4.3 Tối ưu hóa quá trình chiết tách chất nhuộm màu đen trong lá sau sau và xây dựng
4.3.3 Tối ưu hóa quá trình chiết tách chất nhuộm màu đen trong lá sau sau
Tiến hành xây dựng hàm hồi quy bậc hai cho mục tiêu hàm lượng chất màu thu được là cao nhất thông qua giá trị OD đo được:
Giá trị OD : Y= 0,97 –0,002625*X1 + 0,077*X2 + 0,0024*X3 - 0,0013*X 1 X 2 – 0,0045 *X 1 X 3 – 0,0038* X 2 X 3 - 0,084* X12 - 0,066* X22 -0,063* X32
Kiểm tra sự có ý nghĩa của các hệ số và sự tương thích của mô hình được tiến hành bằng phân tích ANOVA
Nguồn Tổng bình
phương Bậc tự do Bình phương trung bình
F - value P – value Prob > F
Mô hình 0,050 9 0,00557 891,24 <0,001*
X1 0,00005513 1 0,00005513 8,82 0,0312*
X2 0,0004805 1 0,0004805 76,88 0,0003*
X3 0,00004513 1 0,00004513 7,22 0,0435*
X1X2 0,00000625 1 0,00000625 1,00 0,3632
X1X3 0,000081 1 0,000081 12,96 0,0155*
X2X3 0,0000562 1 0,0000562 9,00 0,0301*
X12 0,062 1 0,062 4218,24 <0,0001*
X22
0,016 1 0,016 2553,93 <0,0001*
X32 0,014 1 0,014 2307,69 <0,0001*
Residual 0,0000312 5 0,00000625
Lack of Fit 0,0944
R2 0,9949
Adj –R2 0,9983 Pred – R2 0,9906
*có ý nghĩa
- Chuẩn F của mô hình bằng 891,24 cho thấy hai mô hình hoàn toàn có ý nghĩa thống kê với độ tin cậy 99,99% (p< 0,001)
- Từ kết quả phân tích ANOVA ta thấy giá trị xác suất của mô hình p- value
<0,0011 < 0,05 do đó mô hình lựa chọn có thể sử dụng để giải thích các kết quả của thí nghiệm
- Hệ số bậc nhất và bậc hai của thời gian chiết tách (X1), nhiệt độ chiết tách (X2)và tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi trích ly (X3), và hệ số tương tác thời gian chiết tách và tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi (X 1 X 3 ), hệ số tương tác giữa nhiệt độ chiết tách và tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi chiết tách (X 2 X 3 ), ảnh hưởng có ý nghĩa đến nồng độ chất màu thu được.
- Hệ số tương quan bội của mô hình là R2 = 0,9994 và Adj R2 =0,9983 cho thấy mô hình hoàn toàn tương thích với thực ngiệm.
- Sự khác nhau giữa Adj R2 =0,9983 và Pred R2 = 0,9906 là 0,0077 < 0,2 mô hình lựa chọn là phù hợp để dự báo trong các điều kiện khác của thí nghiệm
- Kết quả kiểm tra sự không có nghĩa của mô hình là “not significant” cũng cho thấy mô hình hoàn toàn có nghĩa.
Thực hiện quá trình chiết tách đo giá trị OD được làm mẫu bằng cách giữ các yếu tố có ý nghĩa (P <0,05) trong phương trình sau đây:
Hàm mục tiêu giá trị OD đạt cao nhất là :
Giá trị OD : Y= 0,97 –0,002625*X1 + 0,077*X2 + 0,0024*X3 – 0.0045 *X 1 X 3 – 0.0038* X 2 X 3 - 0,084* X12 - 0,066* X22 -0,063* X32
Hàm mục tiêu giá trị OD đạt cao nhất dạng thực là :
Giá trị OD : Y= -7,32450 + 0,86712*thoigian + 0,24175*nhietđo + 6,93800*nguyenlieu/dungmoi - 0,072*thoigian*nguyenlieu/dungmoi – 0,012*nhietdo*nguyenlieu/dungmoi – 0,0845*thoigian2 – 0,00263*nhietdo2 - 16*nguyenlieu/dung moi.
Tiến hành tối ưu hóa nhằm xác định được giá trị của bộ 3 yếu tố ảnh hưởng mà tại đó ta thu được hàm lượng chất màu cao nhất (giá trị OD cao nhất) với mục tiêu theo bảng sau:
Bảng 4.10: Mục tiêu hàm lượng chất màu theo yêu cầu
Yếu tố Mục tiêu Giới hạn
dưới
Giới hạn trên
Tầm quan trọng
Thời gian (giờ) Trong dải 4 6 3
Nhiệt độ (oC) Trong dải 40 50 3
Tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi
Trong dải 2:16 4:16 3
Gí trị OD 360nm Cao nhất 3
Kết quả tối ưu cho quá trình chiết tách chất màu:
Bảng 4.11. Kết quả điều kiện tối ưu cho quá trình chiết tách chất nhuộm màu đen từ lá sau sau
Yếu tố Tối ưu
Thời gian (giờ) 4,98
Nhiệt độ (oC) 45,3 oC
Tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi(g/ml) 3 :16 Khi đó mức độ đáp ứng của hàm mong đợi là:
Tiến hành thực nghiệm theo điều kiện tối ưu. Kết quả được thể hiện ở bảng 4.12:
Bảng 4.12:Giá trị đo OD của dịch chiết màu
Chỉ tiêu Tối ưu Thực nghiệm
Giá trị đo OD 360nm 0,96527 0,96079
Giá trị mong muốn là giá trị OD đạt 99,55% do ta khảo sát đúng vào vùng tối ưu nên mô hình hoàn toàn tương thích, trong khi đó các yếu tố ảnh hưởng nhu tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi, nhiệt độ, thời gian đều đạt 100%.
