均質(zhì)已成為一種標準化的工業(yè)加工方式，它是一種使脂肪乳濁液穩(wěn)定，防止重力分離的方法。1899 年發(fā)明這種加工方法的高林(Gaulin)在法國將其作為“保持液體組分穩(wěn)定”的方法進行了敘述。

     首先，均質(zhì)使脂肪球破裂成比原來小得多的脂肪球，如下圖對比所示。因此，它就可以減少脂肪上浮，減小脂肪成團或聚結(jié)的傾向。所有的均質(zhì)乳基本上是通過機械的方法來生產(chǎn)的。牛乳以很高的速度被強制通過一個窄縫。均質(zhì)機利用湍流和氣穴的聯(lián)合作用來實現(xiàn)最初的脂肪球破裂，作用的最終結(jié)果使脂肪球的直徑減小到大約 1 μ m，同時脂肪 / 漿液的表面積增加了 4-6 倍，新生成的脂肪球不再全被原來的膜覆蓋，取代它們是從漿液相中吸附的蛋白質(zhì)的混合物。

如上圖：均質(zhì)使脂肪球破裂成比原來小得多的脂肪球

一、均質(zhì)加工參數(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完全分散。只有當脂肪相呈液體狀態(tài)且像正常牛乳的濃度時，均質(zhì)才是最有效的。均質(zhì)溫度通常采用 55-80℃，均質(zhì)壓力介于 10-25Mpa(100~250bar)之間，其大小決定于產(chǎn)品種類。

     脂肪含量高的產(chǎn)品很有可能有脂肪結(jié)團的傾向，特別是當漿液蛋白的濃度相對于脂肪含量低的時候，更易產(chǎn)生這一現(xiàn)象。脂肪含量超過 12% 的稀奶油不能在正常壓力下進行正常的均質(zhì)，因為膜物質(zhì)（酪蛋白）的缺乏而會導(dǎo)致脂肪再度聚結(jié)。為取得良好的均質(zhì)效果每克脂肪大約對應(yīng)要求 0.2g 的酪蛋白。

二、一級和二級均質(zhì)

     均質(zhì)機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)。

      柱塞泵將牛乳的壓力從入口時的300KPa(3bar)根據(jù)產(chǎn)品種類提高到均質(zhì)壓力10-25Mpa。到第一級均質(zhì)裝置之前的入口壓力（均質(zhì)壓力）自動保持恒值。液壓柱塞上的油壓與均質(zhì)頭上的均質(zhì)壓力相平衡。無論在一級均質(zhì)還是在二級均質(zhì)上，均質(zhì)機都帶有一個普通的油罐。然而，在二段均質(zhì)中，有兩個油路系統(tǒng)，每個都帶有一個自己的泵，通過改變油壓，就可以設(shè)定一個新的均質(zhì)壓力。均質(zhì)壓力可以在高壓表上顯示。

      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)提供一個最好的條件。

● 打散均質(zhì)之后形成的脂肪球簇

      如圖6.3.5中一級均質(zhì)裝置中的部件是經(jīng)精密加工的，沖擊環(huán)以一定的方式固定在閥座上，沖擊環(huán)的內(nèi)表面與間隙的出口相垂直。閥座有一個 5℃的傾角，使產(chǎn)品有控制地進行加速，這樣，就可以減少不如此而會發(fā)生的快速磨損。

      牛乳以較高的壓力被送入閥座與均質(zhì)頭之間的空間，間隙的寬度大約是0.1mm 或是均質(zhì)乳中脂肪球尺寸的 100倍。液體通常以 100-400 m/s的速度通過窄小的環(huán)隙，均質(zhì)就在這 10-15 微秒中發(fā)生。在均質(zhì)裝置上每40bar的壓力降就會使溫度升高 1℃。

      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)通常是要達到最佳的均質(zhì)效率。當 P2/P1 為0.2 時，可以獲得最好的效果。舉例常溫純牛奶均質(zhì)壓力的組合：總壓P1為250bar，二級壓力P2不得超過50bar。如果總壓P1為220bar，二級壓力P2為50bar，那么P2/P1=0.227則高于0.2，則均質(zhì)效果不好。

三、均質(zhì)原理

      許多年來，出現(xiàn)了許多關(guān)于高壓均質(zhì)的理論，對于象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 μ m ，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(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。

     空穴理論，從另一方面表明：當蒸汽爆裂時產(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。

四、均質(zhì)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：

V= 速度

g= 重力加速度

P= 粒子尺寸

η hp =液體的密度

η Ip =粒子的密度

t= 粘度

或是 V ＝常數(shù)× p2，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。

用一種成熟的辦法，使用激光發(fā)射裝置，讓激光穿過試管中的樣品，就可測出樣品的粒子或液滴的粒徑分布圖，如下圖，根據(jù)樣品中粒子的數(shù)量和大小，光線將被散射開。

        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，當使用較高的均質(zhì)壓力時，曲線向左漂移。

五、均質(zhì)機的布局

     通常，均質(zhì)機被設(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)機被放在第一段熱回收之后。

     在UHT乳生產(chǎn)中，均質(zhì)機通常在間接加熱系統(tǒng)中處于上游區(qū)段，而在直接加熱系統(tǒng)則在加熱段的下游區(qū)，也就是說，放在UHT處理之后的無菌一側(cè)。這樣均質(zhì)機要求無菌設(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行加工時，也要求將均質(zhì)機放在下游區(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。這些球簇團塊由位于下游區(qū)的無菌均質(zhì)機將其打散。

六、均質(zhì)作用的特點

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

● 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。

● 更強的整體風味，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。

● 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，因為凝塊很軟，以致難于脫水。

備注：上述的觀點部分來自于利樂的乳品生產(chǎn)手冊