Trong sản xuất công nghiệp các loại thực phẩm có thời hạn sử dụng dài, phương pháp tiệt trùng quyết định các yêu cầu kỹ thuật của toàn bộ dây chuyền sản xuất. Mặc dù thường chỉ được xem là quá trình xử lý nhiệt, nhưng về bản chất, quá trình tiệt trùng trong lò áp suất lại là vấn đề liên quan đến tính toàn vẹn của bao bì trong ngành công nghiệp thực phẩm. Bồn tiệt trùng và thiết bị đóng gói là hai bộ phận riêng biệt, nhưng lại hoạt động như một hệ thống phụ thuộc lẫn nhau. Nếu thiết bị đóng gói ở giai đoạn đầu không hoạt động để niêm phong kín hoàn toàn bao bì và không thể chịu được áp suất dương và âm mạnh, thì quá trình tiệt trùng ở giai đoạn sau sẽ trở thành nguyên nhân khiến sản phẩm không đạt tiêu chuẩn.

Hướng dẫn này sẽ tìm hiểu các nguyên tắc của quy trình xử lý trong lò hấp tiệt trùng, mô tả việc áp dụng quy trình này đối với các loại sản phẩm thực phẩm cụ thể, đồng thời phân tích tầm quan trọng của sự tương tác giữa hệ thống đóng gói đầu vào — đặc biệt là thiết bị chiết rót và hàn miệng — với hệ thống máy xử lý trong lò hấp tiệt trùng ở giai đoạn cuối.

Định nghĩa cốt lõi: Quy trình xử lý trong nồi áp suất là gì??

Vậy, chính xác thì quy trình xử lý trong nồi hấp là gì? Quy trình xử lý trong nồi hấp là một hình thức tiệt trùng thương mại áp dụng cho các sản phẩm thực phẩm được đóng gói kín trong bao bì. Về mặt kỹ thuật, quy trình này còn được gọi là tiệt trùng trong bao bì. Khác với quy trình chế biến vô trùng, trong đó sản phẩm và bao bì được tiệt trùng riêng biệt rồi sau đó được đóng kín cùng nhau trong môi trường không bị nhiễm bẩn, quy trình xử lý trong nồi hấp không hoạt động theo cách đó. Đây là một hệ thống nhiệt độ cao, áp suất cao được áp dụng lên bao bì để thay đổi tính ổn định sinh học của sản phẩm, nhằm đảm bảo an toàn thực phẩm.

Quy trình này nhằm đạt được mức “Vô trùng thương mại”, một khái niệm được định nghĩa trên cơ sở thực tiễn vận hành. Điều này không có nghĩa là loại bỏ hoàn toàn mọi vi sinh vật, kể cả những loại không gây hại. Thay vào đó, nó có nghĩa là loại bỏ mọi vi sinh vật gây bệnh và vi sinh vật làm hỏng thực phẩm có khả năng phát triển ở nhiệt độ phòng, từ đó đảm bảo thời hạn sử dụng an toàn.

Trong số các sinh vật này, loài nguy hiểm nhất là Clostridium botulinum. Đây là một loại vi khuẩn kỵ khí, có nghĩa là nó có thể sống và phát triển mạnh trong các túi và lon kín; nó cũng sản sinh và bài tiết một loại độc tố thần kinh mạnh có thể gây chết người. Chúng tôi sử dụng quy trình xử lý bằng nồi hấp, trong đó sử dụng hơi nước hoặc nước nóng dưới áp suất để làm nóng sản phẩm đến nhiệt độ từ 110°C đến 135°C (230°F–275°F). Phạm vi nhiệt độ này rất quan trọng vì bào tử của C. Botulinum có khả năng chịu nhiệt và sẽ tồn tại ở điểm sôi của nước (100°C) và áp suất khí quyển. Đây là một phương pháp xử lý nhiệt có tính sát khuẩn. Nồi hấp là bình chứa cho phép áp suất tăng lên, từ đó làm tăng điểm sôi để bảo quản thực phẩm hiệu quả.

