nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm thanh trùng đồ hộp

Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 1 of 37 Thanh trùng đồ hộp
THANH TRÙNG ĐỒ HỘP
I / MỤC ĐÍCH VÀ PHÂN LOẠI PHƯƠNG PHÁP THANH TRÙNG
I.1 / Mục đích thanh trùng:
Thực phẩm trước khi cho vào hộp và được ghép mí kín đã trải qua các công đoạn xử lý như rửa,
chần, hấp, rán, hun khói… Số vi sinh vật bám trên nguyên liệu thực phẩm đã giảm xuống nhiều
nhưng vẫn còn một lượng lớn sống xót hoặc xâm nhập từ môi trường bên ngoài vào thực phẩm
trong quá trình chế biến. Đồ hộp chưa được vô trùng vì vậy không thể bảo quản được lâu.
Để
bảo quản đồ hộp trong thời gian dài không bị hư hỏng biến chất cần phải tiêu diệt các vi sinh vật
sống sót ấy – người ta gọi đây là quá trình thanh trùng.
Thanh trùng bằng nhiệt còn có tác dụng làm tăng phong vị của đồ hộp, làm nhừ kết cấu tổ chức
của thực phẩm.
Có điều cần lưu ý về nhiệm vụ của quá trình thanh trùng là nhằm tiêu diệt chỉ các loại vi sinh
vật có khả năng phát triển ở điều kiện bảo quản bình thường, đồng thời làm hư hỏng đồ hộp
hoặc tạo ra các chất nguy hại đối với sức khỏe con người. Một số vi sinh vật như trực khuẩn
khoai tây Bac.licheniformis hay Bac.subtylis không phát triển được trong đồ hộp và vô hại. Việc
tiêu diệt chúng không có ý nghĩa, hơn nữa chúng rất bền với nhiệt, cố tình tiêu diệt chúng chỉ
có
thể dẫn đến hậu quả phung phí năng lượng và giảm chất lượng thực phẩm.
Như vậy quá trình thanh trùng cần đạt được không phải độ vô trùng tuyệt đối mà chỉ cần đạt
được độ vô trùng côn nghiệp, nghĩa là trong đồ hộp không được tồn tại các vi sinh vật có thể gây
hư hỏng thực phẩm hoặc các loại tạo độc tố, và có thể gặp các vi sinh vật không có khả nă
ng
phát triển và gây hư hỏng đồ hộp ở các điều kiện bảo quản bình thường.
I.2 / Phân loại phương pháp thanh trùng:
Để đạt được mục đích thanh trùng, đồng thời đảm bảo phẩm chất của đồ hộp thực phẩm, người
ta áp dụng nhiều phương pháp thanh trùng như:
- Dùng nhiệt độ để thanh trùng
- Thanh trùng bằng chất kháng sinh, chất hóa học

- Thanh trùng bằng tia tử ngo
ại
- Thanh trùng bằng dòng điện cao tần
- Thanh trùng bằng sóng siêu âm
- Thanh trùng bằng điện ly
Các phương pháp trên có thể sử dụng độc lập hoặc kết hợp phương pháp này với phương pháp
khác, nhằm nâng cao hiệu quả thanh trùng (chất kháng sinh + nhiệt độ, tia tử ngoại + nhiệt
độ…)
Hiện nay phương pháp thanh trùng phổ biến nhất là thanh trùng bằng nhiệt. Người ta chia nó
làm ba phương pháp nhỏ là:
- thanh trùng ở nhiệ
t độ thấp
- thanh trùng ở nhiệt độ cao
- thanh trùng gián đoạn
II / CÁC THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH THANH TRÙNG BẰNG NHIỆT
Đồ hộp sau khi đã được ghép mí kín sẽ được thanh trùng. Quá trình thanh trùng bằng nhiệt được
thực hiện theo thứ tự chung như sau: đồ hộp được xếp vào thiết bị thanh trùng, trong đó nhiệt độ
tăng từ từ đến mức nhất định. Nhiệt độ cần thiết này được giữ trong khoảng thời gian nhất định,
sau đó từ từ hạ thấp. Cuối cùng hộp đã qua thanh trùng được l
ấy ra khỏi thiết bị.
Như vậy các thông số cơ bản của quá trình thanh trùng là nhiệt độ cần đạt được và duy trì trong
thiết bị thanh trùng, và thời gian cần thiết nung nấu đồ hộp. Hai thông số này có thể gọi là thông
số vi sinh vật vì chúng quyết định việc tiêu diệt vi sinh vật. Việc theo dõi kém chặt chẽ, kỹ
lưỡng các thông số này dẫn tới sự hư hỏng đồ hộp do vi sinh vật sau vài ngày, hay đôi khi vài
tu
ần… sau khi thanh trùng (hiện tượng tạo khí, biến chua, lên mốc…).
Nếu nhiệt độ thanh trùng cao hơn 100
o
C và ta dùng hơi nước để thanh trùng thì cần phải tạo ra
áp suất cao tương ứng bằng cách dùng hơi nước bão hòa. Áp suất này không được coi là thông

số thứ ba.
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 2 of 37 Thanh trùng đồ hộp
Nhưng nhiều trường hợp quá trình thanh trùng được thực hiện ở áp suất cao hơn áp suất cần
thiết để đạt được nhiệt độ thanh trùng định trước. Điều này thường xảy ra khi thanh trùng hộp
thủy tinh hay hộp sắt ở nhiệt độ cao, áp suất bên trong hộp quá lớn có thể gây hư hỏng vỏ hộp,
làm bung nắp ra khỏi miệng hộp thủy tinh. Ta cần tạo ra “áp suất” thêm nhằm cân bằ
ng áp suất
bên trong hộp, gọi là áp suất đối kháng. Đây là thông số thứ ba của quá trình thanh trùng. Thông
số này không gây ảnh hưởng gì đến sự tiêu diệt vi sinh vật và là thông số vật lý. Tuy nhiên có
vai trò không kém gì nhiệt độ và thời gian.
Đối với mỗi loại đồ hộp, các thông số của quá trình thanh trùng không giống nhau. Xét sau đây
các yếu tố ảnh hưởng đến thông số của quá trình thanh trùng và lựa chọn chế độ chế biến nhiệt
cho các đồ hộp.
II.1 / Nhi
ệt độ thanh trùng – các yếu tố quyết định sự lựa chọn nhiệt độ thanh trùng:
Các sản phẩm đồ hộp là môi trường rất thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. Tuy nhiên không
phải trong mỗi sản phẩm vi sinh vật đều có thể phát triển thuận lợi như nhau bởi vì chúng rất
nhạy với độ acid hoạt động của môi trường trong đó chúng sống.
Các thực phẩm đồ hộp nói chung đều đượ
c coi là môi trường chua, vì độ pH của chúng nói
chung đều nhỏ hơn 7 (trừ một số trường hợp vô cùng hiếm). Tuy nhiên điều này còn chưa đủ để
cho ta khả năng đánh giá về sự hiện diện và tồn tại của vi sinh vật trong môi trường.
Các nhà vi sinh vật học đánh giá độ chua của thực phẩm dựa trên phẩn ứng của Cl. Botulinium
với độ acid của môi trường.
Cl.botulinium là vi sinh vật gây hư hỏng nguy hiể
m nhất đối với sứa khỏe con người. Nó là loại
vi sinh vật kỵ khí sinh nha bào tùy tiện, có khả năng tạo ra chất độc. Môi trường thực phẩm
trong hộp đã bài khí và ghép mí kín là môi trường thích hợp cho Cl. Botulinium phát triển.
Người ta phân biệt 6 loại Cl. Botulinium A, B, C, D, E và F. Trong đó loại A và B là nguy hiểm

nhất vì chúng rất bền với nhiệt. Các loại này có khả năng phân hủy protid động và thực vật,
chúng cũng phân hủy cà glucid và tạo khí.
Bản thân Cl. Botulinium không thể gây hại gì cho c
ơ thể chúng ta vì chúng không có khả năng
phát triển và gây nguy hại ở cơ thể sống của chúng ta cũng như động vật. Chúng chỉ phát triển
được ở môi trường đã chết, nghĩa là chúng có thể phát triển được ở tất cả thực phẩm trừ rau, hoa
quả tươi. Trong quá trình sống và phát triển Cl. Botulinium sản sinh ra độc tố vô cùng nguy hại
đối với sức khỏe và cuộc sống con người. Nhiều nhà khoa học nhậ
n xét rằng độc tố do Cl.
Botulinium tao ra mạnh hơn HCN cả ngàn lần. Tuy nhiên sự so sánh này không được chính xác
lắm bởi vì khi nghe như vậy ta có cảm giác độc tố của Cl. Botulinium tác dụng nhanh và gây tử
vong nhanh. Thật sự độc tố của Cl. Botulinium là chất độc hại đối với hệ thần kinh và tác dụng
chậm, nó có tác dụng sau 8-12h, đôi khi còn chậm hơn. Bệnh nhân chỉ có thể được cứu sống nếu
như được truyền huyế
t thanh chống Cl. Botulinium lúc mới bị ngộ độc. Như vậy khi nói đến tác
dụng độc hại của Cl. Botulium ta không nói đến tác dụng nhanh hay chậm mà là nói đến nồng
độ. Chỉ 10
-5
mg độc tố này có tác dụng giết chết một lợn biển.
Thường thường các sản phẩm bị nhiễm độc tố của Cl. Botulinium có biểu hiện hư hỏng dễ nhận
thấy: cơ thịt rữa, có mùi khó chịu, có hiện tượng tạo khí do đó nắp hộp phồng lên. Tuy nhiên có
không ít trường hợp sản phẩm đã bị nhiễm độc nhưng bề ngoài và mùi vị thành phẩm không có
gì biến
đổi, vì vậy dễ dàng bị trúng độc mà không hay biết vì triệu chứng biểu hiện việc ngộ độc
xuất ra chậm. Độc tố Cl. Botulinium không bền với nhiệt, chỉ cần đun 20-30’ ở nhiệt độ 80
o
C là
có thể diệt hoàn toàn nó. Nếu trước khi sử dụng đồ hộp ta đun nóng thì độc tố này sẽ trở nên
hoàn toàn vô hại. Tuy nhiên phần lớn đồ hộp mà trong đó Cl. Botulinium có khả năng phát triển
lại thường được sử dụng ở dạng nguội (nước giải khát làm từ cà chua, đồ hộp rau thái miếng, cá

thái miếng…) vì vậy phương pháp đun nóng đồ hộp trước khi dùng ít khi được thực hiện.
Trong đồ hộ
p không phải chỉ có Cl. Botulinium có khả năng phát triển, còn nhiều vi sinh vật gây
hư hỏng bền nhiệt hơn như C. sporogenes, C. perfringes, C.putrificum. Các vi sinh vật kỵ khí
này thường là nguyên nhân gây hư hỏng đồ hộp thịt và cá. Tuy nhiên biểu hiện hư hỏng của đồ
hộp bởi các vi sinh vật này rất rõ ràng: mùi khó chịu, thực phẩm rữa nát, bọt khí…
Æ không ai ăn nhầm, và độc tố của các vi sinh vật này cũng không độc như của Cl. Botulinium.
Vì vậ
y trên toàn thế giới người ta cho rằng phải thanh trùng để diệt hết Cl. Botulinium trong đồ
hộp và bảng phân loại thực phẩm cũng dựa trên phản ứng của nó trong môi trường có độ acid.
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 3 of 37 Thanh trùng đồ hộp
Trước kia người ta cho rằng Cl. Botulinium không thể phát triển trong đồ hộp có độ acid nhỏ
hơn 4.5. Vì vậy các sản phẩm có pH ≤ 4.5 được coi là chua, các sản phẩm có pH > 4.5 được coi
là ít chua. Tuy nhiên thời gian sau này các thí nghiệm đã chứng tỏ rằng chúng có thể phát triển
ngay cả ở môi trường có độ acid cao hơn. Vì vậy giá trị pH này dần dần giảm xuống, đầu tiên là
4.4 sau đó còn 4.2.
Đối với các vi sinh vật khác:
¾ Vi sinh vật kỵ khí gây mốc: phát triể
n tốt nhất là ở pH ≥ 6.0, có thể phát triển trong
khoảng pH 4.5-5.0 mà không sinh khí.
¾ Vi sinh vật kỵ khí có độ bền nhiệt cao như C. themosaccharo. cyticum phát triển khá tốt
ở pH 4.5-5.0 gây rửa nát, phân hủy glucid tạo khí, do vậy làm phồng hộp.
¾ B. stearothermophilus – bền nhiệt, làm chua thực phẩm nhưng không tạo khí, phát triển
ở môi trường ít chua, đặc biệt là chứa nhiều đường và tinh bột.
¾ Trong đồ hộp không chua thậm chí cũng có thể phát triển các vi sinh vật bền nhi
ệt thuộc
nhóm ưa khí sinh nha bào – cho dù trong hộp ít không khí, chúng gây hư hỏng đồ hộp cá
thịt, ngô đậu, thường gây phồng hộp. Môi trường hoạt động của chúng là môi trường
không chua.

