3. Ý nghĩa của đề tài
3.3.1. Kết quả xác định mô hình hồi quy cho hàm mục tiêu hiệu suất thu hồi collagen
Kết quả thí nghiệm hiệu suất chiết (Phụ lục 8) được xử lý bằng phần mềm DX 8 đã đề xuất mô hình hồi quy bậc 2 là phù hợp cho hàm mục tiêu hiệu suất thu hồi collagen, các thông số và tiêu chí lựa chọn mô hình được trình bày trong phụ lục 9. Hệ số xác định hiệu chỉnh (Adj R2) được dùng để đánh giá độ phù hợp của mô hình, nó có giá trị càng lớn thể hiện độ phù hợp của mô hình càng cao. Mô hình bậc 2 có Adj R2 = 0,9530 cho thấy 95,3 % sự biến thiên của hiệu suất thu hồi collagen được giải thích bởi các biến độc lập bao gồm: nồng độ acid acetic và thời gian chiết. Như vậy mô hình hồi quy bậc 2 được đề xuất bởi phần mềm DX8 có độ phù hợp cao với tập số liệu kết quả hiệu suất thu hồi.
Tuy nhiên sự phù hợp này chỉ đúng với tập dữ liệu mẫu. Để kiểm định xem có thể suy diễn mô hình cho tổng thể thực hay không cần kiểm định độ phù hợp của mô hình với tổng thể bằng kiểm định F, áp dụng phương pháp phân tích phương sai (ANOVA). Kết quả phân tích ANOVA cho mô hình đáp ứng bậc 2 của hàm mục tiêu hiệu suất chiết colagen được trình bày đầy đủ trong phụ lục 10.
Mô hình bậc 2 của hàm mục tiêu hiệu suất chiết collagen có trị số p rất nhỏ, <0,0001 cho thấy khả năng suy diễn của mô hình cho tổng thể là có ý nghĩa. Ngoài ra kiểm định mức độ không phù hợp của mô hình (Lack of fit) có trị số p = 0,1398, giá trị này >0,05. Điều này cho thấy mức độ không phù hợp của mô hình là không có ý nghĩa. Như vậy, từ hệ số xác định R2, kiểm định F và kiểm định lack of fit có thể kết luận mô hình hồi quy bậc 2 của hàm mục tiêu hiệu suất chiết collagen phù hợp với tập dữ liệu và có thể suy rộng ra cho tổng thể.
Kết quả phân tích ANOVA cho thấy các biến: nồng độ acid acetic (X1), thời gian chiết (X2), tương tác đôi nồng độ acid acetic-thời gian chiết, và bình phương các biến có trị số p <0,05 chứng tỏ sự có mặt của chúng trong mô hình hồi quy là có ý nghĩa. Vậy mô hình hồi quy bậc 2 của hàm mục tiêu hiệu suất chiết collagen như sau:
Y1 = 15,14 + 1,23X1 + 0,8X2 – 1,83X1X2 – 3,93X12 – 3,31X22 (4)
Trong đó Y1 là hiệu suất chiết collagen (%) X1 là nồng độ acid acetic (M)
X2 là thời gian chiết (ngày)
Ý nghĩa của hệ số hồi quy riêng phần bi là đo lường sự thay đổi giá trị Y khi Xi
thay đổi 1 đơn vị, các biến độc lập còn lại giữ không đổi. Dấu của hệ số hồi quy riêng phần cho biết mối quan hệ giữa biến độc lập X và biến phụ thuộc Y, nếu bi mang dấu dương thì X và Y có quan hệ tỉ lệ thuận, ngược lại bi mang dấu âm thì X và Y có quan hệ tỉ lệ nghịch. Như vậy từ phương trình (4) thấy rằng hiệu suất chiết collagen có quan hệ tỉ lệ thuận với bậc 1 của nồng độ acid acetic và thời gian chiết; có quan hệ tỉ lệ nghịch với bậc 2 của nồng độ, thời gian chiết. Ngoài ra dấu của tương tác đôi nồng độ- thời gian chiết mang dấu âm cho biết nếu tăng hoặc giảm đồng thời cả hai yếu tố này thì hiệu suất chiết collagen giảm.
Độ lớn của các hệ số hồi quy riêng phần trong phương trình hồi quy cho biết mức độ ảnh hưởng của các nhân tố bậc 1 và bậc 2 tới hiệu suất chiết collagen. Nồng
độ acid acetic ảnh hưởng tới hiệu suất chiết lớn hơn thời gian chiết ở cả bậc 1 và bậc 2. Tương tác đôi nồng độ-thời gian chiết ảnh hưởng tới hiệu suất chiết lớn hơn các nhân tố bậc 1 nhưng nhỏ hơn các nhân tố bậc 2 của cả hai yếu tố nồng độ acid acetic và thời gian chiết.