Các sản phẩm thực phẩm lý tưởng cho công nghệ tiệt trùng bằng nồi áp suất

Độ axit (pH) của sản phẩm thực phẩm và trạng thái vật lý của sản phẩm là những yếu tố chính quyết định tính phù hợp của quy trình xử lý trong nồi hấp. Quy trình xử lý trong nồi hấp thích hợp nhất cho những loại thực phẩm nào? Quy trình này có thể áp dụng cho nhiều loại thực phẩm khác nhau.

Thực phẩm có độ axit thấp (pH > 4,6)

Các loại thực phẩm có độ axit thấp được chế biến bằng quy trình tiệt trùng áp suất cao được thiết kế để bảo quản ở nhiệt độ phòng. Trong điều kiện có độ axit thấp, bào tử vi khuẩn C. Botulinum có thể nảy mầm và tiết ra độc tố gây chết người. Do đó, việc thực hiện quy trình tiệt trùng áp suất cao là bắt buộc.

• Thịt và gia cầm: Các sản phẩm như thịt hộp, xúc xích, thịt bò hầm và thịt gia cầm có thể bảo quản ở nhiệt độ phòng sau khi sợi cơ được xử lý. Điều này phù hợp với quy trình đóng gói có độ nhớt cao, trong đó việc đóng gói chân không đóng vai trò quan trọng.
• Thức ăn ướt cho thú cưng: Đây là một ngành công nghiệp đang phát triển nhanh chóng. Các sản phẩm đã qua xử lý nhiệt hầu như đều được đóng gói trong các lon hoặc túi có hàm lượng protein và độ ẩm cao (ví dụ: nước sốt kèm miếng thịt hoặc dạng khối).
• Súp và nước sốt ăn liền: Các loại thực phẩm có tính kiềm không chứa axit như súp kem, nước dùng xương và nước sốt mì Ý làm từ thịt.
• Các sản phẩm sữa có thể bảo quản ở nhiệt độ phòng và protein thực vật: Sữa đặc đóng hộp, đồ uống cà phê đóng chai hoặc đồ uống bổ sung protein đóng trong hộp kim loại.

Các hạn chế và các sản phẩm không tương thích

Quá trình xử lý bằng nồi hấp áp suất tự nhiên không phù hợp với các loại thực phẩm có độ axit cao (pH < 4,6) như trái cây cắt lát, dưa chua và nước ép có tính axit. Chính độ axit của các loại thực phẩm này đã ức chế vi khuẩn Clostridium botulinum, do đó không cần thiết phải tiệt trùng áp suất cao. Nhiệt độ của các loại thực phẩm này vốn đã dưới 100 °C. Nếu áp dụng nhiệt độ tiệt trùng áp suất cao lên trái cây có độ axit cao, pectin trong trái cây sẽ bị phân hủy, dẫn đến kết cấu nhão nhoét, đồng thời làm mất đi các vitamin nhạy cảm với nhiệt và giá trị dinh dưỡng.

Hơn nữa, nhiệt độ cao kéo dài trong quá trình tiệt trùng cũng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và các đặc tính cảm quan của thực phẩm. Phản ứng Maillard có thể xảy ra, dẫn đến sự thay đổi về màu sắc và hương vị. Trong khi những thay đổi về hương vị này lại được ưa chuộng trong các sản phẩm thịt (để tạo ra hương vị chín/nướng), thì đây lại là nhược điểm đối với những thực phẩm đòi hỏi độ tươi ngon và giòn, như rau xanh.

Quy trình xử lý trong lò hấp 3 giai đoạn

Chu trình vận hành của máy tiệt trùng kiểu lò áp suất được chia thành ba giai đoạn nhiệt động lực học riêng biệt. Mỗi giai đoạn đều gây ra các tác động vật lý lên bao bì, do đó đòi hỏi phải có mối hàn kín chắc chắn ở phần đầu bao bì.

