本文對高壓均質、高剪切乳化、微射流均質三種均質方式進行了比較，以山藥制品為例，為提升均勻的乳化狀態(tài)，延長產(chǎn)品保藏期，為良好分散找到適合的解決途徑。

乳化與均質的由來

工業(yè)上，兩種互不相溶的液體或固液夾雜時，通常利用乳化機來完成油水乳化，達到分散均質的作用。當油水兩相介質夾雜形成油包水或水包油后，不能穩(wěn)定存在，需要合適的乳化劑來改善體系的表面張力，同時需要利用強烈的切割分散，將介質打散為細小顆粒，最終形成穩(wěn)定均勻的分散體系，達到良好的乳化效果。

目前，乳化機的應用不僅限于乳化。乳化機具有強烈的剪切效果，可以使粉粒體在摧毀撞擊下破碎，最終細化到細小粒徑，然后使固體顆粒充分摻混到液體中并構成相對不變的懸浮液。當物料的細度達到微米甚至納米級時，體系可以被認為均質。

高壓均質可以使物料細化成微小顆粒，將乳化與均質聯(lián)系起來，得到穩(wěn)定的乳狀液，因此，乳化機又可以稱為均質乳化機。

均質機的原理

均質機的作用力主要為剪切力和壓力。在均質過程中，產(chǎn)生層流效應，分散相顆?；蛞旱伪患羟泻脱由炖椋皇艿酵牧餍绊?，顆?；蛞旱卧趬毫Σ▌酉庐a(chǎn)生隨機變形；受到空穴效應的影響，較高的壓力作用使小氣泡迅速破裂,釋放能量，從而引起局部液壓沖擊,造成振動。在這些共同作用下，物料呈良好的均勻分布狀態(tài)。

一、高壓均質機的原理

柱塞泵通過不斷的往復運動，將物料吸入閥組中（圖1）,柱塞可調(diào)節(jié)壓力的大小。物料在高壓下流過縫隙時，液滴首先被延伸，后因通過閥體時的湍流作用，使延伸部分剪切拉碎。從閥縫中高速沖出的液流撞上擋圈，產(chǎn)生高速的撞擊作用。同時，壓力迅速大幅下降，產(chǎn)生很大的爆破力，瞬時引起空穴現(xiàn)象，強烈釋放的能量和強烈的高頻振動，使顆?；蛞旱纹扑?，從而達到液體樣品均質、粉碎和乳化的效果。液滴在料液進口處攜帶極高的靜壓能，在均質過程中，靜壓能轉化成了動能，使液滴破裂。

圖1

二、高剪切乳化機的原理

剪切頭由轉子和定子組成，轉子與定子相互嚙合,每級定轉子又有數(shù)層齒圈。轉子高速旋轉產(chǎn)生強大的離心力，形成強負壓區(qū)，物料被吸入工作腔，在定、轉子間隙內(nèi)受到剪切、離心擠壓、撞擊撕裂和湍流等綜合作用，而產(chǎn)生分裂液滴的張力。液體離開定子小孔后壓力又回升，由此產(chǎn)生了空穴效應。均質頭高速旋轉，對物料進行剪切、分散、撞擊。這樣物料就會變得更加細膩，完成均質。

三、微射流均質機的原理

微射流高壓均質機主要是由分散單元和增壓機構組成。在增壓機構的作用下，利用液壓泵產(chǎn)生的高壓，流體經(jīng)過孔徑很微小的閥心，產(chǎn)生幾倍音速的流體，并在分散單元的狹小縫隙間快速通過，進行強烈的高速撞擊。在撞擊過程中，流體瞬間轉化其大部分能量，流體內(nèi)壓力的急劇下降而形成超聲速流體，流體內(nèi)的粒子碰撞、空化和湍流，剪切力作用于納米大小的細微分子，使流體的成分以完全均質的狀態(tài)存在(圖2)。

圖2

均質機的比較

高壓均質機主要通過壓力系統(tǒng)的高壓對物料擠壓、延伸、撞擊、破碎，主要依靠空穴效應和湍流效應。均質機的均質閥設計間隙大，均質壓力較低，在對高硬度顆粒均質時容易損壞，維修難度大。優(yōu)點是價格相對較低。高壓均質機對處理軟性、半軟性的顆粒狀物料比較合適。

