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

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HÓA
*

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

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC DIỄM

Đà Nẵng – Năm 2017


TÓM TẮT
Tên 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.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Ngọc Diễm
Số thẻ SV: 107120115
Lớp: 12H2
Đồ án này trình bày kết quả nghiên cứu các điều kiện sản xuất casein và caseinat
từ sữa, từ đó tạo màng bioplastic từ caseinat thu được để ứng dụng trong bảo quản
thực phẩm. Nguyên liệu nghiên cứu đi từ sữa bò tươi thu nhận từ trang trại nhà máy
Vinamilk Đà Nẵng được tách béo hoàn toàn.
Kết quả nghiên cứu cho thấy q trình đơng tụ casein từ sữa ở pH = 4,6 với nhiệt
độ 50 0C trong 15 phút là tốt nhất, với điều kiện đó, khối lượng casein thơ thu được là
3,195 gam. Tiến hành hịa tan lại casein bằng NaOH 2,5 M ở điều kiện pH = 6,6 với
nhiệt độ 65 0C. Dung dịch muối natri caseinat (NaCas) thu được có Bx = 13 % đưa đi
phối trộn cùng với pectin và glyxerol theo tỉ lệ 79 % NaCas, 20 % glyxerol và 1 %
pectin (theo khối lượng chất khô của màng) cùng một lượng rất nhỏ CaCl2 (với tỷ lệ 1

% khối lượng so với khối lượng khô của pectin) để tạo màng. Dung dịch màng tạo
thành có Bx = 12 %.
Bước đầu tiến hành thăm dò ứng dụng màng casein trong bảo quản bánh bơng
lan, kết quả cho thấy màng có thể sử dụng để bao gói sản phẩm, khơng bị rách và hầu
như giữ được tính chất cảm quan trong suốt thời gian bảo quản của bánh là 4 ngày, tuy
nhiên do tính hút ẩm của màng casein nên bánh hơi khô so với ban đầu, từ đó nhận
thấy màng casein phù hợp hơn để bao gói các sản phẩm có yêu cầu độ ẩm thấp và điều
kiện bảo quản khô ráo. Bên cạnh đó, màng casein tan được trong nước nên rất thân
thiện với môi trường, đây là ưu điểm lớn của màng casein.


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HĨA

CỘNG HỊA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: NGUYỄN THỊ NGỌC DIỄM
Số thẻ sinh viên: 107120115
Lớp: 12H2
Khoa: Hóa
Ngành: Cơng nghệ thực phẩm
1. Tên đề tài đồ án:
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 nghệp thực phẩm.
2. Đề tài thuộc diện: ☐Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
- Mở đầu
- Chương 1: Tổng quan
- Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
- Chương 3: Kết quả và thảo luận
- Chương 4: Kết luận
- Tài liệu tham khảo
5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): Khơng
6. Họ tên người hướng dẫn: PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
16/01/2017
8. Ngày hoàn thành đồ án:
22/05/2017
Đà Nẵng, ngày 22 tháng 05 năm 2017
Trưởng Bộ môn Công nghệ thực phẩm
Người hướng dẫn


LỜI NÓI ĐẦU
Sau hơn 3 tháng thực hiện đồ án tốt nghiệp, với sự cố gắng và nỗ lực của bản
thân và được sự hướng dẫn tận tình của Cơ Trương Thị Minh Hạnh cùng các thầy cô
giáo và các bạn sinh viên trong phịng thí nghiệm khoa Hóa, em đã hồn thành đồ án
tốt nghiệp của mình với 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 cơng nghiệp
thực phẩm”.
Q trình làm đồ án tốt nghiệp đã giúp em hệ thống lại kiến thức đã được học
trong 5 năm qua ở trường, đồng thời giúp em biết cách vận dụng lý thuyết vào thực tế,
làm quen với công việc của một kĩ sư Công nghệ thực phẩm.
Em xin cảm ơn Ban Giám Hiệu và tồn thể q thầy cơ trong khoa Hóa đã tận
tình chỉ dạy, truyền đạt những kiến thức chun mơn, những kinh nghiệm hết sức quý

báu trong những năm học qua để em có đủ khả năng hồn thành đồ án tốt nghiệp này.
Đặc biệt, cho phép em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc nhất đến
Cơ Trương Thị Minh Hạnh, người đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều thời gian và tâm
huyết giúp đỡ em từ việc chọn đề tài cho đến mọi hỗ trợ cả về vật chất lẫn tinh thần
trong suốt thời gian nghiên cứu để em có thể hồn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời
gian quy định.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong bộ mơn Cơng nghệ
Thực phẩm – Sinh học – Hóa dầu, các thầy cơ ở phịng thí nghiệm và tất cả bạn bè đã
giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi, khích lệ và động viên em trong suốt thời gian
thực hiện đề tài tốt nghiệp của mình.
Cuối cùng em xin được cảm ơn các thầy cô trong hội đồng bảo vệ tốt nghiệp đã
dành thời gian quý báu của mình để đọc và nhận xét cho đồ án của em.
Đà Nẵng, ngày 22 tháng 05 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Ngọc Diễm

i


CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn
của cô PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh. Các số liệu, kết quả trình bày trong đồ án là
trung thực và chưa được cơng bố trong các cơng trình nghiên cứu khác. Nếu khơng
đúng như đã nêu trên, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm về đề tài của mình.
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Ngọc Diễm

ii

MỤC LỤC

TÓM TẮT..........................................................................................................................
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .................................................................................
LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................................i
CAM ĐOAN................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ ..........................................................................v
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ...........................................................................................1
2. Mục tiêu đề tài ..........................................................................................................2
3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu ............................................................................2
3.1. Phạm vi nghiên cứu ...........................................................................................2
3.2. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu..........................................................................................2
5. Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp...................................................................................3
Chương 1: TỔNG QUAN ...............................................................................................4
1.1. Tổng quan về nguyên liệu sữa tươi .......................................................................4
1.1.1. Giới thiệu về sữa bị ........................................................................................4
1.1.2. Tính chất vật lý của sữa bò .............................................................................4
1.1.3. Hệ vi sinh vật trong sữa ..................................................................................5
1.1.4. Chế độ bảo quản và thanh trùng sữa ...............................................................6
1.2. Tổng quan về casein ..............................................................................................7
1.2.1. Cấu trúc casein ................................................................................................7
1.2.2. Tính chất của casein........................................................................................8
1.2.3. Khả năng đông tụ của casein ..........................................................................8
1.2.4. Các phương pháp đông tụ casein trong sữa ....................................................9
1.2.5. Các phương pháp sản xuất caseinat từ casein...............................................10