• Thời điểm vươn lên (CUT)

Trong giai đoạn này, chất truyền nhiệt (hơi nước hoặc nước) được đưa vào buồng nồi hấp. Nhiệt độ bên trong nồi phải đạt đến mức mục tiêu phù hợp cho quá trình xử lý. Điều này thường đòi hỏi phải gia nhiệt nhanh để đảm bảo hiệu quả. Một tiêu chí quan trọng là không được có ‘điểm lạnh’. Người vận hành cần đảm bảo sự cân bằng nhiệt trong toàn bộ bình để mọi đơn vị, bất kể vị trí trong giỏ, đều đạt ngay lập tức đến nhiệt độ mục tiêu. Các túi khí bên trong bình hoạt động như chất cách nhiệt và do đó, cần được xả ra để đảm bảo phân phối nhiệt đúng cách.

• Bảo quản / Nấu chín (Tiêu diệt vi sinh vật bằng nhiệt)

Thời gian xử lý được xác định bởi giá trị F0 – tức là mức độ tiêu diệt vi sinh vật thông qua quá trình gia nhiệt – và được điều chỉnh theo thời gian tương ứng với nhiệt độ 121,1°C (250°F) trong một phút. Khi nhiệt độ đạt mức đủ cao, nhiệt độ này được duy trì trong một khoảng thời gian nhất định để nhiệt có thể thấm sâu vào thực phẩm. Tại nhiệt độ mục tiêu, nhiệt độ này được duy trì trong một khoảng thời gian quy định. Nhiệt phải đi đến tâm hình học, tức là điểm đóng băng, của thực phẩm. Thực phẩm rắn (làm nóng bằng dẫn nhiệt) cần thời gian xử lý lâu hơn so với thực phẩm lỏng (làm nóng bằng đối lưu).

• Làm mát và áp suất dư

Bước này là bước quan trọng nhất và cũng là khó khăn nhất trong quy trình bảo quản bằng phương pháp đóng gói. Khi chất dẫn nhiệt được rút ra và nước lạnh được đưa vào, áp suất bên trong buồng hấp giảm xuống. Tuy nhiên, thực phẩm bên trong bao bì vẫn còn nóng và áp suất bên trong lon hoặc túi vẫn ở mức cao do hơi nước được tạo ra bên trong bao bì.

Nếu áp suất trong bình giảm nhanh hơn áp suất bên trong thùng chứa, sự dao động áp suất sẽ dẫn đến việc thùng chứa bị vỡ hoặc làm biến dạng vĩnh viễn (lõm) các thành bên của thùng chứa. Đó là lý do tại sao người ta sử dụng phương pháp tạo áp suất dư (bơm khí nén vào bình) để bù đắp áp suất bên trong thùng chứa cho đến khi sản phẩm nguội đủ.

Phân loại máy tiệt trùng kiểu lò áp suất theo phương pháp gia nhiệt

Tùy theo các định dạng bao bì khác nhau, cần phải sử dụng một loại lò tiệt trùng cụ thể để đảm bảo hiệu quả và an toàn cho bao bì. Việc lựa chọn thiết bị xử lý sau quyết định các yêu cầu đối với dây chuyền đóng gói phía trước. Dưới đây là các loại hệ thống lò tiệt trùng chính:

Đồng bộ hóa thiết bị đóng gói phía trước với quy trình tiệt trùng bằng lò hấp

Khi thiết kế dây chuyền chế biến thực phẩm, người ta phải xem xét toàn bộ hệ thống như một đơn vị thống nhất. Bồn tiệt trùng hoạt động dựa trên giả định rằng bao bì đang được xử lý phải được niêm phong hoàn toàn. Nếu thiết bị đóng gói ở giai đoạn đầu không thể tạo ra lớp niêm phong chịu được nhiệt độ và áp suất cực cao, quá trình tiệt trùng cuối cùng sẽ thất bại. Do đó, trong một dây chuyền tiệt trùng, bao bì tiệt trùng đóng vai trò quan trọng nhất về mặt an toàn, vì ngay cả những khiếm khuyết nhỏ nhất ở đường hàn cũng có thể dẫn đến vỡ lon do áp suất cao hoặc nhiễm vi sinh vật. Kết quả là, quy trình tiệt trùng quyết định loại thiết bị chiết rót và hàn kín được sử dụng.

