Cùng một mức 90 °C, nước cam trong chảy qua khe tấm 3 mm không vấn đề gì. Puree xoài có thịt quả đi qua đúng khe đó thì bám cặn, tụt lưu lượng, và ca sản xuất phải dừng để vệ sinh. Còn chai nước có ga thì không thể thanh trùng trước khi rót, vì sản phẩm phải được xử lý nhiệt khi đã nằm trong chai.
Ba sản phẩm, ba loại thiết bị. Bài này giúp Quý doanh nghiệp chọn giữa thiết bị thanh trùng dạng tấm, dạng ống và đường hầm, căn cứ vào ba câu hỏi: sản phẩm có pH bao nhiêu, có thịt quả hay xơ không, và được thanh trùng trước hay sau khi vào bao bì.
Thanh trùng làm gì, và không làm gì
Theo sách Introduction to Food Engineering của Singh và Heldman, thanh trùng là xử lý nhiệt nhằm loại vi sinh vật gây bệnh cụ thể trong thực phẩm, ở nhiệt độ thấp hơn mức dùng cho tiệt trùng thương mại. Sổ tay thiết bị của Saravacos và Kostaropoulos nói rõ hệ quả: sản phẩm thanh trùng có thời hạn bảo quản giới hạn, khác với thực phẩm tiệt trùng có thể để ở nhiệt độ thường nhiều tháng.
Vì vậy câu hỏi đầu tiên không phải “máy nào”, mà là “sản phẩm có được phép chỉ thanh trùng không”. Với thực phẩm axit thấp (pH trên 4,6), thanh trùng không đủ để bán ở nhiệt độ thường; nhóm này cần tiệt trùng UHT kèm chiết rót vô trùng, retort, hoặc phải giữ lạnh. Quy tắc này đã được trình bày trong bài tiệt trùng UHT là gì và khi nào nhà máy thực sự cần; phân biệt các khái niệm, xem khái niệm thanh trùng, tiệt trùng, sốc nhiệt.
Mốc nhiệt độ và thời gian: HTST, HHST và thanh trùng trong bao bì
| Quy trình | Nhiệt độ, thời gian | Nguồn |
|---|---|---|
| Thanh trùng chậm theo mẻ (sữa) | 63 °C (145 °F), 30 phút | 21 CFR 131.3 (FDA) |
| HTST (sữa) | 72 °C (161 °F), 15 giây | 21 CFR 131.3 |
| HHST (sữa) | 88 °C (191 °F), 1 giây; 100 °C (212 °F), 0,01 giây | 21 CFR 131.3 |
| Nước quả, dòng liên tục | 85 °C, 15 giây | Saravacos, bảng 10-3 (dẫn Lewis và Heppell) |
| Bia, trong bao bì | 65 °C, 20 phút | Saravacos, bảng 10-3 |
Với sản phẩm sữa có từ 10% chất béo hoặc có thêm chất tạo ngọt, 21 CFR 131.3 yêu cầu tăng thêm 5 °F ở hai mức 63 °C và 72 °C.
Hai mức đầu bảng là hai cách đạt cùng mục tiêu: nhiệt thấp giữ lâu, hoặc nhiệt cao giữ ngắn. Dòng liên tục cho phép giữ ngắn vì sản phẩm được gia nhiệt và làm nguội rất nhanh qua bề mặt trao đổi nhiệt. Sản phẩm đã nằm trong chai, lon thì nhiệt phải truyền qua thành bao bì vào tới tâm, nên thời gian dài hơn nhiều.
Với nước quả xuất sang Mỹ, 21 CFR 120.24 yêu cầu biện pháp kiểm soát đạt tối thiểu giảm 5 log (100.000 lần) vi sinh vật gây bệnh đích, áp dụng trực tiếp lên nước quả; quy trình nhiệt một bước đủ để sản phẩm ổn định ở nhiệt độ thường được miễn yêu cầu này, nhưng phải đưa quy trình đó vào bản phân tích mối nguy. Hồ sơ FDA cho nhà máy Việt Nam, xem bài FDA và FSMA: nhà máy Việt Nam cần gì.
Ba kiểu thiết bị, ba nguyên lý
1. Dạng tấm: hiệu suất cao, cần dịch “sạch”
Thiết bị dạng tấm gồm nhiều tấm inox mỏng dập gân, ép chặt trong khung, gioăng làm kín mép. Sản phẩm và môi chất nóng hoặc lạnh chảy xen kẽ qua từng khe. Theo Saravacos, tấm tiêu chuẩn dày 0,6–0,9 mm, khe dòng chảy 2–6 mm, chịu áp tới khoảng 25 bar; hệ số truyền nhiệt tổng thường khoảng 3.000 W/m²·K với dịch lỏng có độ nhớt tới 1 Pa·s.
