Chương 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
4.3.3. Tối ưu hóa quá trình xử lý lysozyme tế bào L. acidophilus
Chúng tôi tiếp tục khảo sát sự tương tác giữa nồng độ lysozyme và thời gian xử lý cũng như sự ảnh hưởng đồng thời của hai yếu tố này đến hoạt tính - galactosidase được giải phóng. Thực hiện quá trình tối ưu hóa hai yếu tố trên bằng
mô hình trực giao cấp hai có tâm xoay với năm thí nghiệm ở tâm, hàm mục tiêu là hoạt tính -galactosidase thu được.
Các giá trị khảo sát của hai yếu tố tối ưu như sau:
Nồng độ lysozyme: x3, với x3 [0.05; 0.1], giá trị tâm x3 = 0.075 %(w/v).
Thời gian xử lý: x4, với x4 [90; 150], giá trị tâm x4 = 120 (phút).
Hoạt tính -galactosidase thu được: y (U/g chất khô).
Kết quả quy hoạch thực nghiệm được trình bày trong bảng 4.5.
Bảng 4.5. Bố trí thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa quá trình xử lý lysozyme tế
bào L. acidophilus và kết quả
Thí
nghiệm x3 x4
Nồng độ lysozyme
x3 (%)
Thời gian xử lý x4 (phút)
Hoạt tính (U/g chất khô)
1 -1 -1 0.050 90 321.86
2 1 -1 0.100 90 254.60
3 -1 1 0.050 150 431.83
4 1 1 0.100 150 339.20
5 - 2 0 0.040 120 351.59
6 + 2 0 0.110 120 266.34
7 0 - 2 0.075 78 318.73
8 0 + 2 0.075 162 507.51
9 0 0 0.075 120 458.73
10 0 0 0.075 120 471.19
11 0 0 0.075 120 530.31
12 0 0 0.075 120 482.01
13 0 0 0.075 120 506.58
Sử dụng phần mềm Modde 5.0 giải bài toán quy hoạch thực nghiệm, chúng tôi
nhận được kết quả như sau:
Bảng 4.6. Ảnh hưởng của các biến độc lập đến hàm mục tiêu trong hóa quá trình xử lý
lysozyme tế bào L. acidophilus
Yếu tố Hệ số phương
trình hồi quy
Sai số chuẩn Giá trị P Khoảng
tin cậy (±)
Hằng số 489.77 12.32 1.66E-09 29.12
x3 -35.06 9.74 8.73E-03 23.02
x4 57.70 9.74 5.84E-04 23.02
x32 -96.46 10.44 3.60E-05 24.69
x42 -44.37 10.44 3.80E-03 24.69
x3x4 -6.34 13.77 6.59E-01 32.56
Kết quả cho thấy các biến độc lập đều có ảnh hưởng đến hàm hồi quy, ngoại trừ x3x4 (do có P > 0.05), thời gian xử lý (x4) có ảnh hưởng tích cực (tức làm tăng giá
trị của hàm khi tăng giá trị này), còn x3 (nồng độ lysozyme), x32 và x42 có ảnh hưởng tiêu cực đến hàm hồi quy.
Chúng tôi loại trừ những hệ số không có ý nghĩa của phương trình và cải tiến mô hình, kết quả thu được hàm hồi quy bậc hai như sau:
y = -1213.91 + 21748 x3 +13.75 x4 – 154336 x32 - 0.05 x42 (2) Trong đó:
y, x3, x4 lần lượt là hoạt tính -galactosidase giải phóng (U/g chất khô), nồng độ lysozyme sử dụng (%) và thời gian xử lý (phút).
Giá trị hệ số của x3 và x32 lớn hơn hệ số của x4 và x42 cho thấy nồng độ lysozyme tác động đến sự giải phóng β-galactosidase nhiều hơn thời gian xử lý.
Dựa vào kết quả phân tích phương sai từ bảng 4.7, chúng tôi nhận thấy kết quả có ý nghĩa thống kê ở mức P<0.05 vì giá trị F từ kết quả quy hoạch thực nghiệm (28.61) lớn hơn nhiều so với giá trị tra bảng (6.4).
