4.3 Tối ưu hóa quá trình chiết tách chất nhuộm màu đen trong lá sau sau và xây dựng
4.3.2 Thiết lập mô hình
Bảng 4.8. Giá trị mã hóa và thực nghiệm của các yếu tố khảo sát Biến độc lập Ký tự mã
hóa
Các cấp độ của biến
-1 0 1
Thời gian (giờ) X1 4 5 6
Nhiệt độ(ºC) X2 40 45 50
Tỷ lệ nguyên liệu:
dung môi (g/ml) X3 2 : 16 3: 16 4 : 16
Thí nghiệm 7: Tối ưu hóa thời gian, nhiệt độ, tỷ lện nguyên liệu trên dung môi chiết tách chất màu đen trong lá sau sau
Bảng 4.9. Bảng kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố tới giá trị OD trong quá trình chiết chất màu
CT Thời gian (giờ)
Nhiệt độ (ºC)
Tỷ lệ nguyên liệu và dung môi
Giá trị OD (360 nm)
CT5.1 5 45 3:16 0,966
CT5.2 4 40 3:16 0,811
CT5.3 5 50 4:16 0,854
CT5.4 6 40 3:16 0,805
CT5.5 5 40 4:16 0,834
CT5.6 4 45 2:16 0,812
CT5.7 5 45 3:16 0,964
CT5.8 5 50 2:16 0,847
CT5.9 6 45 2:16 0,819
CT5.10 6 50 3:16 0,836
CT5.11 6 45 4:16 0,815
CT5.12 5 45 3:16 0,96
CT5.13 4 50 3:16 0,827
CT5.14 5 40 2:16 0,822
CT5.15 4 45 14:16 0,846
Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố thời gian, nhiệt độ, tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi là bước quan trọng nhằm tìm ra điều kiện tối ưu trong tách chiết.
Để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến chất màu thu được, chúng tôi sử dụng phương pháp bề mặt chỉ tiêu theo thiết kế thí nghiệm của Box – Behnken với ba biến ba cấp độ. Dựa trên cơ sở khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách. Lần lượt xét ảnh hưởng của từng yếu tố (giữ nguyên các yếu tố khác ở những giá trị xác định).
4.3.2.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi đến giá trị OD
Hình 4.7: Bề mặt đáp ứng của tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi và thời gian đến giá trị OD
Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi đến giá trị OD đo được thể hiện ở hình 4.7. Lượng dung môi có ảnh hưởng đến quá trình chiết tách chất màu.
Tuy nhiên lượng dung môi chỉ ảnh hưởng đến một mức độ nhất định.
Khi lượng dung môi tăng thì các chất hòa tan có điều kiện hòa tan tốt hơn vào dung môi do lượng dung môi lớn làm tăng khă năng tiếp xúc của dung môi và chất tan, tạo sự chênh lệch nồng độ cần thiết bên trong và bên ngoài môi trường tức là luôn có động lực cho quá trình, từ đó làm tăng chênh lệch áp suất thẩm thấu và sự khuếch tán của các chất tan có trong tế bào lá sau sau ra môi trường chiết. Qua các thí nghiệm ta thấy lượng nguyên liệu trên dung môi là 2:16, 3:16. 4:16 (g/ml) tuy nhiên mức độ chiết tách mong muốn lại đạt ở mức 3 : 16(g/ml) như hình vẽ. Điều này cũng đúng ở các thí nghiệm khảo sát 4 và 6 khi tăng lượng dung môi và thời gian chiết tách lên đến giá trị xác định thì giá trị OD tăng theo và giảm dần khi tiếp tục tăng lượng dung môi và thời gian chiết. Do lượng chất màu có trong lá có hạn định khi sự thẩm thấu đạt trạng thái bão hòa và nồng độ chất màu trong lá giảm thì
Design-Expert® Software OD
0.966 0.805 X1 = A: thoigian X2 = C: nl/dm Actual Factor B: nhietdo = 45.00
4.00 4.50
5.00 5.50
6.00
0.13 0.16 0.19 0.22 0.25 0.81 0.85 0.89 0.93 0.97
OD
A : thoigian C: nl/dm
sự khuếch tán chất màu ra khỏi tế bào giảm và dần ổn định. Lượng dung môi quá lớn gây lãng phí dung môi, năng lượng, kéo dài thời gian cô đặc.