1.2.6. Ứng dụng của casein và caseinat ..................................................................11
1.3. Tổng quan về màng bao thực phẩm ....................................................................11
1.3.1. Giới thiệu về màng bioplastic .......................................................................11
1.3.2. Một số loại màng bioplastic dùng trong bao gói thực phẩm ........................12
1.3.3. Các liên kết tạo thành trong màng casein .....................................................13
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .........................................................14
iii


1.4.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngồi ..............................................................14
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước .................................................................17
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................19
2.1. Đối tượng, hóa chất và thiết bị nghiên cứu .........................................................19
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ...................................................................................19
2.1.2. Hóa chất và dụng cụ .....................................................................................19
2.1.3. Thiết bị phục vụ nghiên cứu .........................................................................19
2.2. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................21
2.2.1. Phương pháp phân tích một số thành phần hóa học của ngun liệu sữa ....21
2.2.2. Phương pháp đo độ dày màng và các chỉ tiêu màng ....................................23
2.2.3. Phương pháp thu nhận casein thô từ sữa nguyên liệu ..................................24
2.2.4. Phương pháp sản xuất muối caseinat ............................................................26
2.2.5. Phương pháp tạo màng .................................................................................27
2.2.6. Ứng dụng ......................................................................................................28
2.2.7. Phương pháp xử lí số liệu .............................................................................29
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.....................................................................30
3.1. Xác định thành phần hóa học của sữa tươi nguyên liệu .....................................30
3.2. Khảo sát xử lí nguyên liệu sữa ............................................................................31
3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng casein thô thu được ..................34
3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ................................................................................36
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian ..............................................................................37

3.4. Xác định điều kiện sản xuất muối caseinat .........................................................39
3.5. Xác định điều kiện tạo màng...............................................................................40
3.6. Thăm dò ứng dụng của màng casein trong bảo quản thực phẩm ........................44
KẾT LUẬN ...................................................................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................
PHỤ LỤC 1 .......................................................................................................................
PHỤ LỤC 2 .......................................................................................................................

iv


DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 1.1 Thành phần hóa học trong sữa bò tươi (% khối lượng) ..................................5
Bảng 1.2 Thành phần đặc trưng của muối natri caseinat và canxi caseinat .................10
Bảng 2.1 Hóa chất dùng trong thí nghiệm .....................................................................19
Bảng 2.2 Bảng chuyển đổi các đơn vị đo độ chua sữa .................................................22
Bảng 3.1 Một số thành phần hóa học của sữa tươi........................................................30
Bảng 3.2 Một số thành phần hóa học của sữa tươi đã tách béo ....................................34
Bảng 3.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khối lượng casein thô thu được
.......................................................................................................................................37
Bảng 3.6 Một số nhận xét cảm quan sau khi tiến hành thăm dị bảo quản bánh bơng lan
bằng màng casein trong 4 ngày .....................................................................................45
Hình 1.1 Sữa bị tươi ......................................................................................................4
Hình 1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản tới sự phát triển của vi sinh vật ................7
Hình 1.3 Cấu trúc mixen của casein ...............................................................................8
Hình 1.4 Một số cơ chế hình thành cấu trúc của màng casein ......................................14
Hình 2.1 Bx kế cầm tay .................................................................................................20
Hình 2.2 Bể ổn nhiệt ......................................................................................................20
Hình 2.3 Thiết bị đo pH .................................................................................................20

Hình 2.4 Thiết bị li tâm lắng .........................................................................................20
Hình 2.5 Bình lọc chân khơng .......................................................................................20
Hình 2.6 Tủ sấy .............................................................................................................21
Hình 2.7 Thiết bị lắc ......................................................................................................21
Hình 2.8 Cân phân tích 4 số ..........................................................................................21
Hình 2.9 Bình hút ẩm ....................................................................................................21
Hình 2.10 Quy trình sản xuất casein từ sữa...................................................................24
Hình 2.11 Sơ đồ quy trình sản xuất muối caseinat ........................................................26
Hình 2.12 Sơ đồ quy trình tạo màng casein .................................................................27
Hình 2.13 Mẫu bánh bao gói bằng màng casein và mẫu bánh bao gói bằng bao nilon
.......................................................................................................................................28
Hình 3.1 Mẫu sữa chuyển sang màu hồng bền trong 30 giây khi chuẩn độ bằng NaOH
.......................................................................................................................................31
Hình 3.2 Thiết bị li tâm và các ống li tâm .....................................................................32
v