¾ Có rất nhiều vi sinh vật (các virus, nấm mốc, nấm men – có khả năng tạo nha bào hoặc
không) phát triển mạnh ở môi trường có độ acid cao, nhưng chúng lại không bền với
nhiệt.
Như vậy các đồ hộp thực phẩm có thể phân làm 2 nhóm: ít chua (pH≥4.2) và chua (pH
≤4.2).
Nhóm đồ hộp ít chua thanh trùng ở nhiệt độ > 100
o
C, thường người ta hay sử dụng nhiệt độ 112-
120
o
C, đôi khi 125-130
o
C. Nhóm đồ hộp chua được thanh trùng ở nhiệt độ ≤100
o
C, nhưng
không thấp hơn 75-80
o
C.
Nhóm đồ hộp ít chua gồm đồ hộp cá, thịt, sữa, rau.
Nhóm đồ hộp chua gồm tất cả các đồ hộp hoa quả, nước quả đường, nước quả ép…
Tuy nhiên sự phân loại đồ hộp ra làm 2 nhóm này chỉ là gần đúng. Thời gian sau này người ta
tìm ra một loạt những trường hợp cần lưu ý khi chọn nhiệt độ thanh trùng.
9 Nước cà chua giải khát có pH 4.0-4.5 lại là môi trường, ở những điề
u kiện xác định, rất
thuận lợi cho Cl. Botulinium phát triển và tạo độc tố. Từ năm 1973 trở đi, người ta thanh
trùng nước cà chua ở nhiệt độ 120
o
C như là đồ hộp thuộc nhóm ít chua
9 Nước mơ đục có pH 3.8-3.9 cũng là môi trường thích hợp cho các botuliz. Vì vậy người
ta thanh trùng nước mơ đục (và các độ hộp sản xuất từ mơ nói chung) ở nhiệt độ 110

o
C,
hoặc hạn hữu ở 100
o
C nếu pH<3.8.
9 Các salad dầu dấm chế biến từ rau tươi (bắp cải, ớt ngọt, cà chua, cà rốt, hành, củ dền)
có pH trong khoảng 3.7-4.2 nhưng lại được thanh trùng ở nhiệt độ 112-120
o
C vì trong đồ
hộp này có dầu và bản thân rau là thành phần ít chua, lượng dấm trộn vào đồ hộp chưa
kịp phân bổ đều khắp thể tích sản phẩm trong thời gian thanh trùng.
9 Các sản phẩm cà chua cô đặc có pH>4.2 nhưng lại thường thanh trùng chỉ ở nhiệt độ
100
o
C vì cà chua cô đặc không phải là môi trường thuận lợi cho các botuliz và các loài
yếm khí phát triển.
Như vậy, ngoài các trường hợp đáng lưu ý đã kể trên, có thể chấp nhận sự phân chia đồ hộp thực
phẩm theo chỉ số pH thành hai nhóm:
• Nhóm có pH>4.2 : nhiệt độ thanh trùng từ 100
o
C trở lên.
• Nhóm có pH≤4.2 : nhiệt độ thanh trùng là 100
o
C hay thấp hơn.
Thanh trùng là thuật ngữ chung chỉ quá trình gia công nhiệt cho đồ hộp ở một nhiệt độ bất kỳ
nào đó, nằm mục đích tiêu diệt vi sinh vật trong hộp.
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 4 of 37 Thanh trùng đồ hộp
Ta phân biệt ba dạng thanh trùng:
• Thanh trùng ở nhiệt độ cao – thanh trùng ở nhiệt độ >100

o
C
• Thanh trùng ở nhiệt độ thấp – thanh trùng ở nhiệt độ ≤100
o
C
• Thanh trùng gián đoạn hay thanh trùng lặp lại – đồ hộp được xử lý gia công nhiệt 2 hay
3 lần, khoảng thời gian giữa các lần nấu là 20-28h.
Phương pháp thanh trùng gián đoạn khác với các phương pháp thanh trùng thông thường ở chỗ
mỗi lần gia công nhiệt ở đây không đạt được độ vô trùng cần thiết. Ví dụ người ta thanh trùng ở
nhiệt độ như bình thường nhưng mỗi lần chỉ nấu trong thời gian rấ
t ngắn. Hoặc người ta cũng
nấu trong khoảng thời gian như bình thường nhưng ở nhiệt độ thấp hơn so với nhiệt độ cần thiết
cho loại đồ hộp này.
Ví dụ:
• Đồ hộp mơ đào nước đường:
Thanh trùng 1 lần 40-50’ ở nhiệt độ 100
o
C.
Thanh trùng 3 lần ở 100
o
C, mỗi lần 5’
Æ Quả không bị rữa nát, có độ chắc cứng.
• Đồ hộp “thịt lợn phi lê”
Theo bảng chọn nhiệt độ thanh trùng phụ thuộc độ acid phải thanh trùng ở nhiệt độ 115-
120
o
C – Người ta thanh trùng ở nhiệt độ 100
o
C. Nấu 60-70’ ở nhiệt độ này, sau đó làm
nguội và để giữ 20-28h ở nhiệt độ phòng (18-20

o
C) rồi nấu 60-70’ lần hai. Thanh trùng ở
nhiệt độ thấp hơn như vậy cho phép ta giữ được độ mềm mà dai chắc của thịt – điều ta
khó đạt nếu thanh trùng một lần ở nhiệt độ 115-120
o
C.
Trên cơ sở vi sinh vật học, nguyên tắc của phương pháp thanh trùng gián đoạn này được giải
thích như sau: ở lần nấu đầu tiên một số lượng lơn vi khuẩn bị tiêu diệt. Một số ít đã kịp chuyển
sang dạng nha bào khi môi trường bên ngoài chuyển sang chiều hướng không thuận lợi cho
chúng, nghĩa là nhiệt độ tăng lên như vậy. Trong thời gian giữ đồ hộp ở nhiệt độ phòng (18-
20
o
C) trước khi đem nấu lần 2 các nha bào sẽ trở lại trạng thái bình thường và bị tiêu diệt do tác
dụng của nhiệt độ trong lần nấu thứ 2.
Tuy nhiên có điều cần lưu ý là các đồ hộp sản xuất từ thịt, do yêu cầu cảm quan không nên
thanh trùng ở nhiệt độ >100
o
C và được thanh trùng lặp lại ở nhiệt độ <100
o
C hay thậm chí thanh
trùng lặp lại ở nhiệt độ 100
o
C không phải là đồ hộp “thật sự” theo cách hiểu thông thường của
khái niệm này. Thời hạn bảo quản của các đồ hộp này giới hạn trong khoảng 3-6 tháng đến 1
năm ở nhiệt độ đã được hạ thấp chẳng hạn <15
o
C Æ ta gọi là đồ hộp ¾ hoặc nhiệt độ 0-5
o
C Æ
đồ hộp ½ hay bán đồ hộp. Ví dụ: các đồ hộp sản xuất từ thịt muối, thịt hun khói.

Dù sao đi nữa việc áp dụng phương pháp thanh trùng gián đoạn không mấy thuận tiện. Bởi vì
trong sản xuất và trong tiêu thụ ta cũng gặp khó khăn rất nhiều. Ngoài việc trong sản xuất tốn
công, trong bảo quản đồ hộp 3/4 , đồ hộp ½ cũng gặp rắc rối không ít. Ta cần bả
o quản ở nhiệt
độ <15
o
C hay 0-5
o
C – việc này tốn kém và đòi hỏi phải kiểm tra thường xuyên, cái việc mà
không phải lúc nào ta cũng có thể làm được (ở cửa hàng không có máy lạnh, khi vận chuyển, tới
người tiêu dùng). Mà nếu không thể đảm bảo được nhiệt độ cần thiết đã được quy định, hoặc
thời hạn bảo quản đồ hộp thì sẽ dẫn tới những hậu quả không hay, thậm chí nguy hiểm bởi vì
trong đồ h
ộp dù thế nào chăng nữa vẫn còn sót lại một số lượng các vi khuẩn có khả năng gây
hư hỏng đồ hộp và nguy hại cho con người.
Các “đồ hộp thực sự”, nghĩa là không cần bảo quản ở các điều kiện môi trường quy định trước
như nhiệt độ, thời gian bảo quản, không phải là có độ vô trùng tuyệt đối, trên thực tế ta không sản
xuất ra được loạ
i đồ hộp 100% vô trùng mà chỉ đạt được các đồ hộp có độ vô trùng công nghiệp
II.2 / Các yếu tố xác định thời gian thanh trùng:
Thanh trùng là quá trình xử lý nhiệt cho đồ hộp nhằm mục đích tiêu diệt các vi sinh vật trong đồ
hộp sau khi ghép mí để bảo quản đồ hộp được lâu dài.
Khi thanh trùng, ta nâng nhiệt độ trong thiết bị thanh trùng đến mức nhất định, sau đó giữ nhiệt
độ đó trong khoảng thời gian cần thiết, sau cùng là làm nguội.
Như vậy thời gian thanh trùng bao gồm hai khoảng: thời gian nâng nhiệt và thời gian giữ nhiệt.
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 5 of 37 Thanh trùng đồ hộp
Trong phòng thí nghiệm, trên nhà máy, người ta xác định thời gian thanh trùng ra sao?
Để trả lời cho câu hỏi này, người ta bắt đầu từ khái niệm thời gian tiêu diệt: nếu ta bỏ vi sinh
vật vào một ống thủy tinh mỏng gắn hai đầu sau đó nhúng vào nước sôi hay nói chung vào môi

trường đã được nung nóng trước, thì vi sinh vật sẽ chết. Tuy nhiên việc này không xảy ra lập
tức. Để tiêu diệt vi sinh vật ở nhiệt độ thanh trùng nào đó cần một khoảng thờ
i gian nhất định
tương ứng. Khoảng thời gian này được gọi là thời gian tiêu diệt.
Người ta có thể xác định thời gian tiêu diệt ở một nhiệt độ cho trước bằng cách chuẩn bị một số
ống đường kính rất nhỏ, thành mỏng; ống cần mỏng để có thể bỏ qua thời gian nung nóng ống,
và ta có thể tính thời gian từ lúc bắt đầu cho ống vào môi trường đã được chuẩn bị
nóng trước.
Cứ mỗi khoảng thời gian nhất định (5’ một) ta lấy một hay vài ống ra, lập tức làm lạnh bằng
nước đá để nhiệt độ không tác dụng lên vi sinh vật nữa, sau đó phân tích mẫu: ta xác định thời
điểm khi mà trong ống không còn nha bào sống nữa. Thời gian từ khi thả ống vi sinh vật vào
môi trường đã đun nóng đến nhiệt độ nhất định tới khi các vi sinh vật đã bị
tiêu diệt là thời gian
tiêu diệt vi sinh vật ở nhiệt độ cho trước.
Tuy nhiên khái niệm thời gian tiêu diệt chỉ được dừng với ý nghĩa gần đúng, cho chúng ta thuận
tiện khi nói về quá trình tiêu diệt vi sinh vật. Bởi vì trên thực tế, khi thanh trùng đồ hộp tiêu diệt
hoàn toàn các vi sinh vật và nha bào trong môi trường ẩm là việc không thể được. Thanh trùng
càng lâu, số lượng vi sinh vật sống sót giảm xuống, ngày càng ít đi, nhưng vẫn còn một lượng vi
sinh vật nào
đó còn sót lại.
Trở lại việc xác định thời gian tiêu diệt ở trên: số lượng ống ta lấy để làm thí nghiệm ít, vì vậy
việc trong ống không còn vi sinh vật sống sót chỉ có thể hiểu là như vậy số vi sinh vật sống sót
đã giảm xuống dưới mức 1 tế bào / ống. Nếu làm thí nghiệm nhiều ống Æ vẫn còn 10
-n

Ta quay trở về với vấn đề thời gian thanh trùng đồ hộp. Tương tự thí nghiệm trên, nếu ta xếp đồ
hộp vào thiết bị thanh trùng và tất cả các phần của đồ hộp đều đạt được nhiệt độ thanh trùng cần
thiết ngay lập tức thì thời gian tiêu diệt mà ta xác định nhờ phương pháp ống cũng chính là thời
gian thanh trùng cần thiết cho thanh trùng đồ hộp.
Tuy nhiên, khi thanh trùng đồ hộp bằng nướ

c hay hơi nóng thì không phải toàn bộ các phần của
hộp đều nóng lên, đạt nhiệt độ cho trước lập tức. Phần thực phẩm ở ngoài cạnh vỏ hộp sẽ nóng
lên trước, rồi từ từ mới tới phần bên trong, sau cùng là phần xa vỏ hộp nhất – phần ở gần tâm
hình học của hộp.
Như vậy phần trung tâm hộp cũng có vi sinh vật như các phần khác nhưng lại b
ắt đầu được
thanh trùng chậm nhất, chậm hơn nhiều so với lớp ngoài. Do đó vi sinh vật ở đây có khả năng
sống sót nhiều hơn so với vi sinh vật ở các lớp ngoài, và khi ta nói thời gian tiêu diệt vi sinh vật
có nghĩa là ta đang nói đến các tế bào vi sinh vật các phần tử ở phần tâm hộp. Thời gian tiêu diệt
được tính bắt đầu từ thời điểm trung tâm hộp đạt được nhiệt
độ định trước chứ không phải từ lúc
bắt đầu đun nóng hộp trong thiết bị thanh trùng.
Một cách gần đúng:
Thời gian thanh trùng = thời gian truyền nhiệt vào tâm hộp + thời gian tiêu diệt (thời gian
cần thiết để diệt vi sinh vật ở trung tâm hộp, bắt đầu từ lúc đạt được nhiệt độ định trước)
Tuy nhiên cách tính thời gian thanh trùgn này không được đúng. Vì trên thực tế vi sinh vật ở
tâm hộp bị
tiêu diệt không phải chỉ từ lúc tâm hộp đạt được nhiệt độ định trước mà từ sớm hơn,
lúc tâm hộp chưa đạt được nhiệt độ định trước.
Vì vậy : T
thanh trùng
≠ T
truyền nhiệt
+ T
tiêu diệt

Mà phải nói : T
thanh trùng
= f (T
truyền nhiệt

, T
tiêu diệt
)
T
thanh trùng
phụ thuộc vào những yếu tố gì?
T
truyền nhiệt
(thời gian truyền nhiệt vào tâm hộp – phụ thuộc các yếu tố nhiệt lý)
- Tính chất vật lý của thực phẩm
- Tính chất vật lý của vật liệu làm vỏ hộp và độ dày vỏ hộp
- Kích thước hình học của hộp
- Nhiệt độ ban đầu của thực phẩm
- Nhiệt độ cuối của sản phẩm
- Nhiệt
độ thanh trùng
- Trạng thái của hộp khi thanh trùng (đứng yên hay chuyển động quay)
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 6 of 37 Thanh trùng đồ hộp
T
tiêu diệt
(thời gian tiêu diệt vi sinh vật)
- Nhiệt độ thanh trùng
- Thành phần hóa học của đồ hộp
III / CÔNG THỨC THANH TRÙNG:
III.1 / Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian tiêu diệt:
III.1.1 / Mối tương quan giữa thời gian và nhiệt độ thanh trùng
Ta không thể nói về thời gian tiêu diệt mà không tính đến nhiệt độ thanh trùng, cũng như không
thể nói về nhiệt độ mà thiếu thời gian cần thiết phải thanh trùng. Không có nhiệt độ xác định nào
là nhiệt độ tiêu diệt của một loài vi sinh vật cả. Vi sinh vật có thể bị tiêu diệt ở các nhiệt độ khác

nhau, bắt đầu từ khoảng 60
o
C. Vấn đề là ở nhiệt độ xác định nào đó, người ta cần thời gian bao
lâu để tiêu diệt vi sinh vật. Như vậy đối với mọi loài vi sinh vật, hiệu quả tiêu diệt không thể xác
định chỉ bằng một yếu tố nhiệt độ mà là sự kết hợp nhiệt độ và thời gian tiêu diệt.
Dĩ nhiên là mối quan hệ giữa thời gian tiêu diệt và nhiệt độ là mối tương quan tỷ l
ệ nghịch,
nghĩa là khi nhiệt độ thanh trùng tăng thì thời gian tiêu diệt giảm và ngược lại. Tuy nhiên khi
nhiệt độ thanh trùng tăng, thời gian tiêu diệt không chỉ đơn giản giảm xuống mà nó giảm xuống
vô cùng nhiều. Người ta đã thí nghiệm với Cl. Botulinium và thu được các số liệu sau:
Nhiệt độ ,
o
C 100 105 110 115 120
Thời gian tiêu diệt , phút 330 100 32 10 4
Từ các số liệu trên, ta thấy rõ là việc nâng nhiệt độ lên không nhiều đem lại kết quả là thời gian
thanh trùng giảm xuống rất rõ rệt.
Đường cong biểu diễn mối quan hệ “thời gian – nhiệt độ” của C. sporegenes ở hình

Bigeloi nhận ra điều đặc biệt là nếu đường cong biểu diễn
thời gian tiêu diệt được trên hệ trục tọa độ bán logarit : với
trục hoành là nhi
ệt độ (
o
C) như bình thường và trục tung là
giá trị logarit của thời gian tiêu diệt thì lúc ấy đường cong
biểu diễn sẽ trở thành đường thẳng. Như thế, mối quan hệ
“thời gian tiêu diệt – nhiệt độ” đối với Cl. Botulinium theo
số liệu của Bill có dạng như ở hình 1
Việc các đường biểu diễn có dạng đường thẳng khi vẽ trong
hệ trục tọa độ bán logarit cho ta khả năng khắc họa chúng

bằng các biểu thức đơn giản.