Điểm mạnh là hồi nhiệt: sản phẩm nóng sau thanh trùng truyền nhiệt cho sản phẩm lạnh đi vào. Saravacos đo bằng hiệu suất hồi nhiệt RE = (T2 − T1)/(T3 − T1), với T1, T2 là nhiệt độ sản phẩm chưa thanh trùng vào và ra khỏi phần hồi nhiệt, T3 là nhiệt độ sản phẩm đã thanh trùng đi vào phần đó. Trong ví dụ thanh trùng nước cam 9.000 kg/giờ của sách, sản phẩm được hồi nhiệt từ 20 lên 70 °C rồi gia nhiệt tới 90 °C, tức RE khoảng 71%; một hệ dạng tấm vận hành tốt có thể đạt 90%.
Giới hạn cũng nằm ở cấu tạo:
- Khe hẹp nên không hợp với dịch có thịt quả, xơ, hạt.
- Gioăng cao su nitrile hoặc butyl dùng tới khoảng 135 °C; áp thiết kế giảm khi nhiệt độ làm việc tăng.
- Rò gioăng ở phần hồi nhiệt có thể làm sản phẩm chưa thanh trùng lẫn vào sản phẩm đã thanh trùng, nên phải kiểm tra định kỳ độ kín và tình trạng tấm.
Phù hợp: sữa, nước quả trong, trà, nước giải khát không ga trước khi rót, dịch đã lọc trong (xem ép và làm trong dịch quả).
2. Dạng ống: cho dịch có thịt quả
Thiết bị dạng ống (ống lồng ống, hoặc chùm ống trong vỏ) cho sản phẩm chảy trong ống, môi chất chảy ở khoang ngoài. Saravacos ghi thiết bị ống phù hợp gia nhiệt nước quả có thịt quả, loại mà thiết bị tấm khó xử lý; sách dẫn một cụm ống lồng ống đường kính 38 và 65 mm thanh trùng khoảng 7,5 tấn/giờ nước cam có thịt quả. Thiết bị ống chịu được nhiệt độ và áp suất cao hơn thiết bị tấm. Đổi lại, cùng tài liệu ghi loại chùm ống khó tháo vệ sinh hơn thiết bị tấm, nên với sản phẩm thực phẩm cần chọn cấu hình vệ sinh được bằng CIP.
Sản phẩm rất đặc, độ nhớt trên khoảng 10 Pa·s, hoặc có miếng, thì Saravacos khuyến nghị thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt cạo. Loại này đắt hơn nhiều so với tấm và ống, nên chỉ dùng khi hai loại kia không làm được; sản phẩm bơm được qua ống thì nên dùng ống.
Phù hợp: nước quả đục, nectar, puree, nước cô đặc có thịt quả, nước dừa có cơm (xem thiết bị tiệt trùng ống lồng ống).
3. Đường hầm: thanh trùng sau khi đã vào bao bì
Thiết bị thanh trùng đường hầm xử lý nhiệt sản phẩm đã chiết rót và đóng kín. Chai, lon, hũ đi chậm trên băng tải qua các vùng phun nước nóng tăng dần, vùng giữ nhiệt, rồi vùng phun nước làm nguội. Theo Saravacos, sản phẩm giữ ở nhiệt độ quy định (ví dụ 65 °C) trong thời gian quy định (ví dụ 30 phút); tổng thời gian trong hầm có thể tới 1 giờ. Hầm kiểu bể nước có băng tải rộng 3–4 m, dài 10, 20 hoặc 30 m. Đồ uống có ga và bao bì thủy tinh phải được gia nhiệt và làm nguội từ từ để tránh sốc nhiệt.
Ưu điểm lớn là không cần khâu chiết rót vô trùng: bao bì và sản phẩm được thanh trùng cùng lúc, sau khi đóng kín. Nhược điểm là chiếm nhiều mặt bằng, nhiều nước nóng, nước làm nguội, và sản phẩm chịu nhiệt lâu hơn so với dòng liên tục.
Phù hợp: bia, nước giải khát có ga, nước quả rót chai thủy tinh hoặc lon, quả ngâm siro axit cao (xem thiết bị thanh trùng dạng băng truyền và bài chiết rót, ghép mí đồ hộp).
Chọn theo sản phẩm: cây quyết định
| Sản phẩm | Đặc tính quyết định | Thiết bị thường phù hợp |
|---|---|---|
| Sữa, nước quả trong, trà | Lỏng, không xơ | Dạng tấm, có hồi nhiệt |
| Nước quả đục, nectar, puree | Có thịt quả, xơ | Dạng ống |
| Sản phẩm rất đặc, có miếng | Độ nhớt cao, có hạt rắn | Bề mặt cạo |
| Bia, nước có ga, nước quả trong chai, lon | Đã đóng kín trong bao bì | Đường hầm |
| Sữa thực vật, nước dừa để kệ | pH trên 4,6 | Không phải bài toán thanh trùng: cần UHT và rót vô trùng, hoặc retort |
Nhiều nhà máy cần hai loại cùng lúc. Ví dụ, nước quả được thanh trùng dòng liên tục rồi rót nóng; hoặc chạy thiết bị tấm cho dòng nước quả trong và thiết bị ống cho dòng puree trên cùng nhà xưởng. Quyết định nên đi theo danh mục sản phẩm 3–5 năm tới, không theo sản phẩm của lô đầu tiên.
