intTypePromotion=1

Đề tài: Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu tỏi bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

Chia sẻ: Đào Duy | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:35

0
847
lượt xem
159
download

Đề tài: Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu tỏi bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Lập phương trình hồi quy xem xét mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát đến hiệu suất quá trình chiết thu hồi tinh dầu tỏi, tìm được điều kiện tối ưu để thu được tinh dầu tỏi với hiệu suất cao nhất bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước là những nội dung chính trong đề tài "Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu tỏi bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước". Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu tỏi bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

  1. PHẦN MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Cùng với sự  tiến bộ của khoa học kỹ thuật, khuynh hướng quay về với thiên   nhiên, tìm tòi và phát triển những phương thuốc truyền thống ngày càng được chú   trọng. Thảo dược thiên nhiên ngày càng đóng vai trò quan trọng trong phòng, chữa   bệnh và nâng cao sức khỏe của nhân dân. Tỏi là loại cây được trồng khắp nơi để  làm gia vị  và tỏi luôn đứng  ở  tuyến  đầu về điều trị chống vi khuẩn. Tỏi có tác dụng giúp tăng cường sức đề kháng của   cơ thể, phòng ngừa và hỗ trợ  điều trị  một số bệnh về đường hô hấp do vi rút, các   trường hợp ho và cảm cúm dai dẳng, phòng ngừa và hỗ trợ điều trị cảm cúm thông  thường, giúp giảm cholesterol máu, ngăn ngừa xơ  vữa động mạch, cao huyết áp,  gan nhiễm mỡ, giúp giảm chướng bụng, đầy hơi, ăn uống khó tiêu, chống ung thư  dạ dày và ung thư da, làm suy giảm viêm đa khớp, làm chậm quá trình lão hóa,... Việt Nam  ta  có nhiều  vùng  trồng  tỏi,   nhưng  nổi  tiếng  thơm  ngon  nhất  là  “Vương quốc tỏi ­ huyện đảo Lý Sơn”. Cây tỏi là cây trồng chủ lực trong sản xuất   nông nghiệp của huyện đảo Lý Sơn. Bởi bao đời nay cây tỏi đã gắn liền với người   dân nơi đây. Có một thời người trồng tỏi Lý Sơn luôn ví cây tỏi là “vàng trắng”,  nhất là sau khi tỏi Lý Sơn được đăng ký nhãn hiệu, giá tỏi tăng cao nên nghề trồng  tỏi ở Lý Sơn cũng trở nên thuận lợi. Hiện nay, trong 367 ha đất trồng trọt hằng năm  trên đảo, có đến 300 ha được nông dân thâm canh cây tỏi. Hầu hết tỏi Lý Sơn đều  được bán dưới dạng tỏi củ, chưa có nhiều hướng phát triển đa dạng cho loại cây  trồng này. Nhược điểm lớn nhất khi sử  dụng trực tiếp tỏi củ  là mùi vị  hăng nồng khó  chịu, khiến nhiều người không hợp và khó có thể  sử  dụng được nhiều nhằm đáp  ứng mục đích phòng ngừa và điều trị một số bệnh. Mặc khác với khí hậu nóng ẩm   gió mùa, người dân lại không có điều kiện bảo quản tốt tỏi khô, tỏi dễ  bị  hư  và  giảm chất lượng. Để bảo đảm chất lượng và sử  dụng rộng rãi thì việc chiết xuất   tinh dầu tỏi sẽ giải quyết được các vấn đề nói trên. 1
  2. Đã có nhiều công trình nghiên cứu chiết xuất tinh dầu tỏi bằng phương pháp  chưng cất lôi cuốn hơi nước nhưng chủ  yếu tập trung theo hướng nghiên cứu tối  ưu luân phiên từng nhân tố   ảnh hưởng. Phương pháp này có độ  chính xác không  cao, nhiều trường hợp không phản ánh đúng bản chất các quá trình xảy ra trong hệ  do có sự tương tác giữa các nhân tố.  Mục tiêu của nghiên cứu này là sử  dụng quy hoạch hóa thực nghiệm khảo sát  bề mặt đáp ứng dựa trên mô hình thực nghiệm bậc 2 tâm trực giao để khảo sát ảnh   hưởng   đồng   thời   của   bốn   nhân   tố:   thời   gian   ngâm   chiết   tỏi   trong   dung   dịch  natriclorua, thể  tích dung môi chiết, nhiệt độ  chưng cất, thời gian chưng cất tinh   dầu đến hiệu suất chiết tách tinh dầu, đánh giá được mức độ  ảnh hưởng của các  nhân tố khảo sát và tìm điều kiện tối ưu cho quá trình tách chiết tinh dầu tỏi bằng   phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước. Đề  tài nghiên cứu nhằm làm sáng tỏ  căn cứ  khoa học, đánh giá bổ  sung thêm  về  hướng phát triển của cây tỏi và loại tinh dầu hữu ích chưa được nghiên cứu   nhiều này, cũng như góp phần khai thác tốt tiềm năng, lợi thế, đưa Lý Sơn trở thành   huyện đảo giàu về kinh tế như định hướng Nghị quyết Trung ương 4 (khóa X) của  Đảng về chiến lược biển đến năm 2020 đã nêu. 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tối  ưu hóa các yếu tố   ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi tinh dầu   tỏi Lý Sơn bằng phương pháp bề mặt đáp ứng với sự hỗ trợ của phần mềm Modde  5.0. 3. Nội dung nghiên cứu Lập phương trình hồi quy xem xét mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát  đến hiệu suất quá trình chiết thu hồi tinh dầu tỏi. Tìm được điều kiện tối  ưu để  thu được tinh dầu tỏi với hiệu suất cao nhất  bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2
