Thanh trùng là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Khái niệm thanh trùng

Thanh trùng (tiếng Anh: pasteurization) là một quá trình xử lý nhiệt được áp dụng trong ngành thực phẩm và đồ uống nhằm tiêu diệt hoặc làm giảm đáng kể số lượng vi sinh vật có hại. Phương pháp này được đặt tên theo Louis Pasteur – nhà khoa học người Pháp, người đã chứng minh rằng việc đun nóng rượu vang ở nhiệt độ nhất định có thể ngăn ngừa sự lên men do vi sinh vật gây ra.

Không giống như tiệt trùng (sterilization), thanh trùng không loại bỏ hoàn toàn tất cả vi sinh vật. Mục tiêu của nó là tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hoặc gây hỏng thực phẩm, đồng thời bảo toàn các đặc tính cảm quan và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm càng nhiều càng tốt. Đó là một phương pháp cân bằng giữa an toàn và chất lượng thực phẩm.

Thanh trùng hiện là tiêu chuẩn trong xử lý nhiều loại thực phẩm tiêu thụ hàng ngày như sữa, nước trái cây, bia, nước giải khát, mật ong, trứng dạng lỏng và cả các sản phẩm có độ ẩm thấp như gia vị hoặc đồ khô dạng bột.

Mục tiêu và phạm vi ứng dụng

Mục tiêu chính của thanh trùng là đảm bảo an toàn thực phẩm cho người tiêu dùng bằng cách giảm thiểu nguy cơ nhiễm khuẩn từ các tác nhân gây bệnh như Salmonella, E. coli, Listeria monocytogenes và các loại nấm men hoặc nấm mốc. Đây là các vi sinh vật có khả năng gây ngộ độc thực phẩm nghiêm trọng, đặc biệt đối với trẻ em, người già và người có hệ miễn dịch yếu.

Phạm vi ứng dụng của thanh trùng bao gồm nhiều ngành công nghiệp thực phẩm. Dưới đây là một số sản phẩm thường được thanh trùng:

• Sữa và các chế phẩm từ sữa (phô mai, kem tươi, sữa chua dạng lỏng)
• Nước trái cây và sinh tố đóng chai
• Trứng lỏng (trứng gà, trứng vịt dạng không vỏ)
• Đồ uống có cồn như bia, rượu vang
• Sản phẩm thực vật đóng gói chân không

Thanh trùng cũng là bước bắt buộc trong nhiều tiêu chuẩn quốc tế như quy định của FDA tại Hoa Kỳ hoặc hướng dẫn của EFSA tại Liên minh Châu Âu. Nhiều quốc gia cấm lưu hành và bán các sản phẩm như sữa tươi chưa thanh trùng nếu không có cảnh báo đặc biệt về rủi ro sức khỏe.

Các phương pháp thanh trùng phổ biến

Phương pháp thanh trùng được chia làm ba dạng chính, dựa trên nhiệt độ và thời gian xử lý. Tùy thuộc vào bản chất vi sinh vật, thành phần sản phẩm và yêu cầu bảo quản, nhà sản xuất sẽ lựa chọn phương pháp phù hợp nhất để tối ưu hiệu quả và chi phí.

Phương pháp	Nhiệt độ	Thời gian	Ứng dụng điển hình
LTLT (Low Temp, Long Time)	63°C	30 phút	Sữa tươi, nước sốt dạng lỏng
HTST (High Temp, Short Time)	72°C	15 giây	Sữa tiệt trùng, nước trái cây
UHT (Ultra High Temp)	135–150°C	1–4 giây	Sữa tiệt trùng lâu dài, kem đóng hộp

Phương pháp UHT cho phép sản phẩm được bảo quản ở nhiệt độ phòng lên đến vài tháng mà không cần chất bảo quản. Tuy nhiên, kỹ thuật này đòi hỏi trang thiết bị hiện đại và kiểm soát chặt chẽ, khiến chi phí sản xuất cao hơn các phương pháp truyền thống.

Cơ chế tiêu diệt vi sinh vật

Nhiệt độ là yếu tố cốt lõi trong thanh trùng. Khi thực phẩm được đun nóng đến một mức nhiệt nhất định, cấu trúc protein của vi sinh vật sẽ bị biến tính và phá hủy, dẫn đến mất chức năng sống. Ngoài ra, màng tế bào và enzyme của vi sinh vật cũng bị tổn thương không thể phục hồi, khiến chúng không thể sinh sôi hoặc gây bệnh.