Hình 3.4 : Ảnh hưởng của nồng độ acid acetic và thời gian chiết tới hiệu suất chiết collgen
Ảnh hưởng của nồng độ acid acetic và thời gian chiết tới hiệu suất chiết collagen được thể hiện trên hình 3.8. Từ đồ thị thấy rằng hiệu suất chiết collagen tăng mạnh khi nồng độ acid acetic tăng từ 0,2 M tới 0,4 M và hiệu suất chiết collagen là cao nhất khi acid đạt nồng độ khoảng 0,5 M. Khi tăng nồng độ acid làm cho pH của môi trường chiết giảm, làm cho các nhóm amin bị proton hoá thành những nhóm mang điện tích dương, còn các nhóm cacboxyl ở trạng không mang điện [8], do đó làm cho collagen mang điện tích dương. Khi đó các phân tử nước sẽ tương tác với những nhóm mang điện tích dương trên mạch phân tử collagen làm cho collagen dễ dàng bị hoà tan vào dung dịch acid acetic. Ngoài ra các sơi collagen mang điện tích dương cùng dấu cũng sẽ đẩy nhau làm cho chúng tự phân ly, giãn mạch và dễ bị hoà tan hơn [7]. Như vậy khi tăng nồng độ acid acetic làm tăng điện tích dương của phân tử collagen do đó làm tăng khả năng hoà tan của nó và dẫn tới hiệu suất thu hồi tăng theo. Hiệu suất thu hồi cao nhất ở khoảng nồng độ acid 0,5 M chứng tỏ ở nồng độ này sẽ tạo ra môi trường pH thích hợp nhất quá trình tách chiết collagen ra khỏi da cá. Tuy nhiên hiệu suất chiết không tiếp tục tăng khi tăng nồng độ acid, ngược lại nó có xu hướng giảm
Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Hieu suat chiet
Design points above predicted value Design points below predicted value 15.8
5.0
X1 = A: Nong do acid acetic X2 = B: Thoi gian chiet
0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 1.00 1.60 2.20 2.80 3.40
4.00 Hieu suat chiet
A: Nong do acid acetic
B : T h o i g ia n c h ie t 6.0 8.0 10.0 10.0 10.0 12.0 12.0 14.0 5 Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Hieu suat chiet
Design Points 15.8
5.0
X1 = A: Nong do acid acetic X2 = B: Thoi gian chiet
1.00 1.60 2.20 2.80 3.40 4.00 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 H ie u s u a t c h ie t
A: Nong do acid acetic B: Thoi gian chiet
dần và ở khoảng nồng độ acid lớn hơn 0,6 M thì hiệu suất chiết collagen giảm rõ ràng hơn. Ở nồng độ acid cao vượt quá nồng độ tối ưu làm giảm hiệu suất thu hồi collagen có thể do collagen bị thuỷ phân thành những sản phẩm có mạch phân tử ngắn hoà tan trong môi trường chiết, dẫn tới tổn thất collagen do đó làm giảm hiệu suất thu hồi.
Cũng tương tự như yếu tố nồng độ acid acetic, khi thời gian chiết tăng từ 1 ngày tới khoảng 2,8 ngày thì hiệu suất chiết tăng rõ rệt và đạt giá trị cao nhất khi thời gian chiết khoảng 3 ngày. Như đã biết quá trình tách chiết một chất tan phụ thuộc rất lớn vào tốc độ chuyển khối của chất tan đó ra khỏi vật liệu. Trong khi đó tốc độ chuyển khối phụ thuộc vào quá trình khuyếch tán và quá trình này lại phụ thuộc vào thời gian [20]. Điều này giải thích tại sao khi tăng thời gian chiết thì hiệu suất chiết cũng tăng. Hiệu suất chiết có xu hướng giảm khi thời gian chiết vượt quá 3 ngày và giảm mạnh hơn khi thời gian chiết vượt quá 3,5 ngày. Hiện tượng hiệu suất chiết collagen có xu hướng giảm khi tăng thời gian chiết vượt quá khoảng giá trị tối ưu là vì khi collagen đã được chiết ra khỏi da cá nếu không được tách ra khỏi hỗn hợp (bao gồm collagen, acid acetic và phần da cá còn lại) mà tiếp tục lưu lại trong môi trường nồng độ acid cao hoặc thời gian chiết kéo dài thì collagen có thể bị acid acetic trong hỗn hợp tiếp tục cắt mạch thành những đoạn polypeptid mạch ngắn tan trong dung dịch. Do đó làm tổn thất collagen và dẫn tới hiệu suất thu hồi collagen giảm.
Như vậy, có thể thấy rằng hiệu chiết suất collagen đạt giá trị cao khi thực hiện quá trình chiết với nồng độ acid acetic từ 0,45-0,55 M và thời gian chiết từ 2,5-3 ngày.
