Có 2 phương pháp đông tụ casein thường dùng là phương pháp sử dụng điểm đẳng điện và phương pháp sử dụng enzym. Tuy sử dụng rennet cho hiệu quả đông tụ casein rất tốt chỉ với một lượng nhỏ enzym nhưng vấn đề bảo quản rennet lại phức tạp,
giá thành cao. Trong khi đó phương pháp sử dụng điểm đẳng điện rất đơn giản, hóa chất dễ tìm, chi phí rẻ hơn so với phương pháp đông tụ casein bằng enzym.
Trong phương pháp sử dụng điểm đẳng điện, có thể dùng axit hữu cơ (như axit lactic) hoặc axit vô cơ (HCl, H2SO4) để điều chỉnh pH của sữa. Tuy nhiên, sử dụng axit lactic phải mất đến 15 giờ để đưa pH sữa về điểm đẳng điện cho quá trình đông tụ casein xảy ra, nếu quá trình axit hóa diễn ra nhanh có thể cho chất lượng casein không đồng nhất, lượng casein thu được không cao [8]. Bên cạnh đó, HCl được cho là một tác nhân đông tụ casein vượt trội với tốc độ phản ứng nhanh. Khi sử dụng HCl hoặc H2SO4 cần pha loãng trước khi thêm vào sữa nếu không sẽ gây axit hóa cục bộ, trong giới hạn hợp lí, axit càng loãng cho chất lượng casein càng tốt [6].
Vì những lí do trên, để phù hợp với điều kiện nghiên cứu tại phòng thí nghiệm, tôi chọn sử dụng axit vô cơ, cụ thể là HCl 0,5 N để tiến hành đông tụ casein trong sữa.
Tiến hành quy trình thí nghiệm đã trình bày ở mục 2.2.3.2. Các mẫu thí nghiệm được gia nhiệt bằng bể ổn nhiệt như mô tả ở hình 3.7. Casein thu nhận từ quá trình đông tụ bằng HCl 0,5 N được đưa đi lọc rửa để loại bỏ tối đa nước và whey. Phần casein thô thu được sau lọc có màu trắng sáng và dạng hạt nhỏ (hình 3.8) được mang đi sấy khô đến khối lượng không đổi ở 55 0C trong thiết bị sấy tủ để xác định khối lượng casein thô thu được.
Hình 3.7 Gia nhiệt cho mẫu và giữ nhiệt ổn định bằng bể ổn nhiệt
Quá trình đông tụ casein chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như nồng độ axit, thời gian, độ pH, hàm lượng ion Ca2+ có mặt trong sữa, nhiệt độ,… Trong đó 3 yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến khối lượng casein thô thu được là độ pH, nhiệt độ và thời gian. Tuy nhiên, đã xác định được pH = 4,6 là điểm đẳng điện của casein, tại đó hàm lượng casein hòa tan là thấp nhất. Do đó chỉ chọn 2 yếu tố nhiệt độ và thời gian để tiến hành khảo sát.
3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Qua thực nghiệm cho thấy, nếu tiến hành đông tụ casein bằng HCl mà không có quá trình gia nhiệt thì sự đông tụ casein vẫn diễn ra nhưng với tốc độ rất chậm (hình 3.9), từ đó có thể kết luận, nhiệt độ làm tăng vận tốc phản ứng, rút ngắn đáng kể thời gian đông tụ casein.
Hình 3.9 Dung dịch casein để ở điều kiện thường không gia nhiệt
Theo Sarode A.R. (2016) ở nhiệt độ dưới 35 0C quá trình đông tụ casein xảy ra chậm, casein tạo thành rất mịn gây trít lỗ lọc, dễ thất thoát casein khi lọc rửa. Ở 38 0C casein đông tụ rất tốt nhưng khi kết hợp khuấy nhanh (khuấy là điều cần thiết để axit phân bố đồng đều), casein sẽ dễ dàng mịn ra và gây khó khăn cho quá trình lọc, đồng thời có thể đi ra cùng với nước rửa [6]. Do đó, bắt đầu khảo sát ở nhiệt độ từ 50 0C trở lên và chọn 4 mức khảo sát là: 50 0C; 60 0C, 70 0C và 80 0C ứng với 4 thí nghiệm, mỗi mẫu thí nghiệm 50 ml sữa.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình đông tụ casein được thể hiện rõ rệt qua hình 3.10. Tại điểm đẳng điện pH = 4,6 casein trở về trạng thái không hòa tan, lắng xuống đáy cốc, phần dung dịch màu vàng phía trên là hỗn hợp nước và đạm whey (gồm β-lactoglobulin, α-lactalbulin và một lượng nhỏ protein albumin [5]). Cần tiến hành lọc rửa để loại bỏ whey càng sớm càng tốt do càng để lâu càng khó loại bỏ whey ra khỏi casein, đồng thời kết hợp ngâm casein trong nước cất với thời gian đủ lâu để các thành phần bị mắc kẹt trong khối đông casein như lactoza, chất khoáng và axit kịp
khuếch tán ra ngoài. Quá trình lọc rửa đạt hiệu suất cao khi loại bỏ được tối đa các thành phần không phải casein [6].
