在上一期中我們詳細介紹了 UHT 系統巴氏滅菌和超高溫滅菌的相關知識點。在這一期的內容中，我們將詳細介紹 UHT 配套均質機的相關內容，并解答如何在 UHT 系統中選擇配套的均質機。

均質機

2.1 均質機的定義

均質機是一種實驗室或工業設備，用于分解和均勻分布液體混合物中的顆粒，形成穩定均勻的乳液、懸浮液或溶液。

均質化是許多領域的關鍵過程，包括食品和飲料生產、制藥、生物技術和材料科學。它用于處理組織、細胞、土壤、植物等物質，以及奶油、乳液或牛奶等乳化產品。

2.2 均質機的工作原理

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

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，即高速運動的液流中產生大量的小旋渦。速度愈高，產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。這個理論預示著均質效果如何隨著均質壓力而變化。這種關系在許多研究中已經得到證實。

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

2.3 均質機加工關鍵參數

在均質時，脂肪相的物理狀態和濃度影響到脂肪球的大小及其隨后的分散，對冷牛乳均質是無效的。因為冷牛乳中脂肪是固化的。在乳脂肪凝固點（30-35℃）的分界溫度下加工會使脂肪不能全部分散。只有當脂肪相呈液體狀態且像正常牛乳的濃度時，均質才是有效的。均質溫度通常采用 55-80℃，均質壓力通常介于 10-25 Mpa( 100~250 bar )之間，其大小決定于產品種類。

2.4 均質機效率

均質的目的隨著應用的不同而改變，同樣地，測量均質效率的方法也隨之改變。均質的主要目的是防止脂肪粒子上浮。根據斯托克斯定律，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?。┑暮瘮?。牛乳三種典型的粒徑分布曲線所示，注意，當使用較高的均質壓力時，曲線向左漂移。

2.5 一級和二級均質

均質機上可以安裝一個均質裝置或安裝兩個串聯的均質裝置，因此得名一級均質和二級均質。

均質的主要是發生在第一級，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，給均質提供一個好的條件。

● 打散均質之后形成的脂肪球簇

在一級均質中，全壓降作用于一個均質裝置上，在二級均質中，總壓在第一級之前測定為 P1，第二級之前測定為 P2，選擇二級均質通常是要達到好的均質效率。當 P2/P1 為 0.2 時，可以獲得好的效果。舉例常溫純牛奶均質壓力的組合：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，則均質效果不好。

2.6 前均質機與后均質

通常均質機被設置在上游區段，也就是說，放在熱交換器最終加熱的前面。比較典型的，在絕大多數用于生產鮮乳的巴氏殺菌線中，均質機被放在第一段熱回收之后。

在 UHT 乳生產中，均質機通常在間接加熱系統中處于滅菌段前上游區段-即為前均質，而在直接加熱系統則在滅菌段后的下游區-即為后均質，也就是說，放在 UHT 處理之后的無菌一側。這樣均質機要求無菌設計，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，當脂肪含量高于 6-10 %， 或增加了蛋白質含量的乳制品需要進行加工時，也要求將均質機放在下游區，原因是隨著脂肪含量和蛋白質含量的增加，在高溫處理下的脂肪成簇或是（蛋白）聚集也加劇。這些球簇團塊由位于下游區的無菌均質機將其打散。

2.7 均質機的功能

均質給牛乳的物理性質帶來很多的優點：

● 脂肪球變小不會導致形成奶油層。

● 顏色更白，更易引起食欲。

● 更強的整體風味，更好的口感。

● 發酵乳制品具更佳穩定性。

然而均質也有一定的缺點：

● 均質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，可以導致“日照味"

● 降低了熱穩定性，特別是經一級均質高脂肪含量和有其它影響脂肪結團因素存在的情況下。

● 該牛乳不能用于生產半硬或硬質干酪，因為凝塊很軟，以致難于脫水。

綜上所述在 UHT 系統中選擇配套的均質機，需要綜合考慮匹配 UHT 產品的處理流量，產品所需的均質壓力（包含一級和二級壓力），均質溫度，以及前均質和后均質的布局。對于后均質工藝來說，需要額外考慮均質機的無菌水循環系統，已確保產品的無菌效果。

英國 Armfield 小型 UHT 系統解決方案

基于 UHT 殺菌技術和電子技術的發展，30 年來英國 Armfield 公司為全球客戶提供了數百套小型 UHT 系統，為客戶新產品開發與測試提供了穩定的實驗平臺，使研究人員和產品開發人員能夠在實驗室中以微型規模復制全尺寸的工業制造過程，并提供可靠的和可重復的實驗數據。

Armfield UHT 系統采用模塊化設計，具靈活性。可以根據用戶的產品特性和工藝要求，提供定制化的系統方案，包括管式換熱器, 板式換熱器，刮板式換熱器，DSI 蒸汽直接加熱等多種組合，廣泛應用于飲料，乳品，食品配料，功能食品，特醫食品等行業。

更多關于 Armfield 小型 UHT 系統的信息，請咨詢歐美大地！

歐美大地儀器設備中國有限公司創立于 1987 年，在全國各地設有 11 家分支機構。我們獲得了英國 Armfield 公司工程教學與研發設備的中國代理。如果您有任何關于英國 Armfield 產品的需求，請與我們聯系，我們專業的技術和商務團隊將竭誠為您服務。