Đề tài Thu nhận chitin, chitosan từ vỏ tôm để ứng dụng làm màng bao sinh học trong bảo quản thực phẩm

g đổi ta xác định độ hòa tan của chitosan. m mm X 100).( 12  Trong đó: X: độ hòa tan của chitosan m2: khối lượng giấy lọc + tạp chất m1: khối lượng giấy lọc trước khi sấy m: khối lượng chitosan  Độ deacetyl [9] Xác định độ deacetyl bằng quang phổ hồng ngoại (IR). Phương IR dựa trên sự hấp thụ năng lượng bức xạ trong vùng hồng ngoại của phân tử do sự thay đổi trạng thái năng lượng chuyển động quay và chuyển động dao động từ trạng thái năng lượng cơ bản đến năng lượng trạng thái kích thích [1]. Vì thế, tần số hấp thụ hồng ngoại là những thông tin hữu ích cho việc nghiên cứu chi tiết cấu trúc phân tử. Với thí nghiệm này chúng tôi gửi mẫu đến phòng phân tích Hóa Lý, Viện Khoa Học Vật Liệu và Ứng Dụng Tp.HCM để phân tích. Công thức xác định độ deacetyl: DD (%) = 100 –[(A1655/A3540) . 100/1.33] Trong đó: A1320 và A 1420 là mật độ quang tương ứng tại các đỉnh hấp thụ 1320cm -1 và 1420cm -1 . 1.33: là giá trị tỷ lệ giữa (A1655/A3540) của chitosan được acetyl hóa hoàn toàn  Xác định độ nhớt [1] Xác định độ nhớt bằng nhớt kế mao quản Nghiên cứu khoa học 2013 29 2.2.3. Phƣơng pháp thăm dò vùng biến thiên của các yếu tố khảo sát [2] Để chọn miền biến thiên của 3 yếu tố khảo sát gồm thời gian (phút), acid acetic (%v), ethylene glycol (%w/v), chúng tôi tạo màng bằng dung dịch gel chitosan (3% w) hòa tan trong acid acetic 1,5% (khi hòa tan chitosan vào acid acetic phải để 10 giờ để chitosan ổn định cấu trúc gel)và sử dụng 15% phụ gia ethylene glycol. Cân 20g dung dịch gel chitosan và đúc trên mặt phẳng kính có kích thước 20cm x 20cm, làm khô ở nhiệt độ 650C trong thời gian 50 phút. Chúng tôi cố định 2 yếu tố khi khảo sát miền biến thiên thích hợp cho 2 yếu tố còn lại. Màng thu được của các thí nghiệm thăm dò này được tiến hành phân tích đánh giá cảm quan. Để khảo sát vùng biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng đến tính kéo đứt của màng chitosan chúng tôi dùng phương pháp đánh giá cảm quan theo phương pháp cho điểm . Nội đánh giá và cho điểm theo bảng sau: Bảng 2.1. Bảng điểm cảm quan cho các tính chất của chitosan Điểm Chỉ tiêu cảm quan Độ bóng Độ đàn hồi 5 Bóng và đồng đều Kéo dãn được và mềm mại 4 Hơi bóng và đồng đều Kéo dãn được và hơi cứng 3 Bóng và ít đồng đều hơi kéo dãn được và mềm mại 2 Bóng và không đồng đều Kéo dãn được và cứng 1 Không bóng và đồng đều Không kéo dãn được và mềm mại 0 Không bóng và không đồng đều Không kéo dãn được và cứng 2.2.4. Phƣơng pháp tối ƣu trƣ̣c giao cấp một [2] 2.2.4.1. Mục đích Tìm điều kiện tối ưu để thực hiện các quá trình hoặc chọn lựa thành phần tối ưu của hệ nhiều phần tử. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm nhiều yếu tố cho phép thay đổi đồng thời nhiều yếu tố, xác định được tương tác giữa các yếu tố, nhờ đó giảm bớt số thí nghiệm. 