CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Sản xuất natri caseinat từ sữa gầy
Natri caseinat được sản xuất theo sơ đồ quy trình hình 2.7 [6,22] .
Hình 2.6. Lực kế 05N Hình 2.3. Cốc nhôm đo độ thấm hơi nước Hình 2.4. Khuôn tạo màng 8x12cm
Hình 2.5. Thước kẹp điện tử
Hình 2.7. Sơ đồ quy trình sản xuất dung dịch muối natri caseinat từ sữa gầy Sữa gầy (t0=20-250C)
Kết tủa bằng HCl 0,5N
Gia nhiệt (t0=500C; 15 phút)
Casein đông tụ + Whey
Khử whey
Casein đông tụ
Rửa nước
Khử nước
Casein thô
Phối nước
Nghiền ướt (t0<450C)
Trung hòa bằng dung dịch NaOH 2,5M
Dung dịch muối natri caseinat
Casein thô được sản xuất theo phương pháp điểm đẳng điện. Sở dĩ lựa chọn phương pháp này vì casein tạo ra ở dạng hạt mịn, không mất nhiều thời gian nghiền ướt, đồng thời hạn chế được lượng protein lạ (từ vi khuẩn lactic (nếu lên men) hay enzym chymosin (nếu đông tụ bằng enzym)) và các chất hòa tan từ sữa không cần thiết trong casein thô, gây ảnh hưởng đến chất lượng nguyên liệu cho sản xuất màng.
Sữa gầy có pH ban đầu nằm trong khoảng 6,6 – 6,7 được kết tủa bằng axit HCl 0,5N [22] đến giá trị pH đẳng điện trung bình của casein là 4,6. Việc gia nhiệt sau khi thêm axit ở 500C trong 15 phút [22] sẽ làm giảm độ nhớt hỗn hợp, khiến cho việc lọc và rửa casein sau này sẽ dễ dàng hơn.
Sau khi gia nhiệt, khuấy nhẹ hỗn hợp trong vài phút để tách tối đa lượng canxi còn lẫn vào casein [22]. Hỗn hợp thu được chia làm hai pha, với pha rắn có thành phần chủ yếu là casein đông tụ còn pha lỏng gồm đạm whey và các chất hòa tan. Pha lỏng được loại bỏ bằng cách lọc bằng bình hút chân không.
Phần casein đông tụ tiếp tục được rửa bằng nước cất. Công đoạn rửa casein rất quan trọng với quá trình sản xuất vì phần lớn lượng đường lactoza, các nguyên tố khoáng và axit và cả whey bị mắc lại trong phần casein. Nếu không được rửa sạch thì những thành phần này sẽ làm tăng hàm lượng tạp chất trong casein thô, gây ảnh hưởng không tốt đến chất lượng tạo màng. Do vậy, casein đông tụ được ngâm trong nước cất từ 10 – 15 phút [22], lọc phần nước rửa rồi lại tiếp tục rửa đến khi pH nước lọc từ 4,6 lên mức trung tính thì kết thúc [6]. Trong quá trình rửa, khuấy nhẹ phần casein để tăng tốc độ rửa. Không nên khuấy mạnh làm phá vỡ cấu trúc casein thành các hạt quá mịn gây tắc lỗ lọc [6]. Khối đông tụ tiếp tục được khử nước đến khi còn khoảng 45 - 50% chất rắn thì dừng [23].
Casein thô sau khi khử nước được tiếp tục phối nước trở lại rồi được nghiền mịn. Công đoạn này phải được thực hiện ở nhiệt độ dưới 450C vì casein có thể kết tụ lại nếu nghiền ở nhiệt độ cao hơn [23]. Sau đó, tiến hành trung hòa casein bằng dung dịch NaOH 2,5M đến khi pH dung dịch đạt từ 6,7 – 7,0 [6,23]. Trong quá trình trung hòa, nâng nhiệt độ dung dịch lên 60 – 750C nhanh nhất có thể nhằm giảm độ nhớt do kiềm gây ra, giúp quá trình hòa tan được đẩy nhanh [23]. Sau khi trung hòa xong, làm nguội dung dịch về nhiệt độ thường để chuẩn bị cho công đoạn tạo màng tiếp theo.