  3. Đối tượng nghiên cứu: Các yếu tố   ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất tinh   dầu tỏi bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước và hiệu suất tách chiết tinh   dầu. Phạm vi nghiên cứu: Tỏi củ thu hoạch tại Huyện Lý Sơn, tỉnh Quảng Ngãi. 5. Phương pháp nghiên cứu  5.1. Nghiên cứu tổng quan lý thuyết ­ Tổng quan các tài liệu về đặc điểm hình thái thực vật, thành phần hóa học và  công dụng của cây tỏi nói chung và cây tỏi ở Việt Nam nói riêng. ­ Tổng quan về phương pháp chưng cất thu hồi tinh dầu. ­ Tổng quan về  phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm theo phương trình  hồi quy bậc hai tâm trực giao và đánh giá ảnh hưởng của các nhân tố  khảo sát, tìm  điều kiện tối ưu hiệu suất tách chiết tinh dầu. 5.2. Nghiên cứu thực nghiệm ­ Phương pháp xử lý mẫu, lọc tách dung dịch ngâm chiết.  ­ Phương pháp tách tinh dầu bằng chưng cất lôi cuốn hơi nước. ­ Phương pháp cô quay phân tách tinh dầu và dung môi nước. ­ Phương pháp cân đo mẫu và dung môi. 5.3. Phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm và xử lý số liệu thống kê Sử dụng phần mềm Modde 5.0 để quy hoạch hóa thực nghiệm và phần mềm  Excel để xử lý số liệu thực nghiệm. 3
  4. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1. Tổng quan về cây tỏi 1.1.1. Nguồn gốc Tỏi là một loại rau được dùng làm thức ăn và thuốc từ  những năm trước công  nguyên trên các vùng nhiệt đới Trung Á, về  sau được trồng rộng rãi  ở  Hi Lạp, Ai  Cập và La Mã. Hiện nay tỏi được trồng rộng rãi ở tất cả các nước trên thế giới. 1.1.2. Phân loại và đặc điểm thực vật 1.1.2.1. Phân loại thực vật Tỏi có tên khoa học: Alliums sativum L. Trong thời gian dài tỏi được xếp vào họ  Liliaccae do hoa của nó thuộc loại   bầu thượng. Nhưng sau dó một số nhà thực vật học đã đổi thành họ Amaryllidaccea   (Amallryllis) ­ họ thuỷ tiên do hoa của nó được sinh ra ở lá bắc, hình tán, ở ngọn có  cán hoa. Gần đây để tránh sự xáo chộn J.G. Agard đã phân loại tỏi vào họ Alliaceac  (họ hành tỏi). Họ này cho tới nay có 30 chi và có tới 600 loài. 1.1.2.2. Đặc điểm thực vật học ­ Thân: + Thân thật của tỏi rất ngắn và đã thoái hoá, chúng là dạng đế dò nằm sát ngay  dưới thân giả  (thân củ). Trên thân thật có mầm sinh dưỡng và sinh thực, những   mầm này được che phủ bởi những bẹ lá dày mọng nước.  + Thân củ cây tỏi bao gồm một số nhánh (ánh, tép) được liên kết với nhau bởi  những màng mỏng.  ­ Lá: Lá thật đầu tiên của tỏi là một lá mầm, sau khi nảy mầm được 10 – 15  ngày tuỳ theo điều kiện thời tiết mà lá tỏi có dạng hình bản bằng phẳng, trên lá có   phủ một lớp sáp. Thời kỳ đầu lá tỏi sinh trưởng rất chậm sau khi nảy mầm chỉ dài   vài cm. Tuổi thọ của lá phụ  thuộc vào sự  sinh trưởng và phát triển của cây, khi lá  bắt đầu chết cũng là quá trình tạo củ bắt đầu.  ­ Hoa: Hoa tỏi thuộc hoa đầu trạng, hoa có 6 lá đài, 6 nhị  và nhụy. Hoa thụ  phấn chéo (phấn hoa thường chín trước vì vậy phải thụ  phấn với hoa bên cạnh   hoặc trên cây khác). Hoa có màu trắng xám đôi khi phớt tím hoặc hồng. Vòi nhụy  4
  5. rất bé, bầu thượng có 3 ngăn nếu được thụ phấn đủ  thì sẽ  cho 6 hạt. Cành hoa dài  60 – 100 mm hình ống, màu xanh, một chùm hoa có từ 250 – 600 hoa phân bố theo 3   tầng.  ­ Củ: Loài tỏi trắng củ to đường kính khoảng 4 cm có vỏ màu trắng. Loài tỏi   tía củ nhỏ hơn, đường kính 3,5 – 4 cm, củ chắc và cay, dọc thân gần củ có màu tía.  Trong củ  tỏi chứa 60 – 70 % nước, 35 – 42% chất khô, 6,7 – 8% chất béo, 0,3 –   3,2% đường, 0,1% chất xơ hữu cơ, 0,1 – 0,5% dầu este, 0,06% mỡ, các chất khoáng  Ca, Na, Mn, P, Fe và các Vitamin C, E, B1, B6, B2.  ­ Rễ: Rễ tỏi thuộc loại rễ chùm, phát triển kém tập chung chủ  yếu  ở lớp đất  mặt, khả  năng chịu hạn kém. Rễ tỏi có nhiều sợi dài phân nhánh yếu, chúng được  bao phủ bởi một số lượng lớn lông hút. 1.1.3. Đặc điểm sinh thái của cây tỏi Lý Sơn Mô tả: Cây thảo sống nhiều năm. Thân thực hình trụ, phía dưới mang nhiều rễ  phụ, phía trên có nhiều lá. Lá cứng, thẳng dài 15 – 50cm, rộng 1 – 2,5cm có rãnh  khía, mép lá hơi ráp. Phần dưới của lá phía gốc có một chồi nhỏ sau này phát triển  thành một tép tỏi; các tép này nằm chung trong một cái bao (do các bẹ lá trước tạo  ra) thành một củ tỏi tức là thân hành (giò) của tỏi. Hoa mọc  ở ngọn thân trên, một   cán hoa dài khoảng 55cm. Bao hoa màu trắng hay hồng bao bởi nhiều tán, rơi rụng  thành mũi nhọn dài.  Đặc điểm sinh thái: Một năm hai vụ, cây tỏi được gieo trồng từ  một tép tỏi.   Trước đây, khi gieo trồng phải lót một lớp mỏng cát biển để làm nền. Sau một, hai   vụ  lớp cát này hết chất dinh dưỡng, phải cào bỏ  đi và rải một lớp cát khác. Năm  2000 Sở Khoa học & Công nghệ Quảng Ngãi đang triển khai đề tài thay đất và cát   biển để  làm “nền” khi trồng tỏi bằng cách bón nhiều phân hữu cơ  nhằm tăng độ  xốp, nâng cao tỉ lệ hạt kết bền trong nước; sử dụng các loại phân chua sinh lý để  đưa độ  pH đất xuống mức thích hợp; đưa nhiều gốc sunphat vào đất; bón nhiều   kali, lân để tăng nhanh quá trình hình thành củ tỏi. Bên cạnh đó còn phải dùng một   lớp thực vật phủ  lên trên nền đất với độ  dày 1,5 cm nhằm hạn chế cỏ dại và giữ  độ ẩm cho đất.  1.1.4. Công dụng của tỏi  1.1.4.1. Tỏi trong y học dân gian 5
