CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp phân tích một số thành phần hóa học của nguyên liệu sữa 2.2.1.1. Xác định hàm lượng protein
Hàm lượng protein được xác định theo phương pháp Kjeldahl (TCVN 8099- 1:2009)
Nguyên tắc: Phần mẫu thử được phân hủy bằng hỗn hợp của axit sunfuric đậm đặc và kali sunfat. Sử dụng đồng (II) sunfat làm chất xúc tác để chuyển nitơ hữu cơ có mặt về amoni sunfat. Dùng kali sunfat là để tăng điểm sôi của axit sunfuric và tạo hỗn hợp oxi hóa mạnh hơn cho việc phân hủy. Bổ sung một lượng dư natri hydroxit vào dịch phân hủy đã để nguội làm giải phóng amoniac. Amoniac giải phóng được chưng cất hơi trong dung dịch axit boric dư và sau đó dung dịch này được chuẩn độ bằng
dung dịch thể tích chuẩn axit clohydric. Hàm lượng nitơ tính được từ lượng amoniac tạo thành [20].
Bố trí thí nghiệm được trình bày ở phụ lục 1, mục 1.1.
2.2.1.2. Xác định hàm lượng chất béo
Sử dụng phương pháp Gerber để xác định hàm lượng béo trong sữa tươi nguyên kem và sữa đã tách béo (TCVN 5504 – 1991)
Khái niệm: Phương pháp Gerber là phương pháp thực nghiệm cho biết giá trị hàm lượng chất béo tính ra gam trong 100 g sữa hoặc trong 100 ml sữa, giá trị này phụ thuộc vào dung tích của pipet sữa được sử dụng và nó có thể bằng hoặc có một mối tương quan rõ ràng so với giá trị thu được bằng phương pháp chuẩn [21].
Nguyên tắc: Tách chất béo sữa chứa trong bơ kế bằng quá trình li tâm sau khi đã hoà tan protein bằng axit sunfuric. Cho thêm một lượng nhỏ rượu amylic vào để làm dễ dàng cho việc tách chất béo. Bơ kế được chia độ để đọc trực tiếp giá trị của hàm lượng chất béo [21].
Bố trí thí nghiệm được trình bày ở phụ lục 1, mục 1.2.
2.2.1.3. Xác định độ chua
Độ chua được xác định bằng phương pháp chuẩn độ bằng dung dịch NaOH. Hiện nay trên thế giới, có 3 đơn vị đo độ chua: độ Soxhlet Henkel (0SH), độ Thorner (0Th) hoặc độ Dornic (0D) [2].
➢ Độ Soxhlet Henkel (0SH) là số ml dung dịch NaOH 1/4 N để chuẩn độ 100 ml sữa với chỉ thị phenolphtalein.
➢ Độ Thorner (0Th) là số ml dung dịch NaOH 1/10 N cần thiết để chuẩn độ hỗn hợp 100 ml sữa tươi và 200 ml nước cất với chỉ thị phenolphtalein.
➢ Độ Dornic (0D) là số ml dung dịch NaOH 1/9 N cần thiết để chuẩn độ 100 ml sữa với chỉ thị phenolphtalein.
Bảng 2.2 Bảng chuyển đổi các đơn vị đo độ chua sữa [2]
Đơn vị biểu diễn độ chua 0SH 0Th 0D
0SH 1 2,5 2,25
0Th 0,4 1 0,9
0D 4/9 10/9 1
Bố trí thí nghiệm đo độ chua sữa như sau:
Chọn độ 0SH làm đơn vị để xác định độ chua của sữa nguyên liệu.
Dùng ống đong 10 ml đong 10 ml sữa cần đo độ chua cho vào bình tam giác 250 ml, thêm vài giọt phenoiphtalein 0,1 % rồi lắc đều, sau đó chuẩn độ bằng dung dịch
NaOH 0,25 N cho đến khi xuất hiện màu hồng bền trong 30 giây. Đọc kết quả trên buret, lấy giá trị đọc được nhân với 10 chính là kết quả độ chua của sữa.