2.4.2. Tạo màng từ caseinat
Màng từ caseinat được tạo theo sơ đồ hình 2.8.
Hình 2.8. Sơ đồ tạo màng caseinat
Dung dịch tạo màng gồm các thành phần chính là natri caseinat, pectin và glyxerol.
Đầu tiên, tiến hành phối trộn natri caseinat và pectin (ở dạng dung dịch) cùng với nước cất rồi lắc trong vòng 2 giờ với tốc độ 1000 vòng/phút bằng máy lắc ngang. Sau đó, tiếp tục bổ sung glyxerol và CaCl2 (với tỷ lệ 1% khối lượng so với khối lượng khô của pectin) [16] rồi lắc tiếp trong vòng 1 giờ cũng với tốc độ 1000 vòng/phút [17].
Natri caseinat Nước cất một lần
Phối trộn
Lắc (2 giờ)
Bổ sung glyxerol, CaCl2
Lắc (1 giờ)
Đuổi bọt khí
Đổ khuôn
Sấy (500C; 24 giờ)
Tách màng
Lưu trữ
Glyxerol CaCl2
Pectin
Sau khi lắc xong, vì bọt khí tạo ra rất nhiều nên dung dịch được để yên một thời gian để giảm lượng bọt, trước khi đổ vào các khuôn tạo màng. Tiến hành sấy màng ở 500C trong 24 giờ. Tách màng và lưu trữ trong bình hút ẩm ở điều kiện thường.
Chế độ đổ màng và làm khô này có sự sai khác với nghiên cứu của Schou và các công sự trong nghiên cứu “Tính chất màng natri caseinat ăn được và ứng dụng trong bao gói thực phẩm” và nghiên cứu của Eghbal và các công sự với nghiên cứu “Sự tương tác giữa pectin LMP và natri caseinat và sự tạo màng hỗn hợp ở pH trung tính”. Hai nghiên cứu trên đều đổ màng trên các đĩa petri và làm khô ở 250C trong 48 giờ [15,19]. Tuy nhiên, với điều kiện khí hậu có độ ẩm cao và nhiệt độ ngày đêm chênh lệch lớn như ở Việt Nam, dung dịch đổ màng rất khó bay hơi nước, dễ hư hỏng. Thêm vào đó, màng nếu được tạo ra có màu sắc và độ ẩm không ổn định. Qua quá trình thực nghiệm với các điều kiện sấy ở 300C – 48 giờ;
400C – 48 giờ và 500C – 24 giờ, mức nhiệt độ 500C – 24 giờ được chọn lựa để làm chế độ sấy cố định.
2.4.3. Xác định độ dày màng và các chỉ tiêu màng a. Độ dày màng
Độ dày màng được xác định theo phương pháp ASTM D374-99 (2004). Dùng thước cặp điện tử với độ chính xác 0,01 mm đo độ dày màng ở 05 vị trí khác nhau (04 vị trí ở xung quanh và 01 vị trí ở trung tâm màng). Đo 03 màng để lấy giá trị trung bình của tất cả các lần đo.
b. Các chỉ tiêu màng
Các chỉ tiêu màng được đo bao gồm độ bền kéo; độ giãn dài và độ thấm hơi nước.
*Độ bền kéo
Độ bền kéo là giá trị ứng suất kéo lớn nhất khi làm đứt một loại vật liệu. Ứng suất kéo là trạng thái ứng suất khi vật liệu chịu tác động kéo căng hướng trục [24]. (Ứng suất là đại lượng biểu thị nội lực phát sinh trong vật thể biến dạng, do tác dụng của các nguyên nhân bên ngoài như tải trọng, sự thay đổi nhiệt độ … )
Độ bền kéo được xác định bằng công thức [2.1] [24]
𝑅𝑚 = 𝐹
𝑆 [2.1]
Trong đó: Rm: Độ bền kéo (Pa) F : Lực kéo tối đa (N) S : Tiết diện mẫu thử (m2)
Trong nghiên cứu này, độ bền kéo được xác định bằng lực kế 05N. Màng được cắt thành các dải 0,5x3 cm. 01 đầu dải màng được giữ cố định, đầu còn lại được kẹp vào lực
kế. Kéo lực kế di chuyển với tốc độ 1,5cm/s. Khi màng đứt, đọc giá trị trên lực kế, đó là giá trị lực kéo tối đa. Phép đo lặp lại 03 lần, độ bền kéo là giá trị trung bình của 03 lần đo.