Giả sử ta cần lập phương trình đường thẳng cắt hệ trục tọa độ bán logarit như ở hình 3. Cho rằng
đường thẳng cắt trục tung ở điểm B, trục hoành ờ điểm A, nhiệt độ thanh trùng được biểu diễn
trên trục hoành ở đơn vị độ như thườ
ng theo trình tự tăng từ trái qua phải – trên trục tung là giá
trị logarit của thời gian tiêu diệt theo thứ tự tăng từ dưới lên trên.
T
td
,phút
t (
o
C)
Hình 2
t
o

C
T
td
, ph
B
O

T
a

a
P (T
c
)
x
M (0, lg T)
α

lg T
D
E
z
A
lg y
Hình 3
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 7 of 37 Thanh trùng đồ hộp
Kết luận thu được dưới đây có một số điểm đặc biệt so với phương pháp hình học thông thường.
Thứ nhất, ở điểm O là giá trị của nhiệt độ thanh trùng bất kỳ nào đó cho trước Ta (ví dụ 100
o

C,
ở điểm P là giá trị của nhiệt độ chuẩn để so sánh T
c
(ví dụ 120
o
C). Như vậy thì trục y đi qua
điểm P (T
c
), đấy chính là đểim gốc tọa độ. Lúc này tọa độ B sẽ là hoành độ OP – x, tung độ OB
– lg y. Tọa độ M (trục tung đi qua nó) sẽ là trục hoành : 0 , trục tung MP – lg T
Xét 2 tam giác đồng dạng BOA và MPA:
Đặt OA = a , lúc đó PA = a – x.
Từ quy tắc đồng dạng ta có :
BO / MP = OA / PA
Hay : lg(y) / lg(T) = a / (a-x)
Suy ra : lg(T) = lg(y).(a-x)/a = [a.lg(y) – x.lg(y)] / a
lg(T) = lg(y) – [lg(y)/a].x
lg(y) – lg(T) = [lg(y)/a].x
lg(y/T) = [lg(y)/a)].x (1)
[lg(y)/a] chính là tỷ số OB/OA = tgα = hệ số góc của đường thẳng AB.
Hệ số góc của đường thẳng này k = tga thể
hiện độ bền nhiệt của vi sinh vật, hệ số k càng lớn vi
sinh vật càng ít bền nhiệt và ngược lại k càng nhỏ vi sinh vật càng bền nhiệt.
Như vậy phương trình (1) có thể viết:
lg(y/T) = kx (2)
Điểm đặc biệt thứ hai là để tiện lợi trong quá trình thu được phương trình cuối, hệ số góc
k=lg(y/a) có thể viết lại bằng tỷ số khác cố định, chứ không liên quan đến
điểm B tùy ý.
Từ hình 2 ta thấy hệ số góc k không phải chỉ có thể tính bằng tỷ số OB / OA mà còn bằng tỷ số
các cạnh khác của tam giác đồng dạng, chẳng hạn k = BD / DE, Trong đó giá trị số ở điểm D

nhỏ hơn ở B mười lần.
Khi đó nếu cho OB = lg(10T
D
), OD = lg(T
D
) với T
D
là giá trị bất kỳ nào đó trên trục logarit thì
đoạn thẳng BD = OB – OD = lg(10T
D
) – lg(T
D
) = lg(10T
D
/T
D
) = lg10 = 1.
Như vậy nếu trên đường thẳng AB ta chỉ xét một đoạn đường thẳng EB ứng với một chu kỳ
logarit, nghĩa là khi giá trị số trên trục tung giảm xuống 10 lần, thì hệ số góc sẽ là k = 1 / DE.
Đặt DE = z, ta có k = 1/z = const.
Lúc này phương trình (2) được viết lại: lg(y/T) = (1/z).x
Tóm lại, hằng số biểu thị độ nghiêng của đường thẳng bán logarit (suy ra là của độ bền nhiệt của
vi sinh vật) là 1/z. Vì 1/z là hằng số
nên suy ra z phải là hằng số vì 1 là giá trị không đổi.
Phương trình đường thẳng bán logarit được viết: lg(y/T) = (x/z).(T
c
– T
a
) (3)
Trong đó:

9 y : là tung độ bất kỳ trên đường biểu diễn thời gian tiêu diệt, nghĩa là thời gian tiêu diệt ở
nhiệt độ bất kỳ định trước T
a
, phút
9 T : tung độ của một điểm nhất định trên đường thẳng ứng với một điểm cho trước trên
trục hoành độ nhiệt độ, nói cách khác T – thời gian tiêu diệt ở nhiệt độ chuẩn định trước
T
c
, phút
9 x : hiệu số nhiệt độ của nhiệt độ chuẩn định trước T
c
và nhiệt độ thanh trùng nào đó T
a
,
o
C.
9 z : hiệu số nhiệt độ ứng với một chu kỳ logarit, hay số độ cần phải tăng nhiệt độ thanh
trùng lên để thời gian tiêu diệt giảm xuống 10 lần,
o
C.
Vị trí của một đường thẳng không thể xác định chỉ với một hệ số góc. Cần phải có thêm ít nhất
là tọa độ của một điểm thuộc đường thẳng này. Chẳng hạn vị trí đường thẳng biểu diễn thời gian
tiêu diệt của Cl. Botulinium được xác định …… tiêu diệt bằng 2.5 phút
Phương trình (3) có ý nghĩa thực tiễn rất quan trọng. Nó cho phép ta tính được thời gian tiêu diệt
ở nhiệt độ bất kỳ nếu đã biết thời gian tiêu diệt ở một nhiệt độ xác định nào đó (nhiệt độ chuẩn
để so sánh).
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 8 of 37 Thanh trùng đồ hộp
Lúc này, để tính ngay ra được y ta viết phương trình (3) ở dạng:
y = T .

z
x
10
(4)
hay y = T .
z
ac
TT −
10
(5)
Ví dụ : Cho rằng thời gian tiêu diệt của vi sinh vật nào đó ở 120
o
C là 4 phút, z = 10
o
C. Cần
tính thời gian thanh trùng nếu nhiệt độ giảm xuống còn 100
o
C.
Theo công thức (5):
y = 4 . 10
(120-100)/10
= 4 . 10
2
= 400 phút.
Như kết quả vừa thu được, ta thấy khi giảm nhiệt độ xuống 20
o
C, thời gian thanh trùng tăng lên
100 lần và kéo dài khoảng vài giờ.
Nếu ta thanh trùng ở nhiệt độ cao hơn 120
o

C, chẳng hạn ở 140
o
C, thời gian tiêu diệt sẽ giảm
xuống rất rõ rệt và kéo dài:
y = 4 . 10
(120-140)/10
= 4 . 10
-2
= 0.04 phút = 2.4 giây.
Từ các ví dụ trên, ta thấy rằng có thể thanh trùng ở nhiều nhiệt độ khác nhau, chỉ cần thay đổi
thời gian thanh trùng. Từ đây nảy sinh câu hỏi: thanh trùng lâu ở nhiệt độ thấp tốt hơn hay thanh
trùng nhanh ở nhiệt độ cao tốt hơn?
Để trả lời câu hỏi này cần chú ý đến chất lượng sản phẩm thanh trùng và đặc điểm thuộc về số
lượng của quá trình thanh trùng.
Cách đây không lâu, ngườ
i ta cho rằng việc xử lý nhiệt các thực phẩm ở nhiệt độ cao dẫn đến
các biến đổi chất lượng theo chiều hướng xấu, trước tiên là biến đổi chất lượng cảm quan. Vì
vậy các quá trình công nghệ: sấy khô, nấu, thanh trùng thường thực hiện ở điều kiện nhiệt độ
thấp.
Người ta giải thích việc giảm chất lượng thực phẩm là do các phản ứng th
ủy phân dẫn tới việc
thực phẩm bị mềm, nhũn nát. Điều này là cần thiết nhưng phải nằm trong giới hạn nhất định,
nếu khôngt sản phẩm thu được sẽ bị nát bấy.
Một biến đổi không hay nữa là do phản ứng melanoidine giữa các đường khử và các acid amin
tự do. Sản phẩm thu được của phản ứng này là các hợp chất melanoidine có màu tối sẫm, làm
thực ph
ẩm có vẻ như bị nấu quá lửa, có mùi vị lạ…
Tuy nhiên càng ngày càng có nhiều thông tin chứng tỏ rằng phản ứng melanoidine không chỉ
liên quan đến một yếu tố nhiệt độ mà nhất thiết phải tính đến cả hai yếu tố: nhiệt độ và thời gian
giữ thực phẩm ở nhiệt độ này

Như vậy, để hạn chế phản ứng giữa đường và acid amin cần phải tìm ra sự
kết hợp lý tưởng nhất
của 2 yếu tố: “nhiệt độ - thời gian”
Để minh họa, ta lấy ví dụ sự biến đen của
thực phẩm khi xử lý nhiệt. Qua thực
nghiệm, người ta thấy rằng vận tốc phản
ứng làm suy thoái tăng lên khi nhiệt độ
tăng, nhưng thời gian thanh trùng thì lại
giảm xuống đến mức không đo kịp nữa.
Nói cách khác, khi tăng nhiệt
độ thanh
trùng ta có thể tiêu diệt vi sinh vật trong
thời gian vô cùng ngắn, đến mức các phản
ứng gây ảnh hưởng không tốt cho thực
phẩm còn chưa kịp đạt đến mức độ đáng
kể. Điều này được minh họa rất rõ ràng
trên hình 4 – trên trục tung biểu diễn độ
biến màu ở đơn vị quy ước: độ biến màu
ở 110
o
C được quy ước là 100 đơn vị, trên
trục hoành biểu diễn nhiệt độ thanh trùng.
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 9 of 37 Thanh trùng đồ hộp
Như ta thấy trên hình vẽ, khi nhiệt độ thanh trùng tăng, độ biến màu (đen) giảm đi rõ rệt. Chẳng
hạn ở 120
o
C độ biến đen là 30% so với màu ở 110
o
C; ở 140

o
C – độ biến đen chỉ có 2%. Chú ý
là các điểm trên đồ thị không thể hiện cùng khoảng thời gian thanh trùng ở các nhiệt độ 110,
120…140
o
C mà chỉ thể hiện mối liên hệ nhiệt độ - thời gian thanh trùng nhằm đạt được mức độ
vô trùng như nhau. Ví dụ, để đạt hiệu quả thanh trùng ờ 120
o
C cần giữ đồ hộp ở nhiệt độ này 10
phút, còn ở 140
o
C chỉ cần 8 giây là đạt được hiệu quả thanh trùng này.
Như vậy, để làm chậm các phản ứng hóa học có thể ảnh hưởng không tốt đến chất lượng của sản
phẩm thanh trùng cần phải áp dụng quá trình xử lý nhiệt ở nhiệt độ càng cao càng tốt trong
khoảng thời gian rất ngắn. Trong các tài liệu, người ta gọi phương pháp này là phương pháp
thanh trùng nhanh ở nhiệt độ cao.
Ta đã giải thích rõ ràng về sự
lựa chọn nhiệt độ thanh trùng trên cơ sở chất lượng sản phẩm. Bây
giờ ta sẽ xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ thanh trùng đến các đặc điểm thuộc về số lượng của
quá trình.
Một mặt ta thấy việc sử dụng chế độ thanh trùng nhanh ở nhiệt độ cao rất nên được khuyến
khích bởi không chỉ chất lượng sản phẩm được nâng cao mà th
ời gian chế biến còn giảm xuống
rõ rệt do đó nâng cao hiệu quả làm việc của thiết bị thanh trùng.
Tuy nhiên việc áp dụng chế độ thanh trùng nhanh nhiệt độ cao quả thực không dễ dàng, chỉ cần
tưởng tượng đến sự truyền nhiệt cho đồ hộp cho các thiết bị thanh trùng được sử dụng hiện nay.
Lấy ví dụ ta đặt mục tiêu thanh trùng ở nhiệt độ 140
o
C, nghĩa là toàn bộ lượng thực phẩm trong
hộp phải được nâng nhiệt đến nhiệt độ 140

o
C. Nếu dùng nồi áp suất 2 vỏ để thanh trùgn, chưa
kể đến việc không thể nâng nhiệt của nồi lên 140
o
C trong vòng vài giây mà cái chính là ta cũng
không thể đạt được nhiệt độ 140
o
C trong toàn bộ hộp với thời gian này. Để tâm hộp đạt tới nhiệt
độ 140
o
C cần ít nhất vài phút, mà điều này lại không thể chấp nhận được xét từ khía cạnh chất
lượng thực phẩm. Như đã biết nhiệt độ 140
o
C có tác dụng tốt đối với thực phẩm chỉ trong
trường hợp ta duy trì nó vài giây. Hơn nữa khi đã đạt 140
o
C ở tâm hộp và tiêu diệt hết vi sinh
vật ở đó ta cũng không thể làm nguội nồi áp suất để nhiệt độ cao không còn tác dụng lên thực
phẩm trong vòng vài giây được. Như vậy, dùng nồi áp suất 2 vỏ để thanh trùng nhanh ở nhiệt độ
cao là điều không thể được do những lý do thuần túy mang tính chất kỹ thuật.
Để áp dụng nguyên tắc thanh trùng nhanh ở nhiệt độ cao ta cần một hệ thống thiết bị
đặc biệt hoạt
động trên nguyên tắc thanh trùng sản phẩm theo từng lớp mỏng. Sản phẩm được thanh trùng
nhanh ở nhiệt đ6ọ cao trước khi cho vào hộp, sau đó làm nguội ở điều kiện vô trùgn và đóng vào
hộp đã được vô trùng từ trước, cuối cùng tiến hành ghép mí trong điều kiện vô trùng. Tiếp theo,
đồ hộp không cần thêm quá trình xử lý nhiệt nào nữa. Phương pháp này gọi là đóng hộp vô trùng.
Còn một đ
iểm nữa hạn chế việc sử dụng phương pháp thanh trùng nhanh ở nhiệt độ cao đó là sự
bảo tồn của các men. Các công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng quá trình thanh trùng thông
thường (thời gian thanh trùng khá lâu ở nhiệt độ tương đối thấp) đầu tiên vô hiệu hóa các men,

