Tối ưu hóa quy trình sản xuất Gelatin từ da cá Basa bằng phương pháp dùng Enzym

Hiện nay, có một số phầnmềm thiết kế và tối ưu hoá giúp cho dễ dàng hơn trong việc khảo sát các điều kiệnthí nghiệm này.Xuất phát từ tình hình trên, chúng tôi chọn đề tài : “Tối ưu hóa q

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ

ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP.HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN THỊ XUÂN

TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ BASA BẰNG PHƯƠNG PHÁP DÙNG ENZYM

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ

ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP.HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN THỊ XUÂN

TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ BASA BẰNG PHƯƠNG PHÁP DÙNG ENZYM

CHUYÊN NGÀNH KIỂM NGHIỆM DƯỢC PHẨM VÀ ĐỘC CHẤT

MÃ SỐ : 60 _ 73 _ 15

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

Người hướng dẫn khoa học :

TS TRẦN THANH NHÃN

Tp Hồ Chí Minh -2006

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện.Các kết quả nêu trong luận văn này được đảm bảo tính trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào

Tác giả

NGUYỄN THỊ XUÂN

Tp Hồ Chí Minh -2006

PHẦN MỞ ĐẦU

Hiện nay, xuất khẩu thủy hải sản là một trong những mặt trận hàng đầu đã đem vềnhiều ngoại tệ cho nước ta, trong đó cá Basa chiếm tỷ trọng khoảng 20%

Cá Basa, một loại cá da trơn được ưa chuộng ở nhiều nước trên thế giới, nhất làtrên thị trường Mỹ do nó có giá trị dinh dưỡng cao : cung cấp nhiều acid amin vàacid béo cần thiết cho cơ thể Bên cạnh sản phẩm chính là nạc cá, còn có nhiều sảnphẩm phụ trong quá trình chế biến như đầu cá, xương cá và da cá Đây là nguồnphụ phẩm khổng lồ, phần lớn chỉ sử dụng ở dạng thô sơ, chủ yếu làm thức ăn chogia súc Hàng năm, Việt Nam chế biến khoảng 600.000 tấn cá Basa, cho ra khoảng400.000 tấn phụ phẩm, trong đó da cá chiếm từ 4 – 6%

Từ da cá, có thể tạo ra những sản phẩm khác có giá trị kinh tế cao hơn và có nhiềuứng dụng trong thực tế Đặc biệt là gelatin từ da cá có giá trị dinh dưỡng hơn vànhất là có thể thay thế gelatin từ động vật có vú trong thực phẩm của cộng đồngngười Hồi giáo (do những quy định tôn giáo, ngăn cấm sử dụng những sản phẩm từheo) và ở một số quốc gia xảy ra bệnh bò điên

Tuy nhiên, trong phương pháp sản xuất gelatin từ da cá, nếu dùng acid hay kiềm đểthủy phân thì phải trang bị các thiết bị chịu acid, chịu kiềm, chịu nhiệt … và đồngthời có thể gây ô nhiễm môi trường, gây độc cho công nhân và nhất là có thể pháhủy một số acid amin (Lysin, Argynin, Cystein, Tryptophan …) Để khắc phục cácnhược điểm trên thì phương pháp thủy phân bằng enzym là phương pháp hiện naythường được áp dụng trong sản xuất

Trong quy trình thủy phân protein da cá nói chung cũng như quy trình chiết xuấtgelatin nói riêng có nhiều yếu tố ảnh hưởng như : nồng độ enzym, nhiệt độ thủy

phân, thời gian thủy phân, pH, nhiệt độ chiết gelatin … Để đạt hiệu suất cao nhấtcần phải chọn những điều kiện thực nghiệm tối ưu nhất Hiện nay, có một số phầnmềm thiết kế và tối ưu hoá giúp cho dễ dàng hơn trong việc khảo sát các điều kiệnthí nghiệm này.

Xuất phát từ tình hình trên, chúng tôi chọn đề tài : “Tối ưu hóa quy trình sản xuất gelatin từ da cá Basa bằng phương pháp dùng enzym”, nhằm mục đích nâng cao

giá trị kinh tế của một trong những phụ phẩm của ngành thủy sản, với các mục tiêunhư sau:

 Mục tiêu tổng quát:

Tối ưu hoá quy trình thủy phân protein từ da cá Basa bằng phương pháp dùngenzym để chiết gelatin đạt hiệu suất tối ưu

 Mục tiêu chuyên biệt :

- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzym, pH, nhiệt độ, thời gian thủy phân,nhiệt độ chiết gelatin từ da cá Basa

- Thiết kế và tối ưu hoá quy trình thủy phân protein (collagen) từ da cá Basađể chiết gelatin với sự trợ giúp của các phần mềm vi tính

- Kiểm nghiệm gelatin sản phẩm được chiết xuất theo các thông số do quytrình tối ưu dự đoán

Đề tài này được thực hiện tại Bộ môn Sinh Hóa và phân môn Vi tính Dược - Khoa Dược – ĐHYD – TP.HCM và xí nghiệp Dược phẩm Cửu Long

Nguồn nguyên liệu được cung cấp bởi Công ty cổ phần xuất nhập khẩu thủy sảnAgifish – An giang

DA CÁ

BASA

(100 g)

MỤC LỤC

Trang

Bìa trong

Lời cam đoan

Mục lục

Các từ viết tắt i

Danh mục bảng ii

Danh mục hình và sơ đồ iv

Danh mục các phụ lục vi

PHẦN MỞ ĐẦU 1

Chương 1 – TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất gelatin từ da cá .3

