nâng cao độ phù hợp phải có các số hạng bậc 2. Khi đó ta phải tiến hành mô hình hóa thực nghiệm bậc 2. Có nhiều giải pháp tìm phương trình hồi quy bậc 2 nhưng
phổ biến nhất là 2 phương pháp: dùng ma trận tâm trực giao và ma trận tâm xoaỵ Với thực nghiệm có ba yếu tốảnh hưởng, khi tiến hành mô hình hóa thực nghiệm bậc 1 đầy đủ thì về mặt hình học mô hình là một hình lập phương 8 đỉnh, mỗi đỉnh ứng với 1 thực nghiệm và tìm được 1 hệ số bitương ứng. Để tìm được các số hạng bậc 2 ta phải làm thêm các thực nghiệm ở tâm (mức gốc) và những thực nghiệm ở điểm sao (*) là những điểm nằm trên trục tọa độ của các yếu tố tương ứng.
Hình 2.4. Sơ đồ kế hoạch thực nghiệm bậc 2 với k=3
Số thực nghiệm để tìm mô hinh hóa thực nghiệm bậc 2 tâm trực giao được tính theo công thức sau: N = 2n-q + 2.n +No .Trong đó:
- 2n-q : số thực nghiệm ở ma trận gốc - 2.n: số thực nghiệm ởđiểm sao
- N0: số thực nghiệm ở điểm tâm, thường lấy N0 = 1.
Các bước tiến hành quy hoạch hóa thực nghiệm bậc 2 tâm trực giao
Bước 1: Xác định và mã hóa các điều kiện yếu tố thực nghiệm
Bước 2: Lập ma trận thực nghiệm mã hóa của mô hình thưc nghiệm bậc 2 tâm trực giaọ
Bước 3: Tính hệ số hồi quy của phương trình hồi quy bậc 2 tâm trực giao
Bước 4: Đánh giá tính có ý nghĩa của hệ số hồi quy
Bước 5: Đánh giá tính phù hợp của mô hình theo phương trình hồi quy bậc 2 tâm trực giaọ
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đánh giá chất lượng mẫu củ nghệ vàng tại Nghệ An, Việt Nam
3.1.1. Đánh giá cảm quan củ nghệ vàng tại Nghệ An
Các mẫu nghệ vàng (Curcuma longa L.) tươi thu tại Nghệ An được đánh
giá cảm quan như bảng 3.1 dưới đâỵ
Bảng 3.1. Các mẫu nghệ vàng từ một số vùng trồng nguyên liệu STT Địa điểm Thời gian Kí hiệu Hình ảnh Đánh giá cảm quan 1 Xã Tam Hợp, huyện Tương Dương, Tỉnh Nghệ An. 04/2019 - 02/2020
NA01 Mẫu củtươi, màu
vàng, mùi nghệđặc
trưng, 50% nhánh.
2 NA02 Mẫu củtươi, màu
vàng, mùi nghệđặc trưng, 50% nhánh. 3 03/2019 - 02/2020
NA03 Mẫu củtươi, màu
vàng cam, mùi nghệ
đặc trưng, 30% nhánh.
4 NA04 Mẫu củtươi, màu
vàng, mùi nghệđặc trưng, 40% nhánh. 5 Nam Lộc, Nam Đàn, Nghệ An. (Trồng trên đất đồi) 03/2019 - 03/2020
NA05 Mẫu củtươi, màu
vàng cam, mùi nghệ
đặc trưng, 45% nhánh.
6 NA06 Mẫu củtươi, màu
vàng, mùi nghệđặc
trưng, 40% nhánh.
7 NA07 Mẫu củtươi, màu
vàng cam, mùi nghệ
Từ kết quả của bảng 3.1, ta thấy 3 mẫu NA05, NA06, NA07 ở Nam Đàn đang có thời gian trồng là dài nhất (12 tháng), sau đó đến mẫu NA03, NA04 ở Tương Dương (11 tháng) và thấp nhất là 2 mẫu NA01, NA02 ởTương Dương (10
tháng). Tất cả các mẫu đều có màu vàng đến vàng cam và lượng củ nhánh chiếm từ 30-50%. Mẫu NA07, NA03 có lượng củ nhánh thấp nhất chiếm 30% và mẫu
NA01, NA02 có lượng củ nhánh nhiều nhất chiếm 50%.