Hai giá trị R2= 0.95 và Q2= 0.83 cho thấy các giá trị hồi quy cho ý nghĩa và mô hình là đáng tin cậy.
Bảng 4.7. Kết quả phân tích phương sai của thí nghiệm tối ưu hóa trong hóa quá trình xử
lý lysozyme tế bào L. acidophilus
Yếu tố SS DF MS Giá trị F Giá trị P
Phần hồi quy 108478 5 9482.2 28.61 0.000
Phần dư 5308 7 21695.5
Tổng 113786 12 758.3
Giá trị F (tra bảng) F(4,4) = 6.4
R2 0.95
Q2 0. 83
R2: hệ số xác định (coefficient of determination), SS: tổng bình phương (sum of squares), DF: bậc tự do (degrees of freedom), MS: trung bình bình phương (mean square), Giá trị F có độ tin cậy ở 95%.
Hình 4.8 biểu diễn bề mặt đáp ứng của quá trình xử lý lysozyme.
Hình 4.8. Đồ thị bề mặt đáp ứng của quá trình xử lý lysozyme
Điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý được xác định bằng phần mềm Modde 5.0 bao gồm: nồng độ lysozyme cần thiết là 0.07 %(w/v) và thời gian xử lý 140 (phút).
Ở điều kiện tối ưu này, hoạt tính -galactosidase thu được là 512.50 (U/g tế bào khô). Chúng tôi thực hiện ba thí nghiệm lặp lại độc lập dựa trên giá trị nồng độ và thời gian xử lý lysozyme tối ưu như đã nêu ở trên, kết quả thu được hoạt tính hoạt tính β-galactosidase 506.35±8.69 (U/g tế bào khô). Kết quả cho thấy, giá trị thí nghiệm rất gần với giá trị tiên đoán từ phương trình hồi quy (2).
Hình 4.9. Hình chiếu bề mặt đáp ứng trên mặt phẳng trong phương pháp tối ưu hóa quá
trình xử lý lysozyme
y
512 490 467
444 422 399
376 353 331
308 285 263
y
513 460 440
420 400 380
360 340 320
300 280 260 Investigation: Lysozyme (MLR)
Contour Plot
Sau khi chiếu bề mặt đáp ứng xuống mặt phẳng chúng tôi nhận được hình 4.9.
Kết quả này sẽ cho phép dự đoán những vùng giá trị nồng độ và thời gian xử lý lysozyme thích hợp để thu được hoạt tính -galactosidase cho trước.
Kết luận
Nồng độ lysozyme sử dụng: 0.07 %(w/v).
Thời gian xử lý: 140 phút.
Hoạt tính -galactosidase thu được: 512.50 (U/g tế bào khô).
4.4. Sử dụng lần lượt enzyme lysozyme và sóng siêu âm phá tế bào L.
acidophilus giải phóng -galactosidase
Để nâng cao hiệu quả phá vỡ tế bào L. acidophilus giải phóng -galactosidase, chúng tôi tiến hành kết hợp phương pháp thủy phân bằng lysozyme và xử lý siêu âm. Trong nghiên cứu này, trước hết chúng tôi xử lý mẫu huyền phù tế bào bằng enzyme lysozyme theo các thông số tối ưu đã xác định được ở khảo sát 4.3.3 (nồng độ lysozyme 0.07 %(w/v), thời gian xử lý 140 phút), sau đó tiếp tục xử lý mẫu bằng sóng siêu âm. Để tìm hiểu ảnh hưởng của sóng siêu âm đến sự giải phóng - galactosidase chúng tôi khảo sát hai yếu tố công suất (phần 3.3.2.3-a) và thời gian siêu âm (phần 3.3.2.3-b), cuối cùng để xác định thông số xử lý cho hiệu quả tốt nhất chúng tôi tiến hành tối ưu hóa hai yếu tố trên bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm (phần 3.3.2.3-c).