II. Tối ưu hoá quá trình trích ly polyphenol chè xanh
II.1. Xây dựng mô hình
Hàm lượng polyphenold tổng và hoạt tính chống oxy hoá phụ thuộc vào ba yếu tố chính với miền giá trị như sau:
+ Tốc độ cánh khuấy: 390 – 460 (vòng/ phút).
+ Thời gian trích ly: 10 – 20 (phút)
+ Tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu: 15/1 – 25/1
Mô hình thống kê biểu diễn hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hoá và các biến mã hoá có dạng:
Y1 = a0 + a1A + a2B + a3C + a12AB + a13AC + a23BC + a11A2 + a22B2 + a33C2 Y2 = b0 + b1A + b2B + b3C + b12AB + b13AC + b23BC + b11A2 + b22B2 + b33C2
Trong đó:
Y: hàm mục tiêu
Y1: Hàm lượng polyphenol tổng Y2: Hoạt tính chống oxy hoá A: tốc độ cánh khuấy
B: thời gian trích ly
C: tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu
Ma trận thực nghiệm bố trí theo quy hoạch bậc hai Box- Henken có dạng:
Bảng 6. Các thí nghiệm tiến hành và kết quả
Biến mã TT
Tốc độ cánh khuấy
Thời gian trích ly
Tỷ lệ dung môi nguyên
liệu A B C
Y1 Y2
1 390 10 20 -1 -1 0 13,26 16,83
2 460 10 20 1 -1 0 14,12 41,71
3 390 20 20 -1 1 0 13,30 27,20
4 460 20 20 1 1 0 13,27 48,99
5 390 15 15 -1 0 -1 11,60 24,37
6 460 15 15 1 0 -1 12,79 41,79
7 390 15 25 -1 0 1 16,20 29,37
8 460 15 25 1 0 1 16,45 58,54
9 425 10 15 0 -1 -1 12,87 33,16
10 425 20 15 0 1 -1 12,49 31,66
11 425 10 25 0 -1 1 16,73 35,18
12 425 20 25 0 1 1 16,49 54,89
13 425 15 20 0 0 0 15,36 52,51
14 425 15 20 0 0 0 15,65 52,74
15 425 15 20 0 0 0 15,36 54,65
16 425 15 20 0 0 0 14,84 56,80
17 425 15 20 0 0 0 14,98 57,99
Kiểm tra sự có nghĩa của các hệ số và sự thích ứng của mô hình được tiến hành bằng phân tích hồi quy. Kết quả được biểu diễn ở 2 bảng 7 và bảng 8
Bảng 7. Kết quả phântích hồi quy – Hàm lượng polyphenol tổng (Y1)
Nguồn gốc Phương sai Chuẩn F Giá trị p
(khả năng >F)
Mô hình 5,84 99,05 < 0,0001
A 0,65 10,96 0,0091
B 0,26 4,38 0,0659
C 32,47 551,08 <0,0001
AB 0,20 3,32 0,1016
AC 0,22 3,75 0,0848
BC 0,0052 0,0741 0,7933
A2 4,76 80,81 <0,0001
B2 1,94 32,93 0,0003
Không tương thích 0,022 0,21 0,9435
Bảng8. Kết quả phân tích hồi quy – Hoạt tính chống oxy hoá (Y2)
Nguồn gốc Phương sai Chuẩn F Giá trị p
(khả năng >F)
Mô hình 359,43 104,26 < 0,0001
A 1087,36 315,41 <0,0001
B 160,69 46,61 0,0001
C 276,03 80,07 <0,0001
AC 34,52 10,01 0,0133
BC 112,54 32,64 0,0004
A2 485,03 140,69 <0,0001
B2 466,51 135,32 <0,0001
C2 136,29 39,53 0,0002
Không tương thích 0,99 0,17 0,9444
Nhận xét: Chuẩn F của hai mô hình lần lượt bằng: 99,05 (Y1), 104,26 (Y2) cho thấy hai mô hình hoàn toàn có ý nghĩa thống kê với độ tin cậy 99,99%
(p<0,0001).
