在上一期中我們詳細(xì)介紹了 UHT 系統(tǒng)巴氏滅菌和超高溫滅菌的相關(guān)知識點(diǎn)。在這一期的內(nèi)容中，我們將詳細(xì)介紹 UHT 配套均質(zhì)機(jī)的相關(guān)內(nèi)容，并解答如何在 UHT 系統(tǒng)中選擇配套的均質(zhì)機(jī)。

均質(zhì)機(jī)

2.1 均質(zhì)機(jī)的定義

均質(zhì)機(jī)是一種實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)設(shè)備，用于分解和均勻分布液體混合物中的顆粒，形成穩(wěn)定均勻的乳液、懸浮液或溶液。

均質(zhì)化是許多領(lǐng)域的關(guān)鍵過程，包括食品和飲料生產(chǎn)、制藥、生物技術(shù)和材料科學(xué)。它用于處理組織、細(xì)胞、土壤、植物等物質(zhì)，以及奶油、乳液或牛奶等乳化產(chǎn)品。

2.2 均質(zhì)機(jī)的工作原理

許多年來，出現(xiàn)了許多關(guān)于高壓均質(zhì)的理論，對于像牛乳這樣的水包油乳液，連續(xù)相中大多數(shù)的液滴直徑小于 1 μm ，只有兩種理論仍然成立。它們都對不同參數(shù)對均質(zhì)效果的影響進(jìn)行了很好的解釋。

湍流渦流（“微旋渦"）引起脂肪球破裂的理論是基于這樣一個事實(shí)，即高速運(yùn)動的液流中產(chǎn)生大量的小旋渦。速度愈高，產(chǎn)生的漩渦越多微旋渦撞擊到同等大小的油滴，油滴就會破裂。這個理論預(yù)示著均質(zhì)效果如何隨著均質(zhì)壓力而變化。這種關(guān)系在許多研究中已經(jīng)得到證實(shí)。

空穴理論，從另一方面表明：當(dāng)蒸汽爆裂時產(chǎn)生沖擊波，從而分裂脂肪球，根據(jù)這個理論，均質(zhì)是在液體離開縫隙時產(chǎn)生的。所以，在均質(zhì)時能夠產(chǎn)生空穴的背壓是非常重要的。這也已在實(shí)踐中得到證明。然而，沒有空穴，也能均質(zhì)，只是均質(zhì)效率會降低。

2.3 均質(zhì)機(jī)加工關(guān)鍵參數(shù)

在均質(zhì)時，脂肪相的物理狀態(tài)和濃度影響到脂肪球的大小及其隨后的分散，對冷牛乳均質(zhì)是無效的。因?yàn)槔渑Ｈ橹兄臼枪袒?。在乳脂肪凝固點(diǎn)（30-35℃）的分界溫度下加工會使脂肪不能全部分散。只有當(dāng)脂肪相呈液體狀態(tài)且像正常牛乳的濃度時，均質(zhì)才是有效的。均質(zhì)溫度通常采用 55-80℃，均質(zhì)壓力通常介于 10-25 Mpa( 100~250 bar )之間，其大小決定于產(chǎn)品種類。

2.4 均質(zhì)機(jī)效率

均質(zhì)的目的隨著應(yīng)用的不同而改變，同樣地，測量均質(zhì)效率的方法也隨之改變。均質(zhì)的主要目的是防止脂肪粒子上浮。根據(jù)斯托克斯定律，粒子的上升速度可表示為：

其中：V = 速度；g = 重力加速度；P = 粒子尺寸；

這樣就可以看出，減小粒子的直徑是減小上乳速度的有效方法。這樣，減小牛乳中脂肪球的尺寸就可以減小稀奶油上浮的速度。

通過分析得到如下的粒徑分布圖：

上圖中，結(jié)果表示為粒徑分布曲線，脂肪的百分比被作為是粒子（脂肪球大小）的函數(shù)。牛乳三種典型的粒徑分布曲線所示，注意，當(dāng)使用較高的均質(zhì)壓力時，曲線向左漂移。

2.5 一級和二級均質(zhì)