Hình 2.9. Chuẩn bị mẫu đo độ bền kéo
*Độ giãn dài của màng
Độ giãn dài là sự tăng chiều dài của vật liệu so với độ dài ban đầu khi chịu lực kéo dọc theo trục [24]. Phép đo được thực hiện 03 lần và giá trị độ dài dải màng sau khi kéo đứt là trung bình của 03 lần đo.
Độ giãn dài của màng được tính theo công thức [24] [2.2]
D = 𝐿−𝐿0
𝐿𝑜 𝑥100% [2.2]
Trong đó: D : Độ giãn dài của màng (%)
L : Tổng độ dài của màng sau khi đứt (mm) L0 : Độ dài màng ban đầu (mm
*Độ thấm hơi nước của màng
Độ thấm hơi nước cho biết tốc độ thấm hơi nước trên một đơn vị diện tích của vật liệu ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm tương đối nhất định [10].
Độ thấm hơi nước của màng được xác định theo phương pháp tiêu chuẩn ASTM E96- 95 (1999a). Mẫu màng đường kính 8cm, được gắn trên cốc nhôm chứa 10g silicagel. Parafin được sử dụng để cố định mẫu màng gắn trên vành rộng của cốc nhôm. Các cốc đã gắn màng được cân để xác định khối lượng ban đầu và giữ trong bình hút ẩm với dung dịch NaCl bão hòa để cung cấp độ ẩm tương đối 75±2% và nhiệt độ ở 25±1% trong suốt thí nghiệm. Cân lại cốc nhôm mỗi 12 giờ trong 05 ngày. Công thức [2.3] xác định độ thấm hơi nước của màng [8]
𝑊𝑉𝑃 = 𝐺.𝛿
𝐴.∆𝑅𝐻.𝑃𝑊 [2.3]
Trong đó: WVP : Độ thấm hơi nước của màng (g.mm.m-2.h-1.kPa-1) : Độ dày trung bình của màng (mm)
G : Tốc độ thấm, tính bằng hồi quy tuyến tính của tăng khối lượng theo thời gian (g/h) – là hệ số góc của đường tuyến tính độ tăng khối lượng theo thời gian
A : Diện tích khu vực thẩm thấu (m2) ΔRH : Sự khác biệt về độ ẩm tương đối (0,75)
PW : Áp suất hơi nước riêng phần ở nhiệt độ kiểm tra (3,167kPa)
Phép đo được thực hiện lặp 03 lần. Độ thấm hơi nước của màng là giá trị trung bình độ thấm hơi nước của 03 lần đo.
2.4.4. Thăm dò ứng dụng màng từ caseinat trong bao gói thực phẩm
Trong phần này sẽ tiến hành thăm dò ứng dụng bảo quản bánh mì sandwich sữa và bánh mì thường của màng từ caseinat. Các mẫu bánh mì sẽ được bọc bằng màng từ caseinat và đối chứng với mẫu không được bao bọc gì và mẫu bao gói bằng màng PVC. Nhận xét cảm quan các mẫu bánh mì được bảo quản ở nhiệt độ 25±10C; độ ẩm 50±1% [15]. Tiến hành nhận xét cảm quan về độ cứng, màu sắc, mùi của bánh mì trước khi bao gói (0 giờ) và ở các mốc thời gian 06; 12 và 24 giờ từ lúc bắt đầu bao gói.
2.4.5.Phương pháp thống kê và xử lý số liệu
Các số liệu thu nhận được phân tích phương sai ANOVA một yếu tố và kiểm định Turkey để xác định sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các giá trị trung bình bằng phần mềm Minitab 16.