Như vậy ta chọn được các giá trị để có thể chiết tách chất nhuộm màu đen từ đối tượng lá sau sau đã được lựa chọn là tốt nhất.
Sau khi có các điều kiện tối ưu ta tiến hành thực nghiệm theo các điều kiện tối ưu trên thì gia trị OD đo được gần so với điều kiện tối ưu.
Trong nghiên cứu, chất nhuộm màu đen trong lá sau sau đã được chiết tách trong điều kiện tối ưu tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi 3:16, nhiệt độ chiết 45,30C, thời gian 4,98 giờ và giá trị OD đo được là cao nhất 0,96079. So với nghiên cứu của Huỳnh Thị Kim Cúc và cộng sự (2005) cũng đã nghiên cứu chiết tách anthocyanin trong môi trường trung tính từ bắp cải tím các điều kiện tối ưu cho chiết tách nhiệt độ 290C, tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi 1:4 (g/ml) trong 54 phút,với điều kiện này thu được hàm lượng anthocyanin 1,1107 tương ứng giá trị OD 0,746 nghiên cứu của em tiến hành ở thời gian dài hơn sẽ chiết tách được gần như hoàn toàn lượng chất màu trong nguyên.
Theo nghiên cứu của Lưu Đàm Cư và cộng sự (2005) chiết tách chất màu trong lá cẩm tím anthocyanin trong điều kiện nhiệt độ 900C, trong thời gian 60 phút hàm lượng chất màu thu được 1,75 cao hơn hàm lượng chất màu trong bắp cải tím.
Cũng theo nghiên cứu của Huỳnh thị Kim cúc và cộng sự về chiết anthocyanin từ quả dâu bằng nước và một số đặc tính của chúng đưa ra kết luận hàm lượng anthocyanin đạt cao nhất tại 600C, với tính chất của anthocyanin tan tốt trong nước ấm, tại 700C anthocyanin bắt đầu bị biến thoái làm giảm hàm lượng. Tuy nhiên kết luận của nghiên cứu anthocyanin bền trong môi trường acid, và khi gia nhiệt đến 1000C anthocyanin tương đối bền trong thời gian 60 phút. Hàm lượng antocyanin bị thất thoát trong quá trình chiết , khi thời gian chiết kéo dài hơn và trong chiết lại lầm 2, và lần 3 để tận thu anthocyanin.
Theo nghiên cứu của J.E.Cacace và G.Mazza(2002) về anthocyanin cho sắc tố đen đã công bố điều kiện chiết tách anthocyanin trong điều kiện nhiệt độ thường 400C, dung môi nước pH trung tính kết hợp dịch chiết của nguyên liệu tạo PH môi trường acid cho hàm lượng cao nhất 2,02. Tuy nhiên thời gian chiết tách lại kéo dài 8 giờ.[41]
Hình 4.10. Chiết tách chất màu Hình 4.11. Dịch sau khi chiết
Thí nghiệm 8: Nghiên cứu số lần chiết đánh giá khả năng thu chất màu trong nguyên liệu Tiến hành thí nghiệm với các thống số: thời gian chiết 5h, nhiệt độ chiết 46,50C, tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi 3,33:16 (g/ml) tiến hành chiết lần 1. Sau đó thu dịch chiết và giữ nguyên bã tiến hành chiết lần 2 với các thông số như lần chiết 1. Dịch sau mỗi lần chiết đem đo giá trị OD xem nồng độ chất màu quá OD đem dịch chiết nhuộm gạo đánh giá cảm quan màu sắc xôi sau khi nhuộm.
Bảng 4.13 giá trị OD 360nm và giá trị cảm của các lần chiết Lần chiết OD 360 nm Giá trị cảm quan
Chiết lần 1 0,992a 8,34a Chiết lần 2 0,568b 6,7b Chiết lần 3 0,268c 3,1c
LSD0,05 0,005 0,654
Qua bảng kết quả trên cho thấy giá trị OD và giá trị cảm quan giảm dần sau mỗi lần chiết. Giá trị OD sau lần chiết thứ nhất đạt 0,992 cao nhất gần với giá trị trong phần mền đã dự kiến là 0,997. Sau lần chiết thứ hai giá trị OD giảm còn một nửa, giá trị cảm quan còn cũng chỉ còn 6,7. Lần chiết thứ 3 thì nồng độ chất màu còn lại không đáng kể.
Vậy chiết hai lần để đảm bảo thu được lượng chất màu cao nhất.