2.2.4.2. Phƣơng pháp tính toán Phương trình hồi quy được xây dựng từ các kết quả thực nghiệm. Tính tương thích với thực nghiệm được đánh giá dựa trên giá trị R2. Các hệ số trong phương trình hồi quy mô tả ảnh hưởng của các yếu tố nghiên cứu đến hoạt tính enzym. Ảnh hưởng của các yếu tố được đánh giá dựa trên xác suất tin cậy hay mức ý nghĩa p của chúng. Nghiên cứu khoa học 2013 30 Ảnh hưởng được coi là rất lớn khi p  0,0001, ảnh hưởng là đáng kể khi 0,0001 0,05. Chỉ có những hệ số biểu diễn ảnh hưởng rất lớn và đáng kể mới được giữ lại trong phương trình hồi quy cuối cùng. Khi ảnh hưởng bậc hai của các yếu tố hay ảnh hưởng tương hỗ giữa các yếu tố là đáng kể thì hệ số biểu diễn ảnh hưởng bậc nhất của các yếu tố đó luôn được giữ lại trong phương trình Phương trình hồi quy xây dựng có dạng: Trong đó: Y là hàm mục tiêu tương ứng với ứng suất kéo căng (Tensile stress-MPa). xi biểu diễn ảnh hưởng riêng (ảnh hưởng bậc 1) của từng yếu tố (biến số), xixj biểu diễn ảnh hưởng tương hỗ của hai yếu tố. bo, bi, bij, bjj là các hệ số trong phương trình hồi quy. Để đơn giản trong tính toán, chuyển từ hệ trục tự nhiên sang hệ trục không thứ nguyên (hệ mã hóa). Xét yếu tố được kí hiệu là zi max min 2 o i i i z z z   với i = 1 – k zi max : mức cao zi min : mức thấp zi 0 : mức cơ sở Điểm có tọa độ (z1 o , z2 o , z3 o, , zk o ) gọi là tâm của phương án Việc mã hóa được thực hiện dễ dàng nhờ chọn tâm của miền được nghiên cứu làm gốc tọa độ: Giá trị mã hóa: i o ii i z zz x    với 2 minmax ii i zz z   zi là khoảng biến thiên của yếu tố zi tính từ mức cơ sở Vậy trong hệ trục không thứ nguyên, mức trên là 1, mức dưới là -1, tọa độ của tâm phương án bằng 0. Các hệ số trong phƣơng trình hồi quy đƣợc tính theo công thức k y b k i i  10 ; k yx b k i jij i   1 ; k yxx b k i iiji ij   1 )( (1) Kiểm định ý nghĩa các hệ số hồi quy Các hệ số được kiểm định theo tiêu chuẩn Student (tiêu chuẩn t) 3223311321123322110 xxbxxbxxbxbxbxbbY  Nghiên cứu khoa học 2013 31 bS b t  (2) b: các hệ số trong phương trình hồi quy Sb: độ lệch bình phương của các hệ số hồi quy - Nếu t < tp(f): hệ số b được giữ lại trong phương trình hồi quy - Nếu t > tp(f): hệ số b bị loại khỏi phương trình hồi quy (p: mức ý nghĩa, f: bậc tự do tái hiện) Kiểm định sự tƣơng thích của phƣơng trình hồi quy với thực nghiệm Sự tương thích của phương trình hồi quy được kiểm định theo tiêu chuẩn Fisher 2 2 th tt s s F  (3) Phương sai tái hiện 2ths được xác định theo kết quả các thí nghiệm ở tâm   10 1 200 2 0      n yy s n u u th (4) 0n – là số thí nghiệm song song ở tâm phương án. 0 uy – giá trị thông số tối ưu ở thí nghiệm thứ u ở tâm phương án. 0y – giá trị trung bình của thông số tối ưu hóa trong 0n thí nghiệm ở tâm. Để xác định phương sai tuong thích 2tts ta cần: Tính tổng Sdư – tổng bình phương độ lệch các giá trị hàm mục tiêu tính theo phương trình hồi qui và thực nghiệm:   2 1 ˆ   N i iidu yys (5) Tính Sth:    0 1 200 )( n u uth yys (6) Và )1( 0 2    nlN ss s thdutt (7) Trong đó: f = N – l – (n0 – 1); l là hệ số có ý nghĩa trong phương trình hồi qui Nghiên cứu khoa học 2013 32 Giá trị ở bảng