Mục đích: Phương pháp quy hoạch thực nghiệm được sử dụng là phương pháp hàm đáp ứng bề mặt-thiết kế có cấu trúc tâm (RSM-CCD), đây cũng là tính mới của đề tài, nhằm mục đích thu được dịch thủy phân có hàm lượng protein hòa tan cao.
Phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) là một phương pháp thống kê sử dụng các dữ liệu định lượng từ các thí nghiệm để xác định và giải thích nhiều biến phương trình. RSM khám phá các mối quan hệ giữa các biến giải thích và một hay nhiều biến phản ứng. Phương pháp này đã được giới thiệu bởi GEP Box và KB Wilson vào năm 1951.
Ý tưởng chính của RSM là sử dụng một chuỗi các thí nghiệm được thiết kế để có được một phản ứng tối ưu. Để làm điều này, Box và Wilson đã sử dụng một mô hình đa thức bậc hai. Mô hình này chỉ là tương đối nhưng lại dễ dàng áp dụng.
Trong trường hợp chung, người ta gọi là bề mặt đáp ứng, đại diện hình học hàm mục tiêu của một quá trình vật lý không gian – thời gian ngẫu nhiên cho những biến kích thích. Đặc tính được nghiên cứu, hay hàm mục tiêu Y là kết quả của sự chuyển
Nguyên liệu
Xử lý
Bổ sung enzyme với các tỷ lệ (%)
1
Thủy phân
Kiểm tra hàm lượng protein hòa tan
Chọn tỷ lệ enzyme thích hợp
đổi bằng một chức năng đáp ứng rõ ràng (hay còn gọi là chức năng chuyển đổi). Sự thay đổi giá trị của các biến đầu vào sẽ kéo theo sự thay đổi chức năng của hàm mục tiêu. Những mô hình thí nghiệm của mặt đáp ứng lưu ý đến sự lựa chọn các biến kích thích, xác định các giai đoạn quan sát và tính toán sai số. Những biến đầu vào Xi (i = 1, …,n) cũng được gọi là những biến cơ sở. Chúng được đặc trưng bởi một loạt các thông tin thống kê µj (j = 1,…,p) (chức năng phân phối độc lập hoặc tương quan, cơ hội chuẩn hóa…). Trong trường hợp chung, những biến Xi là những biến thay đổi theo không gian – thời gian.
Nói chung, hình thức rõ ràng của chức năng chuyển đổi này tùy thuộc vào các biến cơ sở là không được biết đến, và việc nghiên cứu về tính xấp xỉ được gọi là chức năng đáp ứng trở nên cần thiết. Thông thường hơn, nó xuất hiện trong một họ chức năng thường là tuyến tính hoặc phi tuyến tính và được đặc trưng hóa bởi những thông số Xk
(k=1,…,l) một cách ngẫu nhiên hay xác định. Việc điều chỉnh mục tiêu phải dựa trên một cơ sở của những số liệu thí nghiệm (thí nghiệm vật lý hay số học) và một hệ mét cho việc tính toán các sai số, nó cho phép ta suy ra được các thông số Xk. Sự biểu diễn hình học của chức năng đáp ứng dưới dạng một đường cong, một mặt phẳng hoặc một mặt phẳng gia tăng được gọi là bề mặt đáp ứng.
Phương án có cấu trúc tâm (CCD) là một trường hợp đặc biệt trong các nhóm mô hình quy hoạch thực nghiệm. Nó được cấu thành từ ba thành phần:
-Nhân: là một phương án tuyến tính với 2k đỉnh của một hình khối đều trong không gian k chiều. Nếu k>5, có thể giảm bớt số thí nghiệm bằng cách sử dụng phương án yếu tố từng phần 2k-1.
-2k điểm sao (*) nằm trên các trục tọa độ của không gian yếu tố. Các tọa độ điểm sao là (±α, 0,0,…,0), (0,±α,0,0…), (0,0,…,0,±α). α là khoảng cách từ tâm phương án đến điểm sao gọi là cánh tay đòn sao. Các điểm sao là cần thiết để mở rộng không gian nghiên cứu khảo sát tác động của một yếu tố đơn để có thể tìm được các ước lượng của hệ số bij và bii trong phương trình hồi quy bậc 2.
-n0 thí nghiệm ở tâm phương án để tìm phương sai tái hiện.
Cánh tay đòn sao α và bố trí thí nghiệm n0 ở tâm được chọn phụ thuộc vào tiêu chuẩn tối ưu, thường là phương án trực giao hay phương án quay.
Phương trình hồi quy (mô hình hóa) được biểu diễn bằng phương trình sau: Y=b0+b1X1+b2X2+b3X3+b12X1X2+b23X2X3+b13X1X3+b11X12+b22X22+b33X32
Trong đó: b0: là hệ số tự do b1, b2, b3: là hệ số bậc 1 b11, b22, b33: là hệ số bậc 2 b12, b23, b13: hệ số của từng cặp yếu tố. X1,X2,X3 : là các biến Y : là hàm mục tiêu
Để xác định bài toán tối ưu hóa thực nghiệm, cần phân tích các thông số đầu vào, các thông số đầu ra. Cần nghiên cứu các thông số quá trình thủy phân và hàm mục tiêu.
Nguyên liệu đầu tôm, được bổ sung tỷ lệ nước/nguyên liệu = 1/1. Gia nhiệt ở 900C trong 10 phút. Sau đó được thủy phân theo mô hình qui hoạch thực nghiệm Composit.
+ Các yếu tố cố định: Tỷ lệ nước/ nguyên liệu= 1/1, pH tự nhiên. + Các yếu tố cần tối ưu:
- Nồng độ CPE (X1): trong khoảng [2-5%]
- Nhiệt độ thủy phân (X2): trong khoảng [50-700C] - Thời gian thủy phân (X3): trong khoảng [2-6 giờ]
Bảng 2.1 Bố trí thí nghiệm theo qui hoạch thực nghiệm với biến thực của công đoạn thủy phân protein từ đầu tôm thẻ chân trắng bằng CPE
STT
Biến mã hoá Biến độc lập Hàm mục tiêu
X1 X2 X3 Nồng độ CPE (%) (X1) Nhiệt độ (0C) (X2) Thời gian (giờ) (X3) Hàm lượng Pr (mg/ml) (Y) 1 -1 -1 -1 2 50 2 2 1 -1 -1 5 50 2 3 -1 1 -1 2 70 2 4 1 1 -1 5 70 2 5 -1 -1 1 2 50 6 6 1 -1 1 5 50 6 7 -1 1 1 2 70 6 8 1 1 1 5 70 6 9 -1,682 0 0 0.98 60 4 10 1,682 0 0 6.02 60 4 11 0 -1,682 0 3.5 43.18 4 12 0 1,682 0 3.5 76.81 4 13 0 0 -1,682 3.5 60 0.64 14 0 0 1,682 3.5 60 7.36 15 0 0 0 3.5 60 4 16 0 0 0 3.5 60 4 17 0 0 0 3.5 60 4 18 0 0 0 3.5 60 4 19 0 0 0 3.5 60 4 20 0 0 0 3.5 60 4