Hiệu quả tiêu diệt vi khuẩn trong thanh trùng có thể mô hình hóa theo phương trình động học bậc nhất:

$N = N_0 \cdot e^{-kt}$

Trong đó:

• N: số lượng vi sinh vật còn lại sau khi xử lý
• N₀: số lượng vi sinh vật ban đầu
• k: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ và loại vi sinh vật
• t: thời gian xử lý

Khi tăng nhiệt độ, giá trị của k tăng, nghĩa là vi sinh vật bị tiêu diệt nhanh hơn. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ quá cao hoặc thời gian kéo dài, thực phẩm có thể mất đi một phần giá trị dinh dưỡng hoặc thay đổi cảm quan như mùi vị, màu sắc.

Do đó, thanh trùng luôn cần đạt được “điểm cân bằng” giữa hiệu quả tiêu diệt và bảo toàn chất lượng sản phẩm. Kỹ thuật viên thường sử dụng khái niệm “giá trị D” – thời gian cần thiết để giảm 90% số lượng vi sinh vật tại một nhiệt độ cố định – như công cụ chuẩn hóa quá trình.

So sánh thanh trùng và tiệt trùng

Thanh trùng và tiệt trùng là hai khái niệm thường bị nhầm lẫn trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm. Cả hai đều là phương pháp xử lý nhằm tiêu diệt vi sinh vật, nhưng mục tiêu, mức độ và ứng dụng lại rất khác nhau. Trong khi thanh trùng hướng đến tiêu diệt phần lớn vi khuẩn gây hại mà vẫn giữ lại vi sinh vật không gây bệnh và các đặc tính cảm quan của sản phẩm, thì tiệt trùng là quá trình loại bỏ hoàn toàn mọi vi sinh vật sống, bao gồm cả bào tử – dạng đề kháng mạnh nhất.

Sự khác biệt rõ nhất giữa hai phương pháp thể hiện qua nhiệt độ xử lý. Thanh trùng thường không vượt quá 100°C, trong khi tiệt trùng sử dụng nhiệt độ từ 110°C đến 135°C trong nồi hấp áp suất hoặc điều kiện tiệt trùng công nghiệp.

Tiêu chí	Thanh trùng	Tiệt trùng
Nhiệt độ xử lý	60–100°C	110–135°C
Thời gian xử lý	Vài giây đến vài phút	Vài phút đến hàng giờ
Khả năng tiêu diệt vi sinh	Loại bỏ phần lớn vi sinh vật gây bệnh	Tiêu diệt hoàn toàn mọi vi sinh vật
Tác động đến chất lượng	Ít ảnh hưởng cảm quan, dinh dưỡng	Có thể làm biến đổi hương vị, màu sắc
Thời hạn bảo quản	Ngắn đến trung bình (tủ mát)	Dài hạn (nhiệt độ phòng)

Tiệt trùng thường được áp dụng trong sản xuất thực phẩm đóng hộp, sản phẩm y tế, sữa công thức cho trẻ sơ sinh hoặc các thực phẩm đặc biệt cần kéo dài thời hạn sử dụng mà không cần bảo quản lạnh.

Ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Một trong những ưu điểm lớn nhất của thanh trùng là khả năng giữ lại các đặc tính ban đầu của thực phẩm như màu sắc, hương thơm, cấu trúc và giá trị dinh dưỡng. Tuy nhiên, quá trình này vẫn gây ra một số thay đổi nhất định, đặc biệt là đối với các vitamin nhạy nhiệt hoặc hợp chất dễ phân hủy dưới tác động của nhiệt độ.

Các ảnh hưởng thường gặp bao gồm:

• Giảm hàm lượng vitamin C, vitamin B1 và axit folic
• Làm mất một phần enzyme tự nhiên có lợi trong sữa hoặc nước ép
• Thay đổi mùi vị nhẹ nếu xử lý quá nhiệt hoặc sai thông số

Dù vậy, mức ảnh hưởng này được xem là chấp nhận được nếu so với lợi ích bảo vệ người tiêu dùng khỏi nguy cơ ngộ độc thực phẩm. Trong hầu hết các sản phẩm thanh trùng, giá trị dinh dưỡng cơ bản như protein, lipid và carbohydrate gần như không thay đổi.