1.2 Cá Basa 4

1.2.1 Định loài 4

1.2.2 Giá trị dinh dưỡng của cá Basa 5

1.2.3 Sản lượng 5

1.2.4 Thành phần hóa học của da 5

1.3 Collagen 6

1.3.1 Cấu trúc 6

1.3.2 Tính chất 7

1.4 Sự chuyển collagen thành gelatin 9

1.5 Gelatin 9

1.5.1.Cấu trúc 9

1.5.2 Phân loại 12 1.5.3.Tính chất lý hóa 12

1.5.5 Hướng phát triển kinh tế của gelatin 15

1.6 Các phương pháp thủy phân protein 15

1.6.1 Phương pháp thủy phân bằng acid 15

1.6.2 Phương pháp thủy phân bằng kiềm 16

1.6.3 Phương pháp thủy phân bằng enzym 16

1.7 Enzym Alkalase 19

1.7.1 Nguồn gốc 19

1.7.2 Đặc tính sản phẩm 19

1.8 Thiết kế và tối ưu hoá với sự trợ giúp của phần mềm ứng dụng 20

1.8.1 Liên quan nhân quả 20

1.8.2 Tối ưu hoá thông minh 21

1.9 Đánh giá quy trình 26

1.9.1 Xem kết quả tối ưu hóa 26

1.9.2 Đánh giá công thức tối ưu 26

Chương 2 – NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 27

2.1 Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu 27

2.1.1 Nguyên liệu 27

2.1.2 Trang thiết bị 27

2.2 Phương pháp nghiên cứu .28

2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 28

2.2.2 Pha chế dung dịch đệm pH 30

2.2.3 Quy trình thủy phân da cá Basa bằng phương pháp enzym 31

2.2.4 Thăm dò sơ bộ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất gelatin từ da cá Basa 35

2.2.5 Thăm dò nhân quả 39

2.2.6 Tối ưu hóa các thông số quy trình 40

2.2.7 Đánh giá quy trình tối ưu 40

2.2.8 Kiểm nghiệm sản phẩm 42

Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 47

3.1 Kết quả thăm dò sơ bộ các yếu tố ảnh hưởng trên quá trình chiết xuất gelatin từ da cá Basa 47

3.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ enzym 47

3.1.2 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân 49

3.1.3 Ảnh hưởng của pH 51

3.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân 52

3.1.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết gelatin 55

3.2 Thiết kế mô hình thực nghiệm 56

3.2.1 Các thông số đưa vào phần mềm Design – Expert để thiết kế các mô hình thực nghiệm 57

3.2.2 Kết quả thực nghiệm các mô hình 60

3.3 Nghiên cứu liên quan nhân quả và yếu tố ảnh hưởng 66

3.3.1 Xu hướng liên quan 66

3.3.2 Mức độ liên quan 67

3.3.3 Quy luật liên quan nhân quả 68

3.4 Tối ưu hóa quy trình 74

3.4.1 Luyện mạng thần kinh 74

3.4.2 Tối ưu hóa quy trình 76

3.4.3 Tính chất dự đoán của quy trình tối ưu 76

3.4.4 Thực nghiệm kiểm chứng quy trình tối ưu 76

3.4.5 Đánh giá quy trình tối ưu 77

3.5 Kiểm tra chất lượng sản phẩm thực hiện theo các thông số

do mô hình tối ưu hóa dự đoán (DĐVN III) 78

Chương 4 – KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 80

4.1 Kết luận 80

4.2 Đề nghị 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO

CÁC PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG

1.2 So sánh hàm lượng acid amin trong gelatin da cá

2.2 Thăm dò ảnh hưởng của nồng độ enzym trên hiệu suất chiết gelatin 35

2.3 Thăm dò ảnh hưởng của thời gian thủy phân trên hiệu suất chiết gelatin 36 2.4 Thăm dò ảnh hưởng của pH trên hiệu suất chiết gelatin 37

2.5 Thăm dò ảnh hưởng của nhiệt độ trên hiệu suất chiết gelatin 38

2.6 Thăm dò ảnh hưởng của nhiệt độ chiết trên hiệu suất chiết gelatin 39

3.1 Kết quả thăm dò sơ bộ ảnh hưởng của nồng độ enzym

3.2 Kết quả thăm dò sơ bộ ảnh hưởng của thời gian thủy phân

3.3 Kết quả thăm dò sơ bộ ảnh hưởng của pH trên hiệu suất và lực gel 51

3.4 Kết quả thăm dò sơ bộ ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân

3.5 Kết quả thăm dò sơ bộ ảnh hưởng của nhiệt độ chiết gelatin

3.9 Thông số thiết kế các mô hình Taguchi OA L 16 59

3.10 Kết quả xác định hiệu suất của các mô hình Taguchi OA L 16 60

3.11 Kết quả xác định lực gel của các mô hình Taguchi OA L 16 63

3.12 Kết quả xác định lực hiệu suất và gel của các mô hình Taguchi 65

3.13 Các xu hướng và mức độ liên quan nhân quả 67

3.14 Đặc điểm thống kê các mô hình liên quan nhân quả 75

3.15 Kết quả thực nghiệm mô hình tối ưu về hiệu suất và độ Bloom 77

3 16 So sánh tính chất sản phẩm giữa hai lần thực nghiệm

3.17 So sánh tính chất sản phẩm giữa trung bình hai lần thực nghiệm

3.18 Kết quả kiểm nghiệm gelatin thực hiện theo các thông số

DANH MỤC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ

Hình Trang

1.3 Sự sắp xếp của các acid amin trên phân tử tropocollagen 8

1.6 Minh họa các hàm mục tiêu trong tối ưu hoá 25

3.1 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ enzym 48

3.2 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của thời gian thủy phân 50

3.3 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của pH đến hiệu suất sản phẩm 52

3.4 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân 54

3.5 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ chiết gelatin 56

3.6 Thực nghiệm mô hình Taguch OA L 16 60

3.7 Minh họa xu hướng liên quan nhân quả giữa các yếu tố với hiệu suất 66

3.8 Minh họa xu hướng liên quan nhân quả giữa các yếu tố với lực gel 67

3.9 Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát trên hiệu suất 70

3.10 Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát trên lực gel 73

Sơ đồ

2.1 Sơ đồ quy trình chiết xuất gelatin từ da cá Basa 33

DANH SÁCH CÁC PHỤ LỤC

Phụ lục 1 Kết quả kiểm nghiệm gelatin về độ ẩm

(của 16 thí nghiệm trong mô hình Taguchi OA L 16)

Phụ lục 2 Kết quả kiểm nghiệm gelatin về lực gel

(của 16 thí nghiệm trong mô hình Taguchi OA L 16)

Phụ lục 3 Kết quả kiểm nghiệm gelatin về độ tro

(của 16 thí nghiệm trong mô hình Taguchi OA L 16)

Phụ lục 4 Ảnh hưởng của thuật toán lan truyền ngược trên giá trị R2 luyện

Phụ lục 5 Ảnh hưởng của thuật toán lan truyền ngược trên hàm truyền lớp

ẩn và hàm truyền lớp ra

Phụ lục 6 Ảnh hưởng của thuật toán lan truyền ngược về yếu tố momen, tốc độ

luyện và mầm ngẫu nhiên

Phụ lục 7 Kết quả kiểm nghiệm gelatin về lực gel

(của mẫu thực hiện theo các thông số của mô hình tối ưu hóa)