  6. Việc dùng tỏi trong đời sống và trong y học dân gian gắn liền với những tư  tưởng huyền bí về tôn giáo, đó là một hiện tượng đã thấy từ  thời cổ  đại. Các ngư  dân và thủy thủ dùng các nhánh tỏi để làm bùa, trừ ma quỷ và bệnh tật, trẻ nhỏ thì  đeo vòng tỏi quanh cổ để né tránh “mắt quỷ dữ”, nông dân mang theo vài nhánh tỏi  trong túi sẽ đuổi được hết bệnh ra khỏi người. Đến cuối thế  kỷ 19, tệ  mê tín vẫn  còn tồn tại trong dân gian nên họ  đã rải các củ  tỏi ra đồng ruộng để  đuổi chim   không cho chúng ăn hạt đã gieo hoặc khi cây đã ra hạt. Tỏi cũng được treo ở chuồng   trâu, bò để bảo vệ chúng,… Theo y học cổ truyền Việt Nam và Trung Quốc, tỏi có vị cay, tính ôn, hơi độc,   đi vào 2 kinh can và vị. Tỏi có tác dụng thanh nhiệt, giải độc (lấy độc trị  độc), sát  trùng, chữa băng đới, trùng tích, huyết lỵ, tẩy uế, thông khiếu, tiêu nhọt và hạch ở  phổi, tiêu đờm, đầy chướng, đại tiểu tiện khó khăn, tả, lỵ,…  Ðông y khuyên không dùng tỏi trong chứng âm hư, nội nhiệt, thai sản, đau mắt,  mũi, răng, cổ họng, lưỡi,…  Tỏi được sử dụng như một loại kháng sinh thiên nhiên, tỏi được dùng để điều  trị  những bệnh liên quan đến hô hấp, bệnh do ký sinh trùng và nhiều bệnh khác.  Ngày này, tỏi được xem như  dược phẩm chữa bách bệnh vì nó có hiệu quả  toàn   diện đối với hệ thống miễn dịch. 1.1.4.2. Tỏi trong y học hiện đại Hiện nay, các nhà khoa học đã nghiên cứu phát hiện ra trong tỏi có silen, các   nguyên tố  vi lượng và đặc biệt là có thành phần allicin – chất kháng khuẩn giúp  tăng cường khả năng của hệ thống miễn dịch, làm giảm cao huyết áp và chữa được  nhiều bệnh khác. Các kết quả nghiên cứu thu được của các nhà khoa học ghi nhận:  Tỏi có tác dụng chống tắc nghẽn mạch máu giống Aspirine, có hoạt tính làm  hạn chế sinh ra phần tử tự do gây tổn thương các tổ chức khớp. Tỏi còn có tác dụng dưỡng nhan, ích thọ, nhờ khả năng làm chậm quá trình lão  hóa tế bào tức bảo vệ hồng cầu không bị ôxy hóa nên tỏi còn có tác dụng làm chậm  sự lão hóa. Tỏi làm giảm xung huyết và tiêu viêm, tiêu tan mệt mỏi, phục hồi nhanh thể  lực, tiêu mỡ. 6
  7. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, nước chiết từ  tỏi để  lâu ngày có thể  làm   giảm 30% lượng cholesterol nên giúp phòng ngừa xơ cứng động mạch, phòng bệnh  tim mạch. Từ  đó ngăn ngừa các bệnh xuất huyết mạch máu não, đau thắt tim, cao  huyết áp và một số bệnh tim mạch khác.  Tỏi đặc biệt tốt để phòng tránh các rối loạn men tiêu hóa. Kích thích tiết dịch   vị, tiết mật. Phòng tránh các nhiễm khuẩn dạ dày, ruột,… 1.1.4.3. Trong đời sống hằng ngày Tỏi là một gia vị đã được sử dụng từ xa xưa. Đây là loại gia vị không thể thiếu  để đem lại hương vị thơm ngon, hấp dẫn cho các món ăn như dùng chế biến nước   chấm, các món xào nấu, gỏi,…  Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các dân tộc vùng Tây Á, Trung Đông   thường rất ít khi bị dịch cúm, tỷ lệ ung thư thấp là do có thói quen dùng rượu tỏi. Ngoài ra trong đời sống hằng ngày người ta còn dùng tỏi để  trị  mụn, đuổi  muỗi, bảo vệ vật nuôi, dùng như  thuốc trừ  sâu, làm keo dính,  mỹ  phẩm, siro chữa  đau họng, kích thích hưng phấn tình dục,… 1.2. Đặc điểm tinh dầu Tinh dầu là hỗn hợp gồm nhiều hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (chủ yếu là các   tecpen và các tritecpenonit) tan vào nhau, có mùi đăc trưng tùy thuộc vào nguồn gốc  cung cấp nguyên liệu tinh dầu. Ở nhiệt độ thường hầu hết tinh dầu ở thể lỏng, có  khối lượng riêng bé hơn 1 (trừ một vài tinh dầu như quế, đinh hương,...), không tan   trong nước hoặc tan rất ít nhưng lại hòa tan tốt trong dung môi hữu cơ  như  ancol,   ete, chất béo,… Tinh dầu bay hơi với hơi nước, có vị  cay ngọt và có tính sát trùng   mạnh. Hệ  thực vật có tinh dầu khoảng 3000 loài, trong đó có 150 ­ 200 loài có ý   nghĩa nông nghiệp. Tinh dầu có hai loại: tinh dầu nguyên chất và tinh dầu không nguyên chất Tinh dầu nguyên chất: hoàn toàn không có độc tố, không có chất bảo quản hóa  học nên rất an toàn cho người sử dụng và mang lại kết quả nhanh khi sử dụng để  điều trị bệnh tật. Tinh dầu không nguyên chất là hỗn hợp các loại tinh dầu khác nhau được pha  trộn với nhau hoặc trong tinh dầu có lẫn các tạp chất.  7
