Chương 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
4.2.4. Tối ưu hóa quá trình xử lý siêu âm tế bào L. acidophilus
Trong ba yếu tố ảnh hưởng ở trên, đánh giá mức độ tác động bằng phương pháp hồi quy R cho thấy hai yếu tố công suất và thời gian siêu âm ảnh hưởng mạnh đến quá trình phá tế bào L. acidophilus giải phóng -galactosidase. Vì vậy, chúng tôi tiếp tục khảo sát sự tương tác giữa công suất và thời gian siêu âm và 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. Giá trị tâm được chọn là kết quả tốt nhất trong từng khảo sát ảnh hưởng đơn yếu tố (công suất và thời gian siêu âm).
Các giá trị khảo sát của hai yếu tố tối ưu như sau:
Công suất siêu âm: x1, với x1 [338; 413], giá trị tâm x1 = 375 (W).
Thời gian siêu âm: x2, với x2 [2.5; 3.5], giá trị tâm x2 = 3.0 (phút).
Hoạt tính -galactosidase thu được: y (U/g chất khô).
Kết quả quy hoạch thực nghiệm theo các giá trị khảo sát được trình bày trong
bảng 4.2.
Bảng 4.2. Bố trí thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa quá trình xử lý siêu âm tế
bào L. acidophilus và kết quả
Thí
nghiệm x1 x2
Công suất siêu âm
x1 (W)
Thời gian siêu âm x2 (phút)
Hoạt tính (U/g chất khô)
1 -1 -1 338 2.5 537.13
2 1 -1 413 2.5 680.59
3 -1 1 338 3.5 659.69
4 1 1 413 3.5 722.99
5 - 2 0 322 3.0 627.26
6 + 2 0 428 3.0 712.53
7 0 - 2 375 2.3 616.29
8 0 + 2 375 3.7 718.49
9 0 0 375 3.0 734.33
10 0 0 375 3.0 707.31
11 0 0 375 3.0 726.17
12 0 0 375 3.0 720.69
13 0 0 375 3.0 711.09
Theo phương pháp trực giao hai yếu tố, phương trình hồi quy của mỗi hàm mục tiêu được biểu diễn theo dạng sau:
y = b0 + b1x1 + b2x2 + b12x1x2 + b11x12 + b22x22
Mô hình được xác định bằng phương pháp hồi quy đa biến. Những hệ số của mô hình hồi quy được đánh giá mức độ có ý nghĩa bằng thử nghiệm t-Student. Sử dụng phần mềm Modde 5.0 giải bài toán quy hoạch thực nghiệm, chúng tôi nhận được kết quả như sau:
Bảng 4.3. Ảnh hưởng của các biến độc lập đến hàm mục tiêu trong quá trình xử lý siêu âm
tế bào L. acidophilus
Yếu tố Hệ số phương
trình hồi quy
Sai số chuẩn Giá trị P Khoảng
tin cậy (±)
Hằng số 719.92 7.84 4.78E-12 18.53
x1 40.92 6.20 3.03E-04 14.65
x2 38.69 6.20 4.27E-04 14.65
x12 -29.65 6.65 2.93E-03 15.72
x22 -30.91 6.65 2.34E-03 15.72
x1x2 -20.04 8.76 5.61E-02 20.72
Kết quả cho thấy các biến độc lập đều có ảnh hưởng đến hàm hồi quy, ngoại trừ
x1x2 (do có P > 0.05), trong đó công suất siêu âm (x1) và thời gian siêu âm (x2) có ảnh hưởng tích cực (tức làm tăng giá trị của hàm khi tăng các giá trị này), còn x12 và x22 có ảnh hưởng tiêu cực đến hàm hồi quy.
