Từ lâu casein và caseinat đã được sử dụng rất nhiều trong ngành công nghiệp như sản xuất giấy, sơn, sợi dệt, thuộc da, mỹ phẩm,… và đồng thời cũng được sử dụng trong thực phẩm như một thành phần của sản phẩm thực phẩm. Do đó, trong những năm qua, trên thế giới đã có rất nhiều công bố về công trình nghiên cứu các phương pháp sản xuất casein và caseinat từ sữa.
Năm 1980, Southward và Walker đã trình bày về vấn đề sản xuất casein từ sữa bằng sử dụng axit lactic, HCl/H2SO4 hoặc sử dụng rennet cũng như trình bày các thành phần và tính chất của casein, sản xuất casein trong thương mại và các ứng dụng từ casein trong tạp chí “New Zealand Journal of Dairy Science and Technology”. Theo đó, casein thu nhận từ phương pháp sử dụng axit được ứng dụng làm chất kết dính cho gỗ, lớp phủ cho giấy và bìa, sử dụng trong sản xuất sơn, sợi dệt, thuộc da, thức ăn gia súc, thức ăn cho vật nuôi và trong sản xuất bê tông. Các ứng dụng công nghiệp chủ yếu của casein thu nhận từ phương pháp sử dụng rennet là dùng trong sản xuất các loại nhựa như nút, khóa, dao cầm tay giả ngà voi [13].
Năm 1991, Lemuel M. Diamante cũng đã trình bày trong luận án Tiến sĩ của mình về các phương pháp đông tụ casein từ sữa và sản xuất bột casein khô. Theo đó, trong điều kiện sấy tương tự, độ ẩm cân bằng của casein giảm theo thứ tự axit vô cơ ˃ rennet ˃ axit lactic. Các nghiên cứu về casein thu nhận từ sử dụng axit vô cơ đã chỉ ra độ ẩm cân bằng không bị ảnh hưởng bởi điều kiện chế biến ướt nhưng ảnh hưởng của các điều kiện sấy khô lại làm giảm đáng kể độ ẩm cân bằng của bột casein. Bên cạnh đó, luận án này cũng giới thiệu về các quy trình sản xuất casein từ sữa trong phòng thí nghiệm cho đến dây chuyền sản xuất thực nghiệm và sản xuất trong công nghiệp [14].
Năm 2016, Sarode A.R., Sawale P.D., Khedkar C.D., Kaliankar S.D. và Pawshe R.D. đã trình bày về quy trình sản xuất casein và caseinat từ sữa một cách cụ thể trong tạp chí “The Encyclopedia of Food and Health”. Theo đó, casein được sản xuất theo phương pháp axit hoặc sử dụng rennet. Đối với phương pháp sử dụng axit, quá trình đông tụ casein được thực hiện nhờ axit clohydric hoặc axit lactic, casein tạo thành được gọi theo axit sử dụng như là axit clohydric casein, axit latic casein. Đối với phương pháp sử dụng enzym, casein tạo thành được gọi là rennet casein. Bên cạnh đó, bài báo còn trình bày về một số tính chất của casein và caseinat. Cả casein thu nhận từ phương pháp sử dụng axit lẫn rennet đều không tan trong nước, để hòa tan casein cần bổ sung một lượng kiềm để đưa pH của casein lên 6,6 và dung dịch hòa tan này chính là muối caseinat. Các sản phẩm của casein có thể hấp thụ một lượng lớn nước do đó chúng có thể thay đổi cấu trúc của bột hoặc các sản phẩm nướng, hoặc tăng độ ổn định trong súp. Các sản phẩm casein còn tạo ra dung dịch có độ nhớt lớn, có tác dụng ổn định bọt hay ổn định hệ nhũ tương cho thực phẩm. Casein thể hiện tính tan chảy đặc trưng của casein, khi nung nóng, casein trở nên nhiệt dẻo và chảy ra. Tính tan chảy này của casein là cơ sở cho quá trình sản xuất pho mát hoặc giả pho mát. Ngoài ra, thành phần dinh dưỡng của các sản phẩm casein chứa đầy đủ các axit amin thiết yếu cho cơ thể con người [6].
