Một lon cá sốt cà, một hộp pate, một túi cháo ăn liền tiệt trùng có thể bảo quản ở nhiệt độ phòng hàng năm trời mà không hư hỏng, không gây ngộ độc. Đảm bảo đó dựa trên một con số mà mọi kỹ sư tiệt trùng đều phải biết: giá trị F0, thước đo tổng hiệu quả tiêu diệt vi sinh vật của một quá trình nhiệt.

Giá trị F0 là gì?

Giá trị F là tổng thời gian tương đương, tính bằng phút, ở một nhiệt độ chuẩn, mà quá trình nhiệt thực tế mang lại về mặt tiêu diệt vi sinh vật. F0 là trường hợp đặc biệt với nhiệt độ chuẩn 121,1 °C (250 °F) và z = 10 °C, phù hợp với bào tử Clostridium botulinum.

Ví dụ, nói một quy trình có F0 = 6 phút nghĩa là toàn bộ chu trình gia nhiệt – giữ nhiệt – làm nguội tại điểm chậm nóng nhất của sản phẩm có hiệu quả tiêu diệt tương đương giữ sản phẩm đúng 6 phút ở 121,1 °C.

Công thức tính

Ở mỗi thời điểm, nhiệt độ tại tâm sản phẩm T cho một tử suất (lethal rate):

L = 10^((T − 121,1)/10)

Ở 121,1 °C, L = 1; ở 111,1 °C, L = 0,1; ở 101,1 °C, L = 0,01 (gần như không đáng kể). F0 bằng tổng tử suất theo thời gian:

F0 = ∫ 10^((T − 121,1)/10) dt

Trong thực tế, nhiệt độ được ghi mỗi phút (hoặc ngắn hơn) bằng cảm biến, rồi cộng dồn tử suất theo phương pháp hình thang. Cách tính này gọi là phương pháp tổng quát (general method, Bigelow 1920). Phương pháp công thức Ball (1923) dùng các thông số đường cong truyền nhiệt để dự đoán F0 khi thay đổi điều kiện.

Mối liên hệ với giá trị D và số log giảm

Số log giảm = F0 / D121,1. Với bào tử C. botulinum có D121,1 khoảng 0,21 phút, mức 12D tương ứng F0 khoảng 2,52 phút. Vì vậy F0 tối thiểu khoảng 3 phút được xem là ngưỡng “botulinum cook” cho thực phẩm axit thấp.

Thực phẩm nào cần quan tâm F0?

  • Thực phẩm axit thấp (pH > 4,6 và hoạt độ nước > 0,85) đóng kín, bảo quản ở nhiệt độ thường: thịt, cá, rau, đậu, súp, cháo, pate, sữa đóng hộp, đồ ăn trong túi retort. Đây là nhóm có nguy cơ C. botulinum phát triển và sinh độc tố.
  • Thực phẩm axit hoặc đã axit hóa (pH ≤ 4,6) như nước quả, dưa chua, sốt cà chua không cần botulinum cook; chỉ cần thanh trùng diệt nấm men, nấm mốc, vi khuẩn chịu axit, và thường tính theo giá trị P với nhiệt độ chuẩn thấp hơn.

F0 thương mại thường cao hơn nhiều

F0 = 3 phút đảm bảo an toàn với C. botulinum, nhưng chưa đủ để tiêu diệt các bào tử vi khuẩn chịu nhiệt gây hư hỏng như Geobacillus stearothermophilus, Clostridium thermosaccharolyticum, nhất là khi sản phẩm có thể bảo quản ở vùng khí hậu nóng. Vì vậy F0 thương mại thường từ khoảng 5 đến 20 phút tùy loại sản phẩm, kích thước bao bì, mức nhiễm ban đầu và thị trường. Đây là mục tiêu của khái niệm vô trùng thương mại: sản phẩm không chứa vi sinh vật có khả năng phát triển trong điều kiện bảo quản thông thường.

