Sau khi phân tích mức độ ảnh hưởng các yếu tố tới quá trình thủy phân vỏ đầu tôm bằng enzyme Alcalase ở trên miền nghiên cứu để tối ưu quá trình khử protein được xác định:
- Tỷ lệ enzyme/ nguyên liệu: 0,1 – 0,4%. - Nhiệt độ phản ứng: 50 – 700C. - Thời gian thủy phân: 3 – 7 giờ.
Hình 3.6 Đánh giá mức độ phù hợp của phương trình
Kết quả cho thấy mô hình phù hợp với phân phối chuẩn và được đề nghị thiết kế theo phương trình bậc 2.
Dựa vào kết quả ANOVA cho thấy mô hình là phù hợp với phân phối chuẩn. Giá trị p-value nhỏ hơn 0,05 cho biết mô hình là có ý nghĩa. Giá trị lớn hơn 0,100 chỉ ra sự không có ý nghĩa của các biến. Trong mô hình thì A, B, C, BC, B2 là có ý nghĩa. Giá trị Lack of fit cho thấy mô hình là đầy đủ tuy nhiên hệ số Adj R2 = 0,95 và Pred R2 = 0,76 (chênh lệch lớn hơn 0,2) cho thấy sự không phù hợp giữa mô hình thiết kế và mô hình dự tính. Do đó trong phương trình hồi quy cần loại bớt một số biến.
Kết quả ANOVA tối ưu các yếu tố theo mô hình Box Behnken như sau:
Hình 3 8 Kết quả phân tích ANOVA
Mô hình là phù hợp với giá trị p-value <0,0001.
Hệ số tương quan R2 =0,957 cho thấy mối liên quan giữa các yếu tố đánh giá càng chặt chẽ. Hệ số R2 hiệu chỉnh (Adjusted R-Squared = 0,92) gần với hệ số R2 dự đoán (Predicted R-Squared = 0,80) cho thấy mô hình có thể phù hợp giữa số liệu thực tế.
Hệ số Adeq Precision = 19,095 cho thấy một tín hiệu đầy đủ. Mô hình này có thể được sử dụng để điều hướng thiết kế mô hình không gian do giá trị lớn hơn 4.
Phương trình hồi quy có dạng
y = 91.75 + 2,17x1 + 1,12x2 + 1,61x3 – 0,62x1x3– 1,37x2x3 – 3,22(x2)2 Theo phương trình hồi quy nhận thấy:
Hệ số b1 = 2,17>0: trong giới hạn vùng nghiên cứu, khi tăng thời gian, hàm lượng protein tách được so với ban đầu tăng. Điều này là phù hợp với kết quả xác định ảnh hưởng của thời gian thủy phân ở mục 3.2
Hệ số b2 = 1,12>0 : trong khoảng nhiệt độ từ 50 – 700C, khi tăng nhiệt độ thì hàm lượng protein tách được nhiều hơn vì khi tăng nhiệt độ, hoạt tính enzyme tăng dẫn đến tốc độ phản ứng tăng. Tuy nhiên không nên tăng lên 700C vì dễ làm biến tính enzyme dẫn đến hoạt tính protease giảm, và tăng chi phí sản xuất.
Hệ số b3 = 1,61>0: trong khoảng nồng độ enzyme 0,1 – 0,4% thì khi tăng tỷ lệ enzyme/nguyên liệu, tốc độ thủy phân nhanh hơn, hiệu suất thủy phân tăng . Kết quả này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết. Tuy nhiên, tỷ lệ enzyme Alcalase so với nguyên liệu tôm không nên tăng quá 0,3% vì khi tăng tỷ lệ enzyme lên mức 0,3% lượng protein tách ra không chênh lệch nhiều trong khi làm tăng giá thành sản phẩm, giảm hiệu quả kinh tế.