3.1.2. Phân tích chất lượng mẫu nghệ tại Nghệ An
Các mẫu nghệ được tiến hành phân tích một số chỉ tiêu chất lượng cơ bản
được trình bày ở bảng 3.2.
Bảng 3.2. Một số chỉ tiêu chất lượng củ nghệ trồng tại Nghệ An
Chỉ tiêu NA01 NA02 NA03 NA04 NA05 NA06 NA07 Trung bình
Độẩm (%) 76,76 76,23 76,30 76,11 76,15 76,54 76,44 76,36
Hàm lượng tro toàn phần
(% khối lượng khô)
5,31 5,24 5,43 5,09 5,18 5,35 5,47 5,30
Hàm lượng carbohydrate
(% khối lượng khô)
75,01 74,10 73,55 74,98 73,61 72,10 71,05 73,49
Hàm lượng tinh bột
(% khối lượng khô)
55,55 52,54 54,80 54,43 53,87 51,73 51,88 53,54
Từ kết quả của bảng 3.2, ta thấy các mẫu nghệ ở Nghệ An có các chỉ tiêu chất lượng trung bình bao gồm: độ ẩm 76,36%; hàm lượng tro toàn phần 5,3% khối lượng khô; hàm lượng carbohydrate 73,49% khối lượng khô; hàm lượng tinh bột 53,54% khối lượng khô. Kết quảnày tương đương với một số nghiên cứu khác cho thấy mẫu nghệ có độ ẩm 76,02% [84]; hàm lượng tro 2,85%; hàm lượng carbohydrate 67,38% [85], hàm lượng tinh bột 51,9% [86].
3.1.3. Đánh giá hàm lượng curcuminoid trong củ nghệ vàng ở Nghệ An
Mẫu nghệ được thu thập tại Nghệ An tiến hành phân tích các chỉ tiêu cao methanol tổng, hàm lượng curcuminoid tổng và hàm lượng các thành phần curcuminoid như bảng 3.3 dưới đâỵ
Bảng 3.3. Hàm lượng curcuminoid trong củ nghệ vàng ở Nghệ An
Chỉ tiêu NA01 NA02 NA03 NA04 NA05 NA06 NA07 Trung bình
Cao methanol toàn phần (%) 13,17 18,28 18,02 17,59 18,29 16,47 18,12 17,13
Hàm lượng curcuminoid (%) 2,57 3,69 6,10 4,64 5,40 4,80 6,0 4,74
Curcumin (%) 1,11 1,60 3,00 2,32 2,78 2,32 2,79 2,27
Hình 3.1. Sắc ký đồ của các mẫu nghệTương Dương
Từ kết quảở bảng 3.3 ta thấy, hàm lượng cao toàn phần của mẫu nghệ Nghệ
An dao động từ 13,17-18,29%. Hàm lượng cao toàn phần cao nhất là mẫu NA05 18,29% và thấp nhất là mẫu NA01 13,17%. Hàm lượng cao methanol toàn phần của nghệ trồng tại Tương Dương, Nghệ An dao động từ 13,17 – 18,28%. Hàm
lượng cao methanol của nghệ trồng tại Nam Đàn, Nghệ An dao động từ 16,47- 18,29%.
Hàm lượng curcuminoid tổng dao động từ 2,57-6,1%. Đối với các mẫu thu tại Tương Dương có hàm lượng curcuminoid tổng dao động từ 2,57-6,1%. Trong
đó, 2 mẫu NA01 và NA02 được trồng muộn (tháng 4, 2019) đúng vào mùa khô,
nền nhiệt cao trung bình 34oC nên có hàm lượng curcuminoid rất thấp lần lượt là 2,57% và 3,69%. Còn mẫu NA03 và NA04 trồng sớm hơn từ tháng 3 thì nghệ đã
lên cây, thời gian sinh trưởng dài, do vậy, hàm lượng curcuminoid tổng của mẫu NA03, NA04 (6,1%; 4,64%) cao hơn hẳn so với mẫu NA01, NA02. Hàm lượng curminoid tổng của các mẫu trên đất đồi Nam Đàndao động từ 4,8-6%.