tiêu chuẩn Fisher với mức ý nghĩa p = 0,05 có các bậc tự do f1 = N – l – (n0 – 1) và f2 = n0 – 1. Tra bảng F1-p. - Nếu F < F1-p thì phương trình tương thích với thực nghiệm. - Nếu F > F1-p: phương trình hồi quy không tương thích với thực nghiệm và phải tăng bậc đa thức. Để thực hiện việc tối ưu hóa theo phương pháp trực giao bậc hai (N=2n) ở các mức kết hợp khác nhau của ba thông số ảnh hưởng là nhiệt độ, hàm lượng acid acetic và hàm lượng ethylene glycol. Chúng tôi tiến hành 11thí nghiệm, gồm 23 =8 thí nghiệm ma trận trực giao và 3 thí nghiệm tại tâm . Thí nghiệm theo ho ạch định như bảng 2.2. Bảng 2.2. Bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm Số TN x1 x2 x3 Thời gian (phút) Acid acetic (%) Ethylene glycol (%) Ứng suất kéo (Y) (MPa) 1 1 1 1 55 2 20 2 1 1 -1 55 2 10 3 1 -1 1 55 1 20 4 1 -1 -1 55 1 10 5 -1 1 1 45 2 20 6 -1 1 -1 45 2 10 7 -1 -1 1 45 1 20 8 -1 -1 -1 45 1 10 T1 0 0 0 50 1,5 15 T2 0 0 0 50 1,5 15 T3 0 0 0 50 1,5 15 Dựa vào kết quả thực nghiệm, chúng tôi xây dựng phương trình hồi quy, mô tả ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát đến ứng suất kéo của màng chitosan thu được. Dùng công cụ optimizer của phần mềm Statgraphics Centurion XV để tìm điểm tối ưu. 2.2.5. Phƣơng pháp bảo quản táo bằng màng bao chitosan Tiến hành tạo màng tại điều kiện tối ưu nhận được ở mục 2.2.3 và thử nghiệm bảo quản trên táo xanh theo tóm tắt sau : Táo nguyên liệu → Rửa , phân loại → Làm khô → Bọc màng bao → Bảo quản ở điều kiện phòng. Nghiên cứu khoa học 2013 33 Nguyên liệu táo sau khi mua về sẽ được rửa sạch và phân loại, lựa chọn những quả có kích thước tương đương nhau, loại những quả bị xây xát nhẹ, bị bầm dập tránh cho quá trình bảo quản không đạt kết quả tốt. Tiến hành phân tích các chỉ tiêu vật lý, hóa sinh của táo sau khi đã xử lý, sau đó bảo quản táo ở nhiệt độ thường từ (27 – 340C). Cách bảo quản: táo sau khi làm khô được bảo quản theo hai nghiệm thức sau:  Mẫu thí nghiệm (TN) là mẫu sử dụng màng chitosan đ ể bảo quản. Bao gói táo bằng phương pháp nhúng táo thí nghi ệm trong dung dịch chitosan sau đó để khô khoảng 30 phút, tiếp tục nhúng lần thứ 2 nhằm tạo màng chắc chắn đảm bảo sự bám dính trên bề mặt táo tốt hơn.  Mẫu đối chứng (ĐC) là mẫu không sử dụng màng bao chitosan. Hình 2.2. Mẫu thí nghiệm Hình 2.3. Mẫu đối chứng Lấy ngẫu nhiên mẫu ở hai nghiệm thức (TN và ĐC ), được lấy định kỳ 10 ngày/lần và mỗi lần lấy 2 mẫu để phân tích. So sánh các mẫu đối chứng và mẫu thí nghiệm sau các thời gian bảo quản qua các thông số: sự hao hụt khối lượng tự nhiên (chỉ tiêu vật lý), hàm lượng chất khô, hàm lượng acid tổng số, hàm lượng vitamin C, hàm lượng đường (chỉ tiêu hóa sinh ) và trạng thái bên ngoài , màu sắc (chỉ tiêu cảm quan). 2.2.6. Các phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng táo 2.2.6.1. Phƣơng pháp phân tích vật lý  Xác định hao hụt khối lƣợng tự nhiên [14] Cân khối lượng của từng quả táo trước và sau khi b ảo quản bằng cân kỹ thuật với 3 lần lặp lại. Hao hụt khối lượng tự nhiên được tính theo công thức: %100. 