Hình 3.9 Đường đồng mức về mối tương quan giữa thời gian và nhiệt độ tới hiệu quả khử protein
Hình 3.10 Đường đồng mức về mối tương quan giữa nồng độ enzyme và nhiệt độ tới hiệu quả khử protein
Một ưu điểm nổi bật của phương pháp mặt đáp ứng là cho phép dựa vào số liệu và các phép toán thống kê để xác lập chế độ xử lý tối ưu theo điều kiện yêu cầu. Quá trình lựa chọn chế độ khử protein tối ưu trên đầu tôm thẻ chân trắng bằng Alcalase được thiết lập trong điều kiện hiệu quả khử protein cao nhất, tỷ lệ enzyme/nguyên liệu thấp nhất, thời gian khử ngắn nhất, chọn ra thông số tối ưu cho quá trình thủy phân phế liệu đầu tôm bằng enzyme Alcalase là: Nhiệt độ 600C, thời gian thủy phân 6 giờ, tỷ lệ enzyme bổ sung là 0,2%. Hiệu quả khử protein và hiệu quả khử khoáng lần lượt là 92,41% và 55,23% tương ứng với hàm lượng protein và hàm lượng khoáng còn lại sau quá trình thủy phân là 8,86% và 33,37%. Qua đây nhận thấy hàm lượng protein và khoáng còn lại trong nguyên liệu vẫn còn rất cao, không đảm bảo yêu cầu chất lượng chitin công nghiệp. Vì vậy cần tiến hành tiếp công đoạn khử protein trong nguyên liệu và khử khoáng nhằm đảm bảo hàm lượng protein còn lại trên chitin dưới 1%.
Kết quả này có sự khác biệt với kết quả nghiên cứu của TS Trang Sĩ Trung sử dụng enzyme Flavourzyme khử protein trong phế liệu đầu vỏ tôm thì hiệu suất khử đạt trên 90% với nồng độ enzyme chỉ 0,1 trong 6 giờ, 550C. Nhưng trong nghiên cứu cùng sử dụng enzyme Alcalase của TS. Trang Sĩ Trung (2010) thì dù thời gian ngắn hơn 2 giờ nhưng hiệu quả khử protein lại cao hơn 92,4% so với 86%. Điều này có thể do nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu khác nhau, thể hiện như các enzyme khác nhau có hoạt độ enzyme khác nhau nên tỷ lệ enzyme bổ sung cũng khác nhau và nếu sử dụng cùng một loại enzyme mà vẫn có sự khác biệt thì một phần do nguyên liệu khác nhau dẫn tới sự khác biệt về cấu tạo cơ chất, dẫn tới hiệu suất thủy phân khác nhau. Trong nghiên cứu có qua công đoạn xử lý đầu tôm xay nhỏ, có thể điều này đã làm tăng hiệu quả khử protein. Phế liệu tôm sau khi say nghiền do tác dụng của lực cơ học làm cho các phân tử protein bị cắt mạch và khuếch tán ra khỏi liên kết với phức hợp chitin-calci carbonat, bên cạnh đó còn làm tăng diện tích tiếp xúc enzyme protease với cơ chất protein dẫn đến hàm lượng protein tách được nhiều. Tuy nhiên quá trình xay nghiền cũng không thể loại bỏ hoàn toàn protein trong phế liệu vì theo No và cộng sự (1989) protein có liên kết
cùng hóa trị với chitin, hình thành một phức hợp ổn định, do đó không thể tách hết protein trong quá trình xử lý thu chitin.
Kết quả nghiên cứu Đặng Thị Hiền (2010) hàm lượng protein còn lại trong chitin sau thủy phân bằng Alcalase là 6% tương ứng với 86,3% protein tách được so với ban đầu. So với kết quả nghiên cứu thì hiệu quả khử protein tốt hơn tuy nhiên hàm lượng protein còn lại trên nguyên liệu lại thấp hơn. Điều này có thể do nguyên liệu nghiên cứu khác nhau. Hàm lượng protein ban đầu của đầu tôm cao hơn so với nguyên liệu gồm cả đầu và vỏ tôm nên hiệu suất cao hơn nhưng hàm lượng protein còn lại vẫn thấp hơn.