Phụ lục 8 Kết quả so sánh hiệu suất và lực gel giữa hai lần thực nghiệm của mô

hình tối ưu hóa (phân tích phương sai hai yếu tố không lặp)

Phụ lục 9 Kết quả so sánh hiệu suất và lực gel giữa trung bình hai lần thực nghiệm

với dự đoán, của mô hình tối ưu hóa (phân tích phương sai hai yếu tố không lặp)

Phụ lục 10 Kết quả kiểm nghiệm sản phẩm gelatin được thực hiện theo các thông

số của mô hình tối ưu hóa (dựa theo tiêu chuẩn DĐVN III)

CÁC TỪ VIẾT TẮT

FAO Food agriculture organization Tổ chức nông lương thế giới

WHO Word health organization Tổ chức y tế thế giới

ÝÙ KIẾN VÀ CÁC CÂU HỎI CỦA HỘI ĐỒNG :

I PGS TS Đồng Thị Thanh Thu:

* GÓP Ý:

- Trang 6, 10, 11, 19, 33, 54 : lỗi chính tả

- Lý thuyết về tối ưu hóa nên viết gọn hơn

* CÁC CÂU HỎI:

1.Căn cứ vào đâu để biết khi nào sự thủy phân collagen đến gelatin để dừng ?2.Tại sao chọn Alkalase để thủy phân?

3 Có thể thủy phân bằng acid được không? Tại sao?

4 Có enzym từ thực vật nào có thể dùng để thủy phân protein?

II PGS TS Võ thị Bạch Huệ:

* CÁC CÂU HỎI:

5 Trang 58, dựa vào đâu để thiết kế mô hình Taguchi

6 Dựa vào đâu để lập nên các thông số để thiết kế các mô hình đó ?

7 Để xác định các biến độc lập, biến phụ thuộc xuất phát từ các số liệu thực nghiệm hay dựa vào tài liệu, hay từ những kinh nghiệm nào?

8 Ngoài da cá Basa còn có nguyên liệu nào có thể được dùng để sản xuất gelatin không Ở Việt Nam có ai sản xuất gelatin chưa và có so sánh với ai không?

9 Ở mục 2.2.7 mô hình Taguchi có 16 thí nghiệm, sao chỉ thấy có 8 thí nghiệm?

- Nên nói rõ hơn về vấn đề thủy phân bằng enzym.

- Nên triển khai sản xuất

PHẦN TRẢ LỜI CÂU HỎI:

1.Sự thủy phân protein nói chung hay sự thủy phân collagen thành gelatin nói riêng, nếu quá trình thủy phân không kiểm soát : thí dụ nồng độ enzym cao, thời gian thủy phân kéo dài … dễ dẫn tới tình trạng thủy phân hoàn toàn cho ra acid amin haytiếp tục phân cắt những mạch gelatin đã được sinh ra nên sẽ không tạo được gelatin

hay sinh ra gelatin rất ít làm giảm độ nhớt, lực gel Do đó sẽ làm giảm hiệu suất vàchất lượng của gelatin.

Vì vậy, đo độ nhớt, lực gel, thử độ đông của bán thành phẩm, hay có thể nhận xét về cảm quan

2 Chọn alkalase để thủy phân vì đã dựa vào một số tài liệu: Tài liệu cùa bộ công nghiệp, tác giả là Vũ Thị Thuận là sản xuất gelatin từ da heo bằng enzym trong đó có alkalase, esperase, savinase.Trong đó alkase cho hiệu suất cao nhất, hơn nữa do thời gian có hạn nên chỉ khảo sát một enzym, nếu có điều kiện chúng tôi sẽ khảo sát thêm các enzym khác

3 Có thể dùng acid để thủy phân, Việc dùng acid để thủy phân đã dược ứng dụng từ lâu Nhưng so với phương pháp thủy phân bằng enzym( phương pháp sinh học mới) có nhiều ưu điểm hơn:

- Không cần trang thiết bị chịu acid, chịu kiềm, chịu nhiệt độ cao, thường rất đắt tiền

- Không bị hũy môt số acid amin như khi dùng acid: Tryptophan bị mất hoàn toàn, Serin và Threonin bị mất một phần…

- Cho hiệu suất cao , chất lượng cao hơn, hiệu quả kinh tế hơn

4 Các enzym từ thực vật có thể dùng thủy phân protein như :bromelin từ quả thơm,papain từ đu đủ, ficin từ trái sung …

5 Dựa vào kết quả thăm dò sơ bộ các yếu tố ảnh hưởng là có 5 yếu tố ảnh hưởng, mỗi yếu tố có thể chia thành 5 mức phù hợp với mô hình taguchi nên mô hình này được chọn để thiết kế

6 Các thông số để thiết kế là kết quả của quá trình thăm dò sơ bộ , dùng làm dữ liệu đưa vào phần mềm Design – Expert sẽ thiết kế các mô hình thực nghiệm

7 Để xác định các biến độc lập, phụ thuộc dựa vào kết quả thăm dò sơ bộ, dựa vàotài liệu tham khảo, và kinh nghiệm trong quá trình thăm dò

8 Ngoài da cá Basa, còn có thể sản xuất gelatin từ xương ,vây … từ các động vật khác Ở Việt Nam đã sản xuất gelatin nhiều bằng phương pháp acid hay kiềm,

riêng phương pháp enzym chỉ thấy sản xuất từ da heo Riêng từ phế phụ liệu cá sảnxuất một số chế phẩm trong đó có gelatin nhưng chưa thấy đưa vào sản xuất (Đại học Bách khoa).