Hình 3.3 Chế độ li tâm sữa được thực hiện trên máy li tâm lắng tại phịng thí nghiệm.
.......................................................................................................................................32
Hình 3.4 Mẫu sữa có sự phân riêng béo rõ rệt sau khi li tâm ........................................33
Hình 3.5. Thanh trùng sữa bằng bể ổn nhiệt. ................................................................ 33
Hình 3.6 Sữa sau thanh trùng được rót vào các chai nhựa 297 ml để thuận lợi cho quá
trình bảo quản ................................................................................................................34
Hình 3.7 Gia nhiệt cho mẫu và giữ nhiệt ổn định bằng bể ổn nhiệt ..............................35
Hình 3.8 Casein thơ thu được sau lọc ............................................................................35
Hình 3.9 Dung dịch casein để ở điều kiện thường không gia nhiệt ..............................36
Hình 3.10 Mẫu sữa đã axit hóa trước và sau khi gia nhiệt ............................................37
Hình 3.11 Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của thời gian đến khối lượng casein thô thu
được ...............................................................................................................................38
Hình 3.12 Casein được nghiền mịn chuẩn bị cho q trình trung hịa ..........................39

Hình 3.13 Dung dịch muối natri caseinat ......................................................................40
Hình 3.14 Màng casein khơng chứa glyxerol ................................................................ 40
Hình 3.15 Khn đổ màng có kích thước 12×8 cm ......................................................42
Hình 3.16 Màng tạo thành .............................................................................................42
Hình 3.17 Thước kẹp điện tử Conqua Taizhou 0 – 150 mm dùng để đo độ dày màng 43
Hình 3.18 Lực kế 5 N sử dụng để đo độ bền kéo và độ giãn dài của màng ..................43
Hình 3.19 Cốc nhơm chứa silicagel dùng để đo độ thấm ẩm của màng .......................43

vi


Nghiên cứu các điều kiện sản xuất casein và caseinat từ sữa để tạo màng bioplastic thân thiện môi trường và
ứng dụng trong cơng nghiệp thực phẩm

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Đã từ lâu, con người đã biết dùng sữa và các sản phẩm từ sữa như một loại thực
phẩm thiết yếu hằng ngày. Có thể thấy, sữa là một hợp chất giàu dinh dưỡng chứa
nhiều thành phần như lipit, gluxit, protein, chất khống, vitamin,… Trong đó, có thể
nói thành phần quan trọng nhất trong sữa là casein. Casein chiếm khoảng 80 % tổng
nitơ của sữa, là nguồn cung cấp axit amin thiết yếu rất phong phú. Nghiên cứu về
protein sữa, đặc biệt là casein sẽ giúp ta hiểu được sâu hơn bản chất của sữa, từ đó
nâng cao hiệu quả sử dụng sữa trong đời sống. Bên cạnh đó, casein và caseinat ăn
được từ lâu cũng đã được sử dụng trong nhiều loại thực phẩm, có vai trò như một
thành phần trong thực phẩm.
Trong nhiều năm trở lại đây, nhu cầu sử dụng sữa tại Việt Nam tăng lên đáng kể.
Các chuyên gia đánh giá rằng tiềm năng phát triển của thị trường sữa tại Việt Nam vẫn
cịn rất lớn. Bên cạnh đó, đặc điểm địa lý và khí hậu nhiệt đới xen với vành đai ơn đới
tại Việt Nam rất thuận lợi cho phát triển chăn ni bị sữa, các đồng cỏ như Hà Tây,

Mộc Châu, Bình Dương,… cung cấp nguồn thức ăn dồi dào, phong phú và điều kiện
sinh trưởng tốt. Việc đầu tư phát triển ngành sữa vừa tạo điều kiện cho doanh nghiệp
phát triển sản xuất với chi phí nhân cơng thấp đồng thời giải quyết việc làm cho người
dân, góp phần xóa đói giảm nghèo, tăng cường an sinh xã hội, gắn liền lợi ích doanh
nghiệp với cộng đồng [1]. Tuy nhiên, xu hướng sính ngoại của người dân Việt Nam và
sự nghi ngờ chất lượng sữa nội làm cho ngành sữa của Việt Nam gặp nhiều khó khăn
trong vấn đề giải quyết đầu ra.
Bên cạnh đó, các quy định về mơi trường ngày càng chặt chẽ, ý thức bảo vệ môi
trường của con người cũng ngày càng tăng lên, con người bắt đầu lo ngại về việc sử
dụng bao bì plastic khó phân hủy trong mơi trường, từ đó vấn đề sử dụng vật liệu có
nguồn gốc sinh học làm bao bì thay thế các vật liệu cũ đang dần trở nên cấp thiết.
Do đó, để góp phần thúc đẩy sự tăng trưởng và phát triển cho ngành chăn ni bị
sữa của nông dân Việt Nam, đồng thời hưởng ứng chiến dịch bảo vệ mơi trường, bước
đầu thay thế bao bì nilon bằng các loại bao bì thân thiện mơi trường, tôi muốn nghiên
cứu sản xuất casein và caseinat từ sữa, là nguyên liệu để tạo ra một loại bao bì sinh
học làm từ sữa tươi có thể dễ dàng phân hủy trong mơi trường. Vì tính cấp thiết trên
nên tơi chọn đề tài này: “Nghiên cứu các điều kiện sản xuất casein và caseinat từ sữa

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Diễm

GVHD: PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh

1


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

để tạo màng bioplastic thân thiện môi trường và ứng dụng trong công nghiệp thực
phẩm”.

2. Mục tiêu đề tài
- Nghiên cứu điều kiện sản xuất casein và caseinat từ sữa tươi.
- Tạo màng casein.
- Ứng dụng màng casein vào bảo quản thực phẩm.
3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
3.1. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu trên casein và caseinat từ sữa tươi.
- Ứng dụng màng nghiên cứu trên đối tượng bánh bông lan.
- Nghiên cứu ở điều kiện phịng thí nghiệm trường Đại học Bách Khoa – Đại học
Đà Nẵng.
- Chỉ nghiên cứu ở quy mơ phịng thí nghiệm.
3.2. Đối tượng nghiên cứu
- Casein và caseinat sản xuất từ sữa tươi thu nhận từ trang trại nhà máy Vinamilk
Đà Nẵng.
- Bánh bông lan thu mua ở cửa hàng Đồng Tiến, 36 Nguyễn Lương Bằng, Liên
Chiểu, Đà Nẵng.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp vật lý:
Xác định độ dày của màng.
Xác định độ bền kéo và độ giãn dài của màng
- Phương pháp hóa lý:
Xác định hàm lượng protein của sữa nguyên liệu.
Xác định hàm lượng chất béo của sữa nguyên liệu.
Xác định độ chua của sữa nguyên liệu.
Xác định hàm lượng casein thô thu được.
Xác định độ thấm ẩm của màng.
- Phương pháp cảm quan:
Xác định màu sắc, mùi vị, độ mềm của bánh bơng lan.
- 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.

