هموژنایزر چیست؟

هدف از بکارگیری هموژنایزر ، اعمال مکانیکی برروی شیر خامه و محصولات مایع به منظور فشردن و همگن کردن گلبول‌های چربی در آنهاست.

به منظور جلوگیری از جدا شدن چربی درشیر، غالباً قبل از وارد شدن شیر به دستگاه پاستورایزاتور، آن را هموژن می‌کنند.

شیر هموژن یا همگن،  شیری است که با استفاده از دستگاه‌های مکانیکی، چربی آن به طور کامل ریز و یکنواخت شده باشد.

پس از استاندارد کردن شیر ، باید هموژن شود. بدون عمل هموژن کردن، چربی شیر جدا و به سطح آن بالا می‌رود.

چربی شیر چیزی است که به شیر طعم خامه‌ای می‌دهد. هموژنیزاسیون باعث یکنواخت شدن چربی شیر می‌شود و بافت خامه‌ای و طعم یکسانی می‌یابد.

در دستگاه هموژن، سلول‌های چربی شیر پس از عبور از سوراخ‌های بسیار ریز، به اجزای کوچک‌تری شکسته  می‌شوند. پروتئین‌های موجود در شیر نیز به اطراف این اجزای کوچک می‌چسبند و از اتصال مجدد آنها بهم جلوگیری می‌کنند. لذا سلول‌های شیر همیشه در شیر معلق می‌مانند و بهم متصل نمی شوند.

هموژنیزه یا هموژن کردن، عمل سالم‌سازی نیست و فقط به منظور جلوگیری از جداشدن چربی از شیر و بهبود طعم آن انجام می‌شود.

هموژنایزر یک میکسر است که برای ایجاد یک مخلوط یکنواخت با فشار دادن مواد در یک فضای باریک و محدود استفاده می‌شود.

هموژنایزرها با میکسرهای برشی بالا، میکسرهای دسته‌ای و میکسرهای پارویی استفاده می شوند و در پایین دست برای ایجاد مخلوط‌های ریزتر نصب می شوند.

با این حال، برخی از هموژنایزرها به دلیل خطر مصرف انرژی بالا، کاهش سرعت جریان، تولید گرما و افزایش سایش مواد، نمی‌توانند محصولاتی با اجزای بسیار درشت بپذیرند. در بالادست هموژنایزر، میکسرها مواد را با پیش اختلاط آماده می‌کنند.

هموژنایزر یک میکسر در انواع مختلف است که برای ایجاد یک مخلوط یکنواخت با فشار دادن مواد در یک فضای باریک و محدود استفاده می‌شود.

نیروهای متعددی مانند آشفتگی و کاویتاسیون، علاوه بر فشار بالا، برای توزیع یکنواخت محتویات یک محلول استفاده می‌شود.

هموژنایزرها دارای پمپ جابجایی مثبت و مجموعه دریچه همگن کننده هستند. پمپ مواد را تحت فشار از طریق شکاف کوچکی بین نشیمنگاه سوپاپ و دریچه پردازش می‌کند.

نیروی فشار و حرکت از طریق شیر باعث تلاطم و اختلاط می‌شود. صنایع متعدد برای تولید محصولات پایدار، یکنواخت و سازگار به هموژنایزرها متکی هستند.

جدا از مخلوط کردن، هموژنایزرها برای امولسیون کردن، تعلیق، آسیاب کردن، پخش کردن و حل کردن استفاده می شوند. صنایع دارویی، نوشابه سازی و شیمیایی برای تولید و کیفیت محصولات خود به هموژنایزرها متکی هستند.

چندین نظریه در طول سال ها در مورد فرآیند همگن سازی با استفاده از فشار بالا ایجاد شده است. تئوری از هم گسیختگی کروی توسط تلاطم یا چرخش‌های میکرو بر این ایده استوار است که یک جت مایع در خروجی یک شکاف تشکیل می‌شود و با شکستن جت، گرداب‌های کوچکی شکل می‌گیرد.