  8. Thành phần hóa học của tinh dầu gồm nhiều tecpen và những dẫn xuất chứa   oxi của tecpen (như ancol, anđehit, xeton, ete,…). Mặc dù có nhiều cấu tử như vậy   nhưng thường một vài cấu tử chính có giá trị và có mùi đặc trưng cho tinh dầu đó.  Về  mặt sinh học tinh dầu có thể  xem như  “một hỗn hợp thiên nhiên có mùi,   phần lớn có nguồn gốc từ thực vật”, chỉ có một số ít nguồn gốc từ  động vật. Tinh   dầu được phân bố rộng trong hệ thực vật, đặc biệt tập trung một số họ như họ hoa   tán, họ  cúc, họ  hoa môi, họ  long não, họ  sim, họ  cam, họ  gừng,… Tinh dầu được  chiết từ mọi bộ phận của cây như cánh hoa, lá, cành, củ, rễ, vỏ trái, hạt, vỏ cây,… Tinh dầu chứa trong thực vật có thành phần không  ổn định. Hàm lượng tinh   dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, di truyền, đất trồng, phân bón, thời tiết,  ánh sáng, thời điểm thu hoạch. Trong các bộ phận của cây hàm lượng tinh dầu cũng   khác nhau. Tinh dầu là sản phẩm cuối cùng của quá trình trao dổi chất và không   được sử dụng trở lại cho hoạt động sống của cây. 1.3. Các phương pháp chiết xuất tinh dầu Dựa trên cách thực hành, người ta chia các phương pháp chiết xuất tinh dầu ra   làm bốn loại: cơ học, tẩm trích, hấp thụ và chưng cất lôi cuốn hơi nước. Trong đó   phương pháp tẩm trích và chưng cất lôi cuốn hơi nước thường  được sử  dụng.   Nhưng dù có tiến hành theo bất cứ  phương pháp nào, quy trình chiết xuất đều có  những điểm chung sau đây:       ­ Tinh dầu thu được phải có mùi thơm tự nhiên như nguyên liệu. ­ Quy trình khai thác phải phù hợp nguyên liệu. ­ Tinh dầu phải được lấy triệt để khỏi nguyên liệu, với chi phí thấp nhất.  Nguyên tắc ly trích của tất cả  các phương pháp nói trên đều dựa vào những  đặc tính của tinh dầu như: ­ Dễ bay hơi.    ­ Lôi cuốn theo hơi nước ở nhiệt độ dưới 100oC. ­ Hòa tan dễ dàng trong dung môi hữu cơ. ­ Dễ bị hấp thu ngay ở thể khí. 1.3.1. Phương pháp tẩm trích dung môi dễ bay hơi Phương pháp này có nhiều  ưu điểm vì tiến hành ở  nhiệt độ  phòng, nên thành   phần hóa học của tinh dầu ít bị thay đổi. 8
  9. Phương pháp này không những được áp dụng để  ly trích cô kết (concrete) từ  hoa mà còn dùng để  tận trích khi các phương pháp khác không ly trích hết hoặc   dùng để ly trích các loại nhựa dầu (oleoresin) gia vị. 1.3.1.1. Nguyên tắc Dựa trên hiện tượng thẩm thấu, khuếch tán và hòa tan của tinh dầu có trong  các mô cây đối với các dung môi hữu cơ. 1.3.1.2. Dung môi Yếu tố quan trọng nhất cho sự thành công của phương pháp này là phẩm chất  và đặc tính của dung môi sử  dụng, do đó dung môi dùng trong tẩm trích cần phải   đạt được những yêu cầu sau đây: ­ Hòa tan hoàn toàn và nhanh chóng các cấu phần có mùi thơm trong nguyên  liệu. ­ Hòa tan kém các hợp chất khác như sáp, nhựa dầu có trong nguyên liệu. ­ Không có tác dụng hóa học với tinh dầu. ­ Không biến chất khi sử dụng lại nhiều lần. ­ Hoàn toàn tinh khiết, không có mùi lạ, không độc, không ăn mòn thiết bị,  không tạo thành hỗn hợp nổ với không khí và có độ nhớt kém. ­ Nhiệt độ  sôi thấp vì khi chưng cất dung dịch ly trích để  thu hồi dung môi,  nhiệt độ  sôi cao sẽ   ảnh hưởng đến chất lượng tinh dầu. Điểm sôi của dung môi   nên thấp hơn điểm sôi của cấu phần dễ bay hơi nhất trong tinh dầu. ­ Ngoài ra, cần có thêm những yếu tố  phụ  khác như: giá thành thấp, nguồn  cung cấp dễ tìm,… Thường thì không có dung môi nào thỏa mãn tất cả  những điều kiện kể  trên.   Người ta sử dụng cả dung môi không tan trong nước như: đietyl ete, ete dầu hỏa, n­ hexan, cloroform,… lẫn dung môi tan trong nước như: etanol, axeton,… Trong một   số trường hợp cụ thể, người ta còn dùng một hỗn hợp dung môi. 1.3.1.3. Quy trình tẩm trích Phương pháp ly trích này thích hợp cho các nguyên liệu có chứa lượng tinh dầu   không lớn lắm hoặc có chứa những cấu phần tan được trong nước và không chịu   được nhiệt độ quá cao. Quy trình kỹ thuật gồm các giai đoạn sau đây: 9
  10. ­ Tẩm trích: nguyên liệu được ngâm vào dung môi trong bình chứa. Trong một  số trường hợp, để gia tăng khả năng ly trích, nguyên liệu cần được xay nhỏ trước.   Hỗn hợp nguyên liệu và dung môi cần được xáo trộn đều trong suốt thời gian ly  trích. Nên khảo sát trước xem việc gia nhiệt có cần thiết hay không, nếu cần, cũng   không nên gia nhiệt quá 50oC để không ảnh hưởng đến mùi thơm của sản phẩm sau  này. ­ Xử lý dung dịch ly trích: sau khi quá trình tẩm trích kết thúc, dung dịch ly trích  được lấy ra và có thể  thay thế  bằng dung môi mới sau một khoảng thời gian nhất   định, tùy theo nguyên liệu. Tách nước (nếu có) ra khỏi dung dịch, rồi làm khan bằng   Na2SO4 và lọc. Dung môi phải được thu hồi ở nhiệt độ càng thấp càng tốt để tránh   tình trạng sản phẩm bị mất mát và phân hủy. Do đó, nên loại dung môi ra khỏi sản   phẩm bằng phương pháp chưng cất dưới áp suất kém (cô quay). Dung môi thu hồi  có thể dùng để ly trích lần nguyên