Caseinat là nguyên liệu chính của màng, tuy nhiên nếu chỉ sử dụng mỗi caseinat thì không tạo màng được, màng tạo thành bị khô, rạn nứt và vỡ ra như mô tả ở hình 3.14, do đó cần bổ sung thêm glyxerol và pectin để tăng cường tạo liên kết trong cấu trúc màng, đồng thời cải thiện tính chất của màng.
Hình 3.14 Màng casein không chứa glyxerol
Glyxerol được xem như là một chất tạo tính dẻo cho màng khi nó cạnh tranh liên kết hydro và các tương tác tĩnh điện với các chuỗi protein, làm giảm sự tương tác giữa các chuỗi protein [25]. Bên cạnh đó, glyxerol còn có khả năng hút ẩm từ không khí và giữ ẩm. Khi ở trong môi trường tự nhiên, glyxerol trao đổi ẩm với không khí đến khi đạt cân bằng ẩm. Quá trình cân bằng ẩm này phải mất vài ngày khi glyxerol được trộn chung với một khối gelatin, nhưng nếu được sử dụng trong các màng film mỏng thì glyxerol chỉ mất vài phút để đạt cân bằng ẩm [26]. Do những tính chất trên nên glyxerol thường được sử dụng như một chất tạo dẻo trong các màng bioplastic.
Pectin sử dụng là Low Methoxyl Pectin, loại pectin này tạo gel chỉ khi có mặt ion đa hóa trị, ion này đóng vai trò là cầu nối giữa các nhóm carboxyl của các chuỗi pectin khác nhau. Trong muối natri caseinat vẫn có chứa một lượng ion Ca2+, tuy nhiên với lượng rất nhỏ không đủ tạo liên kết trong màng. Vì vậy, chọn bổ sung ion Ca2+ dưới dạng muối CaCl2 vào công thức tạo màng.
Theo Laetitia M. Bonnaillie (2014), màng tạo thành được chủ yếu là do sự hình thành các liên kết giữa các phân tử NaCas, glyxerol, pectin và CaCl2 như sau [12]:
➢ Liên kết chặt chẽ giữa 2 nhóm –COOH của phân tử pectin với Ca2+, tạo thành gel pectin, đồng thời các nhóm –OH và –COOH trong chuỗi pectin có khả năng liên kết cùng với nhóm –NH2 của phân tử casein.
➢ Tương tác tĩnh điện giữa Ca2+ với 2 nhóm điện tích âm của casein, bên cạnh đó Ca2+ còn tạo liên kết với các nhóm –OH của glyxerol.
➢ Các nhóm –OH của glyxerol gắn vào các nhóm mang điện tích dương trên phân tử casein.
Tuy nhiên, để tạo ra được màng thì phụ thuộc rất lớn vào tỷ lệ phối liệu; cấu trúc cũng như tính chất của màng cũng được quyết định bởi tỷ lệ phối liệu màng. Tham khảo Đồ án tốt nghiệp (2017) của bạn Vũ Thanh Hòa cùng nhóm nghiên cứu, chọn được tỷ lệ phối liệu tốt nhất cho màng casein với 79 % NaCas, 20 % glyxerol và 1 % pectin tính theo khối lượng chất khô của màng cùng với một lượng rất nhỏ CaCl2 (với tỷ lệ 1 % khối lượng so với khối lượng khô của pectin) [24].
Tiến hành quy trình tạo màng đã trình bày ở mục 2.2.5. với tỉ lệ phối liệu như trên, dung dịch màng thu được ở trạng thái keo đồng nhất, có Bx = 12 % được đổ khuôn 12×8 cm như ở hình 3.15 với khối lượng đổ màng trên mỗi khuôn là 10 g.
Hình 3.15 Khuôn đổ màng có kích thước 12×8 cm
Về nhận xét cảm quan ban đầu, màng tạo thành sau khi sấy dễ tách ra khỏi khuôn, có độ đàn hồi, trong suốt, đồng nhất, màu hơi vàng, nhanh hút ẩm nếu để ở môi trường bên ngoài bình hút ẩm quá lâu nhưng nhận thấy màng có khả năng bao gói được sản phẩm dạng rắn và khô.
Hình 3.16 Màng tạo thành
Về các chỉ tiêu vật lý, hóa lý, màng plastic nói chung và bioplastic nói riêng có rất nhiều tính chất như: độ bền kéo và độ giãn dài, độ thấm hơi nước, độ hòa tan, độ trương phồng, độ thấm khí,… Tuy nhiên do điều kiện nghiên cứu còn hạn chế nên chỉ xác định được các tính chất gồm: độ bền kéo và độ giãn dài; độ thấm hơi nước của màng. Các thí nghiệm đo chỉ tiêu màng được tiến hành như đã trình bày ở mục 2.2.2.
và được mô tả qua các dụng cụ ở các hình 3.17, hình 3.18 và hình 3.19.
Hình 3.17 Thước kẹp điện tử Conqua Taizhou 0 – 150 mm dùng để đo độ dày màng
Hình 3.18 Lực kế 5 N sử dụng để đo độ bền kéo và độ giãn dài của màng
Hình 3.19 Cốc nhôm chứa silicagel dùng để đo độ thấm ẩm của màng
Với điều kiện tạo màng như trên, khối lượng dung dịch màng là 10 g, màng tạo thành có kích thước 12×8 cm với các chỉ tiêu màng đã xác định được trình bày theo bảng 3.5 dưới đây:
Bảng 3.4 Kết quả đo một số chỉ tiêu của màng
STT Chỉ tiêu của màng Đơn vị đo Kết quả đo
1 Độ dày mm 0,0913 ± 0,0112
2 Độ thấm hơi nước g.mm.h-1.m-2.kPa-1 0,3019 ± 0,0191
3 Độ bền kéo Pa 13111 ± 1018
4 Độ giãn dài của màng % 25,556 ± 1,925
Qua kết quả bảng 3.5, ta thấy rằng màng casein tạo thành có độ bền kéo tương đối cao 13111 Pa, trong khi các màng CaCas/glyxerol/pectin của Laetitia M.
Bonnaillie (2014) với 1 % pectin, độ bền kéo chỉ đạt dưới 5000 Pa [12]. Tuy nhiên độ thấm ẩm của màng casein còn khá cao so với các loại màng pectin của [18].
Mặt khác, màng casein tạo thành tan được trong nước, điều này chứng tỏ đây là loại màng rất thân thiện với môi trường.
Như vậy, với điều kiện tạo màng như trên theo tỷ lệ phối liệu là 79 % NaCas, 20
% glyxerol và 1 % pectin tính theo khối lượng chất khô của màng cùng với một lượng rất nhỏ CaCl2 (với tỷ lệ 1 % khối lượng so với khối lượng khô của pectin), màng tạo thành có màu hơi vàng, trong suốt, có độ bền cao, độ thấm ẩm cũng khá cao nhưng rất thân thiện với môi trường, bước đầu cho thấy có khả năng sử dụng để bao gói sản phẩm thực phẩm.