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Diễm

GVHD: PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh

2


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

5. Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp
Nội dung của đồ án tốt nghiệp được trình bày theo các phần sau:
➢ Mở đầu.
➢
➢

Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu.

➢
➢
➢

Chương 3: Kết quả và thảo luận.
Kết luận.
Danh mục tài liệu tham khảo.

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Diễm

GVHD: PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh

3


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

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về nguyên liệu sữa tươi
1.1.1. Giới thiệu về sữa bị
Sữa là một chất lỏng sinh lí được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn
thức ăn để nuôi sống động vật non. Từ xưa con người đã biết sử dụng sữa từ các động
vật nuôi để chế biến thành nhiều loại thực phẩm quý giá. Hiện nay ngành công nghiệp
chế biến sữa trên thế giới tập trung sản xuất trên ba nguồn nguyên liệu chính là sữa bò,
sữa dê và sữa cừu. Ở nước ta, sữa bò là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho ngành cơng
nghiệp thực phẩm [2].

Hình 1.1 Sữa bị tươi [3]
1.1.2. Tính chất vật lý của sữa bò
1.1.2.1. Trạng thái, màu sắc
Sữa bị có dạng lỏng, đục. Độ đục của sữa do chất béo, protein và một số khoáng
chất trong sữa tạo nên. Về màu sắc, sữa thường có màu thay đổi từ trắng đến vàng nhạt
do sự phụ thuộc vào hàm lượng β-caroten có trong chất béo sữa. Do vậy, sữa gầy
thường có màu trong và xanh nhạt so với sữa tươi. Sữa bị có mùi đặc trưng và vị ngọt
nhẹ [2].
1.1.2.2. pH của sữa

Giá trị pH thường được xác định ở 20 0C. Sữa tươi thường có giá trị trung bình là
6,6. Khi sữa bị nhiễm vi sinh vật như nhóm vi khuẩn lactic, chúng sẽ chuyển hóa
đường lactoza trong sữa thành axit lactic và làm giảm giá trị pH của sữa [2].
1.1.2.3. Độ chua của sữa
Độ chua của sữa được xác định bằng phương pháp chuẩn độ. Hiện nay, độ chua
của sữa được biểu diễn bằng nhiều đơn vị khác nhau tùy vào mỗi quốc gia. Thông
thường, đại lượng này được biểu thị bằng độ Soxhlet Henkel (0SH), độ Thorner (0Th)

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Diễm

GVHD: PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh

4


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

hoặc độ Dornic (0D). Trong đó, độ Soxhlet Henkel là số ml dung dịch NaOH 0,25 N
cần thiết để chuẩn độ 100 ml sữa với phenolphtalein là chất chỉ thị [2].
1.1.2.4. Thành phần hóa học
Sữa là hỗn hợp của các thành phần hóa học như nước, protein, chất béo và đường
lactoza. Ngoài ra, trong sữa cịn có các hợp chất nitơ phi protein, các vitamin và
khoáng chất. Hàm lượng các thành phần này thay đổi tùy thuộc vào giống bị cho sữa,
tình trạng sinh lý của con vật, điều kiện chăn nuôi [2].
Bảng 1.1 Thành phần hóa học trong sữa bị tươi (% khối lượng) [4]
Thành phần

Giá trị trung bình

Khoảng biến thiên

Nước

87,1

85,3 – 88,7

Protein

3,3

2,3 – 4,4

Casein

2,6

1,7 – 3,5

Chất béo

4,0

2,5 – 5,5

Lactoza

4,6

3,8 – 5,3

Chất khoáng

0,7

0,57 – 0,83

Axit hữu cơ

0,17

0,12 – 0,21

Các thành phần khác

0,15

-

1.1.3. Hệ vi sinh vật trong sữa
Hệ vi sinh vật trong sữa có thể chia thành 2 nhóm chính: procaryote và
eucaryote.
1.1.3.1. Procaryote
a. Vi khuẩn lactic
Vi khuẩn lactic có dạng hình cầu hoặc hình gậy, đứng riêng lẻ hoặc tạo chuỗi.
Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 25 – 47 0C, ở 80 0C hầu hết vi khuẩn lactic bị tiêu diệt.
Trong sữa tươi, nếu có sự xuất hiện của vi khuẩn lactic thì xem như sữa đó bị tạp
nhiễm. Chúng sẽ tạo ra những chuyển hóa ngồi ý muốn như giảm pH, đơng tụ casein,
xuất hiện các hợp chất mới trong sữa như etanol, axit axetic,… làm thay đổi thành

phần và giá trị cảm quan của sữa, gây ảnh hưởng không tốt cho quá trình bảo quản sữa
trước khi chế biến [2].
b. Vi khuẩn Coliform
Coliform thuộc nhóm Gram (-), kỵ khí tùy tiện, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 30 –
44 0C. Trong sữa, vi khuẩn Coliform sẽ chuyển hóa đường lactoza tạo axit lactic và các
axit hữu cơ khác, khí CO2, H2,… Bên cạnh đó, chúng cịn phân giải protein trong sữa
tươi tạo các sản phẩm khí làm cho sữa có mùi khó chịu. Ở 75 0C trong khoảng 20 giây,
vi khuẩn Coliform bị tiêu diệt [2].
SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Diễm