1 21 G GG G   Trong đó: G: hao hụt khối lượng tự nhiên ở mỗi lần phân tích (%) Nghiên cứu khoa học 2013 34 G1: khối lượng (g) mẫu trước khi bảo quản G2: khối lượng (g) mẫu sau khi bảo quản 2.2.6.2. Phƣơng pháp phân tích hóa sinh  Xác định hàm lƣợng chất khô tổng số [14] Cân 5g táo đem đi sấy ở nhiệt độ 850C trong 2 giờ sau đó nâng lên 1050C trong vòng 1 giờ và sấy đến khối lượng không đổi (lặp lại thí nghiệm 3 lần). Chất khô tổng số được tính theo công thức: %100. 1 2 M M X  Trong đó: X: là hàm lượng chất khô tổng số (%) M1: khối lượng (g) mẫu trước khi sấy M2: khối lượng (g) mẫu sau khi sấy  Xác định hàm lƣợng acid tổng số [14] Nghiền nhỏ 2 – 3g mẫu táo trong cối sứ, sau đó cho vào erlen 250ml đậy bằng nút cao su để hạn chế sự bay hơi của các acid hữu cơ, thêm nước cất đến vạch 150ml. Đun cách thủy trên bếp điện 80 – 900C trong 30 phút, thỉnh thoảng lắc nhẹ. Khi dung dịch nguội, lọc vào erlen 250ml và cho vào bình định mức 250 ml dùng nước cất định mức đến vạch. Lấy 50ml dung dịch lọc cho vào erlen, cho thêm 1- 2 giọt phenolphthalein. Chuẩn độ bằng NaOH 0,1N cho đến khi xuất hiện màu hồng. Lặp lại thí nghiệm 3 lần. Hàm lượng acid tính theo công thức: mV VKV A h đm . 100...  Trong đó: A: hàm lượng acid (%) V: số ml NaOH 0,1N cần để chuẩn độ K: số gam acid hữu cơ tương ứng với 1ml NaOH 0,1N, acid malic K= 0,0067, acid citric K= 0,0064 (vì acid hữu trong táo chủ yếu là acid malic nên chọn K = 0,0067). Vđm: thể tích mẫu pha loãng Vh: số ml dung dịch mẫu lấy để chuẩn độ m: khối lượng mẫu  Xác định hàm lƣợng vitamin C [14] Nghiên cứu khoa học 2013 35 Cân 5g táo và nghiền nhanh trong cối sứ với 5ml HCl 5%. Dịch chiết thu được cho vào bình định mức 100ml và thêm nư ớc cất đến vạch (dùng nước cất rửa và tráng cối chày và bã vài lần rồi đổ vào bình), khuấy đều rồi lọc. Chuẩn bị 3 erlen. Hút vào mỗi bình 20ml dung dịch chiết có chứa vitamin C, 5 – 10 giọt hồ tinh bột 1% và chuẩn độ ngay bằng dung dịch iod 0,01N đến khi màu xanh xuất hiện. Ghi nhận thể tích dung dịch iod 0,01N dùng trong mỗi lần chuẩn độ. Hàm lượng vitamin C trong táo được tính theo công thức: mV VV C h c . 1000.00088,0..  Trong đó: C: hàm lượng vitamin C trong nguyên liệu (mg) Vc: giá trị trung bình của số ml dung dịch iod 0,01N dùng để chuẩn độ V: thể tích của dịch chiết 100ml Vh: số ml dung dịch mẫu lấy để chuẩn độ 0,0088: số gam vitamin C tương ứng với 1ml 0,01N m: khối lượng mẫu  Xác định hàm lƣợng đƣờng [14] Cân 10g táo nghiền cẩn thận và cho vào 30ml nước cất nóng 70 – 800C để hòa tan mẫu, lấy nước chiết. Chuyển toàn bộ hỗn hợp vào erlen 10oml. Đun cách thủy ở 80 0 C trong 15 phút, thỉnh thoảng lắc đều trong khi đun, để nguội đến nhiệt độ phòng. Cho vào 5ml Kali feroxyanua 15% lắc đều, để yên trong 2 – 3 phút rổi cho thêm 5ml kẽm acetat 30% lắc mạnh nhằm loai bỏ một số tạp chất. Khi đó sẽ xuất hiện kết tủa trắng đục dạng keo. Tiến hành lọc tạp chất bằng giấy lọc băng vàng, rửa tạp chất bằng nước nóng cho