nhiều thí nghiệm) điều kiện thực nghiệm bị thay đổi không kiểm tra được, nhiễu từ các yếu tố không được nghiên cứu, không điều khiển được sẽ làm giảm độ tin cậy của số liệu, mô hình hồi quy mất đi khả năng làm việc Đây là một trong những lý do khiến chiến lược bố trí thực nghiệm ngày càng phong phú Các loại kế hoạch thực nghiệm ngày càng đa dạng Nhờ đó, phương pháp quy hoạch thực nghiệm ngày càng được phổ cập rộng rãi trong nhiều lĩnh vực rất khác nhau tưởng chừng không áp dụng nối khoa học và công nghệ

Quy hoạch thực nghiệm là cơ sở phương pháp luận của nghiên cứu thực nghiệm hiện đại Đó là phương pháp nghiên cứu mới, trong đó công cụ toán học giữ vai trò tích cực Cơ sở toán học nền tảng của lý thuyết quy hoạch thực

nghiệm là toán học xác suất thống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi quy.

Một số thuật ngữ quy trong quy hoạch được dùng theo các nghĩa như sau:

• Quy hoạch thực nghiệm: là tập hợp các tác động nhằm đưa ra chiến thuật làm thực nghiệm từ giai đoạn đầu đến giai đoạn kết thúc của quá trình nghiên cứu đối tượng (từ nhận thông tin mô phỏng đến việc tạo ra

mô hình toán, xác định các điều kiện tối ưu), trong điều kiện đã hoặc chưa hiểu biết đầy đủ về cơ chế của đối tượng

• Đối tượng nghiên cứu của quy hoạch thực nghiệm: thường là một quá trình hoặc hiện tượng nào đó có những tính chất, đặc điểm chưa biết cần nghiên cứu Người nghiên cứu có thể chưa biết đầy đủ về đối tượng nhưng đã có một số thông tin tiên nghiệm dù chỉ là sự liệt kê khái lược những yếu tố biến đổi, ảnh hưởng đến tính chất đối tượng

Do đối tượng nghiên cứu của quy hoạch thực nghiệm thường là những hệ phức tạp, với cơ chế chưa được hiểu biết đầy đủ nhờ các mô hình lý thuyết, nên có thể hình dung chúng như một “hộp đen” trong hệ thống điều khiển gồm các tín hiệu đầu vào và đầu ra, được thể hiện bằng hình II-5

“HỘP ĐEN”

QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG

T

E

Hình II-5 Sơ đồ đối tượng nghiên cứu

Trong đó tín hiệu đầu vào được chia thành các nhóm:

1 Các biến kiểm tra được và điểu khiển được, mà người nghiên cứu có thể điều chỉnh theo dự định, biểu diễn bằng vắc tơ:

tố Các biến Z thuộc loại ngẫu nhiên

Các chỉ tiêu đầu ra dùng để đánh giá đối tượng là véc tơ Y=(y1 , y2 ,…,yq ,) Chúng thường được gọi là các hàm mục tiêu Biểu diễn hình học của các hàm mục tiêu gọi là bề mặt đáp trị (bề mặt biểu diễn).

Phương pháp toán học trong xử lý số liệu từ kế hoạch thực nghiệm là phương pháp toán học thống kê Vì vậy các mô hình biểu diễn hàm mục tiêu chính là các mô hình thống kê thực nghiệm Các mô hình này nhận được khi có cộng tính ngẫu nhiên Và vì vậy cấu trúc của hệ có dạng như ở hình II-6

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

T

Z

Y e

Hình II-6 Sơ đồ đối tượng nghiên cứu với nhiễu e có tính cộng

Đặc tính cơ bản của mô hình thống kê thực nghiệm là ở chỗ chúng không thể

mô tả được chính xác hành vi của đối tượng trong bất cứ thí nghiệm cụ thể nào Không thể chỉ ra giá trị chính xác của Y ngay cả khi hàm mục tiêu được xác định hoàn toàn chính xác và các véc tơ Z, T được ổn định Mô hình thống

kê mô tả hành vi của đối tượng theo giá trị trung bình, đặc trưng cho tính chất không ngẫu nhiên của đối tượng Các tính chất này có thể bộc lộ đầy đủ khi lặp lại nhiều lần thí nghiệm trong điều kiện không đổi Nhờ mô hình thống kê,

có thể chỉ ra giá trị tâm nào đó, mà mục tiêu Y sẽ dao động quanh nó, ứng với

bộ kết hợp các giá trị yếu tố ảnh hưởng Z, T Đồng thời có thể chỉ ra mức độ

tích hồi quy) Mô hình hồi quy được biểu diễn bằng quan hệ tổng quát:

