均质理论

均质后的产品 压力5 – 80 bar (75–1 200 psi)
均质前的产品 压力可达 400 bar (5 800 psi)
均质头中的均质过程
10、稀奶油上浮速度的研究
检测稀奶油上浮速度的最古老的办法是取样后静置一 定的时间，分析样品中不同层液中的脂肪含量。 USPH法就是基于这一原理，取样1000ml，静置48h， 之后测定顶部100ml 的脂肪含量以及其余奶液的脂肪 含量，如果顶部脂肪含量的0.9 倍低于底部的脂肪含量， 则认为均质是有效的。 N120法也是基于同样的原理，用这种方法，取样25ml， 在40℃以下以1000rpm的速度，在半径为250mm的离 心机中离心30min。用底部20ml 液体的脂肪含量除以 全样品的脂肪含量，用比数乘以100，此结果称之为 N120 值。 巴氏杀菌乳的N120 值通常为50-80%。
6、一级均质和二级均质
均质机上可以安装一个均质装置或安装两个串联的均 质装置，因此得名一级均质和二级均质。在一级均质 中，全压降作用于一个均质装置上，在二级均质中， 总压在第一级之前测定为P1，第二级之前测定为P2， 选择二级均质通常是要达到最佳的均质效率。当P2/P1 为0.2 时，可以获得最好的效果。 一级均质可以用于均质以下产品： *要求高粘度的产品（一定程度结团） 二级均质主要是用于打碎产品中的脂肪球簇： *干物质含量高的产品 *要求粘度较低的产品 *最佳均质（微细化） 在第二级上脂肪球簇的形成和分散如下图所示。
USPH 标准
颗粒大小分布分析的办法
激光衍射手段
不同尺寸颗粒的分布
NIZO 方法
PSD.TPPC.Tetra Alex, MR No.14, JI05
11、粒径分布分析
用一种成熟的办法， 使用激光发射装置， 让激光穿过试管中的 样品，就可测出样品 的粒子或液滴的粒径 分布图，如右图。 根据样品中粒子的数 量和大小，光线将被 散射开来。
均质是一个使被均质对象均化分离的过程。它 是一个集单元尺寸缩小及相互接触同时发生的 处理过程
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2、脂肪球破裂方面的技术
均质已成为一种标准化的工业加工方式，它是一种使脂肪乳 浊液稳定，防止重力分离的方法。 均质使脂肪球破裂成比原来小得 多的脂肪球，如右图所示。因此 ，它就可以减少脂肪上浮，减小 脂肪成团或聚结的倾向。 所有的均质乳基本上是通过机械的方法来生产的。牛乳以很 高的速度被强制通过一个窄缝。可以通过几个决定因素，如 湍流和气穴的联合作用来实现最初的脂肪球破裂。作用的最 终结果使脂肪球的直径减小到大约1 μ m，同时脂肪/ 浆液 的表面积增加了4-6倍，新生成的脂肪球不再全被原来的膜 覆盖，取代它们是从浆液相中吸附的蛋白质的混合物。
13、全流均质
全流均质或是整体均质是对市乳和用于 生产发酵乳制品的牛乳均质的最常用的 均质形式。 在均质之前，牛乳的脂肪经过标准化， 有时（例如在酸乳中），无脂干物质也 要进行标准化。
14、部分均质
部分均质意味着脱脂乳的主体部分不均质，而只是含 有少量脂肪的稀奶油进行均质。这种均质形式主要应 用于巴氏杀菌乳上。最主要的原因是降低操作费用。 因为只有一小部分的流体流过均质机，所以总能量消 耗降低65%。 当产品中每克脂肪含有至少0.2g的酪蛋白，稀奶油的 含脂率最高不超过12%时，可以获得充分良好的均质效 果。用于部分均质的均质机每小时的工作能力可以根 据下面的例子计算。
4、流动特性
当液体通过窄缝时，液流速度增加，速度将不断增加 直至静压低到液体开始沸腾为止。最大速度主要取决 于入口的压力，当液体离开窄缝时速度降低，而压力 升高（P=F*v），液体停止沸腾而蒸汽汽泡破裂。
未均质的产品
间隙≈ 0.1mm
在均质中，牛乳被强制通过一个 窄缝，在此脂肪球破裂
5、均质理论
均质理论
目录
1.均质定义 2.脂肪球破裂方面的技术 3.加工要求 4.流动特性 5.均质理论 6.一级均质和二级均质 7.均质作用 8.均质机 9.均质装置 10.稀奶油上浮速度的研究 11.粒径分布分析 12.生产线上的均质机 13.全流均质 14.部分均质 15.均质乳制品对人体健康的影响
1、均质定义
巴式奶生产中采用部分均质工艺可以节省耗能