liệu kế tiếp. ­ Xử lý sản phẩm ly trích: sau khi thu hồi hoàn toàn dung môi, sản phẩm là một   chất đặc sệt gồm có tinh dầu và một số hợp chất khác như nhựa, sáp, chất béo, cho   nên cần phải tách riêng tinh dầu ra. Chất đặc sệt này đem đi chưng cất bằng hơi  nước để  tách riêng tinh dầu ra. Tinh dầu có mùi thơm tự  nhiên, nhưng khối lượng   thu được kém, ngoài ra tinh dầu này có chứa một số cấu phần thơm có nhiệt độ sôi   cao nên có tính chất định hương rất tốt. ­ Tách dung dịch từ  bã:  sau khi tháo hết dung dịch ly trích ra khỏi hệ  thống,   trong bã còn chứa một lượng dung dịch rất lớn (khoảng 20 – 30% lượng dung môi   ly trích). Phần dung dịch còn lại nằm trong nguyên liệu thường được lấy ra bằng  phương pháp chưng cất hơi nước (trường hợp dung môi không tan trong nước),   hoặc ly tâm, lọc ép (trường hợp dung môi tan trong nước). Sau đó dung dịch này   cũng được tách nước, làm khan và nhập chung với dung dịch ly trích. Chất lượng thành phẩm và hiệu quả  của phương pháp ly trích này phụ  thuộc  chủ  yếu vào dung môi dùng để  ly trích. Để  đạt kết quả  tốt thì dung môi sử  dụng  phải thoả mãn được các yêu cầu đã được trình bày ở trên. Vì dung môi dễ bay hơi nên chúng ta cần phải lưu ý đến tỉ  lệ  thất thoát dung   môi trong quy trình ly trích vì việc này có thể ảnh hưởng rất lớn đến giá thành sản  phẩm. 10
  11. Trong điều kiện phòng thí nghiệm, khi muốn tiến hành phương pháp tẩm trích  với dung môi dễ bay hơi, thường tiến hành sử dụng phương pháp truyền thống như  khuấy từ   ở  nhiệt độ  phòng hoặc đun – khuấy từ  (kèm  ống hoàn lưu) hay phương   pháp dùng Soxhlet. Ngoài ra, cùng với sự  phát triển ngày càng mạnh mẽ  của “hóa   học xanh”, mà ngày nay chúng ta còn áp dụng các phương pháp mới như  là: tẩm   trích có sự hỗ trợ của siêu âm và vi sóng. 1.3.1.4. Ưu và khuyết điểm ­ Ưu điểm: sản phẩm thu được theo phương pháp này thường có mùi thơm tự  nhiên. Hiệu suất sản phẩm thu được thường cao hơn các phương pháp khác. ­ Khuyết điểm: yêu cầu cao về thiết bị; thường thất thoát dung môi; tốn kém,  quy trình tương đối phức tạp. 1.3.2. Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước Phương pháp này dựa trên sự  thẩm thấu, hòa tan, khuếch tán và lôi cuốn theo  hơi nước của những hợp chất hữu cơ trong tinh dầu chứa trong các mô khi tiếp xúc  với hơi nước  ở  nhiệt độ  cao. Sự  khuếch tán sẽ  dễ  dàng khi tế  bào chứa tinh dầu  trương phồng do nguyên liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa trong một thời gian  nhất định. Trường hợp mô thực vật có chứa sáp, nhựa, axit béo không no mạch dài  thì khi chưng cất phải được thực hiện trong một thời gian dài vì những hợp chất  này làm giảm áp suất hơi chung của hệ thống và làm cho sự khuếch tán trở nên khó   khăn. 1.3.2.1. Lý thuyết chưng cất Chưng cất có thể  được định nghĩa là: Sự  tách rời các cấu phần của một hỗn   hợp nhiều chất lỏng dựa trên sự khác biệt về áp suất hơi của chúng. Trong trường  hợp đơn giản, khi chưng cất một hỗn hợp gồm 2 chất lỏng không hòa tan vào nhau,  áp suất hơi tổng cộng là tổng của hai áp suất hơi riêng phần. Do đó, nhiệt độ  sôi   của hỗn hợp sẽ tương ứng với áp suất hơi tổng cộng xác định, không tùy thuộc vào   thành phần bách phân của hỗn hợp, miễn là lúc đó hai pha lỏng vẫn còn tồn tại.   Nếu vẽ đường cong áp suất hơi của từng chất theo nhiệt độ, rồi vẽ đường cong áp   11
  12. suất hơi tổng cộng, thì  ứng với một áp suất, ta dễ  dàng suy ra nhiệt độ  sôi tương   ứng của hỗn hợp và nhận thấy nhiệt độ sôi của hỗn hợp luôn luôn thấp hơn nhiệt   độ sôi của từng hợp chất. Thí dụ, ở áp suất 760 mmHg, nước sôi ở 100oC và benzen  sôi  ở  80oC và chúng là hai chất lỏng không tan vào nhau. Thực nghiệm cho thấy,  nếu đun hỗn hợp này dưới áp suất 760 mmHg nó sẽ sôi ở  69 oC. Giản đồ nhiệt độ  sôi theo áp suất cho thấy, tại 69oC, áp suất hơi của nước là 225 mmHg và benzen là  535 mmHg. Chính vì đặc tính làm giảm nhiệt độ sôi này mà từ lâu phương pháp chưng cất  hơi nước là phương pháp đầu tiên dùng để  tách tinh dầu ra khỏi nguyên liệu thực  vật. 1.3.2.2. Những ảnh hưởng chính trong sự chưng cất hơi nước a) Sự khuếch tán Ngay khi nguyên liệu được làm vỡ  vụn thì chỉ  có một số  mô chứa tinh dầu bị  vỡ và cho tinh dầu thoát tự do ra ngoài theo hơi nước lôi cuốn đi. Phần lớn tinh dầu  còn lại trong các mô thực vật sẽ tiến dần ra ngoài bề mặt nguyên liệu bằng sự hòa   tan và thẩm thấu. Von Rechenberg đã mô tả quá trình chưng cất hơi nước như sau:   “Ở  nhiệt độ  nước sôi, một phần tinh dầu hòa tan vào trong nước có sẵn trong tế  bào thực vật. Dung dịch này sẽ  thẩm thấu dần ra bề  mặt nguyên liệu và bị  hơi   nước cuốn đi. Còn nước đi vào nguyên liệu theo chiều ngược lại và tinh dầu lại   tiếp tục bị hòa tan vào lượng nước này. Quy trình này lặp đi lặp lại cho đến khi tinh   dầu trong các mô thoát ra ngoài hết”. Như  vậy, sự  hiện diện của nước rất cần thiết, cho nên trong trường hợp   chưng cất sử  dụng hơi nước quá nhiệt, chú ý tránh đừng để  nguyên liệu bị  khô.  