با افزایش فشار، سرعت جت‌ها افزایش می‌یابد و گرداب‌های کوچکتر با انرژی بیشتر تولید می‌شود.

وقتی قطره‌ای در گردابی به قطره‌ای هم اندازه برخورد می‌کند، تغییر شکل می‌دهد و می‌شکند. ایده این نظریه این است که همگن شدن با میزان فشار همگن تغییر می‌کند.

با تئوری کاویتاسیون، تغییرات فشار در حین همگن شدن باعث ایجاد حباب (حفره) در مایع می‌شود. با رشد حباب‌ها، منفجر یا حفره می‌شوند و انرژی آزاد می‌کنند. حباب‌های در حال فروپاشی و انفجار انرژی جنبشی تولید می‌کنند که ذرات را در یک مایع احاطه می‌کند و جت‌هایی با سرعت بالا ایجاد می‌کند که ذرات را می‌شکند.

حباب‌هایی که روی سطح ذرات فرو می‌ریزند انرژی را مستقیماً به ذرات می‌فرستند و آنها را از هم جدا می‌کنند.

فرآیند فرو ریختن و ترکیدن حباب‌ها باعث ایجاد تلاطم در مایع شده که منجر به کاویتاسیون می‌شود.

از هموژنایزرها برای مخلوط کردن امولسیون‌ها و سوسپانسیون‌ها استفاده می‌شود. امولسیون مخلوطی از دو یا چند مایع است که معمولاً به دلیل جدا شدن فاز مایع به مایع، غیرقابل اختلاط هستند.

این جداسازی فاز مایع به مایع توسط چندین مکانیسم فیزیکی مانند کشش سطحی، قطبیت یا دافعه و ویسکوزیته انجام می‌شود.

امولسیون‌های هموژن گاهی اوقات کلوئید نامیده می‌شوند، اصطلاحی که برای پوشش یک طبقه‌بندی مخلوط گسترده‌تر استفاده می‌شود.

سوسپانسیون مخلوطی است متشکل از ذرات جامد که ته نشین می شوند و نمی‌توانند به طور کامل در مخلوط حل شوند.

جداسازی ذرات جامد به دلیل اندازه بزرگ آنها است که صدها تا هزاران برابر بزرگتر از ذرات پراکنده در یک محلول همگن است. سوسپانسیون ها مخلوط‌های غیرهمگنی هستند که در مایعات پراکنده می شوند و 100 برابر اندازه ذرات یک محلول هستند.

اندازه ذرات موجود در سوسپانسیون‌ها متفاوت است و برخی از ذرات آن با چشم غیرمسلح قابل مشاهده است. همگن‌سازی نیروی ترکیب سوسپانسیون‌ها با محلول را تامین می‌کند و یکی از وظایف اصلی آن است.

تعلیق

با دانستن انواع مخلوط‌های ناهمگن فرآوری شده توسط هموژنایزر، نحوه عملکرد یک هموژنایزر آشکار می‌شود.

یک هموژنایزر با شکستن یا تقسیم اجزای پراکنده به ذرات کوچکتر و سپس توزیع یکنواخت آنها در سراسر مخلوط کار می کند.

عمل ایجاد شده توسط هموژنایزر به طور مداوم تشکیل ذرات بزرگ را به دلیل اختلاط‌ناپذیری و بارش مختل می‌کند.

اولین شیر هموژنایزر مجموعه‌ای با لوله مویین و دریچه مقعر بود. لوله مویرگی فشار مایع را کاهش داده و آن را به انرژی جنبشی تبدیل می‌کند.

دریچه مقعر به عنوان یک سطح ضربه برای جت سیال عمل می‌کرد. طرح‌های مدرن لوله مویرگی را با یک نشیمنگاه جایگزین کردند که با دریچه در فاصله مناسبی جفت می‌شود تا شکاف کوچکی برای جریان گاز ایجاد کند.