更低的电耗 更低的水，汽损耗 更低的设备投资 减少备件使用量
Skim 3.25% Cream 40% 3.25%
全均质 Flow: 21 000 l/h (5 500 gph) Fat: 3.25%
部分均质 Flow: 3 800 l/h (1 000 gph) Fat: 18%
v=gr2 (ρ0-ρ) /18η
v = 沉降速度 r = 粒子尺寸 g = 重力加速度
ρ0= 介质的密度 或是v＝常数×r2，这样就可以看出，减小粒子
的直径是减小上乳速度的有效方法。
ρ=粒子的密度 η=介质的粘度
3、加工要求
在均质时，脂肪相的物理状态和浓度影响到脂肪球的 大小及其随后的分散，对冷牛乳均质是无效的。冷牛 乳中脂肪是固化的。在乳脂肪凝固点（30-35℃）的分 界温度下加工会使脂肪不能完全分散。只有当脂肪相 呈液体状态且像正常牛乳的浓度时，均质才是最有效 的。 脂肪含量高的产品很有可能有脂肪结团的倾向，特别 是当浆液蛋白的浓度相对于脂肪含量低的时候，更易 产生这一现象。脂肪含量超过12%的稀奶油不能在正常 压力下进行正常的均质，因为膜物质（酪蛋白）的缺 乏而会导致脂肪再度聚结。为取得良好的均质效果每 克脂肪大约对应要求0.2g 的酪蛋白。 高压均质可以形成小的脂肪球，脂相的分散随着均质 温度的升高而增加，也随着牛乳在高温下粘度的减少 而等量地增加。均质温度通常采用55-80℃，均质压力 介于10-25Mpa(100~250bar)之间，其大小决定于产品 种类。
上升速度可以由以下公式决定
g x particle size2 x (dens. SM - dens. fat) 18 x visc. milk
3.2 micron 0.8 0 0.2 1 4
8周
PSD.TPPC.Tetra Alex, MR No.12, JJ03
根据斯托克斯定律，粒子的上升速度可表示为：
减小脂肪球的大小（脂肪上浮是无法避免的） 实现均质的重要因素：
*流速（100—200m/s) *均质通道：0.1mm 均质的方式： *湍流效果占80% *气穴现象占20% *靠内外压差 均质压力与货架寿命成正比，40bar压差会升高5℃ 均质最佳温度： *巴氏奶均质最高温度是65℃ *UHT奶均质最佳温度是70—75℃
18 x visc. juice
果汁清汁及浊汁的均质

