Sữa là sản phẩm rất dễ hư hỏng. Từ góc độ nhà sản xuất, các sản phẩm sữa cần được bảo quản trong thời gian dài hơn trước khi có thể giao đến người tiêu dùng cần sử dụng. Trong quá trình sản xuất, sữa phải được tiệt trùng để sản phẩm có thời hạn sử dụng lâu hơn, đồng thời đáp ứng đầy đủ nhu cầu thị trường ở những khu vực xa hơn về địa lý.

Từ góc độ người tiêu dùng phổ thông, các sản phẩm sữa dễ bảo quản hơn cũng rất được ưa chuộng, vì chúng giúp mọi người có thêm thời gian để sử dụng sản phẩm sữa.

Chất lượng nguyên liệu của dây chuyền sản xuất sữa
Sữa xử lý ở nhiệt độ cao phải có chất lượng tốt. Đặc biệt, protein trong sữa nguyên liệu không được gây mất ổn định nhiệt. Độ ổn định nhiệt của protein có thể được xác định nhanh bằng phép thử cồn. Khi mẫu sữa được trộn với một lượng dung dịch ethanol tương đương, protein có thể trở nên mất ổn định và sữa sẽ kết bông. Nồng độ dung dịch ethanol càng cao mà không gây kết bông thì độ ổn định nhiệt của sữa càng tốt. Nếu sữa vẫn ổn định (không kết tủa) ngay cả khi thêm dung dịch cồn có nồng độ 75%, thì các vấn đề về sản xuất và thời hạn bảo quản có thể được giảm thiểu đáng kể.
Thử nghiệm cồn thường được dùng để loại bỏ sữa không phù hợp cho xử lý UHT vì nó:
có tính axit, vì số lượng vi sinh vật sinh axit rất cao.
có sự mất cân bằng muối.
chứa hàm lượng cao protein huyết thanh, là đặc trưng điển hình của sữa non.
Sữa nguyên liệu kém chất lượng có ảnh hưởng bất lợi đến hiệu suất chế biến và chất lượng sản phẩm cuối cùng. Việc giảm độ ổn định nhiệt của sữa có pH thấp hơn 6,65 ở 20 °C không chỉ dẫn đến các vấn đề trong quá trình chế biến, chẳng hạn như thời gian vận hành ngắn do cháy bám trên bề mặt gia nhiệt, mà còn gây khó khăn cho việc vệ sinh và hiện tượng kết tủa protein ở đáy bao bì trong quá trình bảo quản.
Sữa được bảo quản ở nhiệt độ thấp trong thời gian dài có thể chứa một lượng lớn vi khuẩn ưa lạnh, chúng có thể tạo ra các enzym bền nhiệt, rất khó bị vô hoạt hoàn toàn bằng xử lý nhiệt. Trong quá trình bảo quản, các enzym này có thể gây ra thay đổi cảm quan như ôi khét, đắng, thậm chí tạo gel (lão hóa, đặc lại hoặc ngọt hóa).

Chất lượng vi sinh của sữa phải cao. Điều này không chỉ áp dụng cho tổng số vi khuẩn, mà quan trọng hơn là số lượng vi khuẩn sinh bào tử có ảnh hưởng đến tính vô trùng.

Tính vô trùng thương mại

Thuật ngữ “vô trùng thương mại” thường được dùng cho các sản phẩm xử lý UHT. Sản phẩm vô trùng thương mại là sản phẩm không chứa vi sinh vật có thể phát triển trong điều kiện chính. Đối với các sản phẩm ít axit (sản phẩm có pH lớn hơn 4,5), bào tử là những vi sinh vật chịu nhiệt nhất có thể phát triển. Vì khả năng chịu nhiệt của chúng cao hơn nhiều so với các vi sinh vật dinh dưỡng, quá trình tiệt trùng chỉ tập trung vào tác dụng tiêu diệt bào tử. Nhóm sản phẩm ít axit này không chỉ bao gồm sữa mà còn hầu hết các sản phẩm có nguồn gốc từ sữa.

Hiệu quả tiệt trùng

Khi vi sinh vật và/hoặc bào tử vi khuẩn bị xử lý nhiệt hoặc bất kỳ quy trình khử trùng/tiệt trùng nào khác, không phải tất cả vi sinh vật đều bị tiêu diệt ngay lập tức. Thay vào đó, trong một khoảng thời gian nhất định, một phần bị phá hủy, phần còn lại sống sót. Nếu số vi sinh vật còn sống tiếp tục chịu cùng một xử lý trong cùng một khoảng thời gian, phần còn lại sẽ bị tiêu diệt theo cùng một tỷ lệ, và cứ như vậy. Nói cách khác, việc tiếp xúc với chất diệt nấm hoặc chất khử trùng luôn tiêu diệt cùng một tỷ lệ vi sinh vật.