Nhưng nếu lượng nước  sử  dụng thừa quá thì cũng không có lợi,  nhất là trong  trường hợp tinh dầu có chứa những cấu phần tan dễ trong nước. Ngoài ra, vì nguyên liệu được làm vỡ vụn ra càng nhiều càng tốt, cần làm cho   lớp nguyên liệu có một độ  xốp nhất định để  hơi nước có thể  đi xuyên ngang lớp   này đồng đều và dễ dàng. Vì các cấu phần trong tinh dầu được chưng cất hơi nước theo nguyên tắc nói  trên cho nên thông thường những hợp chất nào dễ  hòa tan trong nước sẽ  được lôi   cuốn trước. Thí dụ, khi chưng cất hơi nước hạt caraway nghiền nhỏ  và không   12
  13. nghiền, đối với hạt không nghiền thì carvon (nhiệt độ sôi cao nhưng tan nhiều trong  nước) sẽ  ra trước, còn limonen (nhiệt độ  sôi thấp, nhưng ít tan trong nước) sẽ  ra   sau. Nhưng với hạt caraway nghiền nhỏ thì kết quả chưng cất ngược lại. b) Sự thủy giải Những cấu phần este trong tinh dầu thường dễ bị thủy giải cho ra axit và ancol   khi đun nóng trong một thời gian dài với nước. Để  hạn chế  hiện tượng này, sự  chưng cất hơi nước phải được thực hiện trong một thời gian càng ngắn càng tốt. Vì  vậy, thời gian chưng cất lôi cuốn hơi nước cần thiết phải được khảo sát để thu lấy   tinh dầu đạt hiệu suất tối ưu. c) Nhiệt độ Nhiệt độ cao làm phân hủy tinh dầu. Do đó, khi cần thiết phải dùng hơi nước   quá nhiệt (trên 100oC) nên thực hiện việc này trong giai đoạn cuối cùng của sự  chưng cất, sau khi các cấu phần dễ bay hơi đã lôi cuốn đi hết. Thực ra, hầu hết các  tinh dầu đều kém bền dưới tác dụng của nhiệt nên vấn đề là làm sao cho thời gian   chịu nhiệt độ cao của tinh dầu càng ngắn càng tốt. Tóm lại, dù ba ảnh hưởng trên được xem xét độc lập nhưng thực tế thì chúng  có liên quan với nhau và quy về   ảnh hưởng của nhiệt độ. Khi tăng nhiệt độ, sự  khuếch tán thẩm thấu sẽ  tăng, sự  hòa tan tinh dầu trong nước sẽ  tăng nhưng sự  phân hủy cũng tăng theo. Trong công nghiệp, dựa trên thực hành, người ta chia các phương pháp chưng   cất hơi nước ra thành ba loại chính: ­ Chưng cất bằng nước. ­ Chưng cất bằng nước và hơi nước. ­ Chưng cất bằng hơi nước. Cả  ba phương pháp này đều có lý thuyết giống nhau nhưng khác nhau  ở cách  thực hiện. * Chưng cất bằng nước Trong trường hợp này, nước phỉ kín nguyên liệu, nhưng phải chừa một khoảng  không gian tương đối lớn phía trên lớp nước, để tránh khi nước sôi mạnh làm văng  chất nạp qua hệ thống hoàn lưu. Nhiệt cung cấp có thể đun trực tiếp bằng củi lửa   hoặc đun bằng hơi nước dẫn từ  nồi hơi vào (sử  dụng bình có hai lớp đáy). Trong   13
  14. trường hợp chất nạp quá mịn lắng chặt xuống đáy nồi gây hiện tượng cháy khét  nguyên liệu ở mặt tiếp xúc với đáy nồi, lúc đó nồi phải trang bị những cánh khuấy  trộn đều bên trong trong suốt thời gian chưng cất. Sự chưng cất này thường không thích hợp với những tinh dầu dễ bị thủy giải.   Những nguyên liệu xốp và rời rạc rất thích hợp cho phương pháp này. Những cấu  phần có nhiệt độ  sôi cao, dễ  tan trong nước sẽ  khó hóa hơi trong khối lượng lớn   nước phủ  đầy khiến cho tinh dầu sản phẩm sẽ thiếu những hợp chất này. Thí dụ  điển hình là mùi tinh dầu hoa hồng thu được từ  phương pháp chưng cất hơi nước   kém hơn sản phẩm tẩm trích từ  eugenol và alcol phenetil nằm lại trong nước khá  nhiều, vì thế người ta chỉ dùng phương pháp này để  chưng cất tinh dầu hoa hồng   khi không thể sử dụng các phương pháp khác. * Chưng cất bằng nước và hơi nước Trong phương pháp này, nguyên liệu được xếp trên một vỉ  đục lỗ  và nồi cất  được đổ nước sao cho nước không chạm đến vỉ. Nhiệt cung cấp có thể là ngọn lửa đốt trực tiếp hoặc dùng hơi nước từ nồi hơi   dẫn vào lớp bao chung quanh phần đáy nồi. Có thể  coi phương pháp này là một  trường hợp điển hình của phương pháp chưng cất bằng hơi nước với hơi nước  ở  áp suất thường. Như  vậy chất ngưng tụ  sẽ  chứa  ít sản phẩm phân hủy hơn là  trường hợp chưng cất bằng hơi nước trực tiếp, nhất là ở  áp suất cao hay hơi nước   quá nhiệt. Việc chuẩn bị nguyên liệu trong trường trường hợp này quan trọng hơn nhiều  so với phương pháp trước, vì hơi nước tiếp xúc với chất nạp chỉ  bằng cách xuyên  qua nó nên phải sắp xếp thế nào để chất nạp tiếp xúc tối đa với hơi nước thì mới   có kết quả  tốt. Muốn vậy, chất nạp nên có kích thước đồng đều không sai biệt  nhau quá. Nếu chất nạp được nghiền quá mịn, nó dễ tụ lại vón cục và chỉ cho hơi nước  đi qua một vài khe nhỏ do hơi nước tự phá xuyên lên. Như  vậy phần lớn chất nạp   sẽ không được tiếp xúc với hơi nước. Ngoài ra, luồng hơi nước đầu tiên mang tinh   dầu có thể  bị  ngưng tụ  và tinh dầu rơi ngược lại vào lớp nước nóng bên dưới gây  hư hỏng thất thoát. Do đó việc chuẩn bị chất nạp cần được quan tâm nghiêm túc và  đòi hỏi kinh nghiệm tạo kích thước chất nạp cho từng loại nguyên liệu. 14