2.2.2. Phương pháp đo độ dày màng và các chỉ tiêu màng 2.2.2.1. Đo độ dày màng
Độ dày màng được xác định theo phương pháp ASTM D374-99 (2004) [22].
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.
2.2.2.2. Xác định độ bền kéo và độ giãn dài của màng
Độ bền kéo được xác định bằng lực kế 5 N. Màng được cắt thành các dải 0,5×3 cm. Một đầu dải màng được giữ cố định, đầu còn lại được kẹp vào lực kế. Kéo lực kế di chuyển với tốc độ 1,5 cm/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.
Công thức tính độ bền kéo của màng:
Rm = F
S (2.1) Trong đó: Rm : Độ bền kéo (Pa)
F : Lực kéo tối đa (N) S : Tiết diện mẫu thử (m2)
Độ dài của màng sau khi kéo đứt được xác định bằng tổng độ dài 02 đoạn dải màng sau khi đứt. 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 2.2:
D = LoL ×100 (2.2) Trong đó: D là độ giãn dài của màng (%)
L là tổng độ dài màng sau khi đứt (mm) L0 là độ dài màng ban đầu (mm)
2.2.2.3. Xác định độ thấm hơi nước của màng
Độ thấm hơi nước của màng được xác định theo phương pháp tiêu chuẩn ASTM E96 – 95 (1995a) [23]. Mẫu màng cắt thành hình tròn có đường kính 8 cm, được gắn trên cốc nhôm chứa 10 g 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 xác định độ thấm hơi nước của màng:
WVP = G.δ
A.∆RH.PW (2.3)
Trong đó: WVP : Độ thấm hơi nước của màng (g.mm.h-1.m-2.kPa-1) δ : 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)
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 (3,167 kPa) 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.
2.2.3. Phương pháp thu nhận casein thô từ sữa nguyên liệu
2.2.3.1. Quy trình công nghệ sản xuất casein thô từ sữa tại phòng thí nghiệm
Qua tham khảo tài liệu [6, 9, 14] và nghiên cứu thực nghiệm đã xây dựng được quy trình sản xuất casein từ sữa theo phương pháp sử dụng điểm đẳng điện như sau:
Hình 2.10 Quy trình sản xuất casein từ sữa Lọc và rửa
HCl 0,5 N
Casein thô Sữa gầy
Khuấy
Casein đông tụ + Whey Kết tủa casein
H2O/Whey (t = 25 0C)
(pH = 4,6)
(5 phút)
Thuyết minh quy trình:
Sữa gầy lạnh đông lấy ra từ tủ lạnh được rã đông chậm bằng không khí ở điều kiện phòng sao cho nhiệt độ sữa đạt khoảng 25 0C thì tiến hành kết tủa bằng axit [14].
Chuẩn bị 1 cốc thủy tinh 100 ml, dùng ống đong 50 ml đong 50 ml sữa cho vào cốc, đo giá trị pH sữa bằng thiết bị đo pH tự động, ghi lại. Sau đó dùng pipet hút dung dịch HCl 0,5 N cho từ từ vào sữa và khuấy đều, đo lại pH của sữa bằng thiết bị đo pH để đảm bảo pH đạt khoảng 4,6 [14]. Nếu pH chưa đạt, tiến hành cho thêm HCl vào để đảm bảo pH đạt, ghi lại pH mẫu. Trước và sau mỗi lần đo pH, tiến hành ngâm rửa đầu dò của thiết bị đo pH với nước cất để tránh sai số.
Đưa cốc thủy tinh chứa mẫu vào bể ổn nhiệt để gia nhiệt dung dịch mẫu sữa đã axit hóa cho quá trình đông tụ casein xảy ra nhanh hơn. Kiểm tra nhiệt độ của mẫu thường xuyên bằng nhiệt kế để đảm bảo nhiệt độ mẫu ổn định.