Bên cạnh đó, tình hình ô nhiễm môi trường hiện nay ngày càng nghiêm trọng khiến con người lo ngại về việc sử dụng các loại bao bì plastic không phân hủy. Vì thế, nhu cầu sử dụng các loại bao bì sinh học thân thiện với môi trường đang ngày một tăng lên và đang trở thành một nhu cầu bức thiết. Trong những năm gần đây, các nhà khoa học trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu sản xuất ra các loại màng sinh học từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, trong đó có màng bao làm từ protein của sữa.
Năm 1998, J. Chick và Z. Ustunol đã nghiên cứu về tính chất cơ học và tính chống oxy hóa của màng film ăn được làm từ axit lactic casein và rennet casein. Kết quả nghiên cứu cho thấy casein đông tụ bằng axit lactic hay rennet đều là nguyên liệu tốt có thể dùng trong tạo màng ăn được. Màng casein tạo thành từ hai loại nguyên liệu này đều có tính chất cơ học và tính chống oxy hóa tốt, tuy nhiên độ thấm ẩm của màng còn cao. Nhìn chung, màng film làm từ axit casein với sorbitol có tính cơ học và chống oxy hóa hiệu quả hơn so với màng làm từ rennet casein [15].
Năm 2004, M. Schou, A. Longares, C. Montesinos-Herrero, F.J. Monahan, D.
O’Riordan và M. O’Sullivan (Ireland) đã nghiên cứu về tính chất màng film ăn được làm từ natri caseinat và ứng dụng trong bao gói thực phẩm. Dung dịch màng film được tạo thành từ phối trộn glyxerol và dung dịch natri caseinat với tỷ lệ glyxerol : protein lần lượt là 0; 0,08; 0,16; 0,32. Kết quả cho thấy hàm lượng glyxerol bổ sung vào màng càng cao thì màng càng dễ kéo nhưng đồng thời cũng bị yếu đị và dễ rách. Đối với ứng dụng màng natri caseinat vào bảo quản bánh mì trắng, tiến hành khảo sát khả năng bảo quản của màng bằng cách bọc miếng bánh mì bằng các màng natri caseinat, màng polyvinyl clorua (PVC) và mẫu đối chứng (không được bao bọc). Sau 3 giờ các miếng bánh được bọc bằng các màng không chứa glyxerol và màng có tỷ lệ glyxerol : protein
= 0,16 có độ cứng chỉ bằng một nửa so với miếng bánh mì đối chứng. Bước đầu cho thấy màng có khả năng ngăn cản sự tạo cứng cho bánh mì khi để trong môi trường không khí. Mặc dù còn tồn tại một số nhược điểm nhưng có thể kết luận là màng film từ natri caseinat hoàn toàn có khả năng bao gói thực phẩm [16].
Năm 2014, Laetitia M. Bonnaillie, Han Zhang, Serife Akkurt, Kit L. Yam và Peggy M. Tomasula (Mỹ) nghiên cứu sự ảnh hưởng của cách thức tạo màng, các điều kiện môi trường và sự có mặt của pectin tới cấu trúc và tính cơ học của màng film casein. Thành phần tạo màng gồm canxi caseinat, glyxerol, pectin và nước đã khử ion được phối trộn theo các thứ tự khác nhau, trong đó tỷ lệ phối trộn của canxi caseinat : glyxerol = 3 : 1, tỷ lệ này được giữ cố định trong suốt quá trình nghiên cứu. Sau đó, màng được bảo quản ở 20 0C, độ ẩm tương đối 50 % trong ít nhất 2 ngày trước khi tiến hành kiểm tra sức căng và cấu trúc màng. Nhóm tác giả nhận định rằng, độ dày màng
và độ ẩm tương đối của môi trường trong suốt quá trình lưu giữ và chuẩn bị mẫu có ảnh hưởng lớn đến sức căng của màng canxi caseinat/glyxerol. Thêm vào đó, chỉ với một lượng nhỏ pectin được đưa vào với các tỷ lệ thay đổi từ 0 – 1 % (tính theo tổng khối lượng rắn của màng) cùng với thứ tự phối liệu cũng đã tạo ra những thay đổi lớn trong cấu trúc màng. Theo kết quả nghiên cứu cho thấy thứ tự phối liệu cho cấu trúc màng tốt nhất là pectin – canxi caseinat – glyxerol [12].