  15. Tốc độ  chưng cất trong trường hợp này không quan trọng như  trong trường   hợp chưng cất bằng nước. Tuy nhiên, tốc độ  nhanh sẽ  có lợi vì ngăn được tình   trạng quá ướt của chất nạp và gia tăng vận tốc chưng cất. Về sản lượng tinh dầu   mỗi giờ, người ta thấy nó khá hơn phương pháp chưng cất bằng nước nhưng vẩn  còn kém hơn phương pháp chưng cất bằng hơi nước sẽ đề cập sau. So với phương pháp chưng cất bằng nước,  ưu điểm của nó là ít tạo ra sản  phẩm phân hủy. Do đó, dù với thiết bị  loại nào đi nữa, ta phải đảm bảo là chỉ  có   phần đáy nồi là được phép đốt nóng và giữ  cho phần vỉ chứa chất nạp không tiếp  xúc với nước sôi. Phương pháp này cũng tốn ít nhiên liệu, tuy nhiên nó không thể áp  dụng cho những nguyên liệu dễ bị vón cục. Khuyết điểm chính của phương pháp là do thực hiện  ở  áp suất thường, nên  cấu phần có nhiệt độ  sôi cao sẽ  đòi hỏi một lượng rất lớn hơi nước để  hóa hơi   hoàn toàn và như  thế  sẽ  tốn rất nhiều thời gian. Về  kỹ  thuật, khi xong một lần   chưng cất, nước  ở bên dưới vỉ  phải được thay thế  để  tránh cho mẻ  sản phẩm sau  có mùi lạ. *Chưng cất bằng hơi nước Hơi nước tạo ra từ  nồi hơi, thường có áp suất cao hơn không khí, được đưa   thẳng vào bình chưng cất. Trong kỹ nghệ phương pháp này thường dùng để  chưng  cất tinh dầu từ các nguyên liệu thực vật. Điểm  ưu việt của phương pháp này là người ta có thể  điều chỉnh áp suất,  nhiệt độ  như  mong muốn để  tận thu sản phẩm, nhưng phải giữ  nhiệt độ   ở  mức  giới hạn để tinh dầu không bị phân hủy. Việc sử  dụng phương pháp này cũng lệ  thuộc vào những điều kiện hạn chế  như  đã trình bày đối với hai phương pháp chưng cất nói trên cộng thêm hai yếu tố  nữa là yêu cầu hơi nước không quá nóng và quá ẩm. Nếu quá nóng nó có thể  phân  hủy những cấu phần có độ sôi thấp, hoặc làm chất nạp khô quăn khiến hiện tượng   thẩm thấu không xảy ra. Do đó trong thực hành, nếu dòng chảy của tinh dầu ngưng  lại sớm quá, người ta phải chưng cất tiếp bằng hơi nước bão hòa trong một thời  gian cho đến khi sự  khuyếch tán hơi nước được tái lập lại , khi đó mới tiếp tục   dùng lại hơi nước quá nhiệt. Còn trong trường hợp, hơi nước quá ẩm sẽ  đưa đến   hiện tượng ngưng tụ, phần chất nạp phía dưới sẽ  bị   ướt, trong trường hợp này  15
  16. người ta phải tháo nước ra bằng một van xả dưới đáy nồi. trong công nghiệp, hơi   nước trước khi vào bình chưng cất phải đi ngang một bộ phận tách nước. Với hơi nước có áp suất cao thường gây ra sự  phân hủy quan trọng, nên tốt   nhất là bắt đầu chưng cất với hơi nước ở áp suất thấp và cao dần cho đến khi kết  thúc. Không có một quy tắc chung nào cho mọi loại nguyên liệu vì mỗi chất nạp đòi   hỏi một kinh nghiệm và yêu cầu khác nhau. Hiệu suất và chất lượng tinh dầu phụ thuộc vào đặc tính của tinh dầu và cách  chọn phương pháp chưng cất. Thí dụ  như  tinh dầu hương bài, nếu chưng cất hơi   nước  ở áp suất thường thì thời gian kéo dài trên 12 giờ mà hiệu suất thu được chỉ  khoảng 1%, nhưng nếu chưng cất  ở thiết bị  có áp suất 4 ­5 atm thì hiệu suất thu  được đạt 1 ­ 1,2% và thời gian chưng cất chỉ  còn 6 giờ. Thường thì các loại tinh   dầu có tỉ trọng lớn hơn nước, khi chưng cất hơi nước trong thiết bị áp suất cao, cho   hiệu suất ly trích cao trong thời gian chưng cất ngắn. d) Ưu điểm ­ Quy trình kỹ thuật tương đối đơn giản. ­ Thiết bị gọn, dễ chế tạo. ­ Không đòi hỏi vật liệu phụ như các phương pháp tẩm trích, hấp thụ. ­ Thời gian tương đối nhanh. e) Khuyết điểm ­ Không có lợi đối với những nguyên liệu có hàm lượng tinh dầu thấp. ­ Chất lượng tinh dầu có thể  bị   ảnh hưởng nếu trong tinh dầu có những cấu   phần dễ bị phân hủy. ­ Không lấy được các loại nhựa và sáp có trong nguyên liệu. ­ Trong nước chưng luôn luôn có một lượng tinh dầu tương đối lớn. ­ Những tinh dầu có nhiệt độ sôi cao thường cho hiệu suất kém. 1.3.2.3. Thu hồi thêm tinh dầu từ nước chưng Thường tinh dầu trong nước chưng nằm dưới hai dạng phân tán và hòa tan.  Dạng phân tán thì có thể  dùng phương pháp lắng hay ly tâm, còn dạng hòa tan thì  phải chưng cất lại. Nếu trọng lượng riêng của tinh dầu và nước quá gần nhau thì  có thể thêm NaCl để gia tăng tỉ trọng của nước làm tinh dầu tách ra dễ dàng. 16
