112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18 99年发明这种加工方法的高林(G a u l i n )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，如图6. 3. 1 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1μ 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Fo x‘等人研究了由于牛乳的均质而产生的脂肪一蛋白混合物 他们发现酪蛋白占混合物的大部分， 这可能是极性结合力使其与脂肪碎片结合在一起 他们进一步假设，酪蛋白胶粒在通过均质阀的瞬间非常活跃，极易与脂相发生作用加工要求在均质时，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机图6 . 3 . 1均质使脂肪球破裂成比原来小 得多的脂肪球乳品加工手册/ 第 6章第3 节1)Fo x , K . K . , Ho l s i n g e r , Vi r g i n i a , Ca h a , Je a n n e a n d Pa l l a s c h , M . J, J. Da i r y s c i , 43, 1396(1960)113图6 . 3 . 2在均质中， 牛乳被强制通过一个 窄缝，在此脂肪球破裂图6 . 3 . 3在均质的第一级和第二级均质， 脂肪球破裂情况 1 一级之后 2 二级之后乳品加工手册 / 第6章第3 节间隙≈ 0. 1m m均质后的产品柱塞 阀座未均质的产品均质后的产品均质温度通常采用55-8 0℃，均质压力介于10-25M p a (100~ 250b a r )之间，其 大小决定于产品种类。
流动特性当液体通过窄缝时， 液流速度增加， 如图6. 3. 2所示， 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，液体停止沸腾而蒸汽汽泡破裂均质理论许多年来，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 μm (10-6m )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。
这两种系统如图6. 3. 5和 6. 3. 6所示在一级均质中，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：- 低脂肪含量的产品- 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：- 高脂肪含量的产品- 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图6. 3. 3所示均质效果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11412345678910● 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” （参看第八章，巴氏杀菌乳）● 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。
均质机当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高压泵柱塞泵由一个大功率的电机驱动，如图 6. 3. 4中的1，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 （5） 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图6 . 3 . 4均质机是带有背压装置的一个 高压泵 1 主驱动轴 2 V 型传动带 3 压力显示 4 曲轴箱 5 柱塞 6 柱塞密封座 7 固体不锈钢泵体 8 阀 9 均质装置 10 液压设置系统乳品加工手册/ 第 6章第3 节11531245o12均质装置图 6. 3. 5和图6. 3. 6显示了均质和液压系统柱塞泵将牛乳的压力从入口时的300K Pa (3b a r )根据产品种类提高到均质压力10-25M p a 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，如图 6. 3. 3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. 1m m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40b a r 的压力降就会使温度升高1℃， 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均质效率均质的目的随着应用的不同而改变，同样地，测量效率的方法也随之改变注意均质压力是第一级之前的压力，不是压力降图6 . 3 . 5一级均质装置的组成 1 均质头 2 均质环 3 阀座 4 液压传动装置图6 . 3 . 6两级均质头 1 第一级 2 第二级乳品加工手册 / 第6章第3 节116传感器样品散射光图. 6 . 3 . 7用激光照射进行粒子分析Vg= x gP2 x( h p- l p)18 x tηη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分析方法用于测定均质效率的分析方法可以分成两类：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 U S PH法就是基于这一原理， 取样1000m l ， 静置48 h ，之后测定顶部100m l 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25m l ， 在40℃以下以1000r p m的速度， 在半径为250m m的离心机中离心30m i n 。
用底部20m l 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50-8 0% 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， 如图6. 3. 7， 根据样品中粒子的数量和大小，光线将被散射开来根据斯托克斯定律，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ηh p= 液体的密度ηIp= 粒子的密度t= 粘度图. 6 . 3 . 8粒径分布曲线未均质的牛乳 100b a r 压力下均质 250b a r 压力下均质脂肪分布，％粒径，微米乳品加工手册/ 第 6章第3 节117均质所输入的功率用公式表示：E= 电功率例：Qi n= 供料能力，L/h18 000L/hPi= 均质压力，b a r20M Pa (200b a r )Pi n= 进入泵的压力，b a r200K Pa (2b a r )ηp u m p= 泵的效率系数0. 8 5ηe l . m o t o r = 电动机的效率系数0. 95TOU T = + Ti nP1 - Po u t 40柱塞泵二级均质一级均质流量L/NQi n 18 000温度℃Ti n65压力b a rPi n2电功率K WE123压力b a rP1200压力b a rP248压力b a rPo u t4温度b a rTo u t70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图6. 3. 8 所示， 注意， 当使用较高的均质压力时，曲线向左漂移能量消耗及对温度的影响E = r w2Qi n x (Pp- P1)36 000 x p u m p x e l . m o t o rηη代入右上方给出的压力和供料能力的数据，要求的电功率为123k w 如上所述，所提供的压能一部分作为热能损失了给出的进口温度,均质压力P1，均质后压力Po u t ， 每有4M p a (40b a r )的压力降， 温度将升高1℃,可用下面的公式：能量损失，温度升高，压力降降低均在图6. 3. 9中表示出来Ti n= 65℃Pi= 20M Pa (200b a r )Po u t= 400K p a (4b a r )结果：To u t= 70℃图. 6 . 3 . 9例，均质中的能量，温度和压力乳品加工手册 / 第6章第3 节1183124图. 6 . 3 . 1 0产品部分经过均质机 1 热交换器 2 离心分离机 3 自动脂肪标准化装置 4 均质机生产线上的均质机。