NA01 NA02
Như vậy, hàm lượng cao tổng và hàm lượng curcuminoid tổng của mẫu nghệ trồng trên đất đồi Nam Đàn cao hơn mẫu nghệ trồng ở Tương Dương.
Hình 3.2. Sắc ký đồ của các mẫu nghệ trồng trên đất đồi Nam Đàn
Ngoài ra, từ bảng 3.3 ta thấy giá trịhàm lượng curcuminoid tổng, curcumin, DMC, BDMC trung bình của các mẫu Nghệ An lần lượt là 4,74%; 2,27%; 1,13%; 1,34%. So với nghiên cứu Li Shiyou (2011) mẫu nghệcó hàm lượng curcuminoid tổng, curcumin, DMC, BDMC lần lượt là 5,69%; 2,86%; 1,47%; 1,36% [87]. Ngoài ra, trong 7 mẫu Nghệ An có 4 mẫu NA02, NA03, NA04, NA05 có hàm
lượng BDMC cao hơn DMC.
3.2. Kết quả nghiên cứu xây dựng quy trình chiết xuất curcuminoid bằng công nghệ enzyme quy mô PTN công nghệ enzyme quy mô PTN
3.2.1. Kết quả lựa chọn enzyme
Kết quả tỷ lệ cellulase và cơ chất
Tỷ lệ cellulase đóng vai trò vô cùng quan trọng đến quá trình thủy phân. Việc lựa chọn tỷ lệ enzyme giúp tìm được lượng enzyme bổ sung hợp lý đem lại
min 0 5 10 15 20 25 mAU -25 0 25 50 75 100 125 150 175
DAD1 A, Sig=428,8 Ref=360,100 (CURCUMIN\20040703.D)
3 .0 0 0 6 .1 8 7 6 .7 0 4 1 1 .5 9 1 1 2 .1 7 4 1 8 .7 9 0 2 0 .2 3 3 2 1 .7 9 8 min 0 5 10 15 20 25 mAU 0 25 50 75 100 125 150 175
DAD1 A, Sig=428,8 Ref=360,100 (CURCUMIN\20040702.D)
6 .1 8 4 1 1 .5 7 8 1 2 .2 7 0 1 8 .9 8 0 2 0 .4 3 2 2 2 .0 1 6 min 0 5 10 15 20 25 mAU 0 25 50 75 100 125 150 175
DAD1 A, Sig=428,8 Ref=360,100 (CURCUMIN\20040701.D)
6 .2 0 3 6 .6 9 9 1 1 .7 5 2 1 2 .4 3 9 1 9 .4 0 9 2 0 .8 7 6 2 2 .4 7 8 NA05 NA06 NA07
nghiền nhỏ, bổ sung nước theo tỷ lệ 7:1 (v/w). Khi nhiệt độ xuống tới 40oC,
enzyme được bổ sung ngay lập tức. Quá trình thủy phân được thực hiện ở nhiệt
độ 45-50oC, tốc độ 200 vòng/phút trong 8h tại pH 6,0. Điều kiện phản ứng được lựa chọn dựa trên điều kiện tối ưu của enzyme của nhà sản xuất. Tỷ lệ enzyme và
cơ chất (E/S) được nghiên cứu từ0% đến 1,5%. Kết quảđược thể hiện ở hình 3.3.
