Tüm gıda ürünlerinde olduğu gibi, sağlık ve güvenlik çok önemlidir. Süt ürünleri sanayisi halk sağlığını korumak amacıyla süte ısı uygulayarak insanlarda hastalığa neden olabilecek patojenik bakterileri yok eder. İşlemin kökenleri, sütün tüberküloz ve tifüsün yaygın bir aktarıcısı olduğu 19. yüzyıla dayanır. Fransız bilim adamı Louis Pasteur (1822-1895), ısıl işlemin patojenik bakterilerin yanı sıra bozulmaya neden olan bakterileri öldürdüğünü keşfetti. 20. yüzyılın ortalarından beri, sütü insan tüketimi için korumak amacıyla pastörize etmek yaygın bir uygulama olmuştur. Çoğu ülkede, süt ürünlerinin her türlü patojenik bakteriden korunmasını sağlamak için süt ve süt ürünlerinin ısıl işlemlerini düzenleyen mevzuat yürürlüktedir.
Tüm ısıl işlemler yiyecek ve içeceklerin raf ömrünü uzatır. Bakteriler, sporlar, maya, küf ve virüsler gibi mikroorganizmaları yok etmek için çeşitli ısıl işlem yöntemleri kullanılır. Bu yöntemler birbirinden esas olarak ısıl işlem sırasındaki en önemli faktörler olan zaman ve sıcaklık farklarıyla ayrılır. Isıtma, mikropları öldürmenin yanı sıra sütte bulunan, saklama sırasında tat ve görünüm üzerinde olumsuz bir etkiye sahip olabilecek enzimleri etkisiz hale getirir.
Raf ömrü, gıda ürünlerinin dengeli ve tüketim için uygun olduğu sürenin uzunluğunu ifade eder. Bir gıda ürününün raf ömrünün sınırlarını etkileyen dört ana denge sorunu vardır: Mikrobiyoloji ve mikroorganizmaların büyümesi; enzimatik reaksiyonlar ve değişiklikler; gıda bileşenlerinin oksitlenmesi gibi kimyasal bozunma reaksiyonları ve son olarak, ürün içinde meydana gelen ayrışma ve çökelme gibi fiziksel olaylar.
Sütün mikrobiyolojik raf ömrü öncelikle çiğ sütte zaten bulunan mikroorganizmaların sayısı ile belirlenir. İkincisi, seçilen koruma tekniğiyle mikroorganizmaların azaltılmasındaki verimliliktir; bu durumda ısı paketlemeden sonra kaç mikrobun hayatta kalacağını ve kalmaya devam edeceğini belirler. Son olarak, saklama ve dağıtım sıcaklığı, hayatta kalan mikropların nasıl büyüyüp çoğalacağını veya çoğalıp çoğalmayacağını belirler.
Sütün alındığı inek sağlıklıysa sütü neredeyse hiç bakteri içermez. Yine de sağım işlemi başlar başlamaz, sağım alanında bulunan ve sütü bozan mikroorganizmalar ile kirlenmeye karşı savunmasızdır. Süt, mikrobiyal gelişim için elverişli bir ortam olduğundan, çiğ sütün kalitesini korumak için sağım alanını ve ekipmanını çok temiz tutmak önemlidir. Mandırada ısıl işlem yapılmadan önce çiğ sütün mümkün olan en kısa sürede soğutulması ve soğuk tutulması da çok önemlidir. Çiğ sütün bakteri içeriğine ilişkin Avrupa standartları, ml başına en fazla 100.000 koloni oluşturan birimdir (CFU). Daha yüksek bakteri sayısına sahip sütleri işlemek mümkündür, ancak sonuçta daha düşük kalitede süt elde edilir.
Büyük modern mandıralar ve daha fazla zaman gerektiren merkezi, genişletilmiş dağıtım ağları oluşturmayı kolaylaştırmak için, uzun raf ömrüne sahip süt ürünleri yaygınlaşmıştır. Uzatılmış raf ömrüne (ESL) sahip soğuk zincirle dağıtılan süt, bu ürünlerin güvenli kalması ve duyusal çekiciliği daha uzun süre koruması sayesinde perakendecilere ve tüketicilere dağıtım sırasında ve evde daha fazla rahatlık sunar ve atığı en aza indirir.
Ortam sıcaklıklarında depolanan ve sevk edilen süt, daha düşük maliyetli bir dağıtım yöntemi oluşturur. Aynı zamanda dünyanın soğuk dağıtımın mümkün olmadığı veya soğuk zincirin gelişmediği uzak yerlerine ve bölgelerine dağıtım yapılmasını sağlar.
Sütün ortam sıcaklıklarında dağıtılabilmesi için, sütün ticari olarak steril olması, yani içinde hakim koşullarda üreyebilen mikroorganizmalar bulunmaması gerekir. Sterilizasyon sırasında yok edilmesi en zor mikrobiyal yaşam formları, ısıya, kurutmaya, donmaya, kimyasal maddelere ve radyasyona karşı dirençlerini artıran kalın, koruyucu dış zarları nedeniyle sporlardır.