Vai trò trong an toàn thực phẩm

Thanh trùng là một trong những biện pháp phòng ngừa quan trọng nhất trong hệ thống đảm bảo an toàn thực phẩm toàn cầu. Theo CDC, sữa chưa thanh trùng có khả năng mang theo hơn 20 loại vi khuẩn, virus và ký sinh trùng có thể gây bệnh nghiêm trọng, trong đó có cả Campylobacter, Salmonella và Brucella.

Trong hệ thống HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points), thanh trùng thường được xem là điểm kiểm soát tới hạn – nơi phải được giám sát liên tục để đảm bảo điều kiện xử lý đạt yêu cầu. Dữ liệu nhiệt độ và thời gian được ghi nhận tự động, và bất kỳ sai lệch nào đều dẫn đến việc hủy lô hàng để tránh rủi ro an toàn thực phẩm.

Nhiều trường hợp ngộ độc tập thể trong lịch sử có liên quan đến việc tiêu thụ sản phẩm không được thanh trùng hoặc xử lý không đúng cách. Do đó, thanh trùng đóng vai trò then chốt trong phòng chống dịch bệnh lây lan qua thực phẩm.

Ứng dụng công nghệ hiện đại trong thanh trùng

Song song với phương pháp nhiệt truyền thống, các công nghệ thanh trùng hiện đại không nhiệt đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là trong các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ. Các công nghệ này sử dụng nguyên lý vật lý để tiêu diệt vi sinh vật mà không làm nóng thực phẩm đến mức có thể làm thay đổi chất lượng cảm quan.

• HPP (High Pressure Processing): Áp suất cao lên tới 600 MPa phá vỡ màng tế bào vi sinh vật
• PEF (Pulsed Electric Fields): Trường điện mạnh làm gián đoạn màng tế bào vi khuẩn
• UV-C: Chiếu xạ tia cực tím để vô hiệu hóa DNA vi khuẩn

Những công nghệ này đang được ứng dụng trong ngành nước ép trái cây tươi, smoothie, thực phẩm “ready-to-eat” và các sản phẩm hữu cơ, nơi mà người tiêu dùng yêu cầu cao về giữ nguyên vị và không dùng chất bảo quản.

Xu hướng và triển vọng tương lai

Với nhu cầu tiêu thụ thực phẩm an toàn, sạch và ít chế biến ngày càng tăng, công nghệ thanh trùng cũng đang tiến tới các giải pháp tối ưu hơn về năng lượng, hiệu quả và khả năng bảo tồn vi chất. Các nghiên cứu hiện nay tập trung vào mô hình hóa quá trình thanh trùng bằng dữ liệu lớn, trí tuệ nhân tạo và cảm biến thông minh nhằm tự động hóa và cá nhân hóa xử lý theo từng loại sản phẩm cụ thể.

Bên cạnh đó, xu hướng sản xuất xanh – giảm phát thải CO₂, tiết kiệm nước và năng lượng – cũng thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ thanh trùng không nhiệt, cũng như các thiết bị thanh trùng thế hệ mới có khả năng tái sử dụng nhiệt dư hoặc tích hợp với nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời.

Các công ty hàng đầu trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm như Tetra Pak, GEA, và Hiperbaric đã và đang đầu tư mạnh vào công nghệ thanh trùng áp suất cao và hệ thống giám sát dữ liệu theo thời gian thực.

Tài liệu tham khảo

1. Food and Drug Administration (FDA). Milk Pasteurization. https://www.fda.gov/food/buy-store-serve-safe-food/milk-pasteurization
2. Centers for Disease Control and Prevention (CDC). Raw Milk Questions and Answers. https://www.cdc.gov/foodsafety/rawmilk/raw-milk-questions-and-answers.html
3. European Food Safety Authority (EFSA). Food processing technologies. https://www.efsa.europa.eu/en/topics/topic/food-processing-technologies
4. Fellows, P. (2009). Food Processing Technology: Principles and Practice. Woodhead Publishing.
5. Ramesh, M.N. (2007). Food Preservation by Moist Heat. In: Processing and Preservation of Foods, CRC Press.
6. Hiperbaric High Pressure Technologies. HPP for Food Safety and Shelf-life. https://www.hiperbaric.com/en/hpp/
7. Tetra Pak. UHT processing of milk. https://www.tetrapak.com/solutions/processing/milk/uht-processing