Hình 3.3. So sánh sự thủy phân cellulase với tỷ lệ E/S khác nhau
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme/cơ chất cho thấy khi nồng độ enzyme tăng từ 0 lên 1% thì hiệu quả thủy phân cũng tăng lên, tương ứng với độ
thủy phân tăng và tại nồng độ1% cho độ thủy phân cao nhất 32,01%. Sau đó khi tăng tỷ lệ enzyme/cơ chất lên 1-1,5% thì độ thủy phân lại giảm dần. Vì vậy, tỷ lệ
cellulase/cơ chất 1% là thích hợp cho quá trình thủy phân nghệđược sử dụng cho những lần thử nghiệm tiếp theọ
Kết quả tỷ lệ amylase và cơ chất
Tỷ lệ α-amylase đóng vai trò vô cùng quan trọng đến quá trình thủy phân. Việc lựa chọn tỷ lệ enzyme giúp tìm được lượng enzyme bổ sung hợp lý đem lại hiệu quả thủy phân caọ Thí nghiệm được tiến hành như sau: nguyên liệu được nghiền nhỏ, bổ sung nước theo tỷ lệ 7:1 (v/w). Khi nhiệt độ xuống tới 40oC,
enzyme được bổ sung ngay lập tức. Quá trình thủy phân được thực hiện ở nhiệt
độ 45-50oC, tốc độ 200 vòng/phút trong 8 giờ tại pH 6,0. Điều kiện phản ứng được lựa chọn dựa trên điều kiện tối ưu của enzyme của nhà sản xuất. Tỷ lệ enzyme và
Hình 3.4. So sánh sự thủy phân α-amylase với tỷ lệ E/S khác nhau
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme/cơ chất cho thấy khi nồng độ enzyme tăng từ 0 lên 1% thì hiệu quả thủy phân cũng tăng lên, tương ứng với độ
thủy phân tăng và tại nồng độ1% cho độ thủy phân cao nhất 29,80%. Sau đó khi tăng tỷ lệ enzyme/cơ chất lên 1-1,5% thì độ thủy phân lại giảm dần. Vì vậy, tỷ lệ α-amylase/cơ chất 1% là thích hợp cho quá trình thủy phân nghệ được sử dụng cho những lần thử nghiệm tiếp theọ
Kết quả lựa chọn hệ enzyme
Quá trình thủy phân được tiến hành với các điều kiện là tỷ lệ nước/nguyên liệu là 5:1, tỷ lệenzyme/cơ chất là 200 IU/g, trong 8 giờ, ở 50oC sử dụng với các loại enzyme khác nhaụ Kết quảthu được thể hiện trong hình 3.5.
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn độ thủy phân của các loại enzyme khác nhau
Độ thủy phân đánh giá kết quả thủy phân hiệu quả của mỗi loại enzyme, có thể thấy độ thủy phân cao nhất khi sử dụng kết hợp α-amylase và cellulase đạt 39,19% và thấp nhất khi sử dụng α-amylase đạt 24,17%. Chính vì vậy, chúng tôi sử dụng kết hợp 2 enzyme này cho các thí nghiệm tiếp theọ
24.17 37.94 39.12 0 10 20 30 40 50
Amylase Cellulase A+C
Đ ộ th ủy p hâ n (%)
3.2.2. Kết quả khảo sát các điều kiện thủy phân nghệ
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH
Quá trình thủy phân được tiến hành với các điều kiện là tỷ lệ nước/nguyên liệu là 5:1, tỷ lệenzyme/cơ chất là 200 IU/g, trong 8 giờ, ở 50oC tại các điều kiện
môi trường pH khác nhau từ 4,5-6,5. Kết quả thu được thể hiện trong hình 3.6.
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến quá trình thủy phân
Độ pH của môi trường phản ứng là một trong những yếu tố quan trọng ảnh
hưởng đến hoạt động của enzyme trong quá trình thủy phân, mỗi enzyme có một khoảng hoạt động tối thích riêng. Kết quả khảo sát cho thấy pH 6,0 có khả năng
thủy phân cao nhất vì độ thủy phân đạt cao nhất là 39,34%. Tại pH 6,0 cũng nằm trong khoảng pH khuyến cáo của nhà sản xuất. vì vậy, pH 6,0 được chọn cho các thử nghiệm tiếp theọ
Kết quả khảo sát nhiệt độ
Quá trình thủy phân được tiến hành với các điều kiện là tỷ lệ nước/nguyên liệu là 5:1, tỷ lệ enzyme/cơ chất là 200 IU/g, trong 8 giờ, ở pH 6,0 tại các điều kiện nhiệt độ khác nhau từ 40-60oC. Kết quả thu được thể hiện trong hình 3.7.
