KEM LẠNH (ICE CREAM) CÓ SỬ DỤNG PHỤ GIA BẢO QUẢN KHÔNG

1. Giới thiệu

Kem (ice cream) là một sản phẩm thực phẩm đông lạnh có cấu trúc vi hệ phức tạp, bao gồm các pha khí – rắn – lỏng – chất béo kết tinh, được tạo thành từ sữa, đường, chất béo, chất nhũ hóa, chất ổn định và hương liệu.
Mặc dù là sản phẩm chứa sữa và có hàm lượng nước cao, dinh dưỡng cao, kem không cần bổ sung chất bảo quản để đảm bảo độ an toàn vi sinh và độ ổn định sản phẩm.
Nguyên nhân nằm ở quy trình xử lý nhiệt, làm nguội nhanh, cấp đông sâu và chuỗi lạnh bảo quản nghiêm ngặt, vốn đủ khả năng ức chế hầu hết các vi sinh vật gây hư hỏng.

2. Thanh trùng – giai đoạn kiểm soát vi sinh vật nền

Thanh trùng (pasteurization) là công đoạn xử lý nhiệt nhằm tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh và giảm mạnh số lượng vi sinh vật hoại sinh trong hỗn hợp kem.
Quá trình này không chỉ đảm bảo an toàn thực phẩm mà còn ổn định hệ protein sữa và chất béo, tạo nền cho cấu trúc kem mịn, đồng nhất.

2.1. Điều kiện thanh trùng tiêu chuẩn

Trong sản xuất kem, hai phương pháp thanh trùng phổ biến là:

Phương pháp	Nhiệt độ (°C)	Thời gian giữ nhiệt	Ứng dụng
LTLT (Low-Temperature Long-Time)	65 ± 1	30 phút	Quy mô nhỏ, thủ công
HTST (High-Temperature Short-Time)	80–85	15–30 giây	Quy mô công nghiệp
HHST (Higher-Heat Shorter-Time)	90–95	5–10 giây	Kem có thành phần chất béo cao hoặc nhiều phụ gia

2.2. Cơ chế tiêu diệt vi sinh vật

Tác động của nhiệt độ 80–85°C trong vài chục giây đủ để:

• Tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh như Listeria monocytogenes, Salmonella spp., Escherichia coli;
• Ức chế nấm men, nấm mốc, bào tử vi sinh vật hư hỏng sữa;
• Vô hoạt enzyme gây phân hủy protein và chất béo (lipase, protease).

Theo Codex Alimentarius (CODEX STAN 243-2003) và FAO Technical Paper No. 285 (2019), hỗn hợp sữa được thanh trùng đạt mức giảm vi sinh vật tương đương giảm 5-log CFU/mL đảm bảo an toàn thực phẩm.

3. Làm nguội nhanh – hạn chế tái nhiễm và ổn định pha nhũ tương

Sau khi thanh trùng, hỗn hợp kem cần làm nguội nhanh từ ~80°C xuống dưới 4°C trong vòng 30 phút.
Mục tiêu của bước này:

• Tránh vi sinh vật tái phát triển trong vùng nhiệt độ “nguy hiểm” (40–60°C);
• Hạn chế biến tính protein sữa;
• Giúp chất béo tái kết tinh và ổn định hệ nhũ tương;
• Chuẩn bị cho quá trình ủ lạnh (aging).

Hệ thống làm nguội thường sử dụng bộ trao đổi nhiệt dạng bản mỏng hoặc ống lồng ống, có thể đạt tốc độ truyền nhiệt >2.5 kW/m²·K.
Phương pháp làm nguội nhanh là yếu tố quyết định trong việc duy trì tính ổn định hóa lý và an toàn vi sinh của hỗn hợp kem trước khi cấp đông.

4. Ức chế vi sinh vật bằng nhiệt độ lạnh và cấp đông sâu

4.1. Cơ chế ức chế vi sinh ở nhiệt độ thấp

Khi nhiệt độ hạ xuống dưới 10°C, hầu hết vi sinh vật giảm mạnh tốc độ trao đổi chất, không thể phân chia hoặc tổng hợp enzyme.
Ở mức -18°C trở xuống, tốc độ phản ứng sinh học gần như bằng 0. Các vi khuẩn chỉ còn tồn tại ở trạng thái ngủ (dormant).
Theo nghiên cứu của Clarke, C. (2015) – The Science of Ice Cream, mức giảm hoạt tính vi sinh vật ở -18°C đạt hơn 99.999% so với ở 4°C.

