CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3 Phương pháp nghiên cứu
2.3.3 Bố trí thí nghiệm thủy phân
Thí nghiệm 1: Xác định tỉ lệ pha loãng thích hợp
Yếu tố khảo sát TN trên thịt quả TN trên vỏ quả
Yếu tố cố định
Tỉ lệ pectinase /cellulase:
pH Nhiệt độ Nồng độ enzyme (tính trên chất khô)
Thời gian
1/1 5,0 50oC 0,6%
60 phút
1/1 5,5 50oC 0,8%
120 phút
Yếu tố thay đổi Tỉ lệ pha loãng với nước 1/0;1/0,5; 1/1; 1/0;1/0,5; 1/1;
Vỏ
Cắt, xay nhuyễn Thủy phân
Lọc thô Lọc tinh Bí đao
Tách vỏ Cắt, xay nhuyễn
Thủy phân Lọc thô
Phối chế Cô quay Lọc tinh
Sản phẩm Pectinase
Trợ lọc bentonite
Maltodextrin Sấy phun
Cellulase
19
1/1,5; 1/2 1/1,5; 1/2
Chỉ tiêu đánh giá Hiệu suất thu hồi chất khô H (%)
Thí nghiệm 2: Xác định tỉ lệ enzyme pectinase : cellulase
Yếu tố khảo sát TN trên thịt quả TN trên vỏ quả
Yếu tố cố định
Tỉ lệ pha loãng với nước pH
Nhiệt độ Nồng độ enzyme Thời gian
Theo TN1 5,0
50oC 0,6%
60 phút
Theo TN1 5,5
50oC 0,8%
120 phút
Yếu tố thay đổi Tỉ lệ pectinase /cellulase 1/0, 0/1, 1/1, 1/2,
2/1, 1/3, 3/1
1/0, 0/1, 1/1, 1/2, 2/1, 1/3, 3/1
Chỉ tiêu đánh giá Hiệu suất thu hồi chất khô H (%)
Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của pH
Yếu tố khảo sát TN trên thịt quả TN trên vỏ quả
Yếu tố cố định
Tỉ lệ pha loãng với nước Tỉ lệ pectinase /cellulase Nhiệt độ
Nồng độ enzyme Thời gian
Theo TN1 Theo TN2 50oC 0,6%
60 phút
Theo TN1 Theo TN2 50oC 0,8%
120 phút
Yếu tố thay đổi pH 4,0; 4,5; 5,0; 5,5;
6,0
4,0; 4,5; 5,0; 5,5;
6,0
Chỉ tiêu đánh giá Hiệu suất thu hồi chất khô H (%)
Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
Yếu tố khảo sát TN trên thịt quả TN trên vỏ quả
Yếu tố cố định
Tỉ lệ pha loãng với nước Tỉ lệ pectinase /cellulase pH
Theo TN1 Theo TN2 Theo TN3
Theo TN1 Theo TN2 Theo TN3
20
Nồng độ enzyme Thời gian
0,6%
60 phút
0,8%
120 phút
Yếu tố thay đổi Nhiệt độ 40, 45, 50, 55, 60 40, 45, 50, 55, 60
Chỉ tiêu đánh giá Hiệu suất thu hồi chất khô H (%)
Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme trên chất khô
Yếu tố khảo sát TN trên thịt quả TN trên vỏ quả
Yếu tố cố định
Tỉ lệ pha loãng với nước Tỉ lệ pectinase /cellulase pH
Nhiệt độ Thời gian (phút)
Theo TN1 Theo TN2 Theo TN3 Theo TN4 60 phút
Theo TN1 Theo TN2 Theo TN3 Theo TN4 120
Yếu tố thay đổi Nồng độ enzyme (%) 0,4; 0,6; 0,8; 1,0;
1,2
0,4; 0,6; 0,8; 1,0;
1,2
Chỉ tiêu đánh giá Hiệu suất thu hồi chất khô H (%)
Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian
Yếu tố khảo sát TN trên thịt quả TN trên vỏ quả
Yếu tố cố định
Tỉ lệ pha loãng với nước Tỉ lệ pectinase /cellulase pH
Nhiệt độ Nồng độ enzyme
Theo TN1 Theo TN2 Theo TN3 Theo TN4 Theo TN5
Theo TN1 Theo TN2 Theo TN3 Theo TN4 Theo TN5
Yếu tố thay đổi Thời gian (phút) 30, 60, 90, 120,
150
60, 90, 120, 150, 180
Chỉ tiêu đánh giá Hiệu suất thu hồi chất khô H (%)
Thí nghiệm 7: Tối ƣu hóa các điều kiện thủy phân
4 yếu tố tối ƣu hóa là pH, nhiệt độ, nồng độ enzyme và thời gian thủy phân.