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Về tình hình nghiên cứu trong nước, hiện nay chưa có công bố nào về công trình nghiên cứu sản xuất casein và caseinat từ sữa, đồng thời, hiện tại cũng chưa có nghiên cứu nào về màng bioplastic từ casein của sữa mà chỉ có các báo cáo về nghiên cứu tạo màng từ các vật liệu sinh học khác như chitosan, pectin,…
Năm 2009, Nguyễn Thị Lan và Huỳnh Thái Nguyên đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của màng bao chitosan đến một số tính chất hóa lí của trứng gà trong quá trình bảo quản. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả đã thay đổi nồng độ chitosan trong màng bao từ 1 % đến 1,6 % sau đó tiến hành phân tích các chỉ tiêu chất lượng trong 30 ngày bảo quản trứng. Kết quả nghiên cứu cho thấy có thể dùng màng chitosan nồng độ 1 ÷ 1,6 % để làm giảm đáng kể sự biến đổi chất lượng trứng gà tươi khi bảo quản ở nhiệt độ thường [17].
Năm 2016, Trần Thị Ngọc Thư đã nghiên cứu tạo màng hỗn hợp từ pectin vỏ quả bưởi và ứng dụng để bảo quản quả xoài. Công thức tạo màng gồm: pectin hay pectin và alginat theo tỷ lệ 1 : 1; nước cất; glyxerol 0,5 g/g polyme; CaCl2 0,004 g/g polyme.
Theo kết quả nghiên cứu, màng pectin có độ giãn dài cao và độ hòa tan cao, phù hợp để sử dụng như màng bọc thức ăn đã qua chế biến hoặc làm màng bọc kẹo. Màng pectin/alginat có độ thấm ẩm thấp và độ bền kéo cao, phù hợp để sử dụng như một bao bì chứa đựng hoặc sử dụng để bảo quản sản phẩm trong điều kiện có nguy cơ bị ẩm ướt cao. Về ứng dụng màng để bảo quản trái xoài, tác giả đã chọn sử dụng màng pectin 2,5 % và màng pectin/alginat 2 %. Kết quả cho thấy cả hai loại màng này đều có tác dụng ngăn cản sự bay hơi nước, giảm tổn thất khối lượng quả xoài và làm chậm quá trình chín của quả xoài. Tuy nhiên khả năng làm chậm quá trình chín của quả xoài lại lớn hơn khả năng làm chậm quá trình mất nước của quả xoài, do đó quả xoài bị héo và giảm giá trị cảm quan trước khi chín hoàn toàn. Khả năng kéo dài thời gian bảo quản quả xoài của hai loại màng trên khác nhau không đáng kể nhưng do điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa của nước ta nên sử dụng màng pectin/alginat trong bảo quản quả phù hợp hơn màng pectin [18].
Nắm bắt xu thế sử dụng bao bì sinh học dễ phân hủy, quy trình sản xuất đơn giản với chi phí không quá cao, tôi muốn nghiên cứu sản xuất ra một loại vật liệu sinh học đi từ nguyên liệu sữa tươi để tạo màng bioplastic thân thiện môi trường, do đó, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu các điều kiện sản xuất casein và caseinat từ sữa để tạo màng bioplastic thân thiện môi trường và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm”. Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm:
- Khảo sát ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ và thời gian đến khối lượng casein thô thu được.
- Nghiên cứu điều kiện sản xuất caseinat từ casein và tạo màng.
- Thăm dò ứng dụng của màng casein trong bảo quản thực phẩm.