4.2. Cấp đông nhanh và vai trò đối với cấu trúc kem

Hỗn hợp kem sau khi ủ lạnh được cấp đông ở -5 đến -7°C (giai đoạn dynamic freezing) trong máy đánh đông để hình thành tinh thể đá nhỏ và kết cấu xốp.
Tiếp theo, kem được đưa vào buồng đông sâu ở -30 đến -40°C (hardening stage) nhằm:

• Cố định cấu trúc bọt khí và mạng tinh thể;
• Giảm kích thước tinh thể đá (dưới 50 µm);
• Ngăn tách nước và tách whey.

Khi đạt đến trạng thái rắn giả (semi-solid foam) với khoảng 30–40% thể tích khí (overrun), kem gần như không còn môi trường nước tự do để vi sinh vật phát triển.

5. Chuỗi lạnh bảo quản và thời hạn sử dụng

Sau khi đông cứng, kem được bảo quản ở nhiệt độ ≤ -18°C trong toàn bộ chuỗi phân phối.
Chuỗi lạnh liên tục là yếu tố then chốt duy trì chất lượng sản phẩm.

Thời gian bảo quản thực tế

Loại sản phẩm	Nhiệt độ bảo quản	Thời hạn sử dụng trung bình
Kem công nghiệp (hard frozen)	-18°C đến -25°C	12–18 tháng
Kem gelato thủ công	-14°C đến -16°C	3–6 tháng
Kem tươi bán tại chỗ	-10°C đến -12°C	3–5 ngày

Các giới hạn này được tham chiếu theo IDF Standard 83A:2019 và ECRAF Cold Chain Guidelines (2021).
Nếu nhiệt độ bảo quản dao động trên 3°C, có thể xảy ra hiện tượng recrystallization (tái kết tinh), dẫn đến kem bị dăm đá, mất mịn, mặc dù không gây hư hỏng vi sinh.

6. Ảnh hưởng của xử lý nhiệt và bảo quản lạnh đến cảm quan

Mặc dù hệ thống thanh trùng và cấp đông bảo đảm an toàn vi sinh, nhưng quá trình bảo quản dài hạn vẫn có thể ảnh hưởng đến mùi vị và cấu trúc cảm quan:

• Oxy hóa chậm của lipid gây mùi ôi nhẹ (oxidative off-flavor);
• Tăng kích thước tinh thể đá làm giảm độ mịn và cảm giác kem tan không đồng nhất;
• Mất dần hương tự nhiên do bay hơi hoặc hấp thụ mùi lạ từ môi trường.

Để khắc phục, các nhà sản xuất thường bổ sung hương liệu tự nhiên hoặc tự nhiên tương đương (nature-identical flavor compounds) giúp:

• Ổn định mùi hương trong suốt vòng đời sản phẩm;
• Bù lại sự mất mùi do oxy hóa hoặc bảo quản dài;
• Cải thiện khả năng phóng thích hương ở nhiệt độ lạnh, khi cảm nhận mùi giảm mạnh so với ở nhiệt độ phòng.

7. Kết luận

Việc không sử dụng chất bảo quản trong sản xuất kem là hoàn toàn khả thi và phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế, nhờ:

1. Thanh trùng nhiệt hiệu quả, đảm bảo an toàn vi sinh nền;
2. Làm nguội nhanh và kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt, ngăn tái nhiễm;
3. Cấp đông sâu và chuỗi lạnh liên tục, ức chế hoàn toàn hoạt động của vi sinh vật;
4. Công nghệ ổn định cấu trúc giúp kem duy trì độ mịn, dẻo và đồng nhất trong suốt thời gian bảo quản.

Do đó, kem không phải là sản phẩm “tươi sống đông lạnh”, mà là một hệ thực phẩm ổn định về hóa lý và vi sinh nhờ xử lý công nghệ cao, hoàn toàn có thể đạt được độ an toàn và chất lượng cảm quan cao mà không cần bất kỳ chất bảo quản hóa học nào.