Hình 3.10 Mẫu sữa đã axit hóa trước và sau khi gia nhiệt
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình đông tụ casein được trình bày ở bảng 3.3 dưới đây:
Bảng 3.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khối lượng casein thô thu được STT Nhiệt độ (0C) Khối lượng casein thô thu được (g)
1 50 1,625 ± 0,007a
2 60 1,565 ± 0,134a
3 70 1,590 ± 0,070a
4 80 1,600 ± 0,099a
Chú thích: a là chỉ số thể hiện sự sai khác, ở bảng 3.3 cả 4 giá trị đều có chỉ số a, có nghĩa là với mức ý nghĩa 5 % thì không có sự sai khác về mặt thống kê giữa 4 giá trị trên.
Qua bảng kết quả 3.3, ta thấy ở nhiệt độ 50 0C cho khối lượng casein thô thu được là cao nhất (1,625 g). Với mức ý nghĩa 0,05 có thể kết luận rằng, không có sự sai khác về mặt thống kê giữa các giá trị của khối lượng casein thô thu được, do đó nhiệt độ ở 04 mức 50 0C; 60 0C; 70 0C và 80 0C không ảnh hưởng đến khối lượng casein thô thu được. Vì vậy, lựa chọn mức nhiệt độ 50 0C làm mức nhiệt độ đông tụ casein tốt nhất cho khảo sát ảnh hưởng của thời gian trong các thí nghiệm tiếp theo để tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm thời gian.
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình đông tụ casein được trình bày ở đồ thị hình 3.11 như sau:
Hình 3.11 Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của thời gian đến khối lượng casein thô thu được
Chú thích: a, b là chỉ số thể hiện sự sai khác của các giá trị về mặt thống kê ở mức ý nghĩa 5 %, a ứng với giá trị lớn hơn, b ứng với giá trị nhỏ hơn.
Nhìn vào đồ thị hình 3.11 ta có thể thấy khối lượng casein thô thu được trong 10 phút là nhỏ nhất (3,145 g) và có sự sai khác về mặt thống kê so với lượng chất khô thu được trong 15 phút; 20 phút và 25 phút với mức ý nghĩa 5 %. Lượng casein tăng dần theo thời gian nhưng sau 15 phút thì khối lượng casein tạo thành có giá trị không đổi. Từ đó, có thể kết luận thời gian cũng có ảnh hưởng đến quá trình đông tụ casein trong sữa, khối lượng casein tạo thành tỉ lệ thuận với thời gian nhưng đến một mốc thời gian nhất định hàm lượng casein không tăng nữa, khi đó quá trình đông tụ casein ngừng lại. Vì thời gian ở 3 mức 15 phút; 20 phút và 25 phút không ảnh hưởng đến khối lượng chất khô thu được nên chọn 15 phút là mức thời gian tốt nhất trong các mức thời gian được khảo sát nhằm thu được lượng casein cao nhất, vừa tiết kiệm thời gian vừa tiết kiệm chi phí năng lượng.
Vậy, qua các nghiên cứu khảo sát cho thấy điều kiện tốt nhất để sản xuất casein thô từ sữa là tiến hành đông tụ tại pH = 4,6 ở 50 0C trong thời gian 15 phút. Với điều kiện này, lượng casein thu được là 3,195 g.
Mục đích nghiên cứu các điều kiện sản xuất casein là để tạo màng bioplastic. Tuy nhiên, casein là chất rắn không tan trong nước, do đó để tạo màng được cần hòa tan lại casein bằng kiềm để thu được dung dịch muối caseinat, muối này tan trong nước và là nguyên liệu chính cho quá trình tạo màng.