Kết thúc quá trình, dùng đũa thủy tinh khuấy đều hỗn hợp trong 5 phút [9] rồi đưa đi lọc và rửa bằng nước cất để loại bỏ tối đa whey và nước bằng bình lọc chân không. Khi đổ mẫu vào bình lọc, tráng rửa thật kĩ cốc và đũa thủy tinh và cho nước rửa vào bình lọc để giảm hao hụt mẫu. Trong quá trình lọc, cho casein ngâm trong nước cất từ 10 – 15 phút rồi tiến hành lọc bớt nước, thử pH của nước lọc đến khi đạt mức trung tính thì không cần rửa nữa mà tiếp tục lọc khô đến khi còn khoảng 50 % chất rắn thì dừng. Phần chất rắn thu được sau lọc là casein thô.
2.2.3.2. Bố trí thí nghiệm
Trong quy trình trên có 2 yếu tố quan trọng cần khảo sát, nghiên cứu để sao cho lượng casein thô thu được là cao nhất, gồm: thời gian (T) và nhiệt độ (t) đông tụ casein.
➢ Để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khối lượng casein thô thu được, tiến hành thực hiện 4 thí nghiệm ứng với 4 mức nhiệt độ đông tụ casein là 50 0C; 60
0C; 70 0C; 80 0C với 2 lần lặp, tổng số thí nghiệm thực hiện là 8. Với điều kiện khảo sát ở pH = 4,6 và trong thời gian 15 phút.
➢ Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khối lượng casein thô thu được, tiến hành thực hiện 4 thí nghiệm ứng với 4 mức thời gian đông tụ casein là 10 phút; 15 phút; 20 phút; 25 phút với 2 lần lặp, tổng số thí nghiệm thực hiện là 8. Với điều kiện khảo sát ở nhiệt độ tốt nhất đã xác định ở thí nghiệm trên và pH = 4,6.
Đại lượng thể hiện sự ảnh hưởng của các yếu tố đó là khối lượng casein thô thu được. Khối lượng casein thô thu được trong mỗi thí nghiệm được xác định bằng cách sấy đến khối lượng không đổi ở 55 0C.
2.2.4. Phương pháp sản xuất muối caseinat
2.2.4.1. Quy trình công nghệ sản xuất muối caseinat
Qua tham khảo tài liệu [6, 8] và nghiên cứu thực nghiệm đã xây dựng được quy trình sản xuất muối caseinat như sau:
Hình 2.11 Sơ đồ quy trình sản xuất muối caseinat 2.2.4.2. Thuyết minh quy trình
Cân 8,76 g casein (coi độ ẩm sau khi lọc của casein là khoảng 50 %, số liệu này được tính toán từ số liệu thực nghiệm trong kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến khối lượng casein thô thu nhận) cho vào cối chày sứ, thêm vào vài giọt nước cất và tiến hành nghiền ướt cho đến khi casein mịn ra hoàn toàn. Sau đó, cho toàn bộ hỗn hợp vào cốc thủy tinh 100 ml (cân trước khối lượng cốc) thêm nước cất vào cho đến khi khối lượng của dung dịch trong cốc đạt 36,5 g rồi dùng đũa thủy tinh khuấy đều dung dịch.
Tiến hành dùng pipet hút dung dịch NaOH 2,5 M [8] cho từ từ vào cốc, dùng đũa thủy tinh khuấy đều, đo lại pH của mẫu bằng thiết bị đo pH để đảm bảo pH đạt khoảng 6,6. Khi pH mẫu đạt 6,6 thì đưa cốc chứa mẫu vào bể ổn nhiệt để nâng nhiệt độ dung dịch lên 65 0C [6] kết hợp khuấy liên tục bằng đũa thủy tinh cho đến khi casein tan hoàn toàn, trong thời gian khuấy giữ nhiệt độ của mẫu ổn định ở 65 0C. Kiểm tra nhiệt độ của mẫu thường xuyên bằng nhiệt kế để đảm bảo nhiệt độ mẫu ổn định. Trong quá trình khuấy và gia nhiệt, tiến hành kiểm tra pH của dung dịch, nếu pH nhỏ hơn 6,6 thì tiến hành cho thêm NaOH vào để đảm bảo kết thúc quá trình trung hòa pH dung dịch đạt 6,6. Trước và sau mỗi lần đo pH, tiến hành ngâm rửa đầu dò của thiết bị đo pH để tránh sai số.