9 Mô hình Taguchi có 16 thí nghiệm , mỗi thí nghiệm làm 2 lần nên phải đến 32 thí nghiệm nên không thể thực hiện 1 lần Do đó 8 thí nghiệm trong hình là của 4 thí nghiệm, do đó mô hình Taguchi phải được thực hiện nhiều lần

10 Enzym alkalase do hảng Novozym cung cấp, giá 35 đô la / kg

11 Phân biệt gelatin sản xuất bằng con đường enzym và gelatin thủy phân bằng acid hay kiềm:

Gelatin sản xuất bằng con đường enzym có độ tro thấp (đạt yêu cầu hơn so với các phương pháp khác.mặt khác gelatin từ phương pháp enzym có độ gel cao, không bị phân hủy một số acid amin, có thể dùng phương pháp sắc ký lớp mõng , sắc ký giấy , diện di trên gel để phân biệt

DA CÁ

BASA

(100 g)

Chương 1 – TỔNG QUAN

1.1.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ [22], [24], [32], [33]

Gelatin được tạo thành từ sự thủy phân không hòan toàn collagen, là thành phầnprotein chủ yếu của mô liên kết ở da và xương động vật hữu nhũ

Từ lâu, việc chiết xuất gelatin từ da heo hay từ da các loài động vật hữu nhũ đãđược nghiên cứu và ứng dụng trong sản xuất rất nhiều Gần đây, việc chế biến cácsản phẩm từ cá đã tạo ra một nguồn phụ phẩm lớn chiếm đến 67% tổng khối lượngcá như da và xương Vì vậy, việc sử dụng da cá Basa để chiết xuất gelatin đã gópphần rất lớn vào việc giải quyết nguồn phụ phẩm của ngành thủy sản và tạo ranhững sản phẩm mới có giá trị kinh tế hơn

Ngoài ra, gelatin còn được sản xuất từ da của nhiều loại cá :

- Cá tuyết (Norland Products 1985, Grossman & Bergman 1992; Holzer, 1996)

- Cá Megrim (Lepidorhombus boscii (Risso), Dover sole (Solea vulgaris), cod (Gadus morhua), meluc (Merluccius, L).

- Cá rô phi, cá trê kênh đào …

Ở nước ta, xuất khẩu cá Basa ở dạng phi–lê đang là một thế mạnh và có tiềm nănglâu dài Do đó, nguồn phụ phẩm da cá là rất lớn ; thuận lợi cho việc chiết xuấtgelatin từ da cá Basa nói riêng và da các loại cá nói chung góp phần nâng cao giátrị kinh tế của các phụ phẩm của ngành chế biến thủy sản

1.2 CÁ BA SA [1], [10], [15]

1.2.1 Định loài

Cá Basa (Pangasius bocourti)

Theo phân loại khoa học :

Bộ Siluriformes

Họ Pangasidae (họ cá Tra)

Giống Pangasius

Loài Pangasius bocourti

Là loài cá nước ngọt có giá trị kinh tế cao, được phân bố trong vùng địa lý hẹp ởlưu vực sông Mêkông và sông Chao (Campuchia, Lào, Thái Lan, Việt Nam) ỞViệt Nam, chúng được nuôi nhiều và tập trung ở vùng Châu Đốc (An Giang) vàHồng Ngự (Đồng Tháp) với năng suất cao

Về ngoại hình, cá Basa rất dễ phân biệt với các loài cá khác trong họ cá Tra CáBasa có thân ngắn, hình thoi, hơi dẹp ở hai bên, lườn tròn, đặc biệt bụng to tíchnhiều mỡ…

Hình 1.1 : Cá Basa (Pangasius bocourti)

1.2.2 Giá trị dinh dưỡng của cá Basa

Cá Basa là một loại cá nước ngọt, da trơn thường được nuôi thành bè để tiêu thụtrong nước và để xuất khẩu ở dạng phi-lê hay chế biến thành nhiều món ăn ngonvà có giá trị dinh dưỡng

Cá Basa không những cung cấp cho chúng ta lượng dinh dưỡng cao như protein,khoáng chất mà còn chứa một lượng lipid rất cao, có gần 50 loại acid béo, trong đóđủ các acid béo cơ bản có trong dầu mỡ thực phẩm, 75% acid béo không no Vìvậy, cá Basa có giá trị dinh dưỡng cao

* Tỷ lệ các thành phần của cá Basa :

Phần nạc cá được xuất khẩu gọi là phi- lê Cứ 3 kg cá sẽ cho 1 kg phi-lê

Vậy 600.000 tấn cá sẽ cho khoảng 200.000 tấn phi- lê

Còn lại là 400.000 tấn phụ phẩm (đầu, da, xương…), trong đó có khoảng 30.000 –45.000 tấn da cá được bỏ ra Đây là con số khá lớn cần được quan tâm

1.2.4 Thành phần hóa học của da [1], [15]

Trong da cá có chứa những hợp chất hữu cơ như : protid, lipid, glucid, acid amin,acid béo, …

Protid trong da chủ yếu là elastin và collagen là những protein của mô liên kết

* Elastin : có trong sợi đàn hồi, không tan trong nước, không có khả năng trươngphồng, bền hơn collagen

* Collagen : là những mô protein hình sợi, không tan trong nước nằm trong gianbào gọi là chất nền Mô liên kết được phân bố khắp cơ thể như gân, sụn, xương, davà các thành mạch máu

1.3 COLLAGEN

1.3.1 Cấu trúc [25], [27], [29]

- Collagen là tiền chất của gelatin, collagen làø protein cấu trúc chính có trong dahay xương động vật, có chức năng nâng đỡ được cấu tạo bởi những tiểu đơn vịtropocollagen

Protein- collagen chiếm khoảng 30% cơ thể động vật được tạo nên bởi những tếbào hình sợi nằm trong mô liên kết Collagen được cấu tạo chủ yếu gồm 10 acidamin, trong đó chủ yếu là Glycin (25%), Hydroxyprolin (14%), Prolin (13%),Alanin (8,7%), Arginin (8,2%) Người ta không tìm thấy Cystein, nhưng có mộtlượng nhỏ Methionin

Tiểu đơn vị tropocollagen gồm 3 sợi dài ; mỗi sợi có cấu hình xoắn ốc bên tráiđược tạo nên bởi các đoạn lặp lại của tripeptid là Gly-Hyp-Pro, 3 sợi polypeptidnày xoắn lại và có chu kỳ quay phải gọi là siêu xoắn Những tiểu đơn vịtropocollagen lại kết lại thành những bó lớn bền vững Khoảng cách giữa các acidamin trong chuỗi xoắn là 2,9 A0 và số lượng gốc acid amin trong một vòng xoắn làgần 3,3 acid amin Gần một nửa lượng amino acid của collagen là Glycine vàAlanine Cấu trúc của Hydroxyproline tuân theo nguyên tắc lập lại hai lần trongchuỗi Ở những vị trí có nhóm liên kết – NH –và = O của Glycine và Alanine củachuỗi này sẽ liên kết nhóm – NH – và = O của chuỗi kia ở vị trí tương ứng bởi liênkết hydro Cứ 3 chuỗi sẽ xoắn ốc chặc chẽ nhau tạo thành một chuỗi lớn hơn, đóchính là sợi collagen rắn chắc trong mô sống

