Thanh trùng sữa bắt đầu từ những tinh thể như thế nào?

Năm 1907, tạp chí The Outlook hỏi độc giả New York liệu thành phố có nên “nấu” sữa hay không. Cách đặt vấn đề nghe đơn giản, nhưng kỹ thuật thanh trùng không bắt đầu từ sữa và cũng không chỉ là đun một chất lỏng cho thật nóng. Con đường dẫn tới nó đi qua tinh thể axit tartaric, hiện tượng ánh sáng phân cực, những mẻ cồn củ cải đường bị chua và câu hỏi liệu lên men có cần tế bào sống hay không. [1]

Mối liên hệ nằm ở khả năng nhận ra những khác biệt không thể thấy bằng công thức hóa học đơn thuần. Từ hình dạng phân tử, Louis Pasteur chuyển sang hoạt động của men, rồi dùng nhiệt để kiểm soát vi sinh vật trong đồ uống. Khi kỹ thuật ấy được áp dụng cho sữa, bài toán còn phải tính đến mùi vị, dinh dưỡng, làm nguội và nguy cơ nhiễm bẩn trở lại. [1]

Tinh thể đã đặt ra câu hỏi gì?

Khi làm việc tại École normale supérieure ở Paris, Pasteur nghiên cứu axit tartaric, một hợp chất gặp trong nho và thùng rượu. Dung dịch của chất này làm ánh sáng phân cực xoay theo một hướng. Trong khi đó, paratartaric acid có cùng thành phần phân tử và khối lượng nguyên tử nhưng dường như không gây ra hiệu ứng ấy. Sự khác biệt cho thấy công thức chưa mô tả hết cách một phân tử tương tác với ánh sáng. [1]

Dưới kính hiển vi, Pasteur tách các tinh thể paratartaric thành hai nhóm có hình dạng như ảnh gương. Một nhóm làm ánh sáng xoay sang phải, nhóm kia làm nó xoay sang trái; khi trộn chung, hai tác động triệt tiêu nhau. Có thể hình dung chúng như găng tay trái và phải: các phần tương ứng giống nhau nhưng không thể chồng khít. Quan sát này góp phần đặt nền móng cho hóa học lập thể, lĩnh vực nghiên cứu cách nguyên tử sắp xếp trong không gian. [1]

Hình dạng phân tử liên quan gì đến lên men?

Pasteur nghi rằng sự bất đối xứng như vậy có liên quan đến sinh vật sống. Sau khi tới Lille, ông gặp một vấn đề của ngành sản xuất cồn: dịch củ cải đường đôi khi chuyển chua thay vì tạo ra sản phẩm mong muốn. Trong quá trình lên men, tác nhân đang phát triển có thể tách riêng một dạng của paratartaric acid. Điều đó nối một hiện tượng hóa học với hoạt động có tính chọn lọc của sinh vật. [1]

Khi xem xét axit lactic xuất hiện trong những mẻ lên men hỏng, Pasteur phân lập tác nhân tạo ra nó và nhận thấy các tế bào men phát triển khi có thức ăn thích hợp, chẳng hạn đường củ cải. Lên men vì thế được giải thích bằng hoạt động của tế bào sống, thay cho quan niệm rằng biến đổi tự phát diễn ra mà không cần tác nhân. Về thực hành, dịch củ cải có thể được gia nhiệt để loại men gây nhiễm trước khi bổ sung loại men tạo cồn. [1]

Vì sao nhiệt trở thành công cụ bảo quản?