sau đó mới tiêu diệt vi sinh vật. Vì vậy, ở quá trình thanh trùng bình thường, lúc vi sinh vật bị
tiêu diệt cũng là lúc các men bị vô hiệu hoàn toàn. Trong quá trình thanh trùng nhanh ở nhiệt độ
cao, các men bền nhiệ
t hơn so với các vi sinh vật. Vì vậy có thể xảy ra trường hợp chế độ thanh
trùng đủ để tiêu diệt vi sinh vật nhưng hệ men vẫn còn hoạt tính do thời gian thanh trùgn rút
xuống còn quá ngắn. Các đồ hộp này, dù đã được vô trùng, vẫn có thể bị hư hỏng khi bảo quản,
mà nguyên nhân là vì các men.
III.1.2 / Thành phần hóa học của đồ hộp:
a / Ảnh hưởng của độ acid:
Ở phần trên ta đã biết rằng độ chua của môi tr
ường có ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của vi
sinh vật. Trong số các yếu tố của môi trường ngoài ảnh hưởng đến độ bền nhiệt của vi sinh vật
thì nồng độ ion H
+
trong môi trường đươc đun nóng là quan trọng hơn cả.
Các công trình nghiên cứu khác đã xác định được rằng ở môi trường gần trung tính pH 6-7 các
virus có khả năng tạo nha bào chịu nhiệt tốt nhất. Đ6ọ chịu nhiệt này giảm rất nhanh khi độ pH
xê dịch sang phía thấp hơn và cao hơn. Tuy nhiên cũng cần phải nói rằng quy tắc chung thời
gian tiêu diệt tỷ lệ nghịch với độ acid hoạt động của môi trường không ph
ải luôn luôn đúng. Khi
pH>5.0 có yếu tố nào đó ảnh hưởng đến thời gian tiêu diệt còn mạnh hơn cả nồng độ ion H
+
.
Khi nghiên cứu chế độ thanh trùng các đồ hộp cá, Lang đã không tìm ra sự liên hệ nhất định nào
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 10 of 37 Thanh trùng đồ hộp
giữa độ pH của môi trường thực phẩm và thời gian tiêu diệt đối với Cl. Botulinium trong khoảng
pH 5.2 – 6.8, còn ở pH 4.9, sức chịu nhiệt của nó giảm rõ rệt.
Theo số liệu của A. Rogatrov không chỉ độ acid hoạt động của môi trường mà bản chất của acid
cũng có ảnh hưởng lớn đến độ bền nhiệt. Ở cùng một giá trị pH acid lactic có tác dụng diệt

khuẩn mạnh nhất, sau đó là acid malic. Acid Acetic và acid citric tác dụgn lên vi sinh v
ật yếu
hơn một chút.
b / Ảnh hưởng của các chất sát trùng thực vật (phitonxit):
Trong số các thành phần hóa học có ảnh hưởng đến thời gian tiêu diệt, chất sát trùng thực vật
đóng vai trò quan trọng thứ hai sau độ pH. A. Rogatrov và các cộng tác viên đã xác định được
rằng khi cho thêm các chất sát trùng thực vật vào đồ hộp thì chế độ thanh trùng sẽ giảm xuống
rất nhiều.
Các chất sát trùng thực vật thường gặp là allyxin trong hành tỏ
i, tomatin trong cà chua, cap sai
xin trong ớt, piperin trong tiêu, singiberin trong gừng, … trong lá nguyệt quế, eugenol trong
đinh hương, carvol và linalol trong thì là, các antoxian trong rau quả, myronic kali trong bột mù
tạc, anthenol trong hồi hương…. Các sắc tố có màu phần lớn cũng có tác dụng sát trùng, vì vậy
khi chế biến cà chua hay các sản phẩm có cà chua có thể rút ngắn thời gian thanh trùng.
Khi chế biến các đồ hộp thịt cá, người ta cho thêm các gia vị: ngoài mục đích làm ngon còn có
tác dụng sát trùng rất tốt.
Một số rau hộp, ví dụ súp lơ tự nhiên, nếu thanh trùng dưới 100
o
C thì không đạt được độ vô
trùng cần thiết, nhưng nếu thanh trùng trên 100
o
C thì súp lơ bị nhũn nát, vì vậy người ta cho
thêm nước mù tạt vào, và lúc này có thể thanh trùng ở nhiệt độ thấp vẫn đảm bảo tiệt trùng.
Người ta có thể thêm chất sát trùng thực vật vào đồ hộp ở dạng rau tươi như thêm hành, tỏi, ớt,
thì là… nhưng phương pháp hiệu quả hơn cả là thêm vào ở dạng chất được điều chế từ các loại
rau tươi ấy. Nghĩa là thay vì cho thêm cà chua vào đồ h
ộp, người ta cho thêm tomatin….
c / Ảnh hưởng của chất béo:
Các chất béo có ảnh hưởng rất lớn đến thời gian tiêu diệt, tuy nhiên khác với các acid và các
phitonxit, chất béo không những không làm giảm bớt chế độ thanh trùng, mà còn có tác dụgn

tăng sức chịu nhiệt của vi sinh vật. Người ta giải thích tác dụng bảo vệ vi sinh vật của chất béo
trên cơ sở các biến đổi hóa lý xảy ra ở vùng biên của hai chất lỏng không đồng nhất: dung dịch
protide ở dạng keo (tế bào vi sinh vật) và chất béo. Ta biết rằng khi các chất keo háo nước
(protide, xanponin, xà phòng…) gặp chất béo ở phần tiếp giáp 2 pha lập tức có hiện tượng tạo
màng xảy ra, ngăn cách các pha với nhau. Nếu 1 giọt chất béo rơi vào dung dịch protide, nó sẽ
bị màng protide bao lại. Nếu 1 giọt dung dịch protide ở thể keo rơi vào chất béo, nó cũng sẽ bị
một lớp áo bọc bao lấy ngay lập tức. Các màng bao này gồm các phần t
ử có cực được định
hướng chặt chẽ trên bề mặt hai pha nhờ các nhóm kỵ nước. Màng dày kỵ nước bao quanh tế bào
vi sinh vật ngăn không cho nước truyền nhiệt vào làm protide chậm bị đông đặc. Vì vậy các đồ
hộp có chứa chất béo (ví dụ: đồ hộp cá ngâm dầu, thịt lợn hộp…) cần phải thanh trùng lâu hơn
các đồ hộp không chứa chất béo.
d / Ảnh hưởng của đường và muối:
Các nhà khoa học nhận thấy rằng đường có tác dụng bảo vệ vi sinh vật khi đun nóng. Người ta
tìm ra rằng nấm men dễ bị tiêu diệt ở nhiệt độ 100
o
C khi ở trong nước cất khi ở trong siro. Thời
gian tiêu diệt trogn siro có nồng độ 24% nhỏ hơn nhiều so với trong siro có nồng độ 36% (tương
ứng với 6 và 28 phút). Thời gian tiêu diệt của vi sinh vật Escherichia Coli ở 70
o
C trong nước là
4 phút, trong siro đường 30% là 30 phút. Người ta giải thích tác dụng bảo vệ vi sinh vật của
đường xảy ra như sau: trong dung dịch siro đường xảy ra quá trình các vi sinh vật mất nước do
thẩm thấu và chính việc hàm lượng nước giảm này làm phần lớn vi sinh vật bền vững khi đun
nóng.
Nồng độ muối không cao trong sản phẩm thực phẩm có tác dụng bảo vệ vi sinh vật khi đun
nóng, còn nồng độ muối tương đối cao lạ
i có tác dụng làm vi sinh vật bị tiêu diệt nhan hơn.
Người ta làm thí nghiệm và thu được các kết quả về khả năng sống sót của vi sinh vật trong
dung dịch nước muối của đồ hộp đậu bi ở 115

o
C như sau:
Nồng độ muối (%) 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0
Mức độ sống sót của VSV (%) 15.0 37.8 86.7 73.3 75.6 78.9 40.0 13.3
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 11 of 37 Thanh trùng đồ hộp
Từ các số liệu trên ta thấy rõ rằng muối có tác dụng bảo vệ vi sinh vật ở môi trường có nồng độ
muối nhỏ hơn 2.5%, ở môi trường có nồng độ muối cao hơn, độ chịu nhiệt của vi sinh vật giảm
rõ rệt. Người ta nhận thấy ở môi trường có nồng độ muối 1-2% độ bền nhiệt của Cl. Botulinium
tăng, nhưng khi lượng muối lớn hơn 8% thì thờ
i gian tiêu diệt giảm. Có thể giả thiết rằng nồng
độ muối không lớn có tác dụng là tế bào vi sinh vật bị mất nước do thẩm thấu tương tự như hiện
tượng xảy ra trong dung dịch đường, do đ1o làm độ bền nhiệt của nó tăng lên. Ở môi trường có
nồng độ muối cao bắt đầu xuất hiện sự điện ly……
e / Giống loài vi sinh vật và số lượng của chúng:
Thời gian tiêu diệt chịu ảnh hưởng rất lớn của các loài vi sinh vật có thể phát triển trong thực
phẩm bởi vì độ bền nhiệt của các loài vi sinh vật không giống nhau, các tế bào sinh dưỡng dễ bị
tiêu diệt hơn nhiều so với nha bào.
Một số các nhà khoa học giải thích đ
iều này là bởi vì nha bào virus chứa ít nước, do đó protide
khó bị đông đặc, mà quá trình protide đông đặc lại chính là nguyên nhân gây nên cái chế của các
tế bào virus khi đun nóng.
Các công trình nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng hàm lượng nước tổng quát (chung) trong tế bào
sinh dưỡng và trong nha bào xấp xỉ như nhau. Vì vậy khi nói hàm lượng nước trogn nha bào ít
là ta đang đề cập đến hàm lượng nước tự do. Vấn đề là ở chỗ một phần lượng nước trong nha
bào ở trạng thái liên k
ết, do đó không thể tham gia vào sự làm đông đặc lại của các protein của
tế bào. Ngoài ra độ bền với nhiệt của các nha bào còn được giải thích do chúng có lớp màng bọc
không thấm nước rất chắc chắn, không cho nước từ bên ngoài thấm vào trong nha bào. Đó là lý
do tại sao thời gian tiêu diệt đối với phần lớn các vi khuẩn không tạo nha bào, tức là các tế bào

sinh dưỡng chỉ khoảng vài phút ở nhiệt độ 60-80
o
C. Thời gian tiêu diệt dài nhất là của E.Coli –
15 phút ở 80
o
C.
Thời gian tiêu diệt của các vi sinh vật tạo nha bào (tức là nha bào của chúng) dài hơn nhiều so
với các vi sinh vật không tạo nha bào. Theo số liệu của Rogatrov thời gian tiêu diệt đối với một
số nha bào ở 100
o
C như sau:
B. subtilis 120 phút
B. mesentericus 110 phút
Cl. botulinium (loại B) 150 phút
Cl. botulinium (loại A) 300 phút
Bigeloi và Esti nhận thấy một số vi sinh vật thuộc nhóm ưa nhiệt chịu được nhiệt độ sôi trong
nước ngô ép ở pH 6.1 trong thời gian 24h. Một số nhà nghiên cứu khác thông báo thời gian tiêu
diệt của một loại vi sinh vật ưa nhiệt thuộc nhóm gây chua thực phẩm không tạo bọt khí ở pH
6.1 và nhiệt độ 120
o
C là 11 phút; thời gian tiêu diệt của một vi sinh vật khác cũng thuộc nhóm
này ở 120
o
C trong môi trường đệm (pH 6.95) là 35 phút.
Số lượng vi sinh vật có ảnh hưởng rất lớn đến thời gian tiêu diệt. Ta có thể thấy điều này qua kết
quả thực nghiệm thu được trong bảng sau: (Bảng 1)

Chủng loại Số nha bào / cm
2

TG cần thiết để tiêu diệt nha bào ở
115
o
C (phút)
26


4019



4112

46000
4300
400
40
5000
2550
278
58
35000
1000
100
13
65
35
28
22
42

26
21
10
50
28
18
10

Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 12 of 37 Thanh trùng đồ hộp
Ta xét ví dụ đối với chủng loại 26, khi số vi sinh vật ban đầu giảm từ 46000 xuống còn 40 nha
bào, nghĩa là giảm xuống gần 1000 lần, thời gian tiêu diệt được rút ngắn gần 3 lần
Có thể thấy rõ ràng trong một thể tích thực phẩm xác định càng lớn thì thời gian cần thiết để tiêu
diệt chúng cũng càng lớn. Điều này được giải thích bởi quy luật động học tiêu diệt dần các tế
bào vi sinh v
ật ở nhiệt độ cao. Nghiên cứu sự diệt vong của vi khuẩn do tác dụng của nhiệt độ,
các nhà nghiên cứu đã đi đến kết luận: về phương diện hóa lý làm tế bào vi sinh vật bị tiêu diệt
là phản ứng đơn phân tử gây đông đặc protide của màng nguyên sinh, và do đó vận tốc tiêu diệt
vi sinh vật tuân theo quy luật toán học áp dụng cho phản ứng bậc 1. Từ điều này ta có thể viết:
–
dN/dT = K
o
.N (6)
Trong đó:
9 N : Số lượng vi sinh vật ở thời điểm thanh trùng xác định nào đó
9 K
o
: Hệ số vận tốc tiêu diệt vi sinh vật (phút
-1
)

9 – dN/dT : vận tốc tiêu diệt vi sinh vật
Dấu (-) chỉ ra rằng khi đun nóng, số lượng vi sinh vật giảm xuống ÅÆ dN/dT < 0
Từ (6) ta có:
– dN/N = K
o
.dT
Hay dN/N = – K
o
.dT
Lấy tích phân, ta thu được:

∫
N
dN
=
TdK
o
.
∫
−

Để tìm giá trị hàm số tích phân C, ta cho T = 0, nghĩa là lúc quá trình còn chưa bắt đầu. Vì vậy
số lượng vi sinh vật đem vào tiêu diệt bằng cách nung nóng có thể gọi là số lượng lúc ban đầu
và biểu thị bằng N
o
. Khi đó C = ln(N
o
).
Từ đây: ln(N) = K
o

.T + ln(N
o
)
ln(N
o
) – ln(N) = K
o
.T
ln (N
o
/N) = K
o
.T
Ta biểu thị số lượng vi sinh vật vào cuối quá trình thanh trùgn là N
k
và thay đổi tỷ số logarit tự
nhiên bằng logarit thập phân (nghĩa là hằng số vận tốc phản ứng K
o
được chuyển từ hằng số
logarit tự nhiên thành thập phân. Nó được ký hiệu là một hằng số mới K = K
o
/2.303) và cuối
cùgn ta thu được:
lg N
o
/N
k
= K.T (7)
Người ta thường viết phương trình trên dưới dạng:
K =

k
o
N
N
lg.
1
T
(8)
Từ phương trình (8) ta thấy rõ ràng vận tốc tiêu diệt vi sinh vật tuân theo quy luật logarit và phụ
thuộc vào số lượng vi sinh vật ban đầu.
Ta sẽ phân tích biểu thức vừa thu được. Từ (7) suy ra:

k
o
N
N
=
T.
10
K


o
k
N
N
=
T.
10
1

K
(9)

k
N =
T.
10
K
o
N
(10)
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 13 of 37 Thanh trùng đồ hộp
III.2 / Hằng số vận tốc tiêu diệt vi sinh vật K là gì? và nó phụ thuộc những yếu tố nào?
Từ những điều dẫn ra ở trên có thể kết luận hằng số này tỷ lệ thuận với tính chất (đặc điểm) hoạt
động môi trường trong đó vi sinh vật sống (ví dụ: nó phụ thuộc vào độ acid hoạt động, hàm
lượng chất xác trùng thực vật…) với mức độ không chịu nhiệt của loài vi sinh vật xác định ở
nhiệt độ nào đó và phụ thuộc vào nhi
ệt độ thanh trùng T. Như vậy: K = f (A, S, T)
Kết hợp với biểu thức (9) ta có:

o
k
N
N
=
T).,,(
10
1
TSA

(11)
Với (10) ta có
k
N =
T).,,(
10
TSA
o
N
(12)
Từ công thức (11) có thể thấy rõ các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ sống sót của vi sinh vật khi
thanh trùng:
o
k
N
N
. Tỷ lệ này nhỏ khi:
9 độ không bền nhiệt của loài vi sinh vật (S) lớn
9 thành phần hóa học của thực phẩm có hoạt tính (A) lớn đối với vi sinh vật
9 nhiệt độ thanh trùng (T) lớn
9 thời gian xử lý nhiệt (T) càng lâu.
Từ (12) cũng như từ (10) dễ dàng thấy ở các đềiu kiện thanh trùng xác định (nghĩa là đối với sản
phẩm xác định, ở nhiệt độ thanh trùng nhất định và thời gian thanh trùng nhất định) số vi sinh
vật sống sót ở cuối quá trình N
k
tỷ lệ thuận với số lượng ban đầu của chúng N
o

Như vậy, càng có ít vi sinh vật trong thực phẩm khi bắt đầu thanh trùng thì càng có ít vi sinh vật
sống sót trong đồ hộp ở cuối quá trình. Điều này có ý nghĩa thực tiễn rất quan trọng, nói lên sự

cần thiết phải giữ gìn vệ sinh trong các quá trình kỹ thuật ở nhà máy đồ hộp.
Từ (7) có thể xác định thời gian
T cần thiết để tiêu diệt lượng vi sinh vật nhất định ở các điều
kiện xác định:

T =
k
o
N
N
K
lg.
1
(13)
Giả sử rằng có hai hộp đồ hộp chứa thực phẩm y như nhau được thanh trùng ở cùng điều kiện,
và lượng vi sinh vật sống sót trong mỗi hộp ở cuối quá trình thanh trùng N
k
cũng sẽ ít như nhau.
Các hộp này chỉ khác nhau ở lượng vi sinh vật ban đầu: một hộp có
I
o
N
lớn hơn hộp kia
II
o
N

Như vậy thời gian tiêu diệt vi sinh vật:

I

T
=
k
I
o
N
N
K
lg.
1
= )lg.(lg
1
k
I
o
NN
K
−

II
T
=
k
II
o
N
N
K
lg.
1

=
)lg.(lg
1
k
II
o
NN
K
−
Æ
II
I
T
T
=
k
II
o
k
I
o
NN
NN
lglg
lglg
−
−
=
II
o

I
o
N
N
lg
lg
(14)
(Giả thiết N
k
nhỏ nên lgN
k
có thể bỏ qua)
Nếu phân tích kết quả thực nghiệm được nêu ra trong bảng 1 trên cơ sở phương trình này, ta
thấy rằng trong rất nhiều trường hợp kết quả tính toán gần với thực nghiệm
Nếu lấy tỷ số logarit lượng nha bào loại N
o
26 lúc đầu và lúc cuối, ta thu được:

40lg
46000lg
=
6.1
66.4

≅ 2.92
Tỷ số thời gian tiêu diệt trong trường hợp này thu được từ thực nghiệm là:

2
1
T

T
= 65/22 ≅ 2.95
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 14 of 37 Thanh trùng đồ hộp
Hoặc đối với loại N
o
412, dữ kiện do tính toán thu được trong khoảng 1000 – 100 sẽ là

100lg
1000lg
= 3/2 = 1.5
Tỷ số thời gian tiêu diệt thu được từ thực nghiệm là

2
1
T
T
= 28/18 ≅ 1.55
Lấy ví dụ ở một khoảng khác đối với loài này:

13lg
100lg
= 2/1.11
≅ 1.8

2
1
T
T
= 18/10 = 1.8

Ta quay lại câu hỏi về việc vi sinh vật bị tiêu diệt theo quy luật logarit
Nếu trong phương trình (13) ta quy ước
D
K
1
=
thì biểu thức được viết lại ở dạng:

k
o
N
N
D lg.=T
(15)
Từ đó
DN
N
k
o
T
=lg
(16)
Biểu thức (16) đồng dạng với công thức (3), do đó đồ thị của nó cũng sẽ phải tương tự như đồ
thị ở hình 3 – trong đó trên hệ trục tọa độ bán kính logarit biểu diễn sự phụ thuộc của số lượng
vi sinh vật vào thời gian thanh trùng ở nhiệt độ không đổi nào đó: trên trục hoành biểu diễn thời
gian tiêu diệt ở đơn vị như bình th
ường, còn trên trục tung là giá trị logarit số lượng vi sinh vật.
Trên đồ thị này, đường biểu diễn sự phụ thuộc :
“số lượng vi sinh vật – thời gian tiêu diệt” nhất định
phải là một đường thẳng (hình 5) – Đồ thị biểu diễn

độ sống sót của nha bào vi sinh vật (lý thuyết) trong
hệ trục tọa độ bán logarit
N
o
: số lượng vi sinh vật lúc bắt đầu thanh trùng
N
k
: số lượng vi sinh vật vào cuối quá trình thanh
trùng sau
T phút
T : Thời gian cần thiết để tiêu diệt vi sinh vật trong
khoảng N
o
– N
k
ở nhiệt độ không đổi nào đó.
D : thời gian ứng với một chu kỳ logarit trên trục
biểu diễn số lượng vi sinh vật, nghĩa là
thời gian
cần thiết để số lượng vi sinh vật giảm xuống 10 lấn
Người ta còn gọi D là thời gian cần thiết để tiêu diệt 90% số vi sinh vật.
Đồ thị ở hình 5 biểu diễn phản ứng của vi sinh vật đối với tác dụng của nhiệt độ
Tuy nhiên nếu trên hình 3 đồ thị biểu diễn phản ứng của vi sinh vật ở các nhiệt độ thay đổi khác
nhau, thì ở hình 5 lại là phản ứng của vi sinh vật ở môi trường được đun nóng ổn định,
động học
quá trình tiêu diệt vi sinh vật ở nhiệt độ không đổi.
Vì vậy đường thẳng trong hình 5 biểu diễn mức độ chịu nhiệt của vi sinh vật ở các điều kiện
nung nóng nào đó, suy ra hệ số góc của đường thẳng này : tg
α =
OC

AO
là hằng số tương ứng
Từ những điều đã trình bày ở trên, ta suy ra được rằng: đoạn thẳng đứng biểu thị lượng vi sinh
vật giảm xuống 10 lần ở thang đo logarit bằng 1 – còn đoạn nằm ngang tương ứng với nó được
biểu thị qua chữ cái D. Như vậy
onsttg
D
c
1
=α=

Æ D = const.
A
O
T
lgN
k

D
E
C
lgN
o

Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 15 of 37 Thanh trùng đồ hộp
Người ta cho rằng: dùng D như là hằng số biểu thị sức chịu nhiệt của vi sinh vật tiên hơn nhiều
so với dùgn hằng số vận tốc tiêu diệt vi sinh vật
K
1

vì giá trị của D tỷ lệ thuận với tính chất của
vi sinh vật nhất định: giá trị D càng lớn vi sinh vật càng bền với nhiệt độ.
Vì
K
D
1
= nên hằng số D cũng phụ thuộc vào các yếu tố mà hằng số vận tốc tiêu diệt vi sinh vật
K phụ thuộc, nhưng với số mũ ngược lại : D = f (A
-1
, S
-1
, T
-1
)

IV / CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN THỜI GIAN TRUYỀN NHIỆT VÀO
TRUNG TÂM HỘP THỰC PHẨM
IV.1 / Tính chất vật lý của sản phẩm:
Các đồ hộp khác nhau có tính chất lý học khác nhau: độ đặc, tỷ trọng, độ nhớt đều khác nhau.
Các tính chất này người ta kết hợp lại và gọi chúng bằng khái niệm
độ chắc.
Nhiều đồ hộp ở dạng lỏng, như các loại nước quả ép, sự truyền nhiệt khi thanh trùng chủ yếu
nhờ đối lưu. Sự đối lưu trong sản phẩm xảy ra khá mạnh nên các sản phẩm dạng này được nâng
nhiệt khá nhanh.
Có nhiều sản phẩm đồ hộp ở dạng đặc, ví dụ kem, tương cà chua, nước quả nghiền (nước
xoài…), pate. Trong các sản phẩm này sự đố
i lưu xảy ra rất yếu, thậm chí không có sự đối lưu.
Việc truyền nhiệt trong các sản phẩm này chủ yếu là bằng con đường truyền dẫn. Hệ số dẫn
truyền nhiệt của thực phẩm nói chung không lớn nên các sản phẩm này được nâng nhiệt khá
chậm. Nhiều đồ hộp có thành phần không đồng nhất, bao gồm cả thể rắn và lỏng, ví dụ quả và

nước đường (
đồ hộp quả nước đường), rau, hạt và dung dịch muối (đồ hộp đậu hộp, đồ hộp rau
muối…). Trong các đồ hộp này, sự truyền nhiệt bằng cả hai cách: đối lưu và truyền dẫn, trong
trường hợp này, sự đối lưu xảy ra khá mạnh. Và nếu xét về cường độ hiệu quả nâng nhiệt thì
loại đồ hộp này chiếm vị trí trung gian giữa hai nhóm trước, tuy nhiên nó gần với nhóm
đầu
hơn.
Ta có thể dễ dàng nhận thấy sự khác nhau về cường độ truyền nhiệt của các loại thực phẩm trên
đồ thị nâng nhiệt đồ hộp, được vẽ trong hệ trục tọa độ “nhiệt độ - thời gian thanh trùng” – trục
hoành biểu diễn thời gian thanh trùng (phút) tính từ lúc ta bắt đầu mở cho hơi vào nồi thanh
trùng và kết thúc khi thiết bị đã được làm nguội hoàn toàn; trục tung biểu diễ
n nhiệt độ thanh
trùng trong thiết bị vùng tâm hộp ứng với mỗi khoảng thời gian. Ở đây nhiệt độ sản phẩm được
đo ở điểm khó truyền nhiệt vào nhất. Đối với thực phẩm đặc – điểm đó gần tâm hình học của
hộp, còn đối với sản phẩm lỏng – nó thấp hơn tâm hình học.
Như vậy trên hình ta có đồ thị gia nhiệ
t của thiết bị và đồ hộp thực phẩm.
Đồ thị gia nhiệt của thiết bị có dạng là một hình thang. Ban đầu, nhiệt độ thiết bị tăng dần đều
đặn cho tới khi đạt được nhiệt độ thanh trùng định trước (trong khoảng thời gian A). Sau đó ta
giữ thiết bị ở nhiệt độ này ổn định trong thời gian B – đây là thời gian thanh trùng thật sự theo
đúng nghĩa củ
a nó. Sau đó người ta giảm nhiệt độ xuống đến điểm ban đầu, trong thời gian C –
kết thúc quá trình làm nguội.

Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 16 of 37 Thanh trùng đồ hộp

Hình trên biểu diễn đồ thị gia nhiệt của 2 dạng thực phẩm:
1 – Thực phẩm lỏng – truyền nhiệt bằng đối lưu
2 – Thực phẩm đặc – truyền nhiệt bằng truyền dẫn

Theo như đồ thị, ta thấy đường cong 1 thấp hơn đồ thị hình thang của thiết bị. Nhiệt độ cao nhất
trong hộp đạt được chậm hơn so với trong thiết bị
và mức độ (nhiệt độ cao nhất trong hộp) cũng
nhỏ hơn nhiệt độ thanh trùng một ít. Sự chậm trễ nhỏ này của độ thị 1 so với đồ thị gia nhiệt
thiết bị xảy ra cả khi làm nguội.
Đối với đồ thị 2 ta có thể thấy dễ dàng là nó khác xa với đồ thị gia nhiệt thiết bị. thứ nhất, tâm
hộp đạt được nhiệt độ cao nhấ
t chậm hơn nhiều so với thời gian thiết bị đạt tới nhiệt độ thanh
trùng. Thứ hai, nhiệt độ cao nhất của thực phẩm kém nhiệt độ thanh trùng vài độ, do đó trong
khoảng thời gian giới hạn của một chu kỳ gia nhiệt trong thiết bị, thực phẩm còn chưa kịp đun
nóng đạt tới nhiệt độ thanh trùng. Thời điểm bắt đầu quá trình làm nguội của thự
c phẩm cũng
chậm hơn so với lúc thiết bị bắt đầu được làm nguội.
Các đồ thị trên chỉ có tính chất minh họa sơ bộ, không có tính chất định lượng vì không có các
thông số cho phép ta so sánh cường độ nâng nhiệt các thực phẩm với tính chất vật lý khác nhau,
để có thể rút ra các con số kết luận cụ thể. Tuy nhiên ta có thể đạt được điều này khi thực hiện
một số các phép toán học.
Ta sẽ
không xét cả đồ thị mà chỉ xét một phần ứng với nhánh lên tới khi đạt được nhiệt độ tối
đa. Đồ thị mới được vẽ trong hệ trục tọa độ bán logarit – trục hoành biểu diễn thời gian thanh
trùgn ở đơn vị như bình thường; riêng với trục tung sẽ có một số đặc biệt đáng kể: thứ nhất – nó
không biểu diễn nhiệt độ mà biểu di
ễn hiệu số nhiệt độ giữa thiết bị T
a
và nhiệt độ đạt được ở
tâm sản phẩm vào thời điểm nhất định T
K
; thứ hai – trên trục này không biểu diễn chính hiệu số
nhiệt độ mà là giá trị logarit của nó; cuối cùng – phải vẽ trục logarit theo chiều tăng từ trên
xuống dưới. Mục đích của việc làm này là để dễ dàng so sánh đồ thị thu được với đồ thị gia

nhiệt ban đầu, vì đồ thị gia nhiệt gốc này luôn luôn hướng từ dưới lên trên. Nếu ta vẽ đồ thị mới
với trục tung theo chiều t
ăng từ dưới lên trên thì đồ thị thu được sẽ luôn hướng xuống dưới, bởi
vì hiệu số nhiệt độ có giá trị cao nhất ở đầu quá trình thanh trùng T
H
, khi ta thanh trùng hiệu số
này giảm dần và đạt giá trị nhỏ nhất ở cuối.
Thực hiện các chỉ dẩn như trên khi vẽ, đồ thị thu được sẽ có dạng là đường thẳng, và do đó ta có
thể xác định nó bằng biểu thức đơn giản:

Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 17 of 37 Thanh trùng đồ hộp

hKa
Ha
fTT
TT
T
=
−
−
lg
(19)
T - Thời gian để tâm hộp đạt được nhiệt độ tối đa, phút

h
f
- Hằng số biểu thị độ nghiêng của đồ thị đường thẳng so với trục hoành độ.
Khi xét biểu thức này, ta cần nhớ là trục hoành
nằm ở phía trên cắt trục tung của mỗi đường

biểu diễn ở điểm có hiệu số nhiệt độ bằng 1
o
C
– tức là giá trị logarit bằng 0.
Mỗi đường biểu diễn (đồ thị) có trục tung
riêng của mình.
Như đã xét ở phần đồ thị bền nhiệt của vi sinh
vật, ở đây để dễ dàng, người ta không biểu
diễn độ nghiêng của đường thẳng bằng tg của
góc, tức là bằng tỷ số của đoạn cạnh đứng với
đoạn ngang, mà biể
u diễn bằng 1 đoạn ngang
h
f , giá trị của nó tỷ lệ thuận với thời gian gia
nhiệt. Ở trường hợp này, đoạn nằm ngang
cũng ứng với 1 chu kỳ logarit trên trục tung.
Khi hiệu số nhiệt độ thiết bị thanh trùng và sản
phẩm thay đổi 10 lần, lúc đó đoạn thẳng đứng
bằng lg10 =1.
h
f
tg
1
=α
Æ
h
f = const.
Có thể định nghĩa
h
f

là khoảng thời gian cần đun nóng sản phẩm để hiệu số nhiệt độ của thiệt bị
và sản phẩm giảm xuống 10 lần.
Một điều hiển nhiên là
h
f càng lớn, thời gian cần thiết để nâng nhiệt sản phẩm đến nhiệt độ cuối
cùng càng lớn, và như vậy ta có thể coi
h
f
chính là mức độ trơ nhiệt của hệ thống.
Người ta gọi
h
f là hằng số trơ nhiệt, còn biểu thức (19) là phương trình trơ nhiệt.
Trong các phép tính kỹ thuật người ta thường sử dụng phương trình trơ nhiệt ở dạng viết khác:

Ka
Ha
h
TT
TT
fT
−
−
= lg.
(20)
Từ đồ thị trơ nhiệt, ta thấy rõ: giá trị
h
f
của các thực phẩm lỏng (
1
h

f
) nhỏ hơn nhiều so với
các thực phẩm đặc (
2
h
f
), điều đó cho phép ta rút ra những kết luận số liệu cụ thể để so sánh về
khả năng thực phẩm tăng nhiệt lên nhanh hay chậm khi bị đun nóng. Giá trị của hằng số
h
f
không chỉ phụ thuộc tính chất vật lý của thực phẩm mà còn phụ thuộc rất nhiều yếu tố khác,
chẳng hạn như kích thước bao bì. Nhưng nếu ta xác định giá trị hằng số
h
f cho nhiều thực phẩm
khác nhau đựng trong cùng cỡ loại bao bì, ở cùng điều kiện như nhau, thì mỗi loại thực phẩm sẽ
có chỉ số lý nhiệt
h
f đặc trưng của mình.
Trên hình là đồ thị trơ nhiệt của các loại đồ hộp khác nhau khi thanh trùng trong bao bì thủy tinh
0.5 lit theo số liệu của V.N.Xtapajuk. Từ hình vẽ ta dễ dàng thấy rằng nhiệt trở của các loại thực
phẩm khác nhau dao động trong khoảng 15-90 phút. Các thực phẩm lỏng như nước nho ép và
các đồ hộp gồm quả hay ngũ cốc rót nước đường hay dung dịch muối loãng (ví dụ: đồ hộp dứa
n
ước đường, đậu bi hộp…) có hằng số
h
f chênh lệch nhau khá rõ rệt: khoảng 15-25 phút. Các
thực phẩm đặc có
h
f lớn: nước cà chua ép – 55 phút, tương cà chua – 80 phút, kem cà chua – 90
phút. Từ đây ta có thể rút ra kết luận: khi thanh trùng nước nho ép, sự truyền nhiệt chủ yếu là

bằng con đường đối lưu, còn khi thanh trùng kem cà chua thì sự truyền nhiệt lại chủ yếu bằng
con đường truyền dẫn. (giá trị
h
f của kem cà chua là 90 phút – đây là giá trị lớn nhất, không có
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 18 of 37 Thanh trùng đồ hộp
sản phẩm nào có
h
f lớn hơn nữa). Các sản phẩm chiếm vị trí trung gian giữa hai nhóm trên là
đậu bi hộp, quả nước đường – sự truyền nhiệt thiên về đối lưu và nước cà chua ép, tương cà
chua – sự truyền nhiệt thiên về truyền dẫn.
Ví dụ : Tính thời gian cần thiết để đồ hộp nước ép củ dền (thực phẩm lỏng,
h
f = 15 phút) và đồ
hộp pate gan (thực phẩm đặc,
h
f = 90 phút) đạt tới nhiệt độ cao nhất nếu nhiệt độ ban đầu của
thực phẩm là 60
o
C, nhiệt độ cao nhất là 118
o
C, quá trình thanh trùng thực hiện trong nồi áp suất
hai vỏ ở 120
o
C.
Ta áp dụng công thức (20):
Đối với nước củ dền ép :
phút2230lg.15
118120
60120

lg.15 ≈=
−
−
=T

Đối với pate gan:
phút3230lg.90
118120
60120
lg.90 ≈=
−
−
=T
Như vậy, tính chất vật lý của sản phẩm. mà chính xác là độ trơ nhiệt của chúng ảnh hưởng rất
lớn đến thời gian truyền nhiệt vào tâm hộp.
IV.2 / Tính chất vật lý của vật liệu làm bao bì và độ dày vỏ hộp:
Trước khi nhiệt truyền vào được tới sản phẩm, nó phải vượt qua được nhiệt trở của vỏ hộp σ,
nhiệt trở σ này phụ thuộc độ dày vỏ hộp δ và độ dẫn nhiệt λ của nó:
λ
δ
=σ
Như vậy trở nhiệt của vỏ hộp càng lớn khi vỏ hộp càng dày và độ dẫn nhiệt càng nhỏ. Tuy nhiên
để trả lời câu hỏi trên, thực tế cần chú ý đến yếu tố nào hơn: độ dày mỏng của vỏ hộp hay độ
dẫn nhiệt của vỏ hộp
Æ ta phải xem xét tính chất của các loại vỏ hộp vẫn thường dùng trong
công nghệ sản xuất đồ hộp.
Hộp sắt tây:
Độ dày của vỏ hộp sắt δ
s
rất nhỏ, và thường dao động trong khoảng 0.0002 – 0.0003m

Độ dẫn nhiệt của sắt tây λ
s
khá lớn, thường trong khoảng 47 – 52 W/m.K
Do đó nhiệt trở của vỏ hộp sắt tây rất bé:
s
s
s
λ
δ
=σ =
66
1039.61025.4
47
0003.0
47
0002.0
−−
×÷×=÷

Trong trường hợp này, giá trị của mẫu số λ
s
lớn hơn quá nhiều so với giá trị của tử số δ
s
nên khi
δ
s
thay đổi dao động trong phạm vi thường gặp thì nó cũng không ảnh hưởng bao nhiêu đến
s
s
λ

δ
.
Do đó sự dao động độ dày vỏ sắt tây thường gặp trong sản xuất không gây nên ảnh hưởng đáng
kể đến nhiệt trở của vỏ hộp.
Hộp thủy tinh
Độ dày của vỏ hộp thủy tinh δ
t
khá lớn, gần gấp 10 lần so với hộp sắt : 0.002 – 0.006m
Độ dẫn nhiệt của thủy tinh
λ
t
lại nhỏ, kém độ dẫn nhiệt của sắt tây 80-90 lần: 0.6 – 0.9 W/m.K,
Như vậy nhiệt trở của vỏ hộp thủy tinh khá lớn:
t
t
t
λ
δ
=σ = 01.00033.0
6.0
006.0
6.0
002.0
÷=÷
Nhiệt trở của vỏ hộp thủy tinh lớn hơn nhiều so với của vỏ hộp sắt tây, gấp cả 1000 lần.
Trong trường hợp này, giá trị mẫu số
λ
t
không lớn hơn nhiều so với giá trị tử số δ
t

nên không thể
coi sự dao động của
δ
t
không có ảnh hưởng gì nhiều đến
t
t
λ
δ
. Do đó sự thay đổi kích thước – độ
dày mỏng vỏ hộp thủy tinh ảnh hưởng lớn đến nhiệt trở của nó
Tuy nhiên, điều ta quan tâm ở đây không phải là bản thân nhiệt trở của vỏ hộp, ta chỉ chú ý đến
nó trong chừng mực nhất định nó ảnh hưởng ra sao đến thời gian truyền nhiệt vào bên trogn
thực phẩm. Ta chỉ có thể giải quyết được vấn đề
ảnh hưởng của nhiệt trở vỏ hộp đến thời gian
truyền nhiệt vào tâm hộp khi so sánh nhiệt trở của một vỏ hộp xác định đến nhiệt trở của thực
phẩm xác định trong hộp.
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 19 of 37 Thanh trùng đồ hộp
Trong thực tế ta thường gặp hai trường hợp chủ yếu sau:
9 Khi thanh trùng thực phẩm lỏng, nhiệt được truyền chủ yếu nhờ sự đối lưu, do vậy nhiệt
trở của thực phẩm không lớn.
9 Khi thanh trùng thực phẩm đặc, nhiệt được truyền chủ yếu bằng phương pháp truyền
dẫn, và nhiệt trở của thực phẩm trong trường hợp này lớn đáng kể.
Mỗi loại thực phẩm này có thể đóng vào hai loại vỏ hộp: sắt tây và thủy tinh. Như vậy ta sẽ có 4
trường hợp lý nhiệt có thể xảy ra trong sản xuất.
¾ Khi thanh trùng thực phẩm lỏng trong bao bì sắt tây:
Xuất hiện lực đối lưu mạnh. Nhiệt lượng
được truyền như sau: đầu tiên nhiệt được
mang đến cho vỏ hộp nhờ chất mang nhiệt

bằng đối lưu. (hệ số trao đổi nhiệt là
α
1
),
tiếp đó nhiệt được truyền qua vỏ hộp bằng
con đường truyền dẫn, sau cùng nhiệt được
truyền tiếp tục vào trong hộp bằng con
đường đối lưu (hệ số trao đổi nhiệt
α
2
)
Như vậy nhiệt trở chung của hệ thống sẽ là:
21
a1
11
α
+
λ
δ
+
α
=σ
s
s
(21)
Trên nguyên tắc, hai đại lượng
α
1
và α
2

khá lớn,
1
1
α
và
2
1
α
nhỏ. Từ tính toán ta còn thấy giá trị
nhiệt trở của sắt còn nhỏ hơn. Như vậy là nhiệt trở chung của cả hệ thống “vỏ hộp – sản phẩm”
trong trường hợp này rất nhỏ. Ta có thể rút ra kết luận:
9 Thứ nhất – thời gian nâng nhiệt của loại vỏ hộp này không lớn
9 Thứ hai – nếu cho rằng nhiệt trở trong hệ thống
21
11
α
+
λ
δ
+
α
s
s
được phân bố theo tỷ lệ
100:1:100 thì có thể khẳng định rằng thời gian truyền nhiệt vào tâm sản phẩm loại này
chịu ảnh hưởng của cả hai yếu tố: tính chất vật lý của sản phẩm và tính chất vật lý của môi
trường (bởi vì phía bên ngoài bao bì là
α
1
chiếm 100 “đơn vị” nhiệt trở trong tổng số 201