Mỗi sợi polypeptid có trọng lượng phân tử khoảng 100.000 ĐVC Mỗi chuỗipolypeptid gồm 3 sợi nhỏ liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị Ba chuỗipolypeptid này gồm : 2 chuỗi , có cùng thành phần acid amin và một chuỗi ß cóthành phần acid amin khác nhau Trong dung dịch lạnh các chuỗi collagen sẽ kếthợp lại cấu trúc cuộn 3, cứ như thế cho đến khi tạo thành một mạng lưới được liênkết bằng liên kết hydro

1.3.2 Tính chất [9], [21], [31]

- Tính chất vật lý :

Dưới kính hiển vi điện tử, những sợi collagen có khả năng giãn nở nhẹ

Khi đun nóng tới 600C, collagen ẩm đột ngột co rút chỉ còn 1/3 hay 1/4 chiều dài.Dưới tác dụng của acid, kiềm hoặc muối, collagen hút vào một lượng nước đáng kểvà trương phồng lên Sự trương phồng này làm cho những sợi collagen ngắn hơn vàtrong mờ hơn

Trong nước lạnh, collagen không hòa tan mà chỉ trương nở

-Tính chất hóa học :

Collagen không tan trong nước nhưng hút nước để nở ra Phần nước kết hợp liênkết trên chuỗi gốc cực tính ở mạch ngoài của collage ởÛ trung tâm thân nước này Vìcó nước làm cho mạch chính lỏng lẻo, chuỗi gốc cực tính của collagen bị ion hóanhẹ, là do tác dụng của các phân tử (lực hút Vanderwals)

Do nước bị phân cực, tác dụng của liên kết hydro làm cho kết cấu của mạch protid

bị suy yếu đi Collagen kết hợp với nước, nở ra trong nước, độ dày tăng lên chừng25% nhưng độ dài tăng lên không đáng kể, tổng thể tích phân tử collagen tăng gấp

2 – 3 lần

Sự suy yếu mạch chính của collagen làm giảm sự vững chắc của keo từ 3 – 4 lần.Khi nhiệt độ tăng cao, tính hoạt động của polypeptid tăng mạnh, làm cho mạch yếu

đi và bắt đầu bị đứt, cắt thành những mạch tương đối nhỏ Khi nhiệt độ tăng lên từ

60 - 65 0C, collagen hút nước bị phân giải, hoặc collagen hút nước hoặc sau khi xửlý bằng kiềm hay acid, lúc này các liên kết trong kết cấu của collagen tương đốilỏng lẻo, đồng thời bị phá hủy một phần nên nhiệt độ phân giải keo có thể hạ thấp.Kết quả là phân tử collagen biến thành gelatin

Collagen là chất duy nhất có thể chuyển thành gelatin Sự tạo thành gelatin là kếtquả của sự mở vòng xoắn 3 sợi, kèm theo sự phá vỡ các liên kết hydro

Collagen ngâm trong nước lạnh thì mềm dẻo, đun lâu trong nước thì tan ra.Collagen tan trong glycerin, acid acetic nhưng không tan trong nước lạnh.

Hình 1.2 Cấu trúc của collagen Hình 1.3 Sự sắp xếp của các acid amin

trên phân tử tropocollagen

1.4 SỰ CHUYỂN COLLAGEN THÀNH GELATIN [20], [21],[25],[30]

Quá trình chuyển collagen là quá trình biến tính một phần collagen bằng tác nhânhóa học và tác nhân vật lý Tác nhân hóa học là acid, baz, hay enzym dùng để xửlý nguyên liệu trong giai đoạn đầu Tác nhân vật lý là năng lượng dùng để chiếtgelatin

Trong quá trình này, các liên kết ngang như liên kết hydro -NH…O=C- của cấu trúcxoắn , liên kết amid, liên kết ester -COO-, liên kết disulfur -S-S- của cấu trúc bậcIII, bị làm yếu đi trong giai đoạn xử lý nguyên liệu và bị thủy phân một phần tronggiai đoạn sau

Bên cạnh đó, sẽ có một ít liên kết peptide trong mạch chính của chuỗi polypeptide

bị đứt Kết quả là mạch collagen mở ra, cấu trúc bậc I và bậc II của nó bị biến đổi,các nhóm chức năng nằm sâu bên trong xuất hiện ra ngoài và một đoạnpolypeptide bị cắt ngắn đi nên các đoạn này sẽ dễ dàng chuyển vào nước Sau đo,ùgiữa các đoạn polypeptide này sẽ hình thành các cầu nối (ester, hydro, disulfur …)mới tạo cấu trúc xoắn vô trật tự cho gelatin và tập hợp các sợi gelatin vô trật tự tạothành dạng gel khi ở nhiệt độ thấp

- Gelatin là một protein tiêu biểu có tính chất lưỡng tính

(NH2-CH2-COOH) là một acid amin có hàm lượng đáng kể (khoảng 25-30 %)nhưng có cấu tạo đơn giản nhất trong gelatin

- Thành phần % các nguyên tố có trong gelatin :[10]

C : 48,7% - 51,5%

H : 6,5% - 7,2%

N : 17,5% - 18,8%

O :24,2% - 26,2%

S : 0,3% - 0,7%

- Thủy phân hòan toàn gelatin thu được hỗn hợp acid amin

Bảng 1.1 Thành phần % các acid amin trong gelatin :

Alanin Argynin Cystein

Glycin

Histidin

Hydroxy prolin

Isoleucin Leucin Lysin Phenylalanin

Prolin

Serin Threonin Valin

11.20 9.60 0.10

26.50

1.10

14.60

1.90 4.10 4.80 2.20

17.20

3.70 1.70 2.80

Bảng 1.2 So sánh hàm lượng của acid amin trong gelatin từ da cá

với hàm lượng acid amin từ da bê

Alanin

Arginin

Aspartic acid

124 55 37

114 51 45 Cystein

Glutamic acid

Glycin

_ 77 334

_ 71 325 Histidin

Hydroxyprolin

Isoleucin

9 54 10

5 86 11 Leucin

Lysin

Methionin

20 25 13

25 34 6 Phenylalanin

Prolin

Serine

11 106 65

13 135 37 Threonine

Tryptophan

Tyrosin

Valin

26 _ 2 22

18 _ 1 22

Vai trò của Prolin và Hydroxyprolin trong collagen có tính quyết định Có một mốiliên hệ giữa nhiệt độ, tính chất của da và đưa đến lượng gelatin chiết xuất được.Gelatin lấy từ da của các loài cá sống ở vùng nước sâu lạnh lẽo có hàm lượngProlin và Hydroxyproline thấp, như vậy các dung dịch gelatin của các loài cá nàykhông hóa gel ở nhiệt độ phòng và vẫn ở thể lỏng ở 80 – 100C