GVHD: PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh

5


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

c. Vi khuẩn sinh axit butyric (giống Clostridium)
Vi khuẩn này thuộc nhóm Gram (+), kỵ khí bắt buộc, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu
37 0C, bị tiêu diệt nhiều ở nhiệt độ trên 80 0C. Tuy nhiên, Clostridium có khả năng
sinh bào tử và các bào tử này khá bền với nhiệt nên quá trình thanh trùng sữa khơng
tiêu diệt hồn tồn được bào tử của vi khuẩn này, để loại bỏ cần dùng các giải pháp
khác như vi lọc, li tâm,… Trong quá trình bảo quản, nếu có xuất hiện vi khuẩn
Clostridium, thành phần hóa học và tính chất cảm quan của sữa sẽ bị thay đổi do loại
vi khuẩn này chuyển hóa đường trong sữa thành các sản phẩm khác nhau như axit
butyric, butanol, etanol, axeton, khí CO2, H2,… [2].
d. Vi khuẩn propionic
Vi khuẩn propionic thuộc nhóm Gram (+), kỵ khí khơng bắt buộc, nhiệt độ sinh
trường tối ưu 30 0C, hầu hết bị tiêu diệt ở 75 0C trong 20 giây. Vi khuẩn này chuyển

hóa đường trong sữa thành axit propionic, axit axetic, khí CO2,… làm giảm chất lượng
sữa [2].
1.1.3.2. Eucaryote
a. Nấm men
Một số loài nấm men thường gặp trong sữa như Saccharomyces cerevisiae,
Kluyveromyces marxianus, Debaromyces hansenii,… Nhiều loài nấm men thuộc nhóm
kỵ khí tùy tiện. Trong q trình bảo quản sữa, một số nấm men có thể sử dụng đường
lactoza cho quá trình trao đổi chất, gây ra các biến đổi thành phần hóa học của sữa.
Hầu hết các loại nấm men đều bị tiêu diệt khi thanh trùng sữa ở 75 0C trong 10 – 15
giây [2].
b. Nấm sợi
Một số loại nấm sợi thường nhiễm vào sữa: Penicillium camembertii, P. casei, P.
roquefortii, Geotrichum candidum,… Hầu hết nấm sợi thuộc nhóm hiếu khí bắt buộc,
nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 20 – 30 0C, ở 75 0C trong 10 – 15 giây, đa số nấm sợi đều
bị tiêu diệt. Việc nhiễm nấm sợi vào sữa gây khó khăn cho quá trình bảo quản và ảnh
hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm [2].
1.1.4. Chế độ bảo quản và thanh trùng sữa
Do sữa chứa nhiều chất dinh dưỡng, hệ vi sinh vật trong sữa sẽ sinh trưởng
nhanh chóng tạo ra nhiều sản phẩm trao đổi chất ngoại bào làm thay đổi thành phần
hóa học và các giá trị cảm quan của sữa. Vì vậy, quá trình bảo quản sữa phải được
thực hiện nghiêm ngặt, từ lúc vắt sữa cho đến trước khi chế biến phải được bảo quản ở
trong điều kiện nhiệt độ khơng q 4 0C, khi đó sự sinh trưởng và trao đổi chất của vi

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Diễm

GVHD: PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh

6

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

sinh vật sẽ bị ức chế. Đồng thời, tránh khuấy trộn và hạn chế sự có mặt của oxy trong
sữa [2].

Hình 1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản tới sự phát triển của vi sinh vật [5]
Tùy vào mục đích sản xuất và chỉ tiêu yêu cầu của sản phẩm sữa sau thanh
trùng/tiệt trùng cần đạt mà có các chế độ xử lý nhiệt khác nhau. Đối với nguyên liệu
sữa sử dụng trong nghiên cứu này, khi chưa chế biến, tiến hành thanh trùng ở 85 0C
trong 60 giây, sau đó hạ nhiệt xuống dưới 4 0C để bảo quản.
1.2. Tổng quan về casein
1.2.1. Cấu trúc casein
Casein là tên một nhóm protein, chiếm đến 80 % tổng các hợp chất chứa nitơ có
trong sữa [6]. Chúng được phân chia thành bốn nhóm: αS1, αS2, β, κ. Trong sữa, casein
tồn tại ở dạng mixen. Mỗi mixen do khoảng 400 đến 500 tiểu mixen hợp thành, tiểu
mixen có dạng hình cầu gồm khoảng 10 phân tử casein kết hợp lại với nhau. Thành
phần các casein αS, β và κ trong tiểu mixen có thể thay đổi theo những tỉ lệ khác nhau.
Các phân tử αS-casein và β-casein tập trung ở tâm tiểu mixen, tạo thành vùng ưa béo
trong khi các phân tử κ-casein nằm ở vùng biên. Phân tử κ-casein gồm 2 đầu: đầu ưa
béo và đầu ưa nước. Đầu ưa béo của κ-casein hướng về tâm tiểu mixen, tương tác với
các αS-casein và β-casein cịn đầu ưa nước hướng ra phía ngồi [2]. Các tiểu mixen tập
hợp lại với nhau nhờ canxi photphat liên kết các casein αS1, αS2, β với nhau thông qua
các nhóm photphat của chúng, các mixen sẽ ngừng lớn khi tồn bộ mặt ngồi được bao
phủ bằng κ-casein [5]. Chính cách bố trí này làm cho mixen hịa tan được trong sữa
dưới dạng dung dịch keo và ổn định cấu trúc của mixen trong sữa.

