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。1899 年发明这种加工方法的高林(Gaulin)在法国将其作为“保持液体组分稳定”的方法进行了叙述。 首先，均质使脂肪球破裂成比原来小得多的脂肪球，如下图对比所示。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。均质机利用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。 如上图：均质使脂肪球破裂成比原来小得多的脂肪球 一、均质加工参数 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。因为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。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。 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。 二、一级和二级均质 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。 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。 均质的主要是发生在第一级，但第二级也很重要，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 如图6.3.5中一级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。在均质装置上每40bar的压力降就会使温度升高 1℃。 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。举例常温纯牛奶均质压力的组合：总压P1为250bar，二级压力P2不得超过50bar。如果总压P1为220bar，二级压力P2为50bar，那么P2/P1=0.227则高于0.2，则均质效果不好。 三、均质原理 许多年来，出现了许多关于高压均质的理论，对于象牛乳这样的水包油乳液，连续相中大多数的液滴 直径小于 1 μ m ，只有两种理论仍然成立。它们都对不同参数对均质效果的影响进行了很好的解释。 湍流涡流（“微旋涡”）引起脂肪球破裂的理论是基于这样一个事实，即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。这种关系在许多研究中已经得到证实。 空穴理论，从另一方面表明：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。 四、均质效率 均质的目的随着应用的不同而改变，同样地，测量均质效率的方法也随之改变。均质的主要目的是防止脂肪粒子上浮。 根据斯托克斯定律，粒子的上升速度可表示为： V= 速度 g= 重力加速度 P= 粒子尺寸 η hp =液体的密度 η Ip =粒子的密度 t= 粘度 或是 V ＝常数× p2，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。这样，减小牛乳中脂肪球的尺寸就可以减小稀奶油上浮的速度。 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，如下图，根据样品中粒子的数量和大小，光线将被散射开。 通过分析得到如下的粒径分布图： 上图中，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所示，注意，当使用较高的均质压力时，曲线向左漂移。 五、均质机的布局 通常，均质机被设置在上游区段，也就是说，放在热交换器最终加热的前面。比较典型的，在绝大多数用于生产鲜乳的巴氏杀菌线中，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，也就是说，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。 然而，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。 六、均质作用的特点 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。 ● 更强的整体风味，更好的口感。 ● 发酵乳制品具更佳稳定性。 然而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。 备注：上述的观点部分来自于利乐的乳品生产手册乳品设备-----均质机的介绍