高剪切乳化機主要是靠定轉子之間的相對高速運動產(chǎn)生的高剪切作用,使物料剪切、撕裂和混合，同時，較強的空穴作用對物料顆粒進行分散、細化、均質。其優(yōu)點是處理量大，生產(chǎn)的產(chǎn)品穩(wěn)定性好，不容易破壞乳分層，機器比較耐用，而且容易維修，均質形式更加豐富，缺點是體積比較大。

微射流均質機利用百微米左右孔道形成超音速射流，射流間相互對撞，進行極強烈的剪切，得到更高的均質壓力，產(chǎn)生更好的粒徑分布效果。但是,其設計壓力高，流量較小，造價相對偏高。具體比較見表1。

應用分析

高壓均質機由于壓力限制，對處理軟性、半軟性的顆粒狀物料比較合適，不適宜高粘度的物料。鞠健等采用優(yōu)化后的超高壓輔助提取法可明顯提高山藥皮總酚提取率,且提取時間短、工藝條件穩(wěn)定。賀永朝等采用高壓均質處理懷山藥，發(fā)現(xiàn)可以降低淀粉內(nèi)部的有序度,降低抗酶解能力,提高淀粉消化性,且壓力越高,該趨勢越明顯。高壓均質機使各類乳品飲料中的脂肪球顯著細化，用于冰淇淋等制品的生產(chǎn)中，能提高料液的細潔度和疏松度，防止或減少料液分層，口感更醇。

高剪切乳化機比較適合處理含纖維較多或者較硬的顆粒物料，混料、殺菌、均質可同時完成。劉俊梅等采用高剪切乳化技術處理大豆蛋白，使蛋白顆粒大大減小，疏水基團暴露，有利于形成凝膠網(wǎng)絡，可以顯著提高大豆分離蛋白凝膠持水性。郭維靜等通過高速剪切乳化技術處理玉米蛋白粉來改變蛋白粉的物理特性，可以顯著降低顆粒大小，提高流變性和溶解度，提高淀粉降解率和蛋白質水解度，有效抑制了果蔬汁的分層現(xiàn)象。高剪切乳化機廣泛應用于粘度較大、乳化要求較高的產(chǎn)品，如果醬、果茶等。

微射流均質機使介質的顆粒極度細化(液—液均質平均粒度在1以下)，均質后的產(chǎn)品還能得到不沉淀、高膠狀、高穩(wěn)定性等優(yōu)點，從而使成品的外觀也大大改善，適用于納米新材料、制藥、生物技術、化妝品、高端飲品等行業(yè)。郭曉君等采用超高壓微射流技術對山藥汁進行處理，發(fā)現(xiàn)可顯著改善山藥汁的物理穩(wěn)定性，物料中可溶性固形物含量無顯著變化；亮度值顯著增大，山藥汁中顆粒平均粒徑顯著減小，濁度和非酶褐變度逐漸降低。

劉夢培等研究發(fā)現(xiàn)，超高壓微射流處理能較好地保持山藥汁中的營養(yǎng)成分,在80MPa壓力下,氨基酸增加，還原糖、總酸和黃酮呈較小幅度降低。王小媛等研究表明，高壓微射流對鐵棍山藥汁中微生物有較好的殺菌效果。微射流均質機可形成納米乳劑，除了滅菌之外還可破碎提取細胞中的有用營養(yǎng)成分，可以將纖維素的某一維度尺寸縮小至100nm以內(nèi),形成納米纖化纖維素。

人體吸收是由于酶的作用，進入人體的物質其顆粒度越小則與酶接觸起反應的表面積越大，吸收的效率就越高。能夠高效率地破碎細胞壁，從而提取其內(nèi)含物，對提高人體的吸收率有很大的意義。因此，選擇合適的均質設備成為生產(chǎn)過程中的關鍵。

各設備均有利弊，單獨使用高壓均質機，由于壓力較小，達不到分散研磨的良好效果，單獨使用微射流均質機，其流量較小，高剪切乳化機的攪拌作用強烈。因此，可以采取二者或三者協(xié)同作用來處理物料，或能達到較好的均質效果。

來源：李存紅 侯艷 符德學. 高壓均質、高剪切乳化、微射流均質的比較及在食品方面的應用. 焦作大學學報. 2020年6月第 2 期.