Süt gibi belirli bir gıda ürünü için doğru ısıl işlem türünü belirlerken, göz önünde bulundurulması gerekenler raf ömrü gereksinimleri ile depolama ve dağıtım sırasındaki koşullardır. İşlenmiş sütte elde edilen raf ömrü, ısıl işlemin hem zamanına hem de sıcaklığına bağlıdır. Üç ana ısıtma yöntemi kategorisi vardır: Pastörizasyon, uzun raf ömrü (ESL) işlemi ve ultra yüksek sıcaklık (UHT) işlemi. Tetra Pak, hızlı ısıtma ve soğutma ile kontinü prosesi ve hassas bir şekilde hesaplanmış bekletme süresini destekleyerek geleneksel kesikli üretim yöntemlerine kıyasla süte çok daha düşük ısı yükü uygulanmasını sağlar.
Isının tat, koku, renk ve besin değeri üzerindeki potansiyel etkisi nedeniyle, yeterli gıda güvenliği ve istenen raf ömrü sağlanırken mümkün olduğunca az işlem yapılması avantajlıdır. Isıl işlem bazı ürünlerde besin maddelerini bozabilirse de bu, kontinü proses sırasında süte ısıl işlem uygulanırken önemli bir sorun değildir.
Isıtmanın iki temel ilkesi vardır: Dolaylı ve doğrudan. Dolaylı ısıtmada, ürünü ısıtma (veya soğutma) ortamından ayırmak için bir bölüm kullanılır; bölüm, ısıyı ortamdan ürüne aktarır ve ikisi arasında her türlü doğrudan teması önler. Dolaylı ısıtma, tercihin ürünün fiziksel özellikleri, akış hızı, çalışma süresi ve temizlik gereklilikleri gibi farklı faktörlere bağlı olduğu farklı türde ısı değiştiricileri ile yapılır.
Doğrudan ısıtma, ürünü sıkı kontrollü koşullar altında doğrudan sıcak buharla temas ettirerek hızla hedef sıcaklığa ulaşmasını sağlar. Hedef sıcaklıkta belirli bir süre tutulduktan sonra, vakum kabında hızlı soğutma ile sıcaklık da hızla düşürülür. Bu hızlı ısıtma ve soğutma, ısı yükünü en aza indirerek yüksek kaliteli bir ürünün ortaya çıkmasını sağlar.
Süt genellikle plakalı ısı değiştiricilerinde 72-75°C'de 15 saniye boyunca pastörize edilir. Bu sıcaklık, tüm patojenik bakterileri yok etmek için yeterlidir ve bozulmaya neden olabilecek organizma sayısını önemli ölçüde azaltır. Negatif sonuçlu bir alkalin fosfataz testi yapmak, sütün insan tüketimi için güvenli olması açısından uygun biçimde pastörize edildiğini doğrular. Pastörize sütün raf ömrü, çiğ sütün kalitesine ve dağıtım sıcaklığına bağlı olarak farklılık göstermekte olup Avrupa'da ortalama 7-10 gündür.
Bozulmaya neden olan ve soğutma sırasında çoğalabilen tüm mikroorganizmaları yok etmek için yüksek sıcaklıkta ESL işlemi yapılır. Yüksek sıcaklık işlemi (HTT), sütü 120-135°C'de 0,5-4 saniye ısıtmayı kapsar. ESL işleminin yaygın standardı 127°C'de 2 saniye boyunca ısıtmadır. Avrupa'da, yüksek sıcaklıklarda işlenen sütün ortalama raf ömrü 30 günden fazladır.
Isı yükü mikrobiyolojik azalmayla orantılı olsa da, aynısı tat ve renk gibi duyusal değişiklikler için de geçerlidir. ESL işlemi hem doğrudan hem de dolaylı ısıtma ile yapılabilir. Isıl işlemin yanı sıra pastörizasyon ile birlikte mikrofiltrasyon veya baktofugasyon ile ESL süt üretilebilir.
UHT (ultra yüksek sıcaklık) işleminin amacı, ortam sıcaklıklarında depolama veya nakliye sırasında büyüyüp çoğalabilen ve ürünü kullanılmaz hale getiren tüm mikroorganizmaları yok etmektir. UHT işlemi, sütü kısa bir süre boyunca çok yüksek bir sıcaklıkta işleyerek sterilize eder. Bu işlem, ısıya en dayanıklı olan ve ortadan kaldırılmazsa paketlenmiş sütte filizlenip onu bozabilen sporlar da dahil olmak üzere tüm mikroorganizmaları yok eder.
UHT işlemi normal olarak ürünün 2-4 saniye boyunca 137-142°C'ye kadar ısıtılmasını içerir. Bunun tipik bir örneği 4 saniye boyunca 137°C'dir. Ürün soğutulduktan sonra aseptik ambalaj içinde aseptik olarak paketlenir. Bu, ticari sterillik sağlar, yani ürün ortam sıcaklıklarında birkaç ay saklanabilir. UHT işleminde, istenen kalite ve üretim bütçesine bağlı olarak hem doğrudan hem de dolaylı ısıtma (yukarıya bakın) kullanılır. İşletme maliyetleri öncelikli ise, plakalı veya tübüler eşanjörler ile dolaylı ısıtma kullanılır. Bu yöntem, buhar enjeksiyonu veya infüzyon yoluyla doğrudan ısıtmadan kaynaklanan çok düşük ısı yükü nedeniyle minimum duyusal değişikliği ve en yüksek ürün kalitesini sağlamak için uygulanır.