đơn vị của cả hệ thống này).
¾ Khi thanh trùng thực phẩm lỏng trong bao bì thủy tinh:
Nhiệt trở của hệ thống “vỏ hộp – thực phẩm”:
21
b1
11
α
+
λ
δ
+
α
=σ
t
t
(22)
Nhiệt trở trong hệ thống này phân bố theo tỷ lệ 100:1000:100. Từ đây có thể rút ra kết luận:
9 Thứ nhất – thời gian nâng nhiệt bao bì loại này lớn hơn trường hợp trên vài lần (ở đây
nhiệt trở tổng cộng là 1200 đơn vị)
9 Thứ hai – thời gian nâng nhiệt này không lớn lắm, bởi vì giá trị của nó không phải là đại
lượng lớn, cho dù nó gấp vài lần so với các giá trị nhỏ ở trường hợp trên.
9 Thứ ba – có thể khẳng định rằng: yếu tố chính ảnh hưởng đến thời gian truyền nhiệt vào
trung tâm hộp là tính chất vật lý của bao bì, bởi vì trong hệ thống “bao bì – thực phẩm”,
nhiệt trở của bao bì chiếm phần lớn (1100 đơn vị trong tổng số 1200)
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 20 of 37 Thanh trùng đồ hộp
¾ Khi thanh trùng thực phẩm đặc trong bao bì sắt tây:
Nhiệt lượng được truyền trong thực phẩm chủ yếu
bằng con đường truyền dẫn. Sự dẫn truyền nhiệt
trong hệ thống này có thể coi như sự lan truyền nhiệt

qua một bức tường phức tạp gồm hai “lớp”: lớp
tường kim loại và lớp tường thực phẩm Ở đây sự
truyền nhiệt vào tâm hộp xảy ra như sau: đầu tiên hơi
nước truyền nhiệt cho vỏ hộp bằng con đường đối
lưu, sau đó nhiệt được truyền qua vỏ hộp bằng truyền
dẫn và cuối cùng qua lớp tường thực phẩm cũng
bằng truyền dẫn, nghĩa là qua bề dày thực phẩm để
tới tâm hộp.
Nhiệt trở tổng quát của hệ này là :
tp
tp
1
a2
1
λ
δ
+
λ
δ
+
α
=σ
s
s
(23)
Trong đó:
δ
tp
– Chiều dày của tường thực phẩm tính từ mặt trong vỏ hộp đến tâm hộp
λ

tp
– Hệ số dẫn truyền nhiệt cho thực phẩm
Chiều dày của “tường thực phẩm” lớn hơn chiều dày của tường kim loại vài trăm lần, còn hệ số
dẫn truyền nhiệt của thực phẩm nhỏ hơn hệ số dẫn truyền nhiệt của sắt tây gần 100 lần. Vì vậy
ta có thể tưởng tượng một cách gần đúng sự phân bố nhiệ
t trở trong hệ thống này ở dạng tỷ số
100:1:25000.
So sánh các dữ kiện này với phần trên có thể kết luận:
9 Thứ nhất – thời gian nâng nhiệt của laọi hộp này lớn, nó lớn gần vài lần so với thời gian
nâng nhiệt của loại hộp mà sản phẩm trong đó được truyền nhiệt bằng con đường đối lưu.
9 Thứ hai – có thể khẳng định rằng tính chất vật lý của thực phẩm gần như là yếu tố quyết
định cho thời gian truyền nhiệt vào trung tâm loại hộp này, bởi vì ở hệ thống “vỏ hộp –
thực phẩm” này, thực phẩm chiếm gần như hoàn toàn giá trị nhiệt trở của cả hệ thống.
¾ Khi thanh trùng thực phẩm đặc trong bao bì thủy tinh:
Nhiệt trở trong hệ thống “vỏ hộp – thực phẩm” là:
tp
tp
1
b2
1
λ
δ
+
λ
δ
+
α
=σ
t
t

(24)
Tương tự như ở phần trên, sự phân bố nhiệt trong hệ thống này gần đúng theo tỷ lệ
100:1000:25000.
Trên cơ sở tỷ lệ này, ta có thể đi đến kết luận tương tự như ở trường hợp trên:
9 Thứ nhất – thời gian truyền nhiệt vào trung tâm đồ hộp này lớn
9 Thứ hai – thời gian này hầu như do nhiệt trở thực phẩm quyết định, bởi vì so với nhiệt trở
của thực phẩm thì nhiệt trở của vỏ hộp chỉ chiếm 4% tổng giá trị nhiệt trở.
IV.3 / Kích thước hình học của bao bì:
Ở phần trước, ta đã biết rằng hằng số độ trơ nhiệt
h
f không chỉ phụ thuộc vào tính chất vật lý
của thực phẩm mà còn phụ thuộc kích thước bao bì: kích thước bao bì càng lớn, hằng số
h
f
càng lớn. Boll đã đề nghị công thức cho phép xác định
h
f trong các trường hợp cụ thể mà
không cần phải làm thực nghiệm. Nhờ công thức này, ta chỉ cần biết 1 giá trị
h
f bất kỳ nào đó
là sẽ tính được kích thước
h
f bất kỳ theo mọi kích cỡ cho các hộp.

2
22
2
11
.
.

2
1
dk
dk
f
f
h
h
=
(25)
1
h
f
– hằng số độ trơ nhiệt đã biết từ thực nghiệm của hộp có đường kính d
1
.
2
h
f
– hằng số độ trơ nhiệt cần tính cho một hộp khác có đường kính d
2
.
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 21 of 37 Thanh trùng đồ hộp
k
1
, k
2
– hệ số của hộp, xác định tỷ số giữa chiều cao hộp và đường kính của nó
Giá trị k tra theo bảng sau:

h/d 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
k 0.109 0.148 0.181 0.212 0.239 0.261 0.280
h/d
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
∞

k 0.296 0.308 0.320 0.328 0.337 0.343 0.397
Ví dụ : Từ thực nghiệm người ta xác định được rằng đối với nước cà chua ép trong bao bì thủy
tinh 1lit I–82–1000 có
1
h
f = 80. Kích thước của bao bì này : đường kính thân hộp là d
1
=
105mm, chiều cao h
2
= 162mm. Tính hằng số độ trơ nhiệt
2
h
f đối với nước cà chua ép đóng
trong bao bì thủy tinh 3lit I–82–3000 có kích thước d
2
= 154mm, h
2
= 236mm.
Sử dụng công thức (25) :
1
11
2
22

.
.
.
12
dk
dk
ff
hh
= =
1
2
2
2
.105
.154
.50
k
k

Đối với bao bì I–82–3000, tỷ số
2
2
d
h
= 236/154 = 1.53 – tra bảng Æ k
2
∼ 0.339
Đối với bao bì I–82–1000, tỷ số
1
1

d
h
= 162/105 = 1.54 – tra bảng Æ k
1
∼ 0.339
Æ
2
h
f ∼ 172 phút
Như vậy khi ta tăng thể tích hộp lên 3 lần thì hằgn số độ trơ nhiệt tăng lên gần 2.2 lần.
IV.4 / Nhiệt độ ban đầu của thực phẩm:
Nhìn vào phuơng trình trơ nhiệt (20) có thể thấy rõ rằng nếu ta tăng nhiệt độ thực phẩm lúc bắt
đầu thanh trùng T
H
, thành phần logarit sẽ giảm, do đó thời gian nâng nhiệt chung T cũng giảm
theo. Việc tăng nhiệt độ ban đầu của thực phẩm nhằm giảm thời gian nâng nhiệt sử dụng hiệu
quả nhất đối với thực phẩm đặc bởi nó có độ trơ nhiệt lớn. Riêng đối với thực phẩm lỏng được
gia nhiệt bằng đối lưu nên sự khác biệt không lớn lắm.
Ví dụ : Người ta đóng hộp nước nho ép vào chai 0.5 lít
để thanh trùng.
h
f = 15 phút. Nhiệt độ
thanh trùng là T
a
= 100
o
C, nhiệt độ cao nhất đạt được ở vùng tâm hộp T
k
= 95
o

C. Cần tính thời
gian nâng nhiệt đồ hộp trong hai trường:
-
Đóng hộp nước quả ở nhiệt độ phòng T
H1
=20
o
C
-
Đun nóng rồi đóng hộp ở T
H2
=70
o
C
Thời gian nâng nhiệt nước quả lạnh:
T =
95100
20100
lg.15
−
−
= 15×1.2 = 18 phút
Thời gian nâng nhiệt nước quả nóng:
T =
95100
70100
lg.15
−
−
= 15×0.8 = 12 phút

Æ Chênh lệch thời gian trong hai trường hợp này là 6 phút.
¾ Bây giờ giả sử ta thanh trùng kem cà chua có
h
f = 90 phút.
Thời gian nâng nhiệt từ nhiệt độ phòng
T = 90×1.2 = 108 phút
Thời gian nâng nhiệt từ nhiệt độ rót nóng
T = 90×0.8 = 72 phút
Người ta cho thấy rằng việc nâng nhiệt đ6ọ ban đầu của thực phẩm không chỉ có tác dụng tốt về
mặt lý nhiệt cho quá trình thanh trùng mà còn có tác dụng tốt về mặt vi sinh, bởi vì nhiệt độ thực
phẩm lúc bắt đầu thanh trùng càng lớn thì số lượng vi sinh vật trong đó càng ít, như vậy quá
trình thanh trùng tiếp theo sẽ diễn ra với hiệu quả cao hơn.
IV.5 / Nhiệt độ cuối của thực phẩm:
Từ phương trình (20) có thể thấy rõ rằng khi nhiệt độ cao nhất của thực phẩm lúc thanh trùng T
k

tăng thì thành phần logarit của công thức cũng tăng. Do đó, thời gian cần thiết để đạt nhiệt độ
cao nhất cuối cùng này cũng tăng lên.
Ví dụ : Người ta thanh trùng đồ hộp kem cà chua trong bình thủy tinh 0.5lit -
h
f = 90 phút.
Điều kiện đóng hộp và thanh trùng là T
a
= 60
o
C; T
tb
= 100
o
C; T

c
= 99
o
C
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 22 of 37 Thanh trùng đồ hộp
Lúc đó : T =
99100
60100
lg.90
−
−
= 90×1.6 = 144 phút
Nếu nhiệt độ cuối chỉ cần đạt T
c
= 98
o
C
Lúc đó :
T =
98100
60100
lg.90
−
−
= 90×1.3 = 117 phút
Như vậy thời gian thanh trùng giảm xuống gần 20% so với trường hợp trước.
Sau này chúng ta sẽ thấy rằng việc cố gắng tăng nhiệt cao nhất trong vùng trung tâm thực phẩm
không phải luôn luôn có thể thực hiện được. Sự chênh lệch 1-2
o

C là hoàn toàn không lớn nếu
đứng trên phương diện độ vô trùng đạt được, còn thời gian thanh trùgn thì lại tăng hay giảm
đáng kể.
IV.6 / Nhiệt độ thanh trùng:
Phương trình (20) không cho phép ta dễ dàng giải quyết câu hỏi : việc tăng nhiệt độ thanh trùng
T
a
ảnh hưởng ra sao đến thời gian nâng nhiệt, bởi vì T
a
có mặt cả ở tử số lẫn mẫu số của thành
phần logarit. Tuy nhiên ta vẫn có thể tìm ra lời giả đáp thỏa đáng sau khi áp dụng một số phép
phân tích.
Ta biểu diễn tử số của thành phần logarit : T
a
– T
H
= i và mẫu số T
a
– T
K
= g
Phương trình trơ nhiệt được viết lại:
g
i
f
h
lg.=T (26)
Bây giờ giả sử ta tăng nhiệt độ thanh trùng T
a
lên thêm L

o
C
Như vậy lời giải đáp cho câu hỏi về ảnh hưởng của việc tăng nhiệt độ thanh trùng đến thời gina
nâng nhiệt phụ thuộc phân số ban đầu
g
i
thay đổi ra sao khi tăng nhiệt độ thanh trùng lên L
o
C

g
i
=
)(
)(
Lgg
Lgi
+
+
(27)

Lg
Li
+
+
=
)(
)(
Lgg
Lig

+
+
(28)
So sánh (27) và (28)
⇔ so sánh tử số : i(g+L) = ig + iL và g(i+L) = ig + gL

⇔ so sánh i và g
Ta có :
i = T
a
– T
H

g = T
a
– T
K
Æ i < g Æ (27) > (28)
T
H
> T
K

Vậy khi tăng nhiệt độ thanh trùng thì chúng ta sẽ giảm được thời gian nâng nhiệt.
Ví dụ : Đồ hộp cá sốt cà chua được thanh trùng ở nhiệt độ 112
o
C trong hộp số 8 (thể tích 350g).
Cho
h
f

= 50 phút, T
a
= 50
o
C, T
K
= 110
o
C
Như vậy :
T =
110112
50112
lg.50
−
−
= 50x1.49 = 75 phút
Nếu tăng nhiệt độ thanh trùng : T
H
= 120
o
C

T =
110120
50120
lg.50
−
−
= 50x0.85 ∼ 43 phút

Æ Chỉ cần tăng nhiệt độ thanh trùng lên 8
o
C, thời gian gia nhiệt cho đồ hộp giảm hơn 40%
Phần tổng kết ở trên dựa trên cơ sở của phương pháp thanh trùng theo giai đoạn (thanh trùng bậc
thang) do D.Samin đề xuất vài chục năm trước đây. Phương pháp này như sau: người ta nâng
nhiệt độ trên mức bình thường (ví dụ từ 112
o
C thành 120
o
C hay từ 120
o
C thành 130
o
C) trong
vài phút đầu của quá trình thanh trùng. Lúc đó sự chênh lệch nhiệt độ tăng và đồ thị nâng nhiệt
sản phẩm sẽ nhanh chóng tiến đến gần với đồ thị nhiệt độ của thiết bị làm việc theo chế độ thấp
giống như bình thường. Khi đạt được nhiệt độ thanh trùng cao tạm thời này (chẳng hạn 120
o
C),
người ta duy trì nó trong vài phút, sau đó hạ xuống theo “bậc thang” đến nhiệt độ thanh trùng
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 23 of 37 Thanh trùng đồ hộp
như bình thường (ví dụ 112
o
C), sau đó duy trì giai đoạn thanh trùng thật sự ở nhiệt độ này, và
cuối cùng người ta làm nguội thiết bị.
Tóm lại, phương pháp thanh trùng theo chế độ bậc thang có thể cho phép ta rút ngắn chu kỳ
thanh trùng.
Chu kỳ thanh trùng bậc thang có thời gian ngắn hơn so với chu kỳ thanh trùng ở nhiệt độ thấp
như bình thường, cho dù người ta chỉ sử dụng nhiệt độ cao vào đầu quá trình và tác dụng tiệt

trùng chủ yếu vẫn là do chế
độ xử lý ở nhiệt độ thấp như bình thường tạo nên.
Phương pháp thanh trùng bậc thang ít được sử dụng, nguyên nhân chính là do việc điều khiển
quá trình thanh trùng và kiểm tra theo dõi hoạt động của thiết bị khá khó khăn. Nếu công thức
thanh trùng bình thường
CT
CBA
o
−
−
gồm 3 thành phần thời gian và 1 giá trị nhiệt độ thì
công thức thanh trùng bậc thang
CTCT
CBCBA
oo
21
22111
−
−
−
−
−
lại có có tới 5 thành phần thời gian và
2 giá trị nhiệt độ:
A
1
: thời gian nâng nhiệt tới mức nhiệt độ cao tạm thời T
1
o
C