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độlên độ thủy phân
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độđến quá trình thủy phân thể hiện
23.72 25.26 29.65 39.34 33.67 0 10 20 30 40 50 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Đ ộ th ủy p hâ n (%) pH 25.64 34.51 42.10 39.32 35.07 0 10 20 30 40 50 40 45 50 55 60 Đ ộ th ủy p hâ n (%) Nhiệt độ (oC)
từ 40-50oC thì hiệu quả thủy phân càng cao, độ thủy phân tăng từ 25,64% đến
42,1% và đạt cực đại ở 50oC, nếu tiếp tục tăng nhiệt độ đến 60oC thì độ thủy phân
có xu hướng giảm vì nhiệt độ cao sẽức chế hoạt động của enzymẹ Tuy nhiên nếu sử dụng nhiệt độ quá thấp sẽ tạo điều kiện cho các vi sinh vật phát triển gây hỏng sản phẩm. Như vậy nhiệt độ 50oC cho hàm lượng protein cao nhất sẽ được chọn cho các lần thử nghiệm tiếp theọ
Kết quả khảo sát tỷ lệnước và cơ chất
Sau khi chuẩn bị, nguyên liệu được bổsung nước theo các tỷ lệ khác nhaụ Thí nghiệm được tiến hành như sau: nguyên liệu được nghiền nhỏ rồi bổ sung
nước theo các tỷ lệ khác nhau là 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1 (v/w). Sau đó, tiến hành thủy phân trong 8h ở 50oC, pH 6,0. Kết quả được trình bày ở hình 3.8 saụ
Hình 3.8. Tối ưu hóa tỷ lệ nước và nguyên liệu
Từ hình 3.8 cho thấy mối tương quan rõ rệt giữa tỷ lệ nước bổ sung vào nguyên liệu với độ thủy phân . Khi bổ sung nước vào nguyên liệu với tỷ lệ 5:1
đến 7:1 thì độ thủy phân tăng dần từ 42,04% đến 44,97%. Nhưng khi tăng tỷ lệ nước bổ sung vào nguyên liệu từ8:1 đến 10:1 thì độ thủy phân có xu hướng giảm dần, cho nên thí nghiệm được dừng khảo sát ở tỷ lệ 7:1. Từđó ta thấy tỷ lệ nước và nguyên liệu là 7:1 cho độ thủy phân cao nhất, vì vậy, tỷ lệ nguyên liệu/nước là
7:1 được chọn cho các thử nghiệm tiếp theọ
Kết quả khảo sát thời gian
Quá trình thủy phân được tiến hành với các điều kiện là tỷ lệ nước/nguyên liệu là 7:1, tỷ lệ enzyme/cơ chất là 200 IU/g, ở pH 6.0 tại 50oC trong thời gian khác nhau từ 0-20 giờ. Kết quảthu được thể hiện trong hình 3.9.
42.04 43.73 44.97 44.65 44.06 43.11 40 41 42 43 44 45 46 1:5 1:6 1:7 1:8 1:9 1:10 Đ ộ th ủy p hâ n (%) Tỷ lệ nước/nguyên liệu (g/ml)
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian lên độ thủy phân
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân thể hiện trong hình 3.9 cho thấy, mối liên hệ giữa thời gian với độ thủy phân. Thời gian
tăng từ 0-20 giờ thì hiệu quả thủy phân càng tăng, độ thủy phân tăng từ 15,84%
đến 45,88%. Tuy nhiên, ở thời gian từ 16-20 giờ độ thủy phân tăng không đáng
kể chính vì vậy để tối ưu quy trình, chúng tôi lựa chọn thời gian 16 giờđể bổ sung
vào điều kiện của quy trình.
3.2.3. Tối ưu hóa quy trình thủy phân củ nghệ bằng enzyme
Thiết lập mô hình và xây dựng ma trận kế hoạch thực nghiệm
Dựa vào các kết quả nghiên cứu nêu trên, chúng tôi chọn ra 5 yếu tố ảnh
hưởng, bao gồm pH, nhiệt độ T, thời gian t, tỷ lệ α-amylase/cơ chất, và
cellulase/cơ chất. Các giá trị của các yếu tốảnh hưởng ở các mức tương ứng được thể hiện trên Bảng 3.4 (α = 1,546). Bảng 3.4. Giá trịở các mức của các yếu tốảnh hưởng