در این شکاف، سیال شرایط جریان مناسبی را برای همگن شدن از طریق اصول فیزیکی مختلف تجربه می‌کند.

عمل همگن کننده با اثر ترکیبی سه اصل فیزیکی اصلی برش زدن، کاویتاسیون و آشفتگی ایجاد می‌شود.

• برش در سیالات در درجه اول به دلیل اصطکاک بین مولکول‌های سیال به دلیل ویسکوزیته ایجاد می‌شود.

در شرایط بدون لغزش، سرعت مولکول های سیال مجاور یکسان است. با این حال، زمانی که اختلالی مانند شتاب ناشی از روتور-استاتور یا انحراف ناشی از یک حلقه ضربه وجود دارد، به دلیل اصطکاک داخلی سیال، سرعت‌های متفاوتی ایجاد می‌شود.

در لایه مرزی یا لایه بین سطح هموژنایزر و سیال، سرعت سیال صفر است. دور از لایه مرزی، سرعت سیال به اندازه زمانی است که سیال در شرایط بدون لغزش قرار داشت. برش توسط یک ذره یا قطره بزرگ زمانی که بین لایه‌های سیال با سرعت‌های مختلف گیر می‌کند تجربه می‌شود. نیروهای برشی ذرات و قطرات بزرگ را به اندازه‌های کوچکتر تجزیه می‌کنند.

• کاویتاسیون زمانی اتفاق می‌افتد که یک سیال افت فشار زیادی را تجربه کند. به طور معمول، پمپی که سیال را با فشار بالاتر وارد می کند، در بالادست یک شیر هموژنایزر قرار دارد.

فشار سیال هنگام عبور از شیر هموژنایزر به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود. هنگامی که افت فشار به اندازه کافی بزرگ باشد، فشار بخار سیال از فشار مطلق داخل هموژنایزر بیشتر می‌شود.

این امکان تشکیل لحظه‌ای حفره‌ها را از پاکت‌های کوچک بخار فراهم می‌کند. امواج شوک پس از فروپاشی یا انفجار این حفره‌ها منتشر می‌شوند و ذرات و قطرات موجود در مخلوط را می‌شکنند.

• آخرین اصل فیزیکی درگیر در همگن سازی، آشفتگی است. تلاطم زمانی رخ می‌دهد که سیال به سرعت بالایی برسد. سرعت بالا باعث ایجاد حرکات نامنظم در سیال می شود.

این حرکات نامنظم شکلی از اتلاف انرژی هستند که در آن انرژی جنبشی سیال به شکل جریان‌های گردابی و مقداری گرما به انرژی داخلی تبدیل می‌شود. گرداب‌های تولید شده به شکستن ذرات به اندازه های ریزتر کمک می‌کند.

میزان کمک هر اثر فیزیکی به فرآیند همگن سازی به طراحی دریچه هموژنایزر و خواص سیال مانند دما، فشار، ترکیب و ویسکوزیته بستگی دارد.

با این حال، بیشتر مطالعات و آزمایش‌ها نشان می‌دهند که اثر آشفتگی مکانیسم اولیه ایجاد همگن‌سازی است.

تولید اثرات برشی، کاویتاسیون و آشفتگی محدود به دریچه هموژنایزر نیست. انواع دیگر متفاوت از هموژنایزر اصلی عمل می کنند اما اثر یکسانی دارند.

دستگاه لاکتواسکن

دستگاه  به صورت تمام اتوماتیک، آنالیز شیمیایی شیر را انجام می‌دهد. نمونه شیر به وسیله پمپ به درون سل اندازه‌گیری مکیده می شود. مقدار چربی و ماده خشک بدون چربی SNF بر اساس آنالیز حرارتی اندازه‌گیری می‌گردد. پروتئین، لاکتوز، دانسیته و مواد معدنی در سل دوم با تکنولوژی ترکیبی امپدانس/کدورت سنجی در چهار طول موج نوری مختلف اندازه گیری می‌شود.