1.5.2 Phân loại [25],[35]

* Gelatin loại A : collagen được xử lý với acid Thường dùng nguồn nguyên liệu là

da heo, da cá và đôi khi từ xương Nó dựa trên nền tảng là dung dịch collagen đượcđiều chỉnh ở pH khoảng 4, sau đó đun nóng ở 50 0C để làm biến tính và hòa tan

collagen Sau khi làm biến tính collagen, dung dịch gelatin được loại mỡ, lọc, côchân không, làm khô tự nhiên trong không khí, cuối cùng là nghiền và đóng gói.Gelatin được sản xuất bởi qui trình này có điểm đẳng điện từ 7 – 9.

* Gelatin loại B : thường được sử dụng nguyên liệu là da bò hoặc da động vật giàđược giết mổ, collagen được ưu tiên xử lý với kiềm trước, collagen được rửa sạchđể loại bỏ kiềm dư và xử lý với acid để tạo pH acid khi chiết Kết quả là gelatin cóđiểm đẳng điện từ 4,8 – 6.0

* Hỗn hợp gelatin A và B : sản phẩm vẫn có chất lượng như gelatin được sản xuấtbởi các qui trình trên và có điểm đẳng điện tồn tại ngoài giới hạn trên

1.5.3 Tính chất lý hóa [16],[25],[35]

Gelatin thương mại khô có độ ẩm từ 9 – 12%, không mùi, không vị, cứng, trongsuốt, dòn, màu vàng rất nhạt đến màu hổ phách và có tỷ trọng là 1,3–1,4 Tính chấtlý hóa của gelatin phụ thuộc vào nhiều yếu tố : nguồn gốc collagen, phương phápsản xuất, điều kiện chiết và nồng độ, pH, nhiệt độ, …

* Tính hòa tan

Gelatin tan một phần trong nước lạnh Gelatin khô sẽ nở ra khi khuấy trong nước Ởnhiệt độ ấm khoảng 400C, gelatin hút nước và hòa tan trong nước, tan trong cácdung môi hữu cơ như : rượu, aceton, benzen, ete dầu hỏa, …

Một số tác nhân làm tủa gelatin : (NH4)2 SO4, Mg2+, acid picric, acid tannic, acidtricloracetic, …

vì thế dung dịch gelatin không nên bảo quản quá lâu

* Khả năng tạo gel

Gelatin được bổ sung vào thực phẩm khi chế biến món ăn Khi thêm gelatin vào sẽlàm tăng mùi vị sản phẩm Ngoài ra, nhờ tính tạo gel làm cho sản phẩm có tính trơnbóng, đẹp mắt Trong sản xuất thịt đóng hộp, gelatin có thể được cho vào trước khinấu, dịch tiết từ thịt được gelatin hấp thu và trở thành dạng gel Gelatin được dùngđể tạo tính keo trong kẹo dẻo, bánh dẻo, …

* Sự trương phồng

Đặc tính trương phồng của gelatin ảnh hưởng lớn đến sự hòa tan của viên nang trongdược phẩm Trong gelatin những liên kết ngang được cho rằng có liên quan đến sựảnh hưởng lẫn nhau giữa các chuỗi và điều này làm giảm sự trương phồng Sự ổnđịnh của những liên kết ngang phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, thời gian, chất điện giải

pH và chất điện giải sẽ tác động lên sự trương phồng Điều này giải thích tại saogelatin có sự trương phồng thấp tại điểm đẳng điện Những chất điện giải ảnh hưởngđến sự trương phồng của gelatin được sắp xếp theo Hosmeiter như sau :

Ba2+, Ca2+, Mg2+, Cs2+, Rb2, NH4+, K+, Na+, Li+,

SO42-, CH3COO-, Cl-, Br-, NO3-, I-, SCN–

Tại pH dưới điểm đẳng điện, anion có thể kiểm soát sự trương phồng, nhưng giá trị

pH trên điểm đẳng điện, cation sẽ làm giảm sự trương phồng Các anion sẽ phá vỡliên kết hydro, chính những liên kết này làm gia tăng tính trương phồng củagelatin

* Sự đông đặc

Một đặc tính hữu ích của dung dịch gelatin là có khả năng hình thành dạng geldung dịch (gel-sol) thuận nghịch Các gelatin thương mại có điểm tan chảy giữa 23– 300C và điểm đông đặc thấp hơn 2 -50C

* Độ nhớt

Đối với gelatin dùng trong công nghiệp, độ nhớt cũng quan trọng như khả năng tạogel

1.5.4 Ứng dụng [9],[23],[28]

Gelatin đã được nghiên cứu và ứng dụng trong sản xuất công nghiệp từ lâu trên thếgiới Hàng năm, trên thế giới sản xuất khoảng 135.000 tấn gelatin Trong đógelatin được sử dụng chủ yếu trong :

- Ngành công nghiệp thực phẩm chiếm 55%

Là protein có chất lượng cao, không cholesterol, không đường, không béo, dễ tiêuhóa, được thủy phân hoàn toàn trong cơ thể, hiếm xảy ra các sự dị ứng

Do có chứa Glycin, Prolin cao nên tác động tốt trên xương, sụn, gân, dây chằng,khỏe mô liên kết làm cho da săn chắc, giảm nếp nhăn, bóng tóc, khỏe móng

- Ngành y dược chiếm 25% : làm vỏ nang mềm, nang cứng, chất nhũ hóa, tá dượcdính, làm thuốc mỡ, mỹ phẩm, thuốc đạn, làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật …Giúp cho bệnh nhân về xương và viêm khớp mãn tính : ngăn ngừa việc bào mòncác sụn và có tác dụng giảm đau trên những người bị viêm khớp, mang lại khảnăng vận động tốt cho cơ nói riêng và thể chất nói chung

- Ngành nhiếp ảnh

- Trong các ngành công nghiệp khác :