sạch. Sau đó cho dung dịch vào bình định mức 250ml, tráng lại dung cụ chứa dung dịch vài lần với nước cất. Nước tráng cho cả vào bình định mức nhưng không được quá 250ml. Ta tiến hành đo pH của dung dịch nếu là môi trường acid thì ta dùng dung dịch NaOH 10% trung hòa đến pH bằng 7 (kiểm tra bằng giấy đo pH). Đem đi xác định hàm lượng đường. - Cách xác định hàm lượng đường khử Cho vào erlen 250ml: 10ml dung dịch Fehling A + 10ml dung dịch Fehling B + 10ml dịch lọc đã chuẩn bị trên và khoảng 20ml nước cất. Đun sôi hỗn hợp 3phút tính từ khi xuất hiện bọt nước đầu tiên . Sau khi đun sôi dung dịch v ẫn còn màu xanh biếc đặc trưng. Nếu dung dịch mất màu hoàn toàn thì chứng tỏ lượng Fehling Nghiên cứu khoa học 2013 36 sử dụng không đ ủ oxi hóa lư ợng đường có trong mẫu. Lúc đó ta phải làm lại thí nghiệm và tăng thể tích dung dịch Fehling. Lấy bình ra và để nghiêng cho cặn Cu2O lắng xu ống. Dung dịch bên trên lớp cặn phải có màu xanh của Cu(OH)2. Khi kết tủa Cu2O lắng xuống, tiến hành lọc phần nước bên trên qua phễu lọc. Cho nước đã đun sôi vào bình nón và tiếp tục gạn lọc vào phễu cho đến khi nước trong bình nón hết màu xanh. Trong quá trình lọc tránh không để kết tủa rơi vào phễu và luôn luôn giữ một lớp nước đã đun sôi trên mặt kết tủa trong bình nón và trong phễu để tránh oxy hóa. Lần gạn lọc cuối cùng, gạn hết nước và cho ngay vào bình nón 20ml dung dịch Fe2(SO4)3 để hòa tan kết tủa Cu2O. Rút hết nước trong phễu, thay bình hút lọc cũ bằng bình mới. Đổ dung dịch Fe2(SO4)3 đã hòa tan kết tủa Cu2O trong bình nón lên trên lớp cặn còn lại trên phễu. Tráng bình nón bằng dung dịch Fe2(SO4)3 cho đến khi không còn vết Cu2O trong bình nón và phễu. Hút xuống bình lọc và tráng rửa lại bằng nước cất đun sôi, hút cả xuống bình lọc. Lấy bình lọc ra và chuẩn độ dung dịch thu được bằng KMnO4 cho đến khi xuất hiện màu hồng nhạt bền khoảng 15 giây. Tính lượng KMnO4 dùng chuẩn độ , sau đó tra bảng suy ra lượng đượng có trong mẫu. Song song làm thí nghiệm đối chứng bằng cách thay dung dịch đường bằng nước cất. Công thức tính hàm lượng đường khử trong trái cây: . 1000.. 100.. 1 mV Va X  Trong đó: X hàm lượng đường khử tính theo % a :số mg glucose tìm được khi tra bảng ứng với số ml KMnO4 0,1N dùng để chuẩn độ mẫu thí nghiệm - số ml KMnO4 0,1N chuẩn độ ở mẫu đối chứng V dung tích bình định mức V1: lượng dung dịch lấy để xác định đường khử m: lượng mẫu thí nghiệm 100: hệ số tính chuyển thành % 1000: hệ số đổi gam thành mg 2.2.6.3. Phƣơng pháp phân tích cảm quan Tiến hành xây dựng bảng điểm cảm quan đối với mẫu táo được bảo quản bằng màng chitosan và mẫu đối chứng theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3215 – 79 (Sản phẩm thực phẩm – phân tích cảm quan – phương pháp cho điểm). Nghiên cứu khoa học 2013 37 Xác định chỉ tiêu cảm quan (trạng thái, màu sắc) của táo theo phương pháp cho điểm. Ở phương pháp cho điểm này sử dụng hệ 10 điểm xây dựng trên một trang thống nhất có 6 bậc từ 0 – 5. Sáu bậc đánh giá tương ứng với nội