Ống giữ nhiệt và van chuyển dòng: chỗ quyết định an toàn
Với thanh trùng dòng liên tục, Singh và Heldman ghi rằng tuy vi sinh vật bị tiêu diệt ở cả giai đoạn gia nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội, FDA chỉ tính phần tiêu diệt trong ống giữ nhiệt. Vì vậy chiều dài và đường kính ống giữ nhiệt phải được tính ở lưu lượng tối đa bơm có thể chạy, không phải lưu lượng danh định.
Saravacos mô tả hệ thanh trùng HTST điển hình gồm bồn cấp, bơm có kiểm soát lưu lượng, phần hồi nhiệt, phần gia nhiệt bằng nước nóng (nước được gia nhiệt bằng phun hơi, cao hơn nhiệt độ thanh trùng 2–10 °C), ống giữ nhiệt, van chuyển dòng trả sản phẩm chưa đạt nhiệt về bồn cấp, và phần làm nguội. Thiếu van chuyển dòng là thiếu chốt chặn cuối cùng trước khi sản phẩm chưa đạt đi vào bao bì.
Năm câu hỏi khi đọc báo giá thiết bị thanh trùng
- Thông số thanh trùng (nhiệt độ, thời gian giữ) được tính ở lưu lượng nào? Ống giữ nhiệt có tính ở lưu lượng tối đa của bơm không?
- Hiệu suất hồi nhiệt bao nhiêu phần trăm, đo ở điều kiện nào? Tiêu hao hơi và nước lạnh trên mỗi tấn sản phẩm là bao nhiêu?
- Có van chuyển dòng tự động và bộ ghi nhiệt độ đầu ra ống giữ nhiệt không?
- Với sản phẩm của Quý doanh nghiệp (độ nhớt, hàm lượng thịt quả), thiết bị chạy được bao nhiêu giờ giữa hai lần vệ sinh CIP?
- Với đường hầm: thời gian giữ nhiệt ở tâm bao bì đã được đo bằng đầu dò trên chai, lon thật chưa? Lượng nước nóng, nước làm nguội và mặt bằng cần bao nhiêu?
Đọc báo giá theo từng dòng, xem bài đọc báo giá dây chuyền chế biến; thông số cam kết nên được kiểm lại khi nghiệm thu FAT và SAT.
Kim Nguyễn khuyến nghị: thứ tự quyết
- Chốt sản phẩm và thị trường trước, đo pH, độ nhớt, hàm lượng thịt quả trên mẫu thật.
- Chốt bao bì: thanh trùng trước khi rót (dòng liên tục) hay sau khi đóng kín (đường hầm).
- Chọn kiểu trao đổi nhiệt theo sản phẩm khó xử lý trong danh mục, rồi mới so giá.
- Tính trọn hệ: hơi, nước nóng, nước làm nguội, CIP, mặt bằng, và hồ sơ quy trình theo thị trường đích.
Kim Nguyễn Corporation tư vấn cấu hình hệ xử lý nhiệt và chiết rót cho nhà máy đồ uống, nước quả hướng xuất khẩu. Nếu Quý doanh nghiệp đang ở bước lập dự án nhà máy chế biến nông sản hướng xuất khẩu và cần so ba phương án cho một danh mục sản phẩm cụ thể, hãy đặt lịch trao đổi với Kim Nguyễn.
Bài là góc nhìn tư vấn công nghệ. Thông số thanh trùng cho từng sản phẩm phải do đơn vị có chuyên môn thiết lập, thẩm định và đối chiếu quy định hiện hành của thị trường đích.
Nguồn
- Saravacos G.D., Kostaropoulos A.E., Handbook of Food Processing Equipment, Kluwer Academic/Plenum, 2002: chương Heat Transfer Equipment (thiết bị tấm: kích thước, áp, hệ số truyền nhiệt, gioăng; thiết bị ống cho nước quả có thịt quả; bề mặt cạo; ví dụ 6-1 thanh trùng nước cam) và chương Thermal Processing Equipment (bảng 10-3; thanh trùng đường hầm; cấu tạo hệ HTST; hiệu suất hồi nhiệt).
- Singh R.P., Heldman D.R., Introduction to Food Engineering, 4th ed., Academic Press, 2009, chương 5 Preservation Processes (định nghĩa thanh trùng; ống giữ nhiệt và cách FDA tính mức tiêu diệt).
- U.S. FDA, 21 CFR 131.3 – Definitions (bảng nhiệt độ, thời gian thanh trùng sữa). Truy cập 25/10/2026.
- U.S. FDA, 21 CFR 120.24 – Process controls (nước quả: giảm tối thiểu 5 log; miễn trừ cho quy trình nhiệt một bước đạt ổn định ở nhiệt độ thường). Truy cập 25/10/2026.