Das Patent von Auguste Gaulin im Jahr 1899 bestand aus einer 3-Kolbenpumpe, bei der das Produkt unter Druck durch ein oder mehrere haarähnliche Rohre gezwungen wurde. Es wurde entdeckt, dass die Größe der produzierten Fettkügelchen 500-bis 600-mal kleiner war als die Röhrchen. Seitdem gibt es über 100 Patente, die alle darauf ausgelegt sind, eine kleinere durchschnittliche Teilchengröße mit einem möglichst geringen Energieaufwand zu erzeugen. Der Homogenisator besteht aus einer 3 Zylinder positiven Kolbenpumpe (arbeitet ähnlich wie Automotor) und Homogenisierungsventil., Die Pumpe wird durch Elektromotor durch Pleuelstangen und Kurbelwelle gedreht.
Um den Mechanismus zu verstehen, betrachten Sie ein herkömmliches Homogenisierungsventil, das eine Emulsion wie Milch mit einer Durchflussrate von 20.000 l/h verarbeitet. bei 14 MPa (2100 psig). Beim ersten Eintritt in das Ventil beträgt die Flüssigkeitsgeschwindigkeit etwa 4 bis 6 m/s. Es bewegt sich dann in den Spalt (siehe unten) zwischen Ventil und Ventilsitz und seine Geschwindigkeit wird in etwa 0,2 Millisekunden auf 120 m / s erhöht. Die Flüssigkeit bewegt sich dann über die Fläche des Ventilsitzes (das Land) und tritt in etwa 50 Mikrosekunden aus., Die Homogenisierungsphänomene sind abgeschlossen, bevor das Fluid den Bereich zwischen Ventil und Sitz verlässt, und daher wird die Emulgierung in weniger als 50 Mikrosekunden eingeleitet und abgeschlossen. Der gesamte Prozess findet zwischen 2 Stücken Stahl in einer Stahlventilbaugruppe statt. Das Produkt kann dann ein Ventil der zweiten Stufe passieren, das der ersten Stufe ähnlich ist. Während der größte Teil der Fettkügelchenreduktion in der ersten Stufe stattfindet, besteht eine Tendenz zum Verklumpen oder Gruppieren der reduzierten Fettkügelchen. Das Ventil der zweiten Stufe ermöglicht die Trennung dieser Cluster in einzelne Fettkügelchen.,
Es ist höchstwahrscheinlich, dass eine Kombination zweier Theorien, Turbulenz und Kavitation, die Verringerung der Größe der Fettkügelchen während des Homogenisierungsprozesses erklärt.
Turbulenz
Energie, die sich in der Flüssigkeit ableitet, die durch das Homogenisiererventil fließt, erzeugt intensive turbulente Wirbel von der gleichen Größe wie der durchschnittliche Kugeldurchmesser. Globuli werden somit durch diese Wirbelströme zerrissen, wodurch ihre durchschnittliche Größe verringert wird.
Kavitation
Erheblicher Druckabfall mit Änderung der Fluidgeschwindigkeit., Flüssigkeit kavitiert, weil ihr Dampfdruck erreicht ist. Kavitation erzeugt weitere Wirbel, die eine Störung der Fettkügelchen verursachen würden. Die hohe Geschwindigkeit gibt Flüssigkeit eine hohe kinetische Energie, die in sehr kurzer Zeit unterbrochen wird. Erhöhter Druck erhöht die Geschwindigkeit. Die Ableitung dieser Energie führt zu einer hohen Energiedichte (Energie pro Volumen und Zeit). Resultierender Durchmesser ist eine Funktion der Energiedichte.,
Zusammenfassend sind die Homogenisierungsvariablen:
- Ventiltyp
- Druck
- einstufig
- Fettgehalt
- Tensidtyp und-gehalt
- Viskosität
- Temperatur
Zu berücksichtigen sind auch der Tröpfchendurchmesser (je kleiner, desto schwieriger zu stören) und der Logdurchmesser, der abnimmt linear mit log P und nivelliert bei hohen Drücken.