Sự có nghĩa của các hệ số hồi quy được kiểm định bởi chuẩn F, các giá trị p<0,05 cho biết các hệ số hồi quy có nghĩa, như vậy:
+ Trong mô hình Y1 hệ số B là không có nghĩa, , AB, AC là vô nghĩa, nếu loại hệ số B, AB, AC thì mô hình ít thông tin, tính thích hợp giảm. Nên mặc dù hệ số không có nghĩa nhưng vẫn giữ lại trong mô hìnhđể tiến hành tối ưu hoá.
+ Trong mô hình Y2tất cả các hệ số hồi quy đều có nghĩa.
Chuẩn F cho “ sự không tương thích” của mô hình Y1 = 0,21 (p = 0,9435) và Y2 = 0,17 (p = 0,9444) cho thấy hai mô hình hoàn toàn tương thích với thực nghiệm. Thêm vào đó hệ số tương quan bội (R2) của 2 mô hình lần lượt bằng 0,9905 và 0,9872 cho thấy mô hình mô phỏng đúng với thực nghiệm. Như vậy, hàm lượng polyphenol tổng và hoạt tính chống oxy hoá của polyphenol được biểu diễn bằng mô hình bậc 2 như sau:
Y1 = 15,28 + 0,28A– 0,18 B + 2,01C– 0,22AB– 0,24AC - 1,06A2– 0,68B2 Y2=54,94+11,66A+4,48B+5,87C+2,94AC+5,30BC–10,73A2–10,53B2– 5,69C2
Lần lượt xét ảnh hưởng của từng yếu tố đến hàm lượng polyphenol tổng và hoạt tính chống oxy hoá của polyphenol, được biểu diễn bằng đồ thị sau:
Design-Expert® Software Factor Coding: Actual TPC
Actual Factors A: Toc do khuay = 425.00 B: Thoi gian = 15.00
C: Ty le dung m oi nguyen lieu = 20.00
P erturbation
D e v ia tio n fro m R e fe re nc e P o int (C o de d Units )
TPC
-1 .0 0 0 -0 .5 0 0 0 .0 0 0 0 .5 0 0 1 .0 0 0
1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8
A B A
B C
C
Hình 11.Ảnh hưởng của các yếutố đến hàm lượng polyphenol tổng Nhận xét: Nhìn vàođồ thị thấy tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu (C) ảnh hưởng mạnh nhất đến hàm lượng polyphenol tổng, khi tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu tăng, hàm lượng polyphenol tăng. Tiếp theo làảnh hưởng của tốc độ khuấy (A).
D e s ig n -E x p e rt® S o ftw a re F a c to r C o d in g : A c tu a l H o a t tin h
A c tu a l F a c to rs A : T o c d o k h u a y = 4 2 5 .0 0 B : T h o i g ia n = 1 5 .0 0
C : T y le d u n g m o i n g u y e n lie u = 2 0 .0 0
P e rt u rb a t io n
D e v ia t io n f r o m R e f e r e n c e P o in t ( C o d e d U n it s )
Hoat tinh
- 1 .0 0 0 - 0 .5 0 0 0 .0 0 0 0 .5 0 0 1 .0 0 0
1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0
A
A
B
B C
C
Hình 12.Ảnh hưởng của các yếu tố đến hoạt tính chốngOXH củaPp
Nhận xét: Đối với hàm hoạt tính chống oxy hoá của polyphenol, tốc độ khuấy (A) và tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu ( C) có ảnh hưởng lớn hơn thời gian (B) đến hoạt tính chống oxy hoá
Các yếu tố ảnh hưởng được minh hoạ rõ hơn khi nghiên cứu bề mặt đáp ứng của hàm Y1 ( hình 7a, 7b, 7c) và hàm Y2 (hình 8a, 8b, 8c)
D es ign-Expert® Softw are Fac tor C oding: Ac tual TPC
D es ign points above predic ted value D es ign points below predic ted value 16.73
11.63 X1 = A: Toc do khuay X2 = B: Thoi gian Ac tual Fac tor
C : Ty le dung m oi nguyen lieu = 20.00
1 0 .0 0 1 2 .0 0 1 4 .0 0 1 6 .0 0 1 8 .0 0 2 0 .0 0 3 9 0 .0 0 3 9 7 .0 0 4 0 4 .0 0 4 1 1 .0 0 4 1 8 .0 0 4 2 5 .0 0 4 3 2 .0 0 4 3 9 .0 0 4 4 6 .0 0 4 5 3 .0 0 4 6 0 .0 0
