همگن‌سازی

همگن سازی یا هموژنیزاسیون به معنای همگن و هموژنیزه نمودن ذرات درون یک مخلوط شیمیایی است و در صنعت لبنیات به مفهوم همگن نمودن (هموژنیزه کردن) ذرات شیر می‌باشد.
تعریف
همگن سازی، آمیختن شدید برای یکدست نمودن ذرات در دو ماده مرتبط به‌هم یا گروهی از مواد مربوط به هم برای ایجاد یک فرم ثابت از وجه‌های مختلف نامحلول (گاهی به کمک افزودن سورفکتانتها) برای به دست آوردن سوسپانسیون یا امولسیون است.
همگن کردن فرایندی برای دستیابی به یکنواختی اندازه ذرات یک محصول است. همگن‌سازی شامل حوزه بسیار وسیعی از کاربردها و روش هاست. وقتی کسی می‌گوید همگن سازی، ممکن است به معنای انجام یک یا چند تا از موارد زیر باشد: ترکیب کردن، مخلوط کردن، هم زدن، امولسیونی سازی، پخش کردن، تکان دادن و غیره.
همگن بودن مفهومی مرتبط با یکنواختی ماده است. یک ماده همگن در ترکیب یا ویژگی‌های فیزیکی یکنواخت است. هرچند یک ماده ممکن است در مقیاس بزرگتر همگن باشد در حالیکه در مقیاس کوچکتر در داخل همان ماده ناهمگن است. بیشترین استفاده از انواع همگن سازها در صنایع غذایی، صنایع شیمیایی و دارویی می‌باشد. یکی از کاربردهای مهم همگن‌سازی در صنعت مواد غذایی، همگن‌سازی شیر است.
تاریخچه
در سال 1899 ، Gaulin دستگاه همگن ساز خود را ثبت اختراع نمود. این اختراع شامل یک پمپ پیستونی بود که در آن ماده از طریق یک یا چند لوله مویین تحت فشار قرار می‌گرفت. در نمایشگاه جهانی در پاریس در سال 1900، Gaulin اختراع خود به عنوان روشی برای فرآیند کردن شیر به نمایش گذاشت. بر اساس منابع و نشریات آن زمان، کلمه همگن سازی اولین بار برای توصیف فرآیند کردن شیر با دستگاه اختراع شده توسط Gaulin ، استفاده شد.
انواع همگن سازها
همگن ساز تحت فشار
در روش تحت فشار که به طور معمول در نمونه‌های مایع استفاده می‌شود، تجهیزات خاصی به‌کار می‌رود. عمده کاربرد این روش در صنایع غذایی، لبنی، دارویی، شیمیایی و بیوتکنولوژی است. در این روش به وسیله پیستون‌های رفت و برگشتی، نمونه‌ها پشت یک شیر فشار قوی که در آن برای عبور ذرات، فاصله قابل تنظیمی وجود دارد، فشرده می‌شوند. ذراتی که از این محل عبور می‌کنند، به‌واسطه اختلاف فشاری که بین دو طرف شیر وجود دارد، دچار یک تلاطم (توربولانس) شده و در اثر برخورد با سرعت بالا با یکدیگر باعث خرد شدن ذرات می‌شوند. هدف از چنین عملی، تولید کامپوزیت‌های همگن، امولسیونی یا ذرات ریز آسیاب شده‌است. مطمئن باشید که خروجی این روش تغییری در مشخصات مواد از قبیل رنگ، مقادیر طبیعی، قابلیت حلالی و پایداری پدید نخواهد آورد.
میکسر هموژنایزر (همگن ساز مکانیکی)
میکسر هموژنایزر جهت میکس و همگن کردن مواد طراحی شده که با پراکندن ذرات جامد در مایع، تشکیل امولسیون، سوسپانسیون یا محلول کامل ایجاد می‌نماید. به همین علت دارای طیف وسیع کاربرد در صنایع داروسازی، غذایی، بهداشتی، شیمیایی و نساجی جهت ساخت محلول‌ها، روکش‌های مواد، ساخت رنگ و فراورده‌های خوراکی می‌باشد.
دستگاه همگن ساز مکانیکی از یک مجموعه روتور استاتور و پره تشکیل شده که حرکت چنگک‌ها با سرعت زیاد باعث له کردن و فشردن و شکستن ذرات درهم می‌شود که این امر قابلیت همگن کردن مواد غلیظ و سوپر ویسکوز تا (cps 50000) را در مدت زمان بسیار کم فراهم می‌نماید.
میکسر هموژنایزر که با نام‌هایی نظیر میکسر برش بالا، میکسرهای روتور استاتور، هموژنایزرهای برش بالا و میکسر هموژنایزر هم شناخته می‌شود، با مشخصات کلی زیر تعریف می‌شوند:
دارای روتور با سرعت چرخش بالا (سرعت خطی از ۱۰ تا ۵۰ متر بر ثانیه)
نرخ برش بالا (از محدوده ۲۰۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ )
سرعت تخلیه انرژی بسیار متمرکز در نزدیکی سر میکسر
مصرف انرژی بالاتر نسبت به میکسرهای چرخشی معمولی
هموژنایزر اولتراسونیک
یکی از روش‌هایی که به‌طور گسترده برای تخریب سلول و همگن‌سازی استفاده می‌شود، اولتراسونیک است. این دستگاه با ایجاد امواج شدید فشاری در یک محیط مایع کار می‌کند. امواج فشاری باعث جریان در مایع شده و تحت شرایط مناسب موجب تشکیل سریع میکرو حباب می‌گردد که رشد و یکی شدن این حباب‌ها تا رسیدن به اندازه بیشینه و در نهایت ترکیدن آن‌ها حرارت شدیدی ایجاد می‌نماید. به این پدیده کاویتاسیون گفته می‌شود. انفجار حباب‌ها تولید موج ضربه‌ای با انرژی کافی برای شکستن پیوند کووالانسی می‌کند. نیروی برشی حاصل از انفجار حباب و همچنین از جریان‌های اغتشاشی ناشی از ارتعاش صوتی برای همگن‌سازی و تخریب سلول استفاده می‌شود. این فرآیند می‌تواند به پاشش مایع با سرعتی در حدود 420 کیلومتر در ساعت و ایجاد فشاری معادل 200 بار در آن شود.
کاربرد
شمای کلی از روش هموژنایز تحت فشار
یکی از قدیمی‌ترین و اصلی‌ترین کاربردهای همگن‌سازی در صنعت شیر است. شیر دارای چربی‌هائی (لیپیدها) است که ذرات آن‌ها به یک اندازه نبوده و هنگامی‌که شیر گرم می‌شود این چربی‌ها به صورت سرشیر روی شیر پخش می‌شوند و بشکل خامه روی سطح شیر را می‌گیرند. برای جلوگیری از این بروز این وضعیت باید ذرات چربی شکسته و یک اندازه شوند تا پیوند بین آن‌ها قوی‌تر شود.
روش‌کار
یکدست‌سازی ذرات در یک مخلوط مثلا شیر، با دستگاهی به نام هموژنایزر انجام می‌گیرد، دستگاهی که حجم زیاد شیر را بوسیله پیستونهای خود، از یک مجرای ریز با فشاری حدود دویست بار/متر بر ثانیه عبور می‌دهد و آن‌را با فشار زیاد به یک هد از جنس تیتانیوم برخورد می‌دهد تا ذرات شکسته شده و تمامی چربی و مواد داخل شیر با ماده پایه شیر، همگن شوند و تقریبا به شکل محلول درآیند.
هموژنایزر اولتراسونیک