4. Nội dung nghiên cứu
3.1. Tối ưu hóa môi trường dinh dưỡng bằng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM)
Phương pháp bề mặt đáp ứng (Response surface method - RSM) sử dụng các kỹ thuật thống kê, đồ họa và toán học khác nhau nhằm nghiên cứu, cải thiện hoặc tối ưu hóa một quy trình trong trường hợp biến đáp ứng chịu ảnh hưởng bởi nhiều hơn một biến độc lập. Ưu điểm của phương pháp này là khảo sát được không chỉ những ảnh hưởng đơn lẻ mà còn cả tác động tổng hợp của các biến độc lập lên biến đáp ứng và biểu thị kết quả dưới dạng một mô hình toán học cũng như các biểu đồ trực quan. RSM cũng cho phép cải thiện quá trình thực nghiệm bằng cách đề xuất những bộ thí nghiệm mới (Aydar, 2018).
Trong thí nghiệm này, Phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) được áp dụng để tối ưu hóa môi trường dinh dưỡng nuôi cấy vi tảo H.lacustris. Giá trị
của các yếu tố ảnh hưởng trong mỗi nghiệm thức và kết quả về tốc độ sinh trưởng được trình bày ở Bảng 3.1.
Bảng 3.1 Tốc độ sinh trưởng của vi tảo H. lacustris ở các nghiệm thức thí nghiệm
Mã thí nghiệm Điều kiện thực tế
Tốc độ sinh trưởng x1 x2 N (g/L) P (g/L)
-1 -1 0.4 0.02 0.19
0 0 0.8 0.04 0.21
1 -1 1.2 0.02 0.17
0 0 0.8 0.04 0.24
-1 1 0.4 0.06 0.19
1 1 1.2 0.06 0.20
0 0 0.8 0.04 0.34
1,5 0 1.4 0.04 0.23
-1,5 0 0.2 0.04 0.25
0 1,5 0.8 0.07 0.18
0 0 0.8 0.04 0.23
0 0 0.8 0.04 0.21
0 -1,5 0.8 0.01 0.22
Kết quả nghiên cứu cho thấy tốc độ sinh trưởng của vi tảo H. lacustris cao nhất là 0,34 (d-1), thấp nhất là 0,17 (d-1) và trung bình là 0,22 ± 0,04 (d-1) (Bảng 3.1).
Từ kết quả thí nghiệm trên, mô hình hồi quy bậc 2 đầy đủ dự đoán tốc độ sinh trưởng của vi tảo H. lacustris dựa vào hai yếu tố N và P đã được xây dựng bằng phương pháp đáp ứng bề mặt. Các thông số của mô hình và giá trị
kiểm định của mô hình được thể hiện ở bảng 3.2.
Y = 0,24 - 0,005x1 - 0,002x2 + 0,008 x1x2 - 0,011x21 - 0,027x22
Bảng 3.2. Các hệ số hồi quy ước tính cho mô hình đa thức bậc hai của tốc độ sinh trưởng ở vi tảo H. lacustris
Các thông số của mô hình
Biến hồi quy Hằng số hồi quy p - value
β 0,24 0.02 *
N (x1 ) - 0,005 0,07 .
P (x2) - 0,002 0,12
N:P ( x1: x2) 0,008 0,09 .
N2 (x1)2 - 0,011 0,02 *
P2 (x2)2 - 0,027 0,05 *
Adjusted R-squared p-value Lack of fit
0,58 0,015* 0,62
*Giá trị có ý nghĩa thống kê với độ tin cậy (.): 90%; (*): 95%; (**): 99%;
(***): 99.99%
Kết quả phân tích cho thấy 0,58% sự biến động về tốc độ sinh trưởng được giải thích bằng sự thay đổi của tố hợp hai yếu tố thí nghiệm N và P với độ tin cậy 90% (p = 0,015). Giá trị Lack of fit = 0,62 > 0,05 chứng tỏ rằng sự chênh lệch giữa tốc độ sinh trưởng theo mô hình và tốc độ sinh trưởng theo thực nghiệm không có sự khác biệt đáng kể. Điều này đồng nghĩa việc có thể
sử dụng mô hình này để đánh giá, dự đoán tốc độ sinh trưởng khi thay đổi hàm lượng dinh dưỡng.
Cụ thể hơn, ảnh hưởng của 2 biến N và P đến tốc độ sinh trưởng đã được đánh giá. Kết quả thể hiện ở Hình 3.1
Hàm lượng N có ảnh hưởng lớn hơn đến tốc độ sinh trưởng của vi tảo H.
lacustris với hệ số ảnh hưởng lần lượt là 0,005 theo hàm bậc 1 và 0,011 theo hàm bậc hai. Điều này tương tự với công bố của nhiều tác giả trên thế giới cho rằng nồng độ N được coi là thông số quan trọng để tăng tốc độ sinh trưởng của H. lacustris [62]. Ở điều kiện không đổi hàm lượng P=0,04 g/L thì tốc độ sinh trưởng tăng từ 0,20 đến 0,22 (day-1) khi tăng nồng độ N từ 0,2 g/L lên 0,7 g/L. Tuy nhiên, tốc độ sinh trưởng của H. lacustris giảm xuống dần và chỉ đạt 0,19 (day-1) khi tăng nồng độ N tới 1,4 (g/L) (hình 3.1).
Tương tự, hàm lượng P có ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng của vi tảo H. lacustris với hệ số ảnh hưởng lần lượt là 0,002 ở hàm bậc 1 và 0,027 ở
hàm bậc hai. Trong điều kiện cố định hàm lượng N = 0,8 mg/L thì tốc độ tăng trưởng của vi tảo H. lacustris tăng trưởng từ 0,20 đến 0,22 (day-1) khi tăng nồng độ P từ 0,01 g/L đến 0,035 g/L, sau đó tốc độ sinh trưởng giảm xuống chỉ đạt 0,19 (day-1) khi tiếp tục tăng nồng độ P tới 0,07 mg/L (hình 3.1).
Một bộ điều kiện nồng độ dinh dưỡng tối ưu cũng đã được đề xuất từ
mô hình, cụ thể là với N= 0.7 (g/L) và P= 0,038 (g/L). Với các giá trị này, tốc độ sinh trưởng đạt tối đa dự đoán đạt theo mô hình đạt 0,236 (day-1).
Hình 3.1. Mô hình phản ứng bề mặt 2D và 3D của tốc độ sinh trưởng bị ảnh hưởng bởi các biến độc lập: Nồng độ N và P bằng phương pháp đáp ứng bề
mặt