Hộp kim loại: Niêm phong chân không và độ chính xác của đường hàn kép

Đối với các thùng kim loại cứng có thể tiệt trùng bằng nồi hấp, yếu tố quan trọng nhất là độ kín cơ học của đường hàn kép, vì đây là biện pháp bảo vệ duy nhất chống lại nguy cơ nhiễm bẩn. Phương pháp hàn tiêu chuẩn trong điều kiện áp suất khí quyển là không đủ cho các ứng dụng tiệt trùng bằng nồi hấp.

• Chân không và Áp suất âm Niêm phong: Các máy hàn miệng lon hiệu suất cao phải có khả năng hàn chân không hoặc hàn áp suất âm. Quá trình này loại bỏ oxy khỏi khoảng trống trên cùng trước khi nắp lon được hàn kín. Điều này rất quan trọng vì hai lý do: để ngăn ngừa thực phẩm bị hư hỏng do oxy hóa và để duy trì áp suất chân không, giúp ngăn các đầu lon bị phồng (biến dạng) khi nội dung bên trong giãn nở trong giai đoạn gia nhiệt.
• Độ chính xác đường may kép: Để đảm bảo độ chồng chéo giữa móc thân và móc nắp đáp ứng tiêu chuẩn ngành (tính toán theo >50%), khoảng cách giữa các con lăn và độ hiệu chuẩn của máy hàn phải được điều chỉnh phù hợp nhằm tạo ra đường hàn đồng đều dọc theo toàn bộ chiều dài đường hàn. Khi chất độn mất độ cứng ở 121°C, đường hàn phải đủ chắc chắn để giữ kín sản phẩm một cách hoàn toàn. Do đó, máy hàn miệng túi phải được trang bị các bộ phận máy có chất lượng cao và được gia công tinh xảo để đảm bảo các con lăn tác động lực ép phù hợp và đồng đều lên sản phẩm.

Levapack đáp ứng các yêu cầu quan trọng này đối với quy trình tiệt trùng bằng lò áp suất thông qua độ chính xác kỹ thuật. Các máy hàn miệng lon chân không và xả nitơ của chúng tôi sử dụng các bộ phận gia công bằng CNC, đảm bảo độ chồng chéo ổn định của đường hàn kép – yếu tố thiết yếu để chịu được quá trình tiệt trùng ở nhiệt độ 121°C. Được chế tạo từ thép không gỉ 304/316 có độ dày cao, các máy Levapack có khả năng chống ăn mòn trong môi trường nồi hấp ẩm ướt đồng thời đảm bảo hàm lượng oxy dư thấp (<3%), giúp thực phẩm có thời hạn sử dụng tối ưu. Với hơn 18 năm kinh nghiệm phục vụ các doanh nghiệp vừa và nhỏ (SME) trên toàn cầu, chúng tôi cung cấp các giải pháp hàn kín có thể tùy chỉnh, sử dụng động cơ servo, đảm bảo mỗi lon đều được đóng kín hoàn toàn trước khi đưa vào buồng tiệt trùng.

Lọ thủy tinh: Phòng ngừa sốc nhiệt và khoảng trống trên cùng

Thủy tinh đặt ra những thách thức đặc thù về nhiệt động lực học do tính cứng và tính giòn của nó.

• Kiểm soát không gian đầu: Máy chiết rót phải có khả năng điều chỉnh thể tích một cách chính xác vì, do thủy tinh không co giãn, không gian là yếu tố duy nhất có thể được lấp đầy bằng sản phẩm. Nếu không có đủ không gian, lọ sẽ vỡ hoặc nắp sẽ bị bật ra trong quá trình gia nhiệt. Các máy chiết rót piston điều khiển bằng servo thường được lựa chọn nhờ độ chính xác về thể tích phù hợp với các ứng dụng này.
• Cap Security: Để đảm bảo độ kín khít, trước tiên cần làm mềm lớp lót và tạo chân không. Chân không là yếu tố duy nhất giúp giữ lớp lót cố định xung quanh bề mặt thủy tinh mà không bị lỏng lẻo. Nếu không, áp suất chân không bên trong nồi hấp sẽ quá lớn khiến các chốt không thể giữ chặt được và nắp sẽ bị bật ra.