  17. Trong phòng thí nghiệm, để  chưng cất hơi nước tinh dầu, người ta thường   dùng bộ  dụng cụ thủy tinh Clevenger với hai loại  ống hứng tinh dầu, tùy theo tinh  dầu nặng hay nhẹ. 1.4. Mô hình hóa thực nghiệm 1.4.1. Khái quát Trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học, tính logic, sự  nhanh chóng và tính chính  xác là yêu cầu cần bảo đảm. Trong thực nghiệm nghiên cứu cần phải có kết quả  mô tả  mối quan hệ phụ  thuộc lẫn nhau của các yếu tố  liên quan, đảm bảo độ  tin  cậy và tính chính xác của kết quả với sai số cho phép. Trong điều kiện đủ  thông tin, có thể  sử dụng các phương pháp toán học khác  nhau để  mô tả  hệ thống, từ  đó khảo sát và tình cực trị  đối với bài toán. Tuy nhiên   khi thiếu thông tin, cần phải làm thực nghiệm để  xây dựng mô hình toán học cho   quá trình nghiên cứu, sau đó tiến hành các bước tối ưu hoá. Quy hoạch và xử  lý số  liệu thực nghiệm là một phương pháp toán học được sử dụng rộng rãi trong nghiên  cứu, học tập và cả  trong sản xuất thực tế.  Ở  đây chúng tôi sử  dụng mô hình hóa  thực nghiệm bậc 2 tâm trực giao để tối ưu hóa các yếu tố khảo sát.  1.4.2. Giới thiệu về mô hình hóa thực nghiệm bậc 2 tâm trực giao Mô hình hóa thực nghiệm bậc 1 chỉ  gồm các số  hạng bậc 1 cho nên độ  phù   hợp thấp. Muốn nâng cao độ phù hợp phải có các số hạng bậc 2. Khi đó tiến hành   mô hình hóa thực nghiệm bậc 2. Có nhiều giải pháp tìm phương trình hồi qui bậc 2, phổ biến nhất là 2 phương  pháp:  Dùng ma trận tâm trực giao.   Dùng ma trận tâm xoay. Trong phương trình hồi qui bậc 2 có bao nhiêu số hạng thì ít nhất phải có bấy   nhiêu phương trình (bấy nhiêu thực nghiệm) để  tìm được các hệ  số  hồi qui tương   ứng cho mỗi số hạng. 17
  18. Với thực nghiệm có 3 nhân tố   ảnh hưởng lên kết quả  thực nghiệm. Khi tiến   hành mô hình hóa thực nghiệm bậc 1 đầy đủ  thì về  mặt hình học mô hình là một   hình lập phương 8 đỉnh, mỗi đỉnh ứng với 1 thực nghiệm và tìm được một hệ số b i  tương ứng. Để tìm được các số hạng bậc 2 ta phải làm thêm các thực nghiệm ở tâm  (mức gốc) và những thực nghiệm  ở điểm sao (*) là những điểm nằm trên trục tọa  độ của nhân tố tương ứng. Số  thực nghiệm của để  tìm mô hình hóa thực nghiệm bậc 2 tâm trực giao   được tính theo công thức sau: N = 2n­q + 2.n + N0    (1.1) Trong đó: 2n­q: số  thực nghiệm  ở  ma trận gốc; 2.n : số  thực nghiệm  ở  điểm   sao; N0 : số thực nghiệm ở điểm tâm, thường lấy N0 = 1. Các bước tiến hành mô hình hóa thực nghiệm bậc 2 tâm trực giao: Bước 1. Chọn mức thực nghiệm Chọn các mức thực nghiệm theo vùng khảo sát, tính các mức theo công thức  tổng quát sau: Xithuc − Xigoc xi =  (1.2) λi Trong đó Xi thực: các giá trị dạng thực của nhân tố khảo sát, Xi gốc : mức gốc (0)  của Xi,  i: khoảng biến thiên của các nhân tố khảo sát Xi. 18
  19. Bước 2. Lập ma trận thực nghiệm mã hóa của mô hình thực nghiệm bậc 2 tâm   trực giao Ví dụ: Ma trận thực nghiệm mã hóa bậc 2 tâm trực giao đầy đủ của 3 nhân tố,   có dạng sau: Bảng 1.1. Ma trận mô hình hóa thực nghiệm đầy đủ bậc 2  tâm trực giao 3 nhân tố N X0 1 + ­ ­ ­ + + + x12 x22 x32 y1 2 + + ­ ­ ­ ­ + x12 x22 x32 y2 3 + ­ + ­ ­ + ­ x12 x22 x32 y3 4 + + + ­ + ­ ­ x12 x22 x32 y4 5 + ­ ­ + + ­ ­ x12 x22 x32 y5 6 + + ­ + ­ + ­ x12 x22 x32 y6 7 + ­ + + ­ ­ + x12 x22 x32 y7 8 + + + + + + + x12 x22 x32 y8 9 + +d 0 0 0 0 0 (+d)2­ ­ ­ y9 10 + ­d 0 0 0 0 0 (­d)2­ ­ ­ y10 11 + 0 +d 0 0 0 0 ­ (+d)2­ ­ y11 12 + 0 ­d 0 0 0 0 ­ (­d)2­ ­ y12 13 + 0 0 +d 0 0 0 ­ ­ (+d)2­ y13 14 + 0 0 ­d 0 0 0 ­ ­ (­d)2­ y14 15 + 0 0 0 0 0 0 ­ ­ ­ y15 Để ma trận vẫn đảm bảo tính chất trực giao (đặc biệt là các ma trận cột của  các số hạng bậc 2) phải đưa thêm tham số  : Đặt   xi'2 xi2     (1.3) Thì điều kiện trực giao là: N ( xiu2 ).( xiu2 ) 0    (1.4) u 1 2n q 2.d 2 Trong đó:      (1.5) 2n q 2n N 0 Với d N .2 n q 2 2n q 1    (1.6) 19
  20. Vì n, q là số  cho trước nên có thể  tính sẵn d và  , một số giá trị  tính sẵn ghi  trong bảng sau: Bảng 1.2. Các giá trị d và   tính trước Mô hình N D 2 22 9 1,000 0,6667 3 8 23 15 1,2154 0,7303 15 4 24 25 1,4142 0,8000 5 4 3 25­1 27 1,5467 0,7698 9 4 10 25 43 1.7244 0,8433 15 Trong trường hợp trên n = 3, tra bảng ta có d = 1,215 và   = 0,7303. Phương trình hồi qui bậc 2, n yếu tố có dạng tổng quát như sau: y = b0 x0 + b1x1 + b2 x2 + b3 x3 + b12 x1x2 + b13 x1x3 + b23 x2 x3 + ... + b11( x12 − φ) + b22 ( x22 − φ) + b33 x32 − φ) + ... (1.7)    Bước 3: Tính hệ số hồi qui của phương trình hồi qui tâm trực giao N N N xiu . yu xiu x ju . yu ( xiu2 ). yu u 1 u 1 u 1 bi N ;  bij N ;  bii N    (1.8) 2 2 2 2 x iu ( xiu .x ju ) (x iu ) u 1 u 1 u 1 Bước 4: Đánh giá tính có nghĩa của hệ số hồi qui Trong mô hình hóa thực nghiệm bậc 2 người ta không làm thí nghiệm lặp lại  toàn bộ thực nghiệm, do số thực nghiệm quá lớn. Người ta làm lặp lại chỉ một thực  nghiệm, thực nghiệm đó thường là thực nghiệm ở tâm rồi xác định giá trị trung bình   của nó. Tính phương sai của thí nghiệm lặp lại  ở  tâm đó và coi như  đó là sai số  chung của các thí nghiệm. Người ta cũng dùng chuẩn t để đánh giá tính có nghĩa của  các hệ số hồi qui: ti tính > ti bảng(P,f) Trong đó: 20
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2