Quá trình tối ưu hóa các yếu tố được thực hiện bằng Phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Method - RSM) và phần mềm Mode 5.0 với hàm mục tiêu là hiệu
21
suất thu hồi chất khô H (%) trên cả hai nguyên liệu là thịt quả và vỏ quả. Giá trị ở tâm và bước nhảy trong các thí nghiệm tối tưu được chọn như sau:
Bảng 2.1: Giá trị ở tâm và bước nhảy trong thí nghiệm tối ưu hóa
Yếu tố khảo sát Giá trị ở tâm Bước nhảy
pH (Z1) Kết quả TN3 0,5
Nhiệt độ (Z2) Kết quả TN4 5oC
Nồng độ enzyme (Z3) Kết quả TN5 0,2%
Thời gian (Z4) Kết quả TN6 30 phút
Với 4 yếu tố khảo sát, số điểm ở tâm là 7, phần mềm Mode 5.0 sẽ cho bảng quy hoạch thực nghiệm gồm 31 thí nghiệm bố trí nhƣ sau:
Bảng 2.2: Bảng quy hoạch thực nghiệm 4 yếu tố
STT X1 X2 X3 X4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
-1 +1
-1 +1
-1 +1
-1 +1
-1 +1
-1 +1
-1 +1
-1 +1
-α +α 0 0 0 0 0 0 0
-1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 +1 0 0 -α +α 0 0 0 0 0
-1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 +1 0 0 0 0
-α +α 0 0 0
-1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 0 0 0 0 0 0
-α +α 0
22
26 27 28 29 30 31
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
Trong đó: x1, x2, x3, x4 là 4 yếu tố khảo sát. “0” là giá trị tâm tìm đƣợc ở các thí nghiệm trước, “-1” “+1” là các giá trị biên, “-α” “+α” được xác định dựa vào quy tắc đòn bẩy.
Để đánh giá mức độ tin cậy của mô hình thí nghiệm, hai giá trị dùng để đánh giá là R2 và Q2. Khi R2 > 0,8 và Q2> 0,5 thì các giá trị hồi quy có ý nghĩa và mô hình đáng tin cậy. Phương trình hồi quy được biểu diễn như sau:
H(%) = bo + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b4x4 + b12x1x2 + b13x1x3 + b14x1x4 + b23x2x3 +
b24x2x4 + b23x3x4 + b11x12 + b22x22 + b33x32 + b44x42
Các biến x1, x2, x3, x4 tìm đƣợc trong Mode 5.0 là các biến mã hóa vì vậy các biến này cần đƣợc chuyển sang biến thực theo công thức
xi =
i i
x x
Z i
0 (i = 1, 2, 3, …., k)
Trong đó: ∆xi =
2
min max
i
i x
x
oi
x 2
min max
i
i x
x
Zi: giá trị thực của yếu tố khảo sát xi : giá trị mã hóa của yếu tố khảo sát
xo: giá trị mức cơ sở
Thí nghiệm 8: Kiểm chứng giá trị tối ƣu từ lý thuyết bằng thực nghiệm
Sau khi tìm được các giá trị tối ưu hóa từ phương trình hồi quy, mode 5.0 sẽ dự đoán hiệu suất cao nhất có thể có đƣợc từ các thông số tối ƣu hóa trên. Thí nghiệm 8 sẽ tiến hành kiểm chứng lại để đánh giá tính xác thực của mô hình.