Túi đóng gói chân không: Điều khiển servo và độ kín của mối hàn

Các loại bao bì mềm như túi là loại nhạy cảm nhất với chênh lệch áp suất.

• Loại bỏ không khí dư: Sự hiện diện của không khí bên trong túi tiệt trùng là yếu tố cực kỳ quan trọng. Không khí sẽ giãn nở hoàn toàn với tốc độ nhanh hơn nhiều so với nước hoặc thực phẩm. Do đó, nếu máy đóng gói không đủ hiệu quả trong việc loại bỏ không khí còn sót lại, túi sẽ phồng lên trong buồng tiệt trùng và sau đó vỡ tung. Vì vậy, các máy đóng gói tiệt trùng — bao gồm cả loại túi làm sẵn và loại tạo hình – đóng gói – hàn kín — cần phải có khả năng loại bỏ không khí dư và được trang bị hệ thống đóng gói chân không hiệu quả.
• Ổn định nhờ hệ thống servo: Các dây chuyền sản xuất hiện đại ứng dụng công nghệ động cơ servo để điều khiển các công đoạn mở, chiết rót và hàn kín túi. Công nghệ này cho phép mở miệng túi đến độ rộng chính xác và giúp các vòi chiết rót lọt sâu hoàn toàn vào bên trong túi, loại bỏ hoàn toàn nguy cơ thực phẩm bên trong bị nhiễm bẩn tại vùng hàn kín. Việc vùng hàn kín bị nhiễm bẩn bởi cặn thực phẩm sẽ dẫn đến việc hàn kín không hoàn hảo trong quá trình hàn kín ở nhiệt độ cao.

Các phương pháp thay thế cho nồi hấp: So sánh các phương pháp tiệt trùng phổ biến

Quy trình tiệt trùng bằng nồi áp suất không phải là phương án duy nhất để bảo quản thực phẩm. Loại phương pháp tiệt trùng được lựa chọn phụ thuộc vào độ axit, độ nhớt và thời hạn sử dụng mong muốn của sản phẩm. Bảng dưới đây so sánh quy trình tiệt trùng bằng nồi áp suất với các phương án thay thế chính nhằm giúp việc lựa chọn quy trình trở nên đơn giản hơn.

Kết luận: Tích hợp máy hàn miệng hộp với dây chuyền tiệt trùng

Hiệu quả của dây chuyền tiệt trùng được xác định bởi sự đồng bộ giữa sản lượng liên tục của các máy đóng gói và tính chất xử lý theo mẻ của các bồn tiệt trùng. Điều này đòi hỏi thiết bị không chỉ nhanh chóng mà còn bền bỉ và linh hoạt để thích ứng với các loại nguyên liệu khác nhau (chất rắn, bột nhão, chất lỏng).

Đối với các nhà sản xuất đang mở rộng quy mô sản xuất thực phẩm có thời hạn sử dụng dài, việc tích hợp cơ sở hạ tầng sẵn sàng cho quy trình tiệt trùng là yêu cầu cơ bản để đảm bảo chất lượng và an toàn sản phẩm, chứ không phải là một nâng cấp tùy chọn. Ngoài các máy hàn miệng lon độc lập, Levapack chúng tôi chuyên thiết kế các dây chuyền đóng gói tùy chỉnh phù hợp với công suất và các hạn chế về bố trí cụ thể của quý khách. Hãy liên hệ với Levapack ngay hôm nay để phân tích các thông số sản xuất của quý khách và thiết kế một giải pháp tổng thể — từ khâu chiết rót đến khâu hàn miệng — hoàn toàn phù hợp với các mục tiêu tiệt trùng của quý khách.