+ Làm keo dán, làm trong rượu đục

+ Làm chất dính với vôi trong xây dựng

+ Chế tạo các loại giấy cản quang, nhất là bản kẽm, trong kỹ thuật in lụa… giấyđược bao phủ gelatin đảm bảo đường nét rõ ràng và sáng, kết quả giấy in có chấtlượng cao

1.5.5 Hướng phát triển kinh tế của gelatin

Sản xuất gelatin trên thế giới khoảng 115.000 tấn/năm Ở Mỹ sản xuất khoảng31.000 tấn, kế đến là Pháp, Cộng hòa liên bang Đức, Anh và Nhật bản

Nền công nghiệp thực phẩm ở Mỹ tiêu thụ 10.000 tấn/năm, với tỷ lệ gia tăng hằngnăm là 0,5% Nền công nghiệp Dược phẩm tiêu thụ khoảng 18.000 tấn và nền côngnghiệp phim ảnh tiêu thụ khoảng 7.000 tấn/năm Tại Mỹ thị trường gelatin dượcphẩm phát triển trung bình 2,5% một năm, trong đó sử dụng khoảng 40% gelatinđược chiết từ xương, 30% từ da heo, 30% từ các loại da khác

1.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP THỦY PHÂN PROTEIN [7],[12],[13],[14], [18].

Tác nhân thủy phân có thể là acid, baz hay enzym

1.6.1 Phương pháp thủy phân bằng acid

- Nguyên liệu được loại mỡ, tạp, rửa sạch

- Dùng acid HCl 6N, H2SO4 6N … để thủy phân ở nhiệt độ 100 – 1200C trong 10 –

24 giờ được các acid amin tự do Nhưng trong kỹ thuật này, Tryptophan bị phá hủyhòan toàn, Serin và Threonin bị phá hủy một phần, Glutamin và Asparagin phân lythành Acid glutamic, acid Aspartic và NH4+

1.6.2 Phương pháp thủy phân bằng kiềm

- Nguyên liệu được loại mỡ, tạp, rửa sạch

- Nếu thủy phân bằng kiềm nóng thì Cystein, Serin và Threonin bị phá hủy, cácacid amin đều bị racemic hóa nhưng Tryptophan không bị phá hủy Do đó, phươngpháp này thường dùng để xác định Tryptophan

1.6.3 Phương pháp thủy phân bằng enzym [2]

- Nguyên liệu được loại mỡ, loại tạp, rửa sạch

- Bổ sung nước với tỉ lệ da / dung dịch đệm là 1 / 2.5

- Bổ sung enzym (endopeptidase hoặc exopeptidase) với nồng độ, pH, thời gianthích hợp

- Hủy tác động của enzym

- Tinh chế, thu hồi sản phẩm

 Các loại enzym thủy phân protein [16],[17],[26]

Enzym thủy phân protein có nguồn gốc động vật :

- NH – R – CO – NH – Tyr

PepsinPepsin cắt phân tử protein thành các phân tử proteose và pepton, đó là những mảnhphân tử protein có trọng lượng phân tử còn khá lớn

- Trypsin :

Là enzym peptidase quan trọng nhất của tụy tạng động vật cao cấp dạng tiềnenzym là trypsinogen được tiết ra ở tụy rồi đổ vào ruột Hoạt động tốt nhất ở pH =8và thủy phân các liên kết peptid trong đó có nhóm carboxyl của các acid aminkiềm như Arginin, Lysin.

Arg – CO – NH – Val CO – NH – Lys – CO – NH

- Aminopeptidase :

Có trong dịch ruột, hoạt động trong môi trường kiềm, thủy phân các liên kết peptidcó gốc NH tự do tận cùng

H2N – CH – CO – NH

R

- Dipeptidase :

Có trong dịch ruột thủy phân dipeptid giải phóng các acid amin tự do

Một số enzym có nguồn gốc vi sinh vật [11] :

Trong công nghiệp thực phẩm, enzym hay được dùng để thủy phân, trong đó đặcbiệt được dùng rộng rãi và có hiệu quả là enzym thủy phân từ vi sinh vật Cácenzym được tạo ra từ vi sinh vật thường là hỗn hợp của nhiều enzym, nên rất thuậnlợi cho sự thủy phân

- Một số xạ khuẩn Streptomyces có khả năng tổng hợp mạnh protease

- Một số enzym từ vi khuẩn :

* B Licheniformis : có khả năng tổng hợp protease

* B pumilus, Cl … perfingens : có khả năng tổng hợp collagenase.

* B subtilispha : có khả năng tổng hợp protease trung tính, protease kiềm

* B mesenlericus : có khả năng tổng hợp protease acid, protease kiềm

- Một số enzym từ nấm mốc :

* Aspergillus oryzae : có khả năng tổng hợp protease acid, protease kiềm, protease

trung tính, protease kim loại

* Aspergillus niger : có khả năng tổng hợp protease.

1.7 ENZYM ALKALASE (AF) [13],[19]

1.7.1 Nguồn gốc

Alkalase AF được sản xuất bằng cách lên men chìm Bacillus licheniformis, một loại

vi sinh vật không được biến đổi di truyền

1.7.2 Đặc tính sản phẩm

* Hình thức bên ngoài :

- Là chất lỏng màu nâu, tan trong nước ở mọi nồng độ Màu sắc có thể thay đổitùy lô sản xuất và cường độ màu không phải là một chỉ định cho hoạt lực của sảnphẩm

* Tiêu chuẩn chất lượng :

Sản phẩm phù hợp với những tiêu chuẩn về độ tinh khiết được khuyến cáo đối vớienzym cấp độ thực phẩm được ban hành bởi Ủy ban chuyên gia liên kết giữa FAO/WHO (về các phụ gia thực phẩm) và Dược điển hóa chất thực phẩm(FCC)

* Ứng dụng : thủy phân protein của động vật hay thực vật

* Sự bất hoạt :

Alkalase có thể bị bất hoạt trong 50 phút ở 50 0C (122 0F) hoặc cao hơn khi

pH = 4, và trong 10 phút ở 85 0C (185 0F) Tuy nhiên, sự bất hoạt này tùy thuộc rấtnhiều vào chất nền như nồng độ chất nền, pH, …

1.8 THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH CHIẾT XUẤT GELATIN VỚI

SỰ TRỢ GIÚP CỦA CÁC PHẦN MỀM ỨNG DỤNG [3], [4], [5]