Hiệu quả tiệt trùng của dây chuyền sản xuất sữa
Hiệu quả tiệt trùng của một dây chuyền sản xuất sữa liên quan đến hai yếu tố, đó là nhiệt độ và thời gian, cùng với khả năng chịu nhiệt của vi sinh vật.
Các yếu tố khác như thành phần sản phẩm, độ nhớt, độ đồng nhất và pH cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu quả tiệt trùng. Thiết bị tiệt trùng dòng chảy - xử lý ở nhiệt độ siêu cao (UHT) - thường tiệt trùng các bào tử vi khuẩn phát triển ở nhiệt độ môi trường khoảng 9–10.
Bào tử của Bacillus subtilis hoặc Bacillus stearothermophilus thường được dùng làm vi sinh vật thử nghiệm để xác định hiệu quả tiệt trùng của thiết bị UHT, vì các chủng này (đặc biệt là Bacillus stearothermophilus) tạo ra bào tử có khả năng chịu nhiệt khá cao. Botox theo truyền thống được dùng để tính toán hiệu quả tiệt trùng trong bao bì (xem cách tính giá trị F0).
Quá trình tiệt trùng phải được thiết kế sao cho nguy cơ sản phẩm bị hư hỏng hoặc chứa vi sinh vật gây bệnh còn sống và phát triển trước khi người tiêu dùng sử dụng là không đáng kể. Clostridium botulinum từ lâu đã được coi là vi sinh vật quan trọng nhất đối với sức khỏe cộng đồng. Quá trình tiệt trùng được thiết kế để phá hủy bào tử của vi sinh vật này. Tuy nhiên, xác suất sống sót và phát triển của bào tử botulinum trong sữa và các sản phẩm sữa xử lý nhiệt thực sự rất thấp.

Tác dụng gây chết lên bào tử vi khuẩn bắt đầu ở nhiệt độ khoảng 115 °C và tăng nhanh theo nhiệt độ.

Vi khuẩn có thể được chia thành hai nhóm:

những vi khuẩn chỉ tồn tại ở dạng tế bào sinh dưỡng (dễ bị tiêu diệt bằng nhiệt hoặc các biện pháp khác),
Những vi khuẩn tồn tại ở trạng thái sinh dưỡng và bào tử, tức là vi khuẩn sinh bào tử. Mặc dù các vi khuẩn này dễ bị tiêu diệt khi ở trạng thái sinh dưỡng, nhưng bào tử của chúng lại rất khó loại bỏ.

Sản phẩm cần tiệt trùng thường chứa quần thể hỗn hợp gồm tế bào sinh dưỡng và bào tử vi khuẩn, như thể hiện trong Hình 9.1. Đáng tiếc là mối tương quan giữa hai yếu tố này không thực sự tốt. Có thể phát hiện số lượng bào tử cao trong các sản phẩm có tổng số vi khuẩn thấp và ngược lại, vì vậy việc xác định tổng số vi khuẩn không thể được dùng làm cơ sở đáng tin cậy để suy ra số lượng bào tử trong sản phẩm thực phẩm.

Như đã đề cập ở trên, hiệu quả tiệt trùng của quá trình tiệt trùng nhiệt tăng nhanh khi nhiệt độ tăng. Tất nhiên, điều này cũng áp dụng cho các phản ứng hóa học xảy ra sau xử lý nhiệt. Tốc độ phản ứng sẽ tăng bao nhiêu lần nếu nhiệt độ hệ thống tăng thêm 10°C?

Nếu nhiệt độ quá trình tăng thêm 10°C, tốc độ các phản ứng hóa học có thể tăng gấp đôi hoặc gấp ba. Sự khác biệt rất lớn là do các loài bào tử vi khuẩn khác nhau phản ứng khác nhau với nhiệt độ tăng lên. Trong dải nhiệt độ UHT, tác dụng tiêu diệt vi khuẩn tăng rõ rệt theo nhiệt độ, trong khi các biến đổi hóa học vẫn ở mức nhẹ. Điều này cho thấy rõ ưu điểm của xử lý UHT so với tiệt trùng trong thiết bị kín, vốn vận hành ở nhiệt độ thấp trong thời gian dài.

Dây chuyền sản xuất sữa tích hợp máy tiệt trùng, nhờ đó có khả năng tiệt trùng nhanh theo chu kỳ, và một lượng lớn sản phẩm sữa có thể được tiệt trùng ngay trong quá trình sản xuất của dây chuyền. Theo cách này, nhà sản xuất có thể thu được các sản phẩm sữa tiệt trùng đáp ứng tiêu chuẩn thực phẩm của thị trường. Công nghệ tiệt trùng sữa và thiết bị tiệt trùng không ngừng được cải tiến. Ngày càng nhiều công nghệ tiệt trùng tiên tiến sẽ được ứng dụng vào dây chuyền sản xuất sữa, và nhiều sản phẩm sữa tiệt trùng mới cũng sẽ gia nhập thị trường; những sản phẩm này sẽ đáp ứng rất tốt các nhu cầu đa dạng của thị trường.