减少果肉的沉淀 改善口感，增加色泽和风味
豆基产品的均质

破碎蛋白颗粒 防止包装中出现沉淀 改善口感
番茄类产品的均质

提高黏度 提高产品的观感 防止包装中出现分层
8、均质机
要求高效均质的时候，就需要高压均质机。产品进入 泵体，通过柱塞泵加压。达到的压力是通过背压确定 的。 背压是由均质装置中的均质头和均质座的间隙来给定 的。这个压力P1就是设计的均质压力。P2 是第一级的 背压或是第二级入口的压力。 柱塞泵由一个大功率的电机驱动，通过曲轴和连杆机 构将电机的旋转运动转换成泵柱塞的往复运动。 柱塞在高压泵体的圆柱腔中运动。它们由高强度的材 料制成。机器装有两个柱塞密封。水进入两个密封之 间冷却柱塞。当均质机设置于无菌加工的下游区段时， 要用热的冷凝水来密封以防止再污染。
均质装置中的部件是经精密加工的，冲击环以一定的 方式固定在阀座上，冲击环的内表面与间隙的出口相 垂直。阀座有一个5℃的倾角，使产品有控制地进行加 速，这样，就可以减少不如此而会发生的快速磨损。 牛乳以较高的压力被送入阀座与均质头之间的空间， 间隙的宽度大约是0.1mm 或是均质乳中脂肪球尺寸的 100倍。 液体通常以100-400 m/s的速度通过窄小的环隙，均质 就在这10-15 微秒中发生。在这一刹那，所有柱塞泵 传过来的压力能都转换成了动能。经过均质装置后， 这些能量中的一部分又转回为压力能，另一部分能量 作为热量散失了。 在均质装置上每40bar的压力降就会使温度升高5℃， 用于均质的能量不足1%。但尽管如此，高压均质可能 还是最有效的方法。
对于像牛乳这样的水包油乳液，连续相中大多数的液滴 直径小于1μ m(10-6m)。只有两种理论仍然成立。 湍流涡流（“微旋涡”）引起脂肪球破裂的理论：高速 运动的液流中产生大量的小旋涡。速度愈高，产生的漩 涡越多，微旋涡撞击到同等大小的油滴，油滴就会破裂。 这个理论预示着均质效果如何随着均质压力而变化。 空穴理论:当蒸汽爆裂时产生冲击波，从而分裂脂肪球。 根据这个理论，均质是在液体离开缝隙时产生的。所以， 在均质时能够产生空穴的背压是非常重要的。这也已在 实践中得到证明。然而，没有空穴，也能均质，只是均 质效率会降低。
产能及压力对应表
Product model
Pressure step (bar)
Piston diam. (mm)
Min.
Capacity range (l/h) Max.
*)曲轴运动速度 (rpm)
9、均质装置
柱塞泵将牛乳的压力从入口时的300KPa(3bar)根据产 品种类提高到均质压力10-25Mpa。到第一级均质装置 之前的入口压力（均质压力）自动保持恒值。 液压柱塞上的油压与均质头上的均质压力相平衡。无 论在一级均质还是在二级均质上，均质机都带有一个 普通的油罐。然而，在二段均质中，有两个油路系统， 每个都带有一个自己的泵，通过改变油压，就可以设 定一个新的均质压力。均质压力可以在高压表上显示。 均质总是发生在第一级，第二级有两个基本目的: ● 为第一级提供一个恒定的、可控制的背压，给均 质提供一个最好的条件。 ● 打散均质之后形成的脂肪球簇。
用激光照射进行粒子分析图
粒径分布分析(2)
结果表示为粒径 分布曲线，脂肪 的百分比被作为 是粒子（脂肪球 大小）的函数。 牛乳三种典型的 粒径分布曲线如 右图所示，注意， 当使用较高的均 质压力时，曲线 向左漂移。
粒径分布曲线图
12、生产线上的均质机
均质机通常被设置在上游区段，即放在热交换器最终 加热的前面。在绝大多数用于生产市乳的巴氏杀菌线 中，均质机被放在第一段热回收之后。 在UHT乳生产中，均质机通常在间接加热系统中处于上 游区段，而在直接加热系统则在加热段的下游区，即 放在UHT处理之后的无菌一侧。这样均质机要求无菌设 计，要带有无菌柱塞密封、包装、无菌冷凝器和特殊 的无菌挡板。 对于间接式UHT系统，当脂肪含量高于6-10%或增加了 蛋白质含量的乳制品需要进行加工时，也要求将均质 机放在下游区，原因是随着脂肪含量和蛋白质含量的 增加，在高温处理下的脂肪成簇或是（蛋白）聚集也 加剧。这些球簇团块由位于下游区的无菌均质机将其 打散。
Skim
18%
Cream 40%
3.25%
例： Qp = 加工线能力，L/h 5000L/h Qsm = 标准化乳的流量， L/h Qh = 均质能力，L/h frm = 原乳脂肪含量，% 4% fsm = 标准化乳的脂肪含量，% fcm = 分离出的稀奶油的脂肪含量，% fch = 被均质的稀奶油的脂肪含量，%
1 一级之后
2 二级之后
在均质的第一级和第二级均质，脂肪球破裂情况
7、均质作用
均质给牛乳的物理性质带来很多的优点： ● 脂肪球变小不会导致形成奶油层。 ● 颜色更白，更易引起食欲。 ● 降低了脂肪氧化的敏感性。 ● 更强的整体风味，更好的口感。 ● 发酵乳制品具更佳稳定性。 均质也有一定的缺点： ● 均质乳不能再被有效地分离。 ● 多少增加了一些对光线、日光和荧光灯的敏感性， 可以导致“日照味” ● 降低了热稳定性，特别是经一级均质高脂肪含量和 有其它影响脂肪结团因素存在的情况下。 ● 该牛乳不能用于生产半硬或硬质干酪，因为凝块很 软，以致难于脱水。
对乳类产品进行均质的作用
牛奶
防止乳脂分层上浮 防止添加物沉淀 使产品无脂肪分层
还原奶
乳酪
提高黏度改进风味及口感
酸奶
防止乳清分离 提高黏度
使脂肪保持乳化稳定均匀
冰激淋混合物
提高果汁产品的货架期
斯托克斯定律
Sedimentation velocity is given by
g x particle size2 x (dens. fibre- dens. juice)