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Diễm

GVHD: PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh

7


Nghiên cứu các điều kiện sản xuất casein và caseinat từ sữa để tạo màng bioplastic thân thiện môi trường và
ứng dụng trong cơng nghiệp thực phẩm

Hình 1.3 Cấu trúc mixen của casein [7]
1.2.2. Tính chất của casein
Casein là một photphoprotein, do đó trong thành phần của nó có chứa gốc axit
photphoric, ngồi ra cịn có nhiều nhóm chức tự do khác nhau như −COOH, −NH2,
−OH, =NH, −NH−CO−, −HS,… chính nhờ các nhóm này mà casein có khả năng tham
gia vào các phản ứng hóa học. Trong số đó, nhóm cacboxyl –COOH và nhóm amin
−NH2 quyết định đến tính chất của casein do một phần các nhóm này ở trạng thái tự
do. Trong dung dịch, casein tạo thành các ion lưỡng tính, có khả năng tạo ra hàng loạt
các hợp chất với các axit, bazơ, kim loại,…

Casein dễ dàng phản ứng với các kim loại kiềm, kiềm thổ như Na, K, Mg, Ca,…
để tạo thành các caseinat. Caseinat hòa tan được trong nước. Trong sữa, casein ở dạng
canxi caseinat và kết hợp với canxi photphat tạo thành phức hợp canxi photphat
caseinat (các mixen) [5].
1.2.3. Khả năng đông tụ của casein
Đông tụ casein trong sữa là quá trình chuyển casein từ trạng thái keo sang khối
đông với cấu trúc gel [2].
Sữa tươi thường có pH = 6,6 – 6,7 và các mixen mang điện tích âm, do đó chúng
có xu hướng đẩy nhau khiến các mixen casein tồn tại dưới dạng keo trong sữa, đồng
thời, các phân tử nước cũng liên kết với casein κ nên góp phần duy trì các mixen ổn
định trong dung dịch [5].
SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Diễm

GVHD: PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh

8


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

Khi giảm độ pH (do axit lactic tạo ra từ quá trình lên men hay axit do con người
chủ động đưa vào), các ion H+ của axit sẽ liên kết với mixen casein mang điện tích âm
và làm giảm điện tích của mixen casein. Khi tới giới hạn, các mixen casein sẽ đông tụ.
Điểm đẳng điện của casein trong sữa thường ở khoảng 4,5 – 4,7. Khi cho dư axit,
casein sẽ tái hòa tan tạo thành muối và axit [5].
Ngồi ra, casein cịn bị đơng tụ bởi rennin (gồm chymosin và pepsin). Q trình
đơng tụ này thực chất là quá trình thủy phân hạn chế casein κ, khi đó lớp vỏ háo nước
bị phá hủy, các ion canxi dễ dàng tiếp cận với các casein αS1, αS2, β và tạo thành khối
đông tụ [5].
1.2.4. Các phương pháp đông tụ casein trong sữa
Để tiến hành đông tụ casein trong sữa, thường sử dụng 2 phương pháp sau:
- Chỉnh giá trị pH của sữa về điểm đẳng điện của casein.
- Sử dụng enzym đông tụ sữa
1.2.4.1. Phương pháp sử dụng điểm đẳng điện
Có thể sử dụng axit vô cơ (HCl, H2SO4) hoặc axit hữu cơ (axit lactic) để làm
giảm giá trị pH sữa về điểm đẳng điện của casein với pH = 4,6.
Sự có mặt của axit ban đầu sẽ hịa tan canxi photphat có trong mixen tạo ra các
Ca2+, các ion này sẽ thâm nhập vào cấu trúc mixen và tạo các liên kết nội bền vững.
Khi độ pH của sữa tiến đến điểm đẳng điện của casein, casein sẽ chuyển sang trạng
thái không tan và xuất hiện các khối đông tụ trong sữa [2].
1.2.4.2. Phương pháp sử dụng enzym đông tụ sữa
Nguồn enzym sử dụng phổ biến nhất được tách chiết từ dạ dày bê, thông thường

gồm 80 – 90 % chymosin và 10 – 20 % pepsin [2].
Q trình đơng tụ casein sữa bằng tác nhân enzym có thể chia thành 3 giai đoạn
[2]:
➢ Giai đoạn 1: Enzym chymosin xúc tác thủy phân liên kết peptit tại vị trí
giữa axit amin số 105 (phe) và axit amin số 106 (met) trong phân tử κ-casein như sau:

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Diễm

GVHD: PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh

9


Nghiên cứu các điều kiện sản xuất casein và caseinat từ sữa để tạo màng bioplastic thân thiện môi trường và
ứng dụng trong cơng nghiệp thực phẩm

Theo đó, đầu caseinomacropeptit được tách ra khỏi phân tử κ-casein và hòa tan
vào dung dịch, phần đầu paracasein vẫn còn gắn lại trên các gốc mixen và làm cho
mixen dễ tập hợp lại với nhau chuẩn bị tạo khối đông.
➢ Giai đoạn 2: Các mixen sau khi bị mất phân đoạn caseinomacropeptit trong
phân tử κ-casein bắt đầu liên kết lại với nhau. Nguyên nhân là do giảm sự tích điện
trên bề mặt của mixen, từ đó lực đẩy tĩnh điện giữa các mixen cũng bị giảm. Bề mặt
mixen trở nên ưa béo hơn do chỉ chứa các phân đoạn paracasein κ và chúng có thể liên
kết lại với nhau rất dễ dàng. Bên cạnh đó, phần tích điện dương của phân đoạn
paracasein κ có thể tương tác với phần tích điện âm của phân tử α và β-casein, đồng
thời cầu canxi photphat sẽ xuất hiện giữa các mixen và góp phần làm tăng kích thước
khối đơng tụ.
➢ Giai đoạn 3: Khi casein đã đơng tụ hồn tồn, tiến hành tách huyết thanh ra
khỏi khối đông.
1.2.5. Các phương pháp sản xuất caseinat từ casein