均質(zhì)機(jī)上可以安裝一個均質(zhì)裝置或安裝兩個串聯(lián)的均質(zhì)裝置，因此得名一級均質(zhì)和二級均質(zhì)。

均質(zhì)的主要是發(fā)生在第一級，但第二級也很重要，有兩個基本目的:

● 為第一級提供一個恒定的、可控制的背壓，給均質(zhì)提供一個好的條件。

● 打散均質(zhì)之后形成的脂肪球簇

在一級均質(zhì)中，全壓降作用于一個均質(zhì)裝置上，在二級均質(zhì)中，總壓在第一級之前測定為 P1，第二級之前測定為 P2，選擇二級均質(zhì)通常是要達(dá)到好的均質(zhì)效率。當(dāng) P2/P1 為 0.2 時，可以獲得好的效果。舉例常溫純牛奶均質(zhì)壓力的組合：總壓 P1 為 250 bar，二級壓力 P2 不得超過 50 bar。如果總壓P1 為 220 bar，二級壓力 P2 為 50 bar，那么 P2/P1 = 0.227 則高于 0.2，則均質(zhì)效果不好。

2.6 前均質(zhì)機(jī)與后均質(zhì)

通常均質(zhì)機(jī)被設(shè)置在上游區(qū)段，也就是說，放在熱交換器最終加熱的前面。比較典型的，在絕大多數(shù)用于生產(chǎn)鮮乳的巴氏殺菌線中，均質(zhì)機(jī)被放在第一段熱回收之后。

在 UHT 乳生產(chǎn)中，均質(zhì)機(jī)通常在間接加熱系統(tǒng)中處于滅菌段前上游區(qū)段-即為前均質(zhì)，而在直接加熱系統(tǒng)則在滅菌段后的下游區(qū)-即為后均質(zhì)，也就是說，放在 UHT 處理之后的無菌一側(cè)。這樣均質(zhì)機(jī)要求無菌設(shè)計，要帶有無菌柱塞密封、包裝、無菌冷凝器和特殊的無菌擋板。

然而，對于間接式 UHT 系統(tǒng)，當(dāng)脂肪含量高于 6-10 %， 或增加了蛋白質(zhì)含量的乳制品需要進(jìn)行加工時，也要求將均質(zhì)機(jī)放在下游區(qū)，原因是隨著脂肪含量和蛋白質(zhì)含量的增加，在高溫處理下的脂肪成簇或是（蛋白）聚集也加劇。這些球簇團(tuán)塊由位于下游區(qū)的無菌均質(zhì)機(jī)將其打散。

2.7 均質(zhì)機(jī)的功能

均質(zhì)給牛乳的物理性質(zhì)帶來很多的優(yōu)點(diǎn)：

● 脂肪球變小不會導(dǎo)致形成奶油層。

● 顏色更白，更易引起食欲。

● 更強(qiáng)的整體風(fēng)味，更好的口感。

● 發(fā)酵乳制品具更佳穩(wěn)定性。

然而均質(zhì)也有一定的缺點(diǎn)：

● 均質(zhì)乳不能再被有效地分離。

● 多少增加了一些對光線、日光和熒光燈的敏感性，可以導(dǎo)致“日照味"

● 降低了熱穩(wěn)定性，特別是經(jīng)一級均質(zhì)高脂肪含量和有其它影響脂肪結(jié)團(tuán)因素存在的情況下。

● 該牛乳不能用于生產(chǎn)半硬或硬質(zhì)干酪，因?yàn)槟龎K很軟，以致難于脫水。

綜上所述在 UHT 系統(tǒng)中選擇配套的均質(zhì)機(jī)，需要綜合考慮匹配 UHT 產(chǎn)品的處理流量，產(chǎn)品所需的均質(zhì)壓力（包含一級和二級壓力），均質(zhì)溫度，以及前均質(zhì)和后均質(zhì)的布局。對于后均質(zhì)工藝來說，需要額外考慮均質(zhì)機(jī)的無菌水循環(huán)系統(tǒng)，已確保產(chǎn)品的無菌效果。

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