3.3.2. Kết quả xác định mô hình hồi quy cho hàm mục tiêu độ nhớt collagen
Kết quả các thí nghiệm độ nhớt collagen (Phụ lục 8) được xử lý bằng phần mềm DX 8 cho thấy mô hình bậc 2 được đề xuất để xây dựng phương trình hồi quy cho hàm mục tiêu độ nhớt colagen, các thông số và tiêu chí lựa chọn mô hình được trình bày trong phụ lục 11. Hệ số xác định hiệu chỉnh (Adj R2) được dùng để đánh giá độ phù hợp của mô hình, Adj R2 có giá trị càng lớn thể hiện độ phù hợp của mô hình càng cao. Mô hình bậc 2 có hệ số xác định hiệu chỉnh 0,9915có nghĩa là 99,1 % sự biến thiên của hiệu suất chiết collagen được giải thích bởi các biến độc lập nồng độ acid acetic và thời gian chiết. Như vậy mô hình hồi quy bậc 2 được đề xuất bởi phần mềm DX8 có độ phù hợp cao.
Tuy nhiên sự phù hợp này chỉ đúng với tập dữ liệu mẫu, để kiểm định xem có thể suy diễn mô hình cho tổng thể thực hay không cần kiểm định độ phù hợp của mô hình với tổng thể bằng kiểm định F, áp dụng phương pháp phân tích ANOVA. Kết quả phân tích ANOVA cho mô hình đáp ứng bậc 2 của hàm mục tiêu độ nhớt colagen được trình bày đầy đủ trong phụ lục 12.
Mô hình có trị số p rất nhỏ so với trị số xác xuất 0,05 cho thấy khả năng suy diễn của mô hình cho tổng thể là có ý nghĩa. Ngoài ra kiểm định Lack of fit kiểm định mức độ không phù hợp của mô hình có trị số p = 0,0724 >0,05 cho thấy mức độ không phù hợp của mô hình là không có ý nghĩa. Như vậy, từ hệ số xác định R2, kiểm định F và kiểm định Lack of fit có thể kết luận mô hình hồi quy bậc 2 của hàm mục tiêu hiệu suất chiết collagen phù hợp với tập dữ liệu và có thể suy rộng ra cho tổng thể.
Kết quả phân tích ANOVA cho thấy các biến: nồng độ acid acetic (X1), thời gian chiết (X2) và bình phương các biến có trị số p <0,05 chứng tỏ sự có mặt của chúng trong mô hình hồi quy là có ý nghĩa, chỉ có tương tác đôi giữa nồng độ-thời gian chiết có trị số p = 0,3051 >0,05 nên bị loại khỏi phương trình hồi quy. Vậy phương trình hồi quy bậc 2 của hàm mục tiêu độ nhớt collagen như sau:
Y2 = 70,50 - 14,08X1 - 7,38X2 – 9,77X1 2
– 4,67X2 2
(5)
Trong đó: Y2 là độ nhớt collagen (mPa.s) X1 là nồng độ acid acetic (M) X2 là thời gian chiết (ngày)
Ý nghĩa của hệ số hồi quy riêng phần bi là đo lường sự thay đổi giá trị Y khi Xi
thay đổi 1 đơn vị, các biến độc lập còn lại giữ không đổi. Dấu của hệ số hồi quy riêng phần cho biết mối quan hệ giữa biến độc lập X và biến phụ thuộc Y, nếu bi mang dấu dương thì X và Y có quan hệ tỉ lệ thuận, ngược lại bi mang dấu âm thì X và Y có quan hệ tỉ lệ nghịch. Như vậy từ phương trình (5) thấy rằng độ nhớt collagen có quan hệ tỉ lệ nghịch với cả bậc 1 và bậc 2 của nồng độ acid acetic và thời gian chiết. Độ lớn của các hệ số hồi quy riêng phần trong phương trình hồi quy cho biết mức độ ảnh hưởng của các nhân tố ở cả bậc 1 và bậc 2 tới độ nhớt collagen. Nồng độ acid acetic ảnh hưởng tới độ nhớt collagen lớn hơn thời gian chiết ở cả bậc 1 và bậc 2.
Hình 3.5: Ảnh hưởng của nồng độ acid acetic và thời gian chiết tới độ nhớt collgen
Ảnh hưởng của nồng độ acid acetic và thời gian chiết tới độ nhớt collagen được thể hiện trên hình 3.10. Từ đồ thị thấy rằng khi thời gian chiết càng ngắn và nồng độ acid càng thấp thì collagen có độ nhớt càng cao. Ở nồng độ acid lớn hơn 0,57 M và thời gian chiết lâu hơn 3 ngày cho thấy sự giảm mạnh về độ nhớt của sản phẩm collagen. Hiện tượng này là do khi chiết trong môi trường có nồng độ acid cao và thời gian dài các phân tử collagen có thể bị acid thuỷ phân, mạch phân tử collagen bị phân cắt làm cho chiều dài mạch giảm dẫn tới độ nhớt collagen giảm. Như vậy, thực hiện quá trình chiết collagen với điều kiện nồng độ acid acetic nhỏ hơn 0,57 M và thời gian chiết ngắn hơn 3 ngày thu được collagen có độ nhớt cao hơn.