B
1
: thời gian thanh trùng thật sự ở nhiệt độ cao T
1
o
C
C1 : thời gian hạ nhiệt độ theo bậc thang xuống tới mức bình thường.
B
2
: thời gian thanh trùng thật sự ở nhiệt độ thấp T
2
o
C
C
2
: thời gian làm nguội thiết bị
Tuy nhiên cần chú ý rằng nếu có các dụng cụ kiểm tra điều khiển tự động thì việc rắc rối này sẽ
trở nên đơn giản. Và phưong pháp thanh trùng bậc thang này có thể được áp dụng rộng rãi trong
sản xuất đồ hộp.
IV.7 / Trạng thái hộp đứng yên hay chuyển động khi thanh trùng:
Phần lớn các thiết bị thanh trùgn được sử dụng trong công nghiệp đều cấu tạo theo kiểu đồ hộp
đứng yên trong suốt thời gian thanh trùng. Vì vậy thời gian nâng nhiệt cho đồ hộp là do các điều
kiện truyền nhiệt tự nhiên quyết định như đã trình bày ở phần trước. Đặc trưng cho thiết bị loại
này là nồi thanh trùng áp suất hai vỏ - trong đó có các giỏ sắt hay khay sắt xếp đầy
đồ hộp.
Người ta đóng nắp nồi lại, dẫn hơi nước vào và thực hiện quá trình gia nhiệt cho đồ hộp ở trạng
thái đứng yên. Khi quá trình thanh trùng kết thúc, người ta mở nắp và lấy các giỏ đựng đầy đổ
hộp ra. Như vậy nồi áp suất là thiết bị hoạt động gián đoạn theo chu kỳ.
Trong sản xuất lớn người ta hay sử dụng các thiết bị thanh trùng hoạt độ
ng liên tục. Trong các

thiết bị này, hộp nằm trên băng tải, chuyển động qua chất mang nhiệt (hơi hay nước nóng)
nhưng vị trí của hộp so với băng tải không thay đổi trong suốt quá trình thanh trùng. Ở điều kiện
như thế, sự truyền nhiệt thật ra cũng không khác so với khi hộp không chuyển động vì hệ số trao
đổi nhiệt từ hơi hay nước nóng cho hộp phụ thuộc rất ít vào vậ
n tốc chuyển động không lớn lắm
của hộp trong thiết bị.
Ngoài ra còn một loại thiết bị khác trong đó hộp chuyển động quay, đôi khi với tần số rất l7ón
khi thanh trùng. (vẽ hình)
Khi hộp quay, thực phẩm trong hộp bị xáo trộn, vì vậy quá trình nâng nhiệt xảy ra nhanh hơn.
Các thiết bị thanh trùng trong đó hộp chuyển động quay được gọi là thiết bị thanh trùng kiểu
roto. Tùy vào cấu trúc của thi
ết bị mà khi thanh trùng hộp quay quanh trục của nó, hay quay
quanh trục nào đó ở ngoài hộp (trường hợp này hai nắp hộp sẽ lần lượt lúc là nắp, lúc lại là đáy).
Phương pháp sau này được coi là mang lại hiệu quả lớn nhất. Sơ đồ thể hiện trên hình
Dễ dàng thấy trên hình vẽ rằng khi thanh trùng hộp ở rất nhiều vị trí khác nhau và khi quay nó
trở đầu luân phiên nắp hộp và đáy hộp với nhau.
Thực tế hi
ệu quả của quá trình quay phụ thuộc rất nhiều vào tần số. Thường khi tần số quay tăng
thì hiệu quả xáo trộn thực phẩm cũng tăng. Tuy nhiên nếu tần số tăng quá mức độ nhất định nào
đó, hiệu qaủ xáo trộn bắt đầu giảm.
Một số nhà nghiên cứu cho rằng hiệu quả xáo trộn đạt được là do sự di chuyển của bóng khí
(nghĩa là không khí ở ph
ần vùng trung gian chưa bị thực phẩm lắp đầy trong hộp) trong thực
phẩm. Tùy thuộc tần số quay có thể xảy ra 3 trường hợp như hình vẽ:
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 24 of 37 Thanh trùng đồ hộp
9 Lực ly tâm lớn hơn trọng lực (c>g) : thực phẩm nằm ở phần trên của hộp, lớp không khí ở
dưới và không xảy ra sự xáo trộn.
9 Lực ly tâm nhỏ hơn trọng lực (c<g) : thực phẩm nằm ở phần dưới của hộp, lớp không khí
ở trên và cũng không xảy ra sự xáo trộn.

9 Lực ly tâm bằng trọng lực (c=g) : bóng khi chuyển động xuyên qua trực phẩm và tập trung
ở đâu đó bên trong thực phẩm. Đây là cách tốt nhất để đạt được hiệu quả xáo trộn cao.
Tóm lại, việc tăng cường sự trao đổi nhiệt trong các thiết bị thanh trùng kiểu roto là do: khi thực
phẩm bị bóng khí xáo trộn sẽ xuất hiện sự đối lưu cưỡng bức. Điều này dễ dàng nhận ra
ở các
trường hợp thanh trùng thực phẩm mà sự nâng nhiệt bằng con đường truyền dẫn, ở đây hoàn
toàn không có sự đối lưu tự nhiên. Như vậy thanh trùng bằng thiết bị kiểu roto làm giảm độ trơ
nhiệt của thực phẩm – hằng số
h
f
trong phương trình (20) giảm xuống trong trường hợp này.
Æ Thanh trùng kiểu roto đạt hiệu quả cao trong các trường hợp có hằng số trơ nhiệt lớn: thực
phẩm đặc đóng trong các bao bì hộp lớn.
Các công trình nghiên cứu đã chứng tỏ rằng khi thanh trùng các sản phẩm nghiền mịn bằng kiểu
roto thì giá trị hằng số trơ nhiệt giảm tới 6-7 lần
Æ công thức thanh trùng được rút ngắn nhiều.
Ví dụ : (có hình vẽ - không thấy) Đồ thị độ trơ nhiệt của nectar cà rốt khi thanh trùgn trogn bao
bì thủy tinh 3lit – hằng số
h
f = 244 khi đứng yên giảm xuống còn
h
f = 33 phút khi quay với tần
số 20rpm và thời gian thanh trùgn trong nồi áp suất giảm xuống gần 3 lần.
Trong bảng 18 là một số chế độ thanh trùng được rút ngắn nhờ thanh trùng kiểu roto (không có)
Cần chú ý rằng thanh trùng kiểu quay (roto) không những cho phép ta giảm thời gian thanh
trùng rất nhiều mà còn có tác dụng nâng cao chất lượng sản phẩm – do việc nâng nhiệt cho thực
phẩm xảy ra khá đồng đều trong cả thể tích hộp. Khi thanh trùng đứng yên, các lớp thực phẩm
bên ngoài ph
ải chịu nhiệt độ cao lâu hơn các lớp bên trong. Khi thanh trùng quay, các lớp thực
phẩm hoán chuyển liên tục cho nhau.

Cuối cùng, thanh trùgn quay cho phép ta sử dụng nhiều loại bao bì với kích thước lớn. Hiện nay,
đối với một số thực phẩm có hằng số trơ nhiệt lớn, người ta chỉ sản xuất chúng ở dạng hộp có
kích thước 1-2lit. Khi đóng vào hộp có kích thước lớn, ta phải kéo dài chế độ (thời gian) thanh
trùng. Trên thực tế
, không nên sử dụng chúng vì chất lượng thực phẩm loại này trong bao bì lớn
sẽ bị giảm thấp đáng kể.

Để minh hoa, ta lấy trường hợp thanh trùgn nectar cà rốt trong bình 3lit làm ví dụ:
Thời gian thanh trùng vượt quá 4h. Xét từ quan điểm chất lượng thực phẩm, việc nhiệt độ cao
tác dụng lên thực phẩm trong khoảng thời gian lâu như vậy là điều không cho phép
Æ không thể sản xuất sản phẩm này trong bao bì 3lit ở điều kiện thanh trùng đứng yên.
Từ bảng 18, nếu áp dụng chế độ thanh trùng rotor thì ta có thể đóng hộp đến 10lit.
Như vậy, phương pháp thanh trùng rotor cho phép sản xuất đồ hộp trong các bao bì lớn.
Bên cạnh những ưu điểm kể trên, phương pháp này tồn tại một số vấn đề khiến nó phức tạp hơn
và ít được phổ biến r
ộng rãi so với thanh trùng trong các nồi áp suất bình thường.
9 Thứ nhất – đối với các thực phẩm hoàn toàn lỏng như nước nho ép, nước dứa trong…
phương pháp thanh trùng rotor không cho hiệu quả đáng kể vì trong quá trình thanh trùng
các sản phẩm này, cường độ đối lưu tự nhiên sẵn có rất lớn. Sự trợ giúp của đối lưu cưỡng
bức có tác dụng không đáng kể.
9 Thứ hai – các thực phẩm đặc như pate rất cần đến sự đối lưu cưỡng bức nhưng lại không
thể tự xáo trộn được khi hộp quay. Vì vậy, khi thanh trùng rotor, sự chuyển động quay của
hộp không có tác dụng kích thích sự trao đổi nhiệt.
9 Thứ ba – việc quay một số sản phẩm có thể dẫn tới việc giảm chất lượng của chúng. Ví dụ
khi thanh trùng quay “đậu bi đóng hộp”, tinh bột trong hạt đậu sẽ ra ngoài, đi vào phần
nước trong hộp làm đục nước.Chuyển động quay khi thanh trùng cũng có thể là nguyên
nhân là một số rau quả mềm bị tổn thương, làm cơ thịt bị xây xát, và do đó làm siro bị đục.
9 Thứ tư – vì hiệu quả xáo trộn phụ thuộc vào kích thước bóng khí nên khi vào hộp phải chú
ý đến mức độ xếp đầy hộp để tránh hiện tượng xếp đầy quá mức.
9 Cuối cùng – hầu như đối với mỗi lô hàng đồ hộp đều cần phải làm thực nghiệm để để tìm

tần số quay hợp lý nhất.
Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm Th.S Nguyễn Lê Hà
StoneyFace Page 25 of 37 Thanh trùng đồ hộp
Thế nhưng dù sao đi nữa thì đối với thực phẩm và bao bì xác định, việc sử dụng phương pháp
thanh trùng quay vẫn có thể là giải pháp trợ giúp cho quá trình thanh trùng đồ hộp. Có thể khẳng
định một điều rằng phưong pháp này cho hiệu quả cao nhất khi áp dụng đối với các sản phẩm ở
dạng nghiền nhuyễn đóng trong bao bì lớn (3lit hay hơn)
IV / PHÂN TÍCH TOÁN HỌC CHẾ ĐỘ THANH TRÙNG ĐỒ HỘP
Ở phần trước, ta đã xem xét các quy luật vi sinh vật bị tiêu diệt khi thanh trùng thực phẩm, tính
chất lý nhiệt của quá trình liên quan tới thời gian truyền nhiệt vào tâm hộp. Nghiên cứu các quy
luật này, chúng ta biết tường tận:
¾ các yếu tố của quá trình thanh trùng phụ thuộc gì và phụ thuộc ra sao, trên cơ sở đó
lựa chọn nhiệt độ thanh trùng
¾ thời gian tiêu diệt phụ thuộc các yếu tố nào và phụ thuộc ra sao
¾ thời gian truyền nhiệt của quá trình thanh trùng phụ thuộc những yếu tố nào và làm
sao điều khiển được chúng
Điều duy nhất chưa được nhắc đến nhưng trên thực tế lại vô cùng quan trọng, đó là: công thức
thanh trùng có dạng
CT
CBA
o
−−
được thành lập chính thức ra sao? Và các số liệu cho phép ta
đề xuất chế độ thanh trùng này hay chế độ thanh trùng khác được lấy từ đâu? Do đâu ta biết rằng
nhất thiết phải thanh trùng theo công thức này chứ không phải công thức khác để có thể tiêu diệt
tất cả các vi sinh vật trong đồ hộp? và trong công thức thanh trùng có bao hàm cả lượng dự trữ
không nhỏ hay không? Hoặc chế độ thanh trùng nào đó còn chưa đủ và không bảo đảm sẽ không
bị
hư hỏng do vi khuẩn lúc bảo quản? …
Phân tích toán học các chế độ thanh trùng sẽ cho phép ta trả lời các câu hỏi này

Ta tưởng tượng đang thực hiện thanh trùng theo một chế độ nào đó. Đồ thị truyền nhiệt vào tâm
hộp được vẽ trên hình sau:
Nếu chỉ nhìn vào đồ thị này, ta không thể trả lời câu
hỏi vừa được đặt ra, bởi vì đồ thị này biểu diễn các
nhiệt độ khác nhau đạt
được ở trung tâm hộp. Khó
khăn cho việc đánh giá hiệu quả của một chế độ thanh
trùng cụ thể nào đó cho trước chính là ở đây: ta cần
phải tính được tác dụng tiêu diệt vi sinh vật không phải
của chỉ một nhiệt độ nào đó mà của rất nhiều nhiệt độ.
Ta sẽ thử cụ thể hóa điều kiện thanh trùng bằng cách
chia thời gian xử lý nhiệt ra làm nhiề
u khoảng nhỏ,
chẳng hạn ta chia ra thành từng khoảng 5 phút một và
ghi lại giá trị nhiệt độ ở mỗi mốc thời gian ấy. Thật ra
khi làm như vậy ta đã biến quá trình xử lý nhiệt liên
tục thành quá trình không liên tục.
Tuy nhiên nếu các khoảng thời gian ta lấy không lớn hơn 5 phút thì sai số sẽ không lớn. Bù lại,
ta có các đặc điểm cụ thể của quá trình xử lý nhiệt ở dạng bảng ghi giá trị “th
ời gian – nhiệt độ”.
Cho rằng ta cộng giá trị ở nhánh đi lên và nhánh đi xuống, ta thu được dãy số sau đây:

Thời gian tác dụng, phút 10 10 10 10 10 20
Nhiệt độ,
o
C 90 95 102 107 111 115
Như vậy nhiệm vụ đặt ra đã được giải quyết khá rõ ràng: ta có các giá trị nhiệt độ cụ thể đạt
được ở trung tâm hộp và thời gian tác dụng của các nhiệt độ ấy. Có thể đề ra ngay phương pháp
đánh giá hiệu quả của một chế độ thanh trùng, tìm ra bảng thời gian tiêu diệt ở mỗi nhiệt độ ta
quan tâm rồi sử dụng nó như là chuẩn mực để tính số l

ượng vi sinh vật đã bị tiêu diệt ở nhiệt độ
nhất định trong khoảng thời gian nhất định nào đó.
Ví dụ : thời gian tiêu diệt ở 90
o
C là 400 phút. Khi thanh trùng, nhiệt độ 90
o
C này tồn tại ở tâm
hộp trong khoảng thời gian 10 phút. Như vậy ta có thể rút ra kết luận: trong vòng 10 phút này đã