1 3 1 3 .5 1 4 1 4 .5 1 5 1 5 .5 1 6
TPC
A : T o c d o khua y
B : T ho i g ia n
Hình 13 - Bề mặt đáp ứng của hàm lượng polyphenol tổng ảnh hưởng bởi tốc độ khuấy và thời gian
Design-Expert® Software Factor Coding: Actual TPC
Design points above predicted value Design points below predicted value 16.73
11.63 X1 = A: Toc do khuay
X2 = C: Ty le dung moi nguyen lieu Actual Factor
B: Thoi gian = 15.00
15.00 17.00
19.00 21.00
23.00 25.00 390.00
397.00 404.00
411.00 418.00
425.00 432.00
439.00 446.00
453.00 460.00 11
12 13 14 15 16 17 18
TPC
A: Toc do khuay
C: Ty le dung moi nguyen lieu
Hình 14 - Bề mặt đáp ứng của hàm lượng polyphenol tổng ảnh hưởng bởi tốc độ khuấy và tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu
Design-Expert® Software Factor Coding: Actual TPC
Design points above predicted value Design points below predicted value 16.73
11.63 X1 = B: Thoi gian
X2 = C: Ty le dung moi nguyen lieu Actual Factor
A: Toc do khuay = 425.00
1 5 .0 0 1 7 .0 0
1 9 .0 0 2 1 .0 0
2 3 .0 0 2 5 .0 0 1 0 .0 0
1 2 .0 0 1 4 .0 0
1 6 .0 0 1 8 .0 0
2 0 .0 0 1 1
1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8
TPC
B: Thoi gian
C: Ty le dung moi nguyen lieu
Hình 15 - Bề mặt đáp ứng của hàm lượng polyphenol tổng ảnh hưởng bởi thời gian và tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu
Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Hoat tinh
Design points above predicted value Design points below predicted value 58.49
16.88 X1 = A: Toc do khuay X2 = B: Thoi gian Actual Factor
C: Ty le dung moi nguyen lieu = 20.00
1 0 .0 0 1 2 .0 0 1 4 .0 0 1 6 .0 0 1 8 .0 0 2 0 .0 0
3 9 0 .0 0 3 9 7 .0 0
4 0 4 .0 0 4 1 1 .0 0
4 1 8 .0 0 4 2 5 .0 0
4 3 2 .0 0 4 3 9 .0 0
4 4 6 .0 0 4 5 3 .0 0
4 6 0 .0 0 1 0
2 0 3 0 4 0 5 0 6 0
Hoat tinh
A : T o c do khuay B : T ho i gian
Hình 16 - Bề mặt đáp ứng của hoạt tính chống oxy hoá của polyphenol ảnh hưởng bởi thời gian và tốc độ khuấy
Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Hoat tinh
Design points above predicted value Design points below predicted value 58.49
16.88
X1 = A: Toc do khuay
X2 = C: Ty le dung m oi nguyen lieu Actual Factor
B: Thoi gian = 15.00
15.00 17.00 19.00 21.00 23.00 25.00
390.00 397.00 404.00 411.00 418.00 425.00
432.00 439.00 446.00 453.00 460.00 10
20 30 40 50 60 70
Hoat tinh
A: Toc do khuay C: Ty le dung moi nguyen lieu
Hình 17 - Bề mặt đáp ứng của hoạt tính chống oxy hoá của polyphenol ảnh hưởng bởi tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu và tốc độ khuấy
Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Hoat tinh
Design points above predicted value Design points below predicted value 58.49
16.88 X1 = B: Thoi gian
X2 = C: Ty le dung moi nguyen lieu Actual Factor
A: Toc do khuay = 425.00
15.00 17.00 19.00 21.00 23.00 25.00
10.00 12.00
14.00 16.00
18.00 20.00 10
20 30 40 50 60 70
Hoat tinh
B: Thoi gian C: Ty le dung moi nguyen lieu
Hình 18 - Bề mặt đáp ứng của hoạt tính chống oxy hoá của polyphenol ảnh hưởng bởi tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu và thời gian