Điểm lạnh và đo truyền nhiệt

F0 phải được tính tại điểm lạnh (cold spot), vị trí nóng chậm nhất trong sản phẩm. Với sản phẩm lỏng truyền nhiệt đối lưu, điểm lạnh nằm khoảng 1/3 chiều cao từ đáy lon; với sản phẩm đặc truyền nhiệt dẫn nhiệt (pate, thịt hộp), điểm lạnh nằm ở tâm hình học. Quy trình xác lập chế độ tiệt trùng gồm:

  • Nghiên cứu phân bố nhiệt (temperature distribution): kiểm tra thiết bị (nồi hấp, retort) để tìm vị trí nóng chậm nhất trong buồng.
  • Nghiên cứu truyền nhiệt (heat penetration): đặt cảm biến nhiệt tại điểm lạnh của nhiều đơn vị sản phẩm, ở vị trí lạnh nhất trong retort, ghi nhiệt độ suốt chu trình, tính F0.
  • Thiết lập quy trình với biên độ an toàn, xem xét các yếu tố tới hạn: nhiệt độ ban đầu, khối lượng điền, độ nhớt, khoảng trống đỉnh, kích thước miếng, tỷ lệ cái – nước, cách xếp lon.
  • Thẩm định bằng chỉ thị sinh học hoặc thử bảo ôn mẫu ở 37 °C và 55 °C.

Việc xác lập quy trình cho đồ hộp axit thấp nên do chuyên gia xử lý nhiệt có năng lực thực hiện; tại Mỹ, đây là yêu cầu bắt buộc khi đăng ký quy trình với FDA.

Giá trị P và giá trị C

  • Giá trị P (pasteurization value): tương tự F nhưng cho thanh trùng, với nhiệt độ chuẩn và z phù hợp vi sinh vật đích, ví dụ P70 với z = 7,5 °C cho Listeria, P90 với z khoảng 7–10 °C cho bào tử C. botulinum không phân giải protein.
  • Giá trị C (cook value): dùng z lớn (khoảng 20–40 °C) để đánh giá mức tác động của nhiệt lên chất lượng như màu, vitamin, cấu trúc. Tối ưu quy trình là đạt F0 cần thiết với C nhỏ nhất.

Công nghệ giúp giảm thời gian đạt F0

  • Retort quay, lắc: tăng truyền nhiệt đối lưu, rút ngắn thời gian.
  • Bao bì dẹt, túi retort: độ dày nhỏ, nhiệt vào tâm nhanh.
  • Chế biến vô trùng: tiệt trùng sản phẩm dạng dòng chảy ở nhiệt độ cao trong thời gian ngắn, rồi rót vô trùng.
  • Gia nhiệt ohmic, vi sóng: gia nhiệt khối nhanh và đều hơn.

Kiểm soát trong sản xuất

  • Nhiệt độ và thời gian tiệt trùng là điểm kiểm soát tới hạn trong HACCP; phải ghi chép liên tục, có người kiểm tra.
  • Kiểm soát nhiệt độ ban đầu của sản phẩm, thời gian chờ giữa ghép mí và tiệt trùng.
  • Kiểm tra mối ghép kín, chất lượng nước làm nguội để tránh nhiễm vi sinh sau tiệt trùng.
  • Bảo ôn mẫu, theo dõi phồng hộp.

Câu hỏi thường gặp

F0 càng cao càng tốt? Không. F0 cao quá mức làm sản phẩm bị nhừ, sẫm màu, mất vitamin, mùi nấu quá. Mục tiêu là đạt F0 đủ an toàn và vô trùng thương mại với biên độ hợp lý.

Đồ hộp tự làm ở nhà có an toàn không? Với thực phẩm axit thấp như thịt, cá, rau, nấm, đun cách thủy ở 100 °C không đạt F0 cần thiết để diệt bào tử C. botulinum; cần nồi áp suất chuyên dụng và quy trình đã được kiểm chứng, hoặc bảo quản lạnh và dùng nhanh.

Thuật ngữ liên quan

Đọc thêm: Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Là Gì? Tổng Quan A-Z