dung mô tả bảng 3.3.sau: Bảng 2.3. Bảng điểm cảm quan cho táo khi bảo quản ở mẫu ĐC và mẫu TN Điểm chưa có trọng lượng Màu sắc Trạng thái 5 Vỏ táo màu xanh Táo tươi, cứng không có vết bầm dập 4 Vỏ táo màu xanh nhạt, hơi vàng Táo còn cứng, ít tươi 3 Vỏ táo màu vàng xanh Táo kém tươi 2 Vỏ táo màu vàng Táo bắt đầu mềm 1 Vỏ táo màu vàng đen, bắt đầu hư hỏng Táo mềm, vỏ héo 0 Vỏ táo có nhiều đốm đen Táo mềm hoàn toàn Nghiên cứu khoa học 2013 38 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Tách chiết chitin - chitosan từ vỏ tôm Sau quá trình tách chiết như trình bày ở mục 2.2.1, chúng tôi thu được kết quả như sau: Hình 3.1. Chitosan dạng vảy Phân tích một số các chỉ tiêu của chitosan thu nhận được theo các ph ương pháp trình bày ở mục 2.2.2, chúng tôi thu được kết quả sau: Bảng 3.1. Kết quả phân tích chitosan chiết suất đƣợc từ vỏ tôm STT Trạng thái / Chỉ tiêu Thành phần (% W) 1. Màu trắng ngà, không mùi 2. Độ ẩm 9,76 ± 0,62 % 3. Độ nhớt 140,67 ± 3,15 cPs 4. Độ tro 0,62 ± 0,11% 5. Độ hòa tan 96,27 ± 0,27 % 6. Độ deacetyl 81,73 % Dưới đây là sơ đồ phân tích phổ IR của chitosan thu nhận được sau khi thực hiện quá trình deacetyl. Nghiên cứu khoa học 2013 39 Hình 3.2. Kết quả phân tích phổ IR của chitosan chiết suất đƣợc Thông qua dữ liệu phổ IR của mẫu chitosan thu được từ quá trình deacetyl chitin thu được các peak đặc trưng của chitosan ở các vị trí bước sóng 3435 cm-1 (OH), 2000 – 3000cm-1 (CH), 1700 – 2000cm-1 (C=O), 1656cm-1(NH) Độ deacetyl được tính theo công thức là: DD = 100 – [(A1656/A3435). 100/1,33] Dựa vào công thức trên chúng tôi thu được độ deacetyl là 81,73%. Theo tạp chí thủy sản số 2, 1992, chỉ tiêu chất lượng thấp nhất của chitosan do công ty PROTAN-Biopolimer sản xuất có độ deacetyl là 70% [ 9 ]. Như vậy chitosan do chúng tôi chiết suất đạt yêu cầu chất lượng về độ deacetyl nên có khả năng ứng dụng làm bao gói dùng trong bảo quản thực phẩm. 3.2. Chọn vùng biến thiên của các yếu tố khảo sát 3.2.1. Thời gian tạo màng Tiến hành tạo màng như đã trình bày ở phần phương pháp, khảo sát thời gian tạo màng theo các nghiệm thức: sau 40, 45, 50, 55, 60 (phút) làm khô ở cùng nhiệt độ 650C. Phân tích cảm quan màng thu được chúng tôi thu được kết quả như sau: Bảng 3.2. Kết quả phân tích cảm quan khảo sát thời gian tạo màng thích hợp Thời gian(phút) Chỉ tiêu 40 45 50 55 60 Độ bóng 5 8 9 7 6 Độ đàn hồi 6 7 9 8 5 Nghiên cứu khoa học 2013 40 Qua khảo sát sơ bộ và đánh giá bằng phương pháp cảm quan chúng tôi nhận thấy ở thời gian 45, 50, 55 phút điểm về độ đàn hồi và độ bóng cao hơn so với ở 40 và 60 phút. Kết quả này cho thấy thời gian tạo màng ảnh hưởng lớn tới cấu trúc của màng. Ở thời gian 60 phút độ đàn hồi của màng thấp là do thời gian dài làm cho màng quá khô, trở nên dòn và dễ gãy. Nếu thời gian tạo màng ngắn thì các phân tử chitosan chưa tự sắp xếp và phân bố lại trên bề mặt kính nên gây khó khăn trong việc thu nhận màng. Ngược lại, trong cùng 1 nhiệt độ nếu thời gian tạo màng càng lâu thì màng càng khô