- Thiết kế công thức là việc xây dựng mô hình thực nghiệâm, trong đó có sự xem

xét các yếu tố ảnh hưởng bao gồm thành phần công thức và điều kiện tiến hành

đối với tính chất sản phẩm

- Tối ưu hóa công thức là sự xác định các giá trị tối ưu của các thành phần trong

công thức cũng như điều kiện tiến hành làm cho quy trình đạt độ đúng và độ chính

xác mong muốn

Hình 1.4 Quy trình thiết kế và tối ưu hóa

1.8.1 Liên quan nhân quả

1.8.1.1 Mối liên quan nhân quả

Trong mỗi quy trình phân tích trong kiểm nghiệm có nhiều yếu tố thuộc thành phần

công thức hay điều kiện tiến hành ảnh hưởng đến kết quả Đây là mối liên quan

nhân quả (hình 1.5) Nếu không biết rõ các mối liên quan nhân quả thì nhà nghiên

cứu có thể khảo sát một số yếu tố không cần thiết hoặc bỏ sót các yếu tố mà lẽ ra

cần phải xem xét

Công thức /Quy trình

Tính chất sản phẩm

Điều kiện

1.8.1.2 Kiến thức và quy luật

Muốn biết mối liên quan nhân quả phải có kiến thức và kinh nghiệm Ngoài kiếnthức của chuyên gia, ngày nay phần mềm thông minh với công cụ thần kinh logicmờ có thể cho kiến thức nông hay những quy luật

Phần mềm thông minh (Formrules) có thể được dùng để đúc kết những quy luậtnhân quả từ dữ liệu thực nghiệm Từ đó, nhà nghiên cứu có thể chọn các yếu tố cóảnh hưởng trực tiếp đến kết quả để khảo sát

Nếu các yếu tố trong mô hình thí nghiệm có thiết kế, nhà nghiên cứu có thể ápdụng phần mềm thông minh (thí dụ INForm) để thiết lập được mô hình liên quannhân quả rồi tối ưu hóa các thông số về công thức hay điều kiện

1.8.1.3 Phần mềm FormRules v2

Phần mềm thông minh FormRules sử dụng kỹ thuật thần kinh logic mờ chuyên đúckết các qui luật nhân quả và trình bày dưới 3 hình thức :

- Xu hướng cho biết mối liên quan định tính giữa các yếu tố phụ thuộc thành phầncông thức và từng yếu tố thuộc về chất lượng sản phẩm

- Quy luật : Nếu (điều kiện 1) VÀ (điều kiện 2) THÌ (hậu quả / xác xuất)

- Biểu đồ 2 hay 3 chiều

1.8.2.Tối ưu hóa thông minh

1.8.2.1 Thiết kế công thức (Mô hình thực nghiệm)

Thiết kế mô hình thực nghiệm chiếm vai trò rất quan trọng, có thể thực hiện bằng

cách thiết kế vi tính Lãnh vực vi tính có hai nhóm mô hình thực nghiệm :

- Mô hình hỗn hợp (Mixture design) hay mô hình công thức (formulation design):

thiết kế thành phần của các nguyên liệu Đây là loại mô hình có ràng buộc

- Mô hình yếu tố (Factorial design) hay mô hình quy trình (Process design) : cácphương pháp và điều kiện tiến hành, loại mô hình không có ràng buộc Một sốphần mềm thiết kế công thức trong quy trình : Design Expert, From Data …

a) Mô hình hỗn hợp (mô hình công thức)

Mỗi công thức có thể được xem như một « hỗn hợp » có n thành phần với tỷ lệ x1,

x2, và xn với x1 + x2 + + xn = 1 (hay 100%) và 0  xi  1 Không gian yếu tố được

thiết lập như khoảng không gian bên trong của một hình có n đỉnh và (n – 1) chiều để biểu thị khả năng phối hợp Thí dụ hỗn hợp 2 thành phần là đườngthẳng, hỗn hợp 3 thành phần là tam giác đều, hỗn hợp 4 thành phần là hình tứ diện.Việc thiết kế vi tính có nhiều ưu điểm so với việc thiết kế thủ công là tiện lợi, nhanhchóng và cho các điểm dữ liệu phân bố đều khắp không gian yếu tố.

b) Mô hình yếu tố (mô hình quy trình)

Gồm mô hình yếu tố đầy đủ và mô hình phân đoạn

- Mô hình yếu tố đầy đủ :

Một mô hình với F yếu tố được khảo sát, mỗi yếu tố có L mức, đòi hỏi số thínghiệm là LF Thí dụ mô hình F = 2 yếu tố, yếu tố L = 2 mức có n = 22; mô hình 3yếu tố có 2 mức có n =23 = 8; mô hình 4 yếu tố có 2 mức có n =24 =16,…

Mô hình yếu tố đầy đủ (full factorial design) có ưu điểm là cho phép sự khảo sátảnh hưởng của các yếu tố cũng như tương tác của chúng Tuy nhiên, mô hình yếutố đầy đủ cần có số thí nghiệm rất lớn khi số yếu tố tăng lên

- Mô hình yếu tố phân đoạn :

Mô hình yếu tố phân đoạn (fractional factorial design) cho phép giảm bớt rấtnhiều số thí nghiệm mà vẫn khảo sát được ảnh hưởng của các yếu tố Các mô hìnhyếu tố phân đoạn phân biệt bởi cách giải (Resolution, được viết tắt là Res) :

Một vài mô hình yếu tố đặc biệt hay gặp :

* Mô hình Taguchi : mô hình thiết kế trực giao, chỉ khảo sát những ảnh hưởng

chính mà không xem xét các tương tác Mô hình này có thể khảo sát các yếu tố với

2 hay nhiều mức hoặc kết hợp.Thí dụ :

_ L 16 (4^5) : khảo sát 5 yếu tố, mỗi yếu tố có 4 mức, n = 16

_ L 18 (2^1x3^7) : khảo sát 1 yếu tố 2 mức và 7 yếu tố 3 mức, n = 18

_ L 18 (2^2X3^6) : khảo sát 2 yếu tố 2 mức và 6 yếu tố 3 mức, n = 18

_ L 25 (5^6) : khảo sát 6 yếu tố, mỗi yếu tố có 5 mức, n = 25

* Mô hình D _ Optimal : mô hình yếu tố đầy đủ đặc biệt cho phép người sử dụng tuỳ

ý chọn số mức cho mỗi yếu tố khảo sát Thí dụ 3 yếu tố : 3^2 + 2^1  n = 4