Y=φ(Z1, Z 2, Z k; T1, T2,.Tk; β1, β 2, β k)+e = φ[(X,Z);β] + eTrong đó β=( β0, β1, β 2,… β k) là véc tơ tham số của mô hình

Để khỏi lẫn với các yếu tố ảnh hưởng Z, T, sẽ gọi β là véc tơ hệ số của mô hình Dạng hàm φ được ấn định trước, còn các hệ số β là chưa biết, cần xác định từ thực nghiệm

Các mô hình cụ thể được thể hiện như kết quả khai triển một hàm chưa biết thành dãy các hàm cơ sở theo một hệ thống nào đó Trong quy hoạch thực nghiệm người ta chọn hệ thống này ở dạng đa thức, có bậc khác nhau Mô hình bậc 1 còn gọi là tuyến tính được cho bở đa thức bậc 1 đối với các yếu tố vào Mô hình bậc 2 còn gọi là phi tuyến, được biểu diễn bằng đa thức bậc 2 đối với các yếu tố vào,

Để xác định các tham số của mô tả thống kê thực nghiệm ta phải làm các thực nghiệm theo kế hoạch thực nghiệm

Đối tượng nghiên cứu chính của lý thuyết quy hoạch thực nghiệm là các thí nghiệm tích cực Đó là các thực nghiệm chỉ bao gồm các yếu tố vào thuộc nhóm Z, người thực nghiệm chủ động thay đổi chúng theo kế hoạch thực nghiệm đã vạch sẵn

Tùy theo mục đích và nhiệm vụ, các thực nghiệm tích cực có thể chia thành nhiều loại Liên quan trực tiếp đến phương pháp quy hoạch thực nghiệm có các loại sau:

• Thực nghiệm sàng lọc là thực nghiệm mà nhiệm vụ của nó là tách những yếu tố ảnh hưởng đáng kể ra khỏi tập hợp những yếu tố đầu vào để tiếp tục nghiên cứu chúng trong các thực nghiệm cần thiết

• Thực nghiệm mô phỏng là thực nghiệm có liên quan tới việc mô phỏng hiện tượng cần nghiên cứu Có nhiều dạng mô phỏng, nhưng

ở đây chỉ đề cập đến dạng thực nghiệm, mà nhiệm vụ mô phỏng được hoàn tất bằng mô hình hồi quy đa thức

• Thực nghiệm cực trị được phát triển từ thực nghiệm mô phỏng Nhiệm vụ của nó là xây dựng mô hình toán thực nghiệm, theo đó xác định giá trị tối ưu của hàm mục tiêu và tọa độ tối ưu của hàm Nói cách khác là xác định bộ kết hợp giá trị các yếu tố vào mà tại đó hàm mục tiêu có cực trị

Đối với các thực nghiệm tích cực, miền tác động là miền các giá trị có thể có của các yếu tố Z trong thực nghiệm Trong miền tác động có miền quy hoạch- miền tác động của các yêu tố vào Z trong đó chứa vừa đủ các điểm thí - nghiệm của thực nghiệm Nói cách khác, đó là miền tạo bởi phạm vi thay đổi các yếu tố Z theo kế hoạch thực nghiệm xác định

Kế hoạch thực nghiệm bao gồm các điểm thí nghiệm, còn gọi là điểm của kế hoạch Đó là một bộ, (còn gọi là phương án) kết hợp các giá trị cụ thể của các yếu tố vào Z, ứng với điều kiện tiến hành một thí nghiệm trong tập hợp các thí nghiệm của thực nghiệm Tại điểm thứ i của kế hoạch (điểm kế hoạch i), bộ kết hợp các giá trị Zji bao gồm các giá trị cụ thể của k yếu tố vào:

kiện thí nghiệm mà người nghiên cứu quan tâm đặc biệt.

Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm:

1 Nguyên tắc không lấy toàn bộ trạng thái đầu vào

2 Nguyên tắc phức tạp dần mô hình toán học

3 Nguyên tắc đối chứng với nhiễu

4 Nguyên tắc ngẫu nhiên hóa (sử dụng tối ưu không gian các yếu tố)

5 Nguyên tắc tối ưu của quy hoạch thực nghiệm

Thuật toán của phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Lựa chọn thông số nghiên cứu

Xây dựng và kiểm tra

mô hình thực nghiệm

Tiến hành thí nghiệm nhận thông tin

Lập kế hoạch thực

nghiệm

Áp dụng vào bài toán cụ thểOK

NOT OK

Hình -7 II Các bước trong thuật toán xây dựng mô hình điều khiển

1 Chọn thông số nghiên cứu

Giai đoạn này bao gồm việc phân loại các yếu tố ảnh hưởng lên đối tượng thành các nhóm Z (kiểm tra được, điều khiển được), nhóm T (kiểm tra được,

không điều khiển được) và nhóm E (không kiểm tra được, không điều khiển được)

Đưa ra những biện pháp tích cực để hạn chế tác động của các yếu tố T, E và phân tích để chọn từ Phân loại các yếu tố ảnh hưởng lên đối tượng thành các nhóm Z, nhóm T và nhóm E Chọn ra các yếu tố ảnh hưởng chính, loại bớt những yếu tố không cần thiết, đảm bảo tính khả thi và tính hiệu quả của thực nghiệm

Ngoài ra, cần lựa chọn chỉ tiêu đánh giá đối tượng sao cho chỉ tiêu này vừa đáp ứng các yêu cầu của phương pháp quy hoạch thực nghiệm, vừa đại diện nhất cho các điều kiện của đối tượng nghiên cứu

Căn cứ vào số yếu tố ảnh hưởng chính, chỉ tiêu đánh giá, mục đích, nhiệm vụ thực nghiệm, nhóm các yếu tố vào theo các kế hoạch thực nghiệm Tính hiệu quả và khả năng làm việc của các mô hình hồi quy phụ thuộc vào kết quả xác định yếu tố vào của chúng

Trong giai đoạn này, miền quy hoạch và số mức thay đổi của các yếu tố ảnh hưởng phải được xác định sơ bộ Ở giai đoạn sau, miền quy hoạch và mức thay đổi có thể được hiệu chỉnh cho phù hợp với loại kế hoạch được chọn

2 Lập kế hoạch thực nghiệm

Quan tâm đến điều kiện thí nghiệm và đặc điểm đo đạc, nhận giá trị của mục tiêu, nhằm chọn được dạng kế hoạch thực nghiệm phù hợp với điều kiện tiến hành thí nghiệm

3 Tiến hành thí nghiệm nhận thông tin

Ở đây sử dụng các phương pháp riêng, soạn thảo cho từng đối tượng nghiên cứu Liên quan đến quy hoạch thực nghiệm về mặt phương pháp là một số hướng dẫn và yêu cầu nhằm đảm bảo sự tiện lợi cho giai đoạn xử lý số liệu

Sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất và các nội dung phân tích hồi quy, phân tích phương sai để xác định các giá trị cụ thể của các hệ số trong

mô hình hồi quy đa thức, kiểm tra mô hình theo độ tương thích và khả năng làm việc Tùy theo loại thực nghiệm tuyến tính hay bậc 2 mà có mô hình tương ứng

Phần III NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

- Các chế phẩm enzim của hãng Novo Đan Mạch: -

+ Termamyl 120L: là chế phẩm enzim α- amylaza dạng lỏng, được sản

xuất từ chủng Bacillus licheniformis

Termamyl rất bền nhiệt Nhiệt độ hoạt động tối ưu là 90- 105 0C, pH tối

ưu là 6,0- 6,5

+ Fungamyl 800L: là chế phẩm enzim α- amylaza dạng lỏng màu nâu,

tỷ trọng xấp xỉ 1,25g/ml, thu được từ chủng nấm mốc Aspergillus oryzae

Fungamyl hoạt động tốt ở 55 0C, pH từ 5,0- 5,5

- Máy và thiết bị tại phòng TN trường Đại học Bách khoa HN:

+ máy đo quang

+ máy ly tâm (Đức)

+ máy sấy hồng ngoại (Đức)

+ máy lọc chân không (Đức)

+ pH meter

+ Bx kế (Trung Quốc)