và mỏng do nước bay hơi nhiều, các phân tử chitosan xích lại gần nhau dàn thành một lớp đơn phân nên màng sẽ giòn, dễ gãy. Lúc này các mối liên kết bị phá vỡ tạo những kết cấu không bền cục bộ, nước bốc hơi quá mức. Chúng tôi chọn thời gian tạo màng từ 45 – 55 phút để tiến hành thí nghiệm tối ưu. 3.2.2. Nồng độ acid acetic Tương tự tiến hành tạo màng như trình bày ở phần phương pháp với nồng độ acid acetic thay đổi theo các nghiệm thức: 1, 2, 3, 4, 5 % (% v). Quét dung dịch gel chitosan lên các mặt phẳng kiếng, làm khô ở 650C trong thời gian 50 phút. Màng thu được có kết quả phân tích cảm quan như sau: Bảng 3.3. Kết quả phân tích cảm quan khi khảo sát nồng độ acid acetic thích hợp Nồng độ (%v) Chỉ tiêu 1 2 3 4 5 Độ bóng 8 7 9 6 7,5 Độ đàn hồi 8 9 7 6 5 Bảng 3.3 cho thấy ở nồng độ acid acetic 1 – 2 % màng có độ đàn hồi và độ bóng cao hơn so với các nồng độ khác. Do đó chúng tôi chọn khoảng nồng độ acid acetic thích hợp từ 1 – 2 (%) để khảo sát thí nghiệm tối ưu tiếp theo. 3.2.3. Hàm lƣợng phụ gia etylen glycol Tạo màng trên mặt phẳng kính tương tự như trên nhưng thay đổi hàm lượng ethylene glycol (EG) theo các nghiệm thức: 5, 10, 15, 20, 25% (% w/v). Tiến hành đánh giá cảm quan các màng thu được chúng tôi thu được kết quả như bảng 3.4. Nghiên cứu khoa học 2013 41 Bảng 3.4. Phân tích cảm quan khi khảo sát hàm lƣợng ethylene glycol thích hợp Nồng độ (%wv) Chỉ tiêu 5 10 15 20 25 Độ bóng 8 7 9 6 5 Độ đàn hồi 6 8 10 9 5 Kết quả thí nghiệm cho thấy hàm lượng EG thích hợp 10 - 20 (%). Màng thu được khi bổ sung 10-20% EG có độ đàn hồi cao hơn do có khả năng giữ ẩm tốt. Sự giãn mạch khi này xảy ra từ từ, các liên kết được sắp xếp lại do hình thành liên kết mới glycol-chitosan. Ngoài ra còn liên kết gián tiếp thông qua phân tử nước tạo cầu nối hydro. Khi gia nhiệt sẽ không xảy ra hiện tượng mất nước đột ngột và cục bộ giúp dung dịch gel phủ đều trên mặt kính. Chúng tôi chọn miền biến thiên của EG từ 10 – 20 (%) để tiến hành thí nghiệm tối ưu tiếp theo. 3.3. Tối ƣu các yếu tố ảnh hƣởng đến tính kéo đứt của màng Với mục đích mô hình hóa mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến tính kéo đứt của màng thu được, sau các thí nghiệm thăm dò chúng tôi chọn miền biến thiên của các yếu tố như sau: x1 = 45 ÷ 55 (tương ứng với thời gian tạo màng, phút) x2 = 1 ÷ 2 (tương ứng với nồng độ acid acetic, % v) x3 = 10 ÷ 20 (tương ứng với hàm lượng ethylene glycol, % w/v) Đây là bài toán tối ưu phỏng định, dùng phương án qui hoạch thực nghiệm trực giao cấp 1 với mức biến thiên của ba yếu tố khảo sát như sau: Bảng 3.5. Các mức biến thiên của các yếu tố khảo sát Các mức Các yếu tố khảo sát x1 x2 x3 Mức cơ sở 50 1,5 15 Khoảng biến thiên 5 0,5 5 Mức trên 55 2 20 Mức dưới 45 1 10 Tiến hành thí nghiệm theo ma trận đã hoạch định, thu nhận màng và xác định ứng suất kéo bằng thiết bị Instron, chúng tôi thu được kết quả như bảng 6 (các test do màn hình thiết bị Instron xuất ra như hình 3.3). Nghiên cứu khoa học 2013 42 Hình 3.3. Kết quả