Sau khi hòa tan hoàn toàn casein bằng kiềm, thu được dung dịch đồng nhất là muối natri caseinat.
Nghiền ướt (t ≤ 45 0C)
(t = 65 0C; pH = 6,6) Casein thô
Dung dịch Natri Caseinat Trung hòa
NaOH 2,5 M H2O
2.2.5. Phương pháp tạo màng 2.2.5.1. Quy trình tạo màng
Sau khi nghiên cứu thu nhận casein và caseinat từ sữa, quy trình tạo màng được chuẩn bị theo quy trình tham khảo từ Đồ án tốt nghiệp (2017) của bạn Vũ Thanh Hòa cùng nhóm nghiên cứu [24]:
Hình 2.12 Sơ đồ quy trình tạo màng casein [24]
Pectin
Natri caseinat Nước cất
Phối trộn
Lắc (2 h)
Bổ sung glyxerol, CaCl2
Lắc (1 h)
Đuổi bọt khí
Đổ khuôn 12×8 cm
Sấy (50 0C; 24 h)
Tách màng
Lưu trữ
Glyxerol CaCl2
2.2.5.2. Thuyết minh quy trình
Tỷ lệ phối liệu của dung dịch tạo màng: 79 % NaCas, 20 % glyxerol, 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].
Pectin được bổ sung vào với hàm lượng 1 % khối lượng của màng khô. Do bột pectin có thể khó hòa tan nên đầu tiên cần làm ẩm trở lại để có được dung dịch pectin 3 % [12].
Cân 4 g dung dịch pectin 3 % và thêm 68,31 g dung dịch muối NaCas (có Bx = 13 %) vào cùng với 25,29 g nước cất rồi đưa vào thiết bị lắc với tốc độ 1000 vòng/phút trong 2 h. Sau 2 h, lấy mẫu ra tiếp tục cho thêm 2,4 g glyxerol và 0,012 g CaCl2 (chuẩn bị dưới dạng dung dịch) rồi đưa vào thiết bị lắc lắc trong 1 h nữa với tốc độ như cũ.
Như vậy, tổng cộng là lắc mẫu trong 3 h.
Dung dịch tạo màng thu được để yên trong 15 phút ở điều kiện phòng để khử khí, hạn chế bong bóng khí trong tạo màng. Tiến hành tạo màng bằng cách đổ khuôn có kích thước 12×8 cm với khối lượng dung dịch trên mỗi đĩa là 10 g và được đưa đi làm khô ở 50 0C trong 24 h.
Sau khi sấy, màng được bóc ra đặt vào giữa các tờ giấy, lưu trữ ở điều kiện phòng trong bình hút ẩm 2 ngày trước khi kiểm tra các chỉ tiêu màng.
2.2.6. Ứng dụng
Ứng dụng màng để bảo quản bánh Cake (bánh bông lan).
Bánh Cake được mua từ cửa hàng Đồng Tiến, 36 Nguyễn Lương Bằng, Liên Chiểu, Đà Nẵng.
Bánh được cắt nhỏ ra thành các miếng có kích thước đều nhau để thuận lợi hơn cho quá trình bao gói và quan sát.
Hình 2.13 Mẫu bánh bao gói bằng màng casein và mẫu bánh bao gói bằng bao nilon Tiến hành bao gói 2 mẫu bánh với mẫu 1 là mẫu bánh gói bằng màng casein, mẫu 2 là mẫu gói bằng chính giấy bóng kính gói bánh của cửa hàng (mẫu đối chứng).
Sau đó bảo quản cả 2 mẫu ở cùng điều kiện phòng, tiến hành nhận xét cảm quan 2 mẫu sau 4 ngày bảo quản (ứng với thời hạn sử dụng của bánh in trên nhãn).
2.2.7. Phương pháp xử lí số liệu
Tất cả các số liệu trong bài báo được xử lý bằng phương pháp 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 trong phần mềm Minitab 16.