Khi nghiên cứu các hiện tượng làm rượu hỏng, Pasteur quan sát thấy ký sinh trùng, nấm và những vi sinh vật khác. Gia nhiệt rượu để bảo quản không phải ý tưởng hoàn toàn mới, nhưng ông đưa ra lời giải thích cho hiệu quả của nó: xử lý nhiệt trong thời gian ngắn và hạn chế không khí có thể tiêu diệt các vi sinh vật làm rượu chua. Phương pháp được ông đăng ký bằng sáng chế và về sau mang tên thanh trùng. [1]

Một số nhà chưng cất lo nhiệt sẽ làm giảm hương vị của rượu. Sự phản đối này chỉ ra giới hạn quan trọng: diệt được tác nhân gây hỏng chưa có nghĩa là đã tìm được quy trình phù hợp. Nhiệt độ và thời gian phải đủ để đạt mục tiêu vi sinh nhưng không làm sản phẩm biến đổi quá mức. Pasteur sau đó áp dụng cách xử lý với bia; trong một cuộc trình diễn, bia đã gia nhiệt giữ được lâu hơn, còn phần không xử lý sớm trở nên đục và không uống được. [1]

Tại sao sữa là bài toán khó hơn?

Sữa chứa chất béo, protein, đường, enzyme và nhiều thành phần có thể phản ứng khác nhau với nhiệt. Bởi vậy, chuyển kỹ thuật từ rượu hay bia sang sữa không đơn thuần là dùng lại cùng một cách đun. Quy trình phải trả lời đồng thời ba câu hỏi: cần gia nhiệt đến mức nào, duy trì bao lâu và phải làm gì sau đó để sữa không tái nhiễm hoặc tiếp tục biến đổi. [1]

Franz von Soxhlet đề xuất thanh trùng sữa đóng chai vào năm 1886. Tại New York, bác sĩ Abraham Jacobi vận động gia nhiệt sữa cho trẻ nhỏ, còn Nathan Straus mở phòng thí nghiệm sữa thanh trùng và các điểm phân phối giá thấp từ năm 1892. Những nỗ lực này diễn ra trong bối cảnh sữa có thể nhiễm bẩn tại chuồng trại, từ đàn bò hoặc trong quá trình phân phối, đồng thời được liên hệ với thương hàn, lao và bệnh đường ruột ở trẻ. [1]

Ban đầu, “thanh trùng” chưa chỉ một quy trình thống nhất. Các mức nhiệt và thời gian được đề xuất rất khác nhau; đun kéo dài còn bị phê phán vì tạo vị nấu chín và có thể làm protein thay đổi theo hướng khó tiêu hơn. Vấn đề không nằm ở lựa chọn tuyệt đối giữa sữa sống và sữa bị đun kỹ, mà ở việc xác định một khoảng xử lý đủ kiểm soát vi sinh vật trong khi hạn chế những biến đổi không mong muốn. [1]

Điều gì biến thanh trùng thành một hệ thống?

Đầu thế kỷ 20, các thử nghiệm tiếp tục điều chỉnh quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian. Loton Horton làm thí nghiệm với sữa đóng chai, kết hợp xử lý nhiệt, kiểm tra tác nhân gây bệnh và làm nguội nhanh. Cách tiếp cận này cho thấy thanh trùng không kết thúc khi tắt nguồn nhiệt. Nếu dụng cụ, chai chứa hoặc khâu phân phối không sạch, sữa vẫn có thể nhiễm bẩn trở lại. [1]

Chicago thực thi quy định bắt buộc thanh trùng sữa vào năm 1909; New York làm tương tự vào năm 1914, sau tranh luận chính trị và một đợt thương hàn bị quy cho sữa tươi. Tử vong trẻ sơ sinh tại New York giảm trong những năm tiếp theo, nhưng những cải thiện khác về vệ sinh và y tế cũng có thể góp phần. Vì thế, mức giảm ấy không thể được xem là tác động riêng của một biện pháp. [1]

Khi sữa từ nhiều trang trại được gom vào bể chứa lớn, một điểm nhiễm bẩn có thể ảnh hưởng đến lượng sữa rộng hơn. Thanh trùng vì vậy trở thành một lớp kiểm soát quan trọng, nhưng không thay thế vệ sinh tại trang trại, thiết bị và chuỗi phân phối. Hành trình từ tinh thể đến chai sữa cho thấy kỹ thuật này không phải một thao tác nhiệt đơn lẻ: nó là kết quả của việc hiểu vi sinh vật, hóa học của thực phẩm và cách sản xuất thay đổi theo quy mô. [1]