phân tích tính kéo đứt của màng khi thực nghiệm tối ƣu Từ ma trận đã hoạch định chúng tôi thu được giá trị của hàm mục tiêu Y như trình bày ở bảng 3.6. Bảng 3.6. Kết quả thực nghiệm tối ƣu các yếu tố khảo sát đến ƣ́ng suất kéo của màng Số TN x1 x2 x3 Thời gian (phút) Acid acetic (%) Ethylene glycol (%) Ứng suất kéo (Y) (MPa) 1 1 1 1 55 2 20 0,340 ± 0,139 2 1 1 -1 55 2 10 1,714 ± 0,260 3 1 -1 1 55 1 20 2,441 ± 0,213 4 1 -1 -1 55 1 10 1,918 ± 0,237 5 -1 1 1 45 2 20 0,409 ± 0,009 6 -1 1 -1 45 2 10 1,143 ± 0,438 7 -1 -1 1 45 1 20 1,217 ± 0,325 8 -1 -1 -1 45 1 10 0,808 ± 0,322 Theo các số liệu ở bảng 3.6 và công thức (1) ở mục 2.2.4.2., chúng tôi tính được các giá trị bj như trong bảng 3.7 sau. Nghiên cứu khoa học 2013 43 Bảng 3.7. Các hằng số bj tính theo các số liệu thực nghiệm tối ƣu b0 b1 b2 b3 b12 b13 b23 1,249 0,3546 -0,347 -0,147 -0,229 -0,066 -0,38004 Xử lý số liệu thực nghiệm với chương trình phần mềm Statgraphics Centurion XV. Phương trình hồi quy có dạng đầy đủ là: Y_UNGSUAT = 1,24871 + 0,354587*X1_NHIET - 0,347213*X2_AACETIC - 0,146963*X3_ETYLENGLYCOL - 0,229187*X1_NHIET*X2_AACETIC - 0,0657375*X1_NHIET*X3_ETYLENGLYCOL - 0,380037*X2_AACETIC*X3_ETYLENGLYCOL (Nguồn: kết quả xác định phương trình hồi quy t ừ phần mềm Statgraphics Centurion XV) Độ tin cậy của kết quả tính toán khá cao với R2 = 98,14 %. Vậy, phương trình thu được khi xử lý với chương trình phần mềm Statgraphics Centurion XV có các hệ số hồi quy phù hợp với cách tính toán theo công thức lý thuyết. Không phải tất cả các hệ số trên đều có ý nghĩa. Do đó, để kiểm tra ý nghĩa của các hệ số trong phương trình hồi quy, chúng tôi phải tiến hành thêm 3 thí nghiệm tại tâm phương án, tức là tiến hành khảo sát ứng suất kéo của màng ở điều kiện: thời gian tạo màng là 50 phút, nồng độ acid acetic là 1,5% và hàm lượng ethylene glycol là 15%. Kết quả phân tích tính kéo đứt của màng tại tâm phương án bằng thiết bị Instron thể hiện ở hình 3.4. Hình 3.4. Kết quả phân tích tính kéo đứt của màng tại tâm phƣơng án Nghiên cứu khoa học 2013 44 Số liệu thực nghiệm tại tâm phương án do màn hình thi ết bị Instron xuất ra được thống kê theo bảng 3.8. Bảng 3. 8. Kết quả thí nghiệm tại tâm phƣơng án STT x1 x2 x3 Y 0 T1 0 0 0 1,738 ± 0,165 T2 0 0 0 1,874 ± 0,174 T3 0 0 0 1,841 ± 0,072   0251,0 8 005,0 005,0 13 1 817,1 3 1 23 1 002 3 1 00         N S SvàYYS YY th b u uth u u j Theo các số liệu ở bảng 3.8 và công thức (2) ở mục 2.2.4.2, chúng tôi tính được các giá trị tj như trong bảng 3.9. Bảng 3.9. Các hệ số hồi qui tj tính theo các số liệu thực nghiệm tối ƣu t0 t1 t2 t3 t12 t13 t23 49,755 14,129 -13,83 -5,856 -9,132 -2,619 -15,1426 Tra bảng tp(f) theo tiêu chuẩn Student với p = 0,05; f = n0 – 1 = 3 - 1 = 2 nhận được: t0,05(2)= 4,3. So sánh các giá trị tj với t0,05(f), ta thấyt13nhỏ hơn t0,05(5). Do đó, hệ số b13 bị loại ra khỏi phương trình hồi qui. Vậy phương trình hồi qui cuối cùng có dạng: Y = 1,249 + 0,355 x1 - 0,347 x2 - 0,147 x3 - 0,229 x1x2 - 0,380 x2x3  Kiểm tra sự