Chúng tôi loại trừ những hệ số không có ý nghĩa của phương trình và mô hình được cải tiến lần cuối. Hàm hồi quy bậc 2 thu được như sau:
y = -4007.26 + 16.92 x1 + 818.98 x2 - 0.02 x12 - 123.6 x22 (1) Trong đó:
y, x1, x2 lần lượt là hoạt tính -galactosidase giải phóng (U/g chất khô), công suất siêu âm (W) và thời gian siêu âm (phút).
Giá trị hệ số của x2 và x22 lớn hơn hệ số của x1 và x12 cho thấy thời gian siêu âm tác động đến sự giải phóng β-galactosidase nhiều hơn công suất siêu âm. Dựa vào kết quả phân tích phương sai bảng 4.4, 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 (24.91) lớn hơn
nhiều so với giá trị tra bảng (6.4).
Bảng 4.4. Kết quả phân tích phương sai của thí nghiệm tối ưu hóa trong quá trình xử lý
siêu âm tế bào L. acidophilus
Yếu tố SS DF MS Giá trị F Giá trị P
Phần hồi quy 38262.7 5 7652.55 24.91 0.000
Phần dư 2150.3 7 307.18
Tổng 40413.0 12 3367.75
Giá trị F (tra bảng) F(4,4) = 6.4
R2 0.95
Q2 0.69
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%.
Hai giá trị Q2và R2cho biết mức độ tin cậy của mô hình, R2 là độ biến thiên
thực, Q2là độ biến thiên ảo. Theo Gabrielsson và cộng sự (2002) R2> 0.8, Q2 > 0.5 và độ sai lệch giữa chúng 0.2 - 0.3 (Eriksson và cộng sự, 2000) là những giá trị tốt.
Giá trị trong thí nghiệm này, R2 = 0.95 và Q2 = 0.69 (bảng 4.4) thỏa mãn tất cả những điều kiện trên, cho thấy các giá trị hồi quy cho ý nghĩa và mô hình là đáng tin cậy.
Hình 4.4 biểu diễn bề mặt đáp ứng của quá trình xử lý siêu âm. Điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý được xác định bằng phần mềm Modde 5.0 bao gồm: công suất
siêu âm cần thiết là 396 (W), thời gian siêu âm là 3.2 (phút). Ở điều kiện tối ưu này, hoạt tính -galactosidase thu được là 739.65 (U/g tế bào khô). Để kiểm chứng tính chính xác của giá trị nhận được từ phương trình hồi quy, chúng tôi đã thực hiện ba thí nghiệm lặp lại độc lập dựa trên giá trị công suất và thời gian siêu âm tối ưu như đã nêu ở trên, kết quả thu được hoạt tính hoạt tính β-galactosidase 736.24±16.12 (U/g tế bào khô). Như vậy, giá trị thí nghiệm rất gần với giá trị tiên đoán từ phương trình hồi quy (1).
Hình 4.4. Đồ thị bề mặt đáp ứng của quá trình xử lý siêu âm
Sau khi chiếu bề mặt đáp ứng xuống mặt phẳng chúng tôi nhận được hình 4.5.
Kết quả này sẽ cho phép dự đoán những vùng giá trị công suất và thời gian siêu âm thích hợp để thu được hoạt tính -galactosidase cho trước.
Hình 4.5. Hình chiếu bề mặt đáp ứng trên mặt phẳng trong phương pháp tối ưu hóa quá
trình xử lý siêu âm
740 723 707
691 674 658
641 625 609
592 576 560
y
740 720 700
680 660 640
620 600 580
560 559 Investigation: Sieu am (MLR)
Contour Plot
Kết luận Sau khi khảo sát quá trình xử lý siêu âm tế bào L. acidophilus với thể tích mẫu 15 ml, trong quá trình xử lý điều khiển nhiệt độ của mẫu luôn thấp hơn 10 oC, chúng tôi thu được kết quả:
Nồng độ huyền phù sử dụng: 5 %(w/v).
Công suất siêu âm: 396 W.
Thời gian siêu âm: 3.2 phút.
Hoạt tính -galactosidase thu được: 739.65 (U/g tế bào khô).