Sử dụng kiềm để trung hòa lại casein bằng cách đưa pH của dung dịch lên 6,6;
thường sử dụng natri hydroxit, canxi hydroxit. Tuy nhiên, trong q trình hịa tan,
phản ứng giữa casein với Ca(OH)2 diễn ra với tốc độ chậm hơn so với NaOH ở cùng
điều kiện. Thành phần đặc trưng của hai loại muối này được thể hiện trong bảng 1.2
dưới đây:
Bảng 1.2 Thành phần đặc trưng của muối natri caseinat và canxi caseinat [8]
Chỉ tiêu

STT

Natri caseinat

Canxi caseinat

1

Độ ẩm (%)

3,8

3,8

2

Protein (N×6,38) (%)

91,4

91,2

3

Độ tro (%)

3,6

3,8

4

Đường lactoza (%)

0,1

0,1

5

Chất béo (%)

1,1

1,1

6

Natri (%)

1,2 – 1,4

< 0,1

7

Canxi (%)

0,1

1,3 – 1,6

8

Sắt (mg/kg)

3 – 20

10 – 40

9

Đồng (mg/kg)

1–2

1–2

10

Chì (mg/kg)

<1

<1

11

pH

6,5 – 6,9

6,8 – 7,0

Ngồi ra, có thể sử dụng một số loại kiềm khác như natri bicacbonat, natri
photphat,… tuy nhiên lượng kiềm sử dụng và chi phí của chúng lớn hơn so với sử

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Diễm

GVHD: PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh

10


Nghiên cứu các điều kiện sản xuất casein và caseinat từ sữa để tạo màng bioplastic thân thiện môi trường và
ứng dụng trong cơng nghiệp thực phẩm

dụng NaOH. Do đó, chỉ sử dụng các loại kiềm đó trong các mục đích cụ thể như sản
xuất caseinat citrat [8].
Cơ chế trung hòa acid casein bằng hydroxit [9]:
H3N-R-COO- + OH- → H2N-R-COO- + H2O
Axit casein

Caseinat

+

pH = 4,6
Dạng hạt khơng hịa tan
1.2.6. Ứng dụng của casein và caseinat

pH = 6,6
Dung dịch hòa tan

Casein công nghiệp (không ăn được) từ lâu đã được sử dụng trong các ngành sản
xuất giấy, dệt may, sợi, sơn, da,… Casein và caseinat dùng trong thực phẩm (casein ăn
được) cũng đã có từ lâu, được sử dụng như một thành phần trong nhiều loại thực
phẩm, bao gồm các sản phẩm sữa [6]. Từ năm 1920, hãng Mead Johnson của Hoa Kì
đã tung ra thị trường sản phẩm Casec với thành phần chứa canxi caseinat với tác dụng
làm giảm rối loạn dạ dày ở trẻ sơ sinh [10]. Casein được xem là nguồn cung cấp axit
amin thiết yếu vô cùng phong phú, do đó, được dùng trong thực phẩm như là một chất
bổ sung đạm cho người tập thể hình, hay bổ sung vào kem hoặc cà phê dưới dạng
muối caseinat.
1.3. Tổng quan về màng bao thực phẩm
1.3.1. Giới thiệu về màng bioplastic
1.3.1.1. Vai trò quan trọng của vật liệu sinh học làm bao bì thực phẩm
Các quy định về môi trường ngày càng chặt chẽ nên vấn đề sử dụng vật liệu
nguồn gốc sinh học làm bao bì thay thế các vật liệu cũ đang trở nên cấp thiết. Các vật
liệu từ nguồn nông sản như tinh bột và dẫn xuất monome sinh học đều được xác định
là những vật liệu có tiềm năng làm bao bì thực phẩm. Các loại vật liệu tự nhiên dùng
làm bao bì (dùng cho thực phẩm) dễ bị phân hủy sinh học sẽ đóng vai trị hết sức quan
trọng nhất là ở các nước chuyên xử lý chất thải bằng biện pháp chôn lấp.
Mục đích chính của bao bì thực phẩm là giữ chất lượng sản phẩm bên trong được

an toàn trong hạn sử dụng, tránh tác động của môi trường và thể hiện đầy đủ các đặc
tính hàng hóa cần thiết.
Ngành ngun liệu nông nghiệp và trồng trọt rất hy vọng chất dẻo sinh học sẽ trở
thành một đầu ra quan trọng đối với các sản phẩm nông nghiệp phi thực phẩm. Phế
phẩm từ q trình chế biến nơng nghiệp cũng có thể sử dụng làm nguyên liệu cho
ngành sản xuất nhiên liệu sinh học mang lại lợi ích kinh tế và môi trường [11].

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Diễm

GVHD: PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh

11


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

1.3.1.2. Định nghĩa bao bì sinh học và vật liệu sinh học
Vật liệu sinh học là vật liệu có nguồn gốc tự nhiên và thân thiện với mơi trường.
Vật liệu sinh học cịn gọi là vật liệu polyme sinh học, nhựa sinh học (bioplastic).
Màng bioplastic (hay bao bì sinh học) là màng sản xuất từ vật liệu có nguồn gốc
tự nhiên và thân thiện với mơi trường nhưng vẫn có đặc điểm giống với màng plastic
như tính chống thấm, tính co giãn, kháng nhiệt và hóa chất, có thể đóng dấu và in ấn
dễ dàng [11].
1.3.1.3. Phân loại các loại vật liệu sinh học dùng làm bao bì
Dựa trên cơ sở phương pháp sản xuất, có thể chia các vật liệu sinh học thành 3
nhóm chính sau:
- Polyme được tách trực tiếp từ các nguồn tự nhiên (chủ yếu là thực vật) như tinh
bột, xenluloza, casein, gluten của bột mì,…
- Polyme được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp hóa học từ monome như