4.3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến giá trị OD thu được
Hình 4.8: Bề mặt đáp ứng của nhiệt độ và tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi tới OD Từ hình 4.8 cho thấy ở nhiệt độ 40oC độ hấp thụ của chất màu trong dịch chiết là nhỏ nhất.Ta thấy độ hấp thụ của chất màu trong dịch chiết tăng khi nhiệt độ từ 40oC lên 45oC, hầu như không đổi khi tiếp tục tăng nhiệt độ từ 45oC lên 50oC với cùng tỷ lệ nguyên liệu trên đun. Khi tăng nhiệt độ và tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi đến giá trị nhất định giá trị OD đo được sẽ đạt giá trị cao nhất và tíêp tục tăng thì giá trị OD giảm dần.
Khi tăng nhiệt độ chiết làm chuyển động nhiệt tăng, giảm độ nhớt, tốc độ khuếch tán của các chất tan cũng như chất màu bên trong tế bào lá sau sau ra ngoài môi trường chiết sẽ tăng, làm tăng sự thẩm thấu giữa dung môi và tế bào nguyên liệu. Vì thế hàm lượng chất màu trong dịch chiết tăng lên giá trị OD đo được tăng.
Tuy nhiên, nhiệt độ là một yếu tố có giới hạn. Khi nhiệt độ cao phải cung cấp năng lượng, ảnh hưởng đến giá thành sản phẩm và có thể có phản ứng không mong muốn, làm biến tính thay đổi một số chất tan cần chiết. Khi nhiệt độ đạt khoảng 45oC với tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi là 3:16 thì giá trị OD đo được là cao nhất.
Design-Expert® Software OD
0.966 0.805 X1 = B: nhietdo X2 = C: nl/dm Actual Factor A: thoigian = 5.00
40.00 42.50
45.00 47.50
50.00
0.13 0.16 0.19 0.22 0.25 0.82 0.8575
0.895 0.9325 0.97
OD
B: nhietdo C: nl/dm
4.3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian đến giá trị OD
Hình 4.9: Bề mặt đáp ứng của thời gian và nhiệt độ đen giá trị OD đo được Kết quả ở bảng 4.9 và hình 4.9 cho thấy ảnh hưởng của thời gian tới giá trị OD đo được. Khi tăng thời gian chiết lên 5h thì nhiệt độ tăng lên 45oC tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi đạt 3:16 thì giá trị OD đo được là cao nhất đạt được mức độ mong muốn đúng với thí nghiệm khảo sát 4, 5, các công thức 1, 7, 12 trong ma trận.
Ở cùng nhiệt độ khi thời gian chiết tăng thì giá trị OD đo được tăng lên tuy nhiên khi tăng quá 5h thì giá trị OD do được có xu hướng giảm.
Khi thời gian chiết tăng giúp dung môi thẩm thấu vào trong từng tế bào lá sau sau qua các mao quản, tạo điều kiện thuận lợi cho sự khuếch tán chất màu ra khỏi lá sau sau vào môi trường chiết. Lúc đầu lượng chất màu có trong lá sau sau nhiều nên khả năng hòa tan của nó trong môi trường chiết sẽ lớn. Nhưng lượng chất màu chỉ có ở mức giới hạn nhất định. Vì vậy nồng độ của chúng chỉ tăng mạnh ở thời gian đầu và giảm dần về sau, đến thời điểm nào đó khi sự khuếch tán các chất xảy ra hạn chế thì nồng độ chất màu sẽ không thay đổi nữa, kéo dài thời gian lại bất lợi về mặt năng lượng và ảnh hưởng tới thời gian thực hiện quy trình chiết tách.
Design-Expert® Software OD
0.966 0.805 X1 = A: thoigian X2 = B: nhietdo Actual Factor C: nl/dm = 0.19
4.00 4.50
5.00 5.50
6.00
40.00 42.50 45.00 47.50 50.00
0.8 0.8425
0.885 0.9275
0.97
OD
A: thoigian B: nhietdo