poly axit lactic là một polyeste sinh học được polyme hóa từ monome axit lactic. Các
monome này được sản xuất nhờ phương pháp lên men các hydratcacbon tự nhiên.
- Polyme được sản xuất nhờ vi sinh vật hoặc vi khuẩn cấy truyền gen. Vật liệu
polyme sinh học điển hình nhất trong trường hợp này là polyhydroxy – alkanoat;
polyhydroxybutyrat và copolyme của hydroxyl butyrate và hydroxy – valerat có tên
thương mại là biopol.
Cả 3 nhóm polyme sinh học nói trên đều có tiềm năng làm nguồn vật liệu cho
bao bì trong tương lai gần và sẽ thay thế các loại bao bì vật liệu polyme hiện tại có
nguồn gốc dầu mỏ như polyetylen, polystyren. Nói chung các polyme sinh học nói trên
đều có hiệu quả cao và dễ chế biến thành màng mỏng bằng công nghệ gia công chất
dẻo thông thường (tuy còn hơi đắt) [11].
1.3.2. Một số loại màng bioplastic dùng trong bao gói thực phẩm
1.3.2.1. Màng làm từ xenluloza
Bao bì celophan (các loại giấy bóng kính) làm từ xenluloza khá bền, rất thích hợp
để bao gói sản phẩm, tuy nhiên còn khá nhạy cảm với độ ẩm nên được khắc phục bằng
cách phủ thêm lớp sáp nitroxenluloza hoặc polyvinyliden clorua [11].
1.3.2.2. Màng làm từ tinh bột
Tuy tính bền cơ kém hơn màng xenluloza nhưng màng tinh bột có đặc điểm ngăn
khí tốt, có tính nhiệt dẻo và khả năng phân hủy sinh học cao. Để màng có độ trong phù
hợp, có thể bổ sung lượng lớn polime tổng hợp như PVA (polyvinyl ancol) hoặc
polycaprolactam [11].

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Diễm

GVHD: PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh

12


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

1.3.2.3. Màng PLA (polylactic axit)
Màng PLA là loại màng bioplastic khơng chỉ có tính chất tương tự màng plastic
mà cịn có thể gia cơng dễ dàng trên các thiết bị chuẩn hiện có để gia cơng nhựa truyền
thống. Màng PLA có tính co giãn và chống thấm tốt, dễ phân hủy, thân thiện môi
trường. Tuy nhiên cơng nghệ và quy trình sản xuất phức tạp, tốn kém nên giá thành
cao hơn các sản phẩm plastic khác [11].
1.3.2.4. Màng PHA (polyhydroxyalkanoat)
Màng PHA có tính chất gần giống với màng PE (polyetylen), PP (polypropylen)
hoặc PET (polyeste), bền với nước, dễ được chế biến theo tiêu chuẩn chế biến chất dẻo
thông thường lại dễ phân hủy trong đất nhưng giá thành cao do quy trình phức tạp và
tốn kém [11].
1.3.2.5. Màng PHB (poly-3-hydroxybutyrat)
Màng PHB có tính chịu nhiệt, dễ phân hủy, có tính chất tương tự nhựa tổng hợp
tuy nhiên lại dễ gãy khi bị ánh sáng và nhiệt độ cao tác động, đồng thời sự phân rã của
màng PHB rất không ổn định. Để khắc phục người ta cho vào PHB một lượng hạt
nano đất sét làm cho màng PHB trở nên dai hơn, bền hơn và cải thiện đáng kể tính
phân rã của màng [11].
1.3.2.6. Màng chitosan
Màng chitosan được ứng dụng nhiều trong thực phẩm. Trong gói xúc xích, ngồi
việc giúp cho xúc xích có hình dáng đẹp, cịn có tác dụng giữ được màu và mùi đặc
trưng của xúc xích. Sử dụng màng chitosan để bảo quản thủy sản khô và tươi cũng đạt
hiệu quả cao. Ngồi ra, màng chitosan cịn ứng dụng để bao bọc rau quả tươi, làm
giảm tốc độ mất nước, ngăn cản vi khuẩn và nấm xâm nhập, hạn chế q trình hơ hấp,
làm quả chín chậm, ít bị nhăn nheo, giữ được màu và hương vị của rau quả lâu hơn
[11].
1.3.3. Các liên kết tạo thành trong màng casein
Trong mạng lưới NaCas/glyxerol/pectin các liên kết giữa các phân tử được tạo
thành và có độ mạnh khác nhau [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+ cịn 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.
SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Diễm

GVHD: PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh

13


Nghiên cứu các điều kiện sản xuất casein và caseinat từ sữa để tạo màng bioplastic thân thiện môi trường và
ứng dụng trong cơng nghiệp thực phẩm

Hình 1.4 Một số cơ chế hình thành cấu trúc của màng casein [12]
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
1.4.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
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 cơng bố về cơng trình nghiên cứu các phương
pháp sản xuất casein và caseinat từ sữa.

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Diễm

GVHD: PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh

14


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

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 khơ. 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 phịng 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, q trình
đơng 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 cịn 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 hịa 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].
SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Diễm

GVHD: PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh

15


Nghiên cứu các điều kiện sản xuất casein và caseinat từ sữa để tạo màng bioplastic thân thiện môi trường và
ứng dụng trong cơng nghiệp thực phẩm

Bên cạnh đó, tình hình ơ nhiễm mơi trường hiện nay ngày càng nghiêm trọng
khiến con người lo ngại về việc sử dụng các loại bao bì plastic khơng 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
cịn 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 khơng 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 mơi trường
khơng khí. Mặc dù cịn tồn tại một số nhược điểm nhưng có thể kết luận là màng film
từ natri caseinat hồn tồn 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 mơi 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
SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Diễm

GVHD: PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh

16