高圧ホモジナイザー

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高圧ホモジナイザー・ミルクホモジナイザー
高圧ホモジナイザー

イントロダクション

牛乳がパックの中で分離したり、ジュースに沈殿物が浮いたり、ソースが棚の上で油膜に分離したりする場合、その原因は通常、高圧ホモジナイザーにあります。高圧ホモジナイザーは、ポンプで送られた液体を100~600バールの圧力で数ミリの隙間を通して押し出し、脂肪球や粒子を約0.2~2ミクロンまで細かく粉砕することで、製品が分離せずに均一な状態を保つ機械です。ほとんどの工場では、ミキサーと殺菌機を既に導入した後に高圧ホモジナイザーを購入します。なぜなら、ホモジナイゼーションこそが、食感と保存期間を維持する上で実際に重要な役割を果たすからです。

この記事では、実験室で使われるナノユニットではなく、工場で実際に稼働している産業機械に焦点を当てます。日々の作業の流れ、摩耗する部品、実際の見積書に記載される数値、そして多くの人が最初の購入時に迷うポイント(単段式か二段式か)について解説します。

高圧ホモジナイザーの実際の働き

ホモジナイザーは、たった一つの仕事を力任せに行います。非常に高い圧力で流体を小さなバルブを通して押し出し、その隙間で生じる物理的な力によって液滴や粒子を分離します。熱も化学薬品も使わず、圧力とせん断力のみで行われます。その結果、安定した乳化液または分散液が得られます。液滴は小さくなり、食感は均一になり、保存期間が長くなり、色や口当たりも良くなります。

食品においてこれが重要な理由は、私たちが飲んだり注いだりするもののほとんどが、分離しようとする性質を持つ乳化物だからです。牛乳は水に脂肪が溶けた状態、サラダドレッシングは水に油が溶けた状態、ソースは水に固形物と油が溶けた状態です。そのままにしておくと、重い相が上昇したり、油が浮いたりします。均質化処理によって液滴が十分に小さくなるため、重力に負けることなく、製品が安定した状態を保つことができるのです。

高圧ホモジナイザーの仕組み

この機構は、調整弁にボルトで固定された容積式ポンプで構成されています。日常的には、次のような動作をします。

  1. 加圧する 往復式プランジャーポンプ(通常は3つ以上のプランジャー)は、逆止弁を通して製品を吸い込み、圧力を高めます。液体はほとんど圧縮されないため、ポンプは圧力が上昇する間もほぼ一定の流量を維持します。
  2. バルブを押し通す 製品は均質化バルブに衝突します。均質化バルブは、硬化処理されたバルブ、シート、および衝撃リングで構成されており、ハンドルまたはアクチュエータで設定した微細な隙間があります。設定圧力は、まさにその隙間の抵抗値です。
  3. バラバラになる 隙間の中では、製品は200~400m/sの速度まで加速し、同時に圧力は数マイクロ秒で急激に低下します。この現象を引き起こすのは、液体層が互いに滑り合う際のせん断力、ジェットが衝撃リングに衝突する際の乱流、そして蒸気泡が崩壊する際のキャビテーションという3つの力です。これらの力が合わさることで、脂肪球や粒子は、どんな攪拌機でも届かないほど微細な粒子へと粉砕されます。
  4. Discharge ―製品は均質化されており、液滴は通常3~10ミクロンから0.2~2ミクロンまで細かく切断され、均一に分散されている。

この4段階のループこそが、ホモジナイザーがコロイドミルと同じ系統に属しながらも動作が異なる理由です。コロイドミルはローターとステーターの間の隙間を高速でせん断しますが、ホモジナイザーはバルブを通して圧力をかけることでせん断します。この違いについては後ほど詳しく説明しますが、それはどちらの機械を購入するかを決める上で重要な要素となるからです。

高圧ホモジナイザーの動作原理の図:プランジャーポンプが100~600バールの圧力で製品を狭いバルブを通して押し出す。
高圧ホモジナイザーの動作原理

コアコンポーネント

成分何それがありません
往復式プランジャーポンプ圧力を高めます。3つ以上のプランジャーが流量を一定に保ち、吸引弁と吐出弁が一方向の流れを強制します。
均質化バルブ作動部分:バルブ、シート、インパクトリングが微小な隙間を形成し、圧力を発生させて制動を行う。
インパクトリングジェット機を始動させ、乱気流を発生させる。摩耗部品は定期的に交換される。
圧力計/センサーライン圧力を表示します。産業用ユニットでは、デジタルセンサーがPLCに信号を送ります。
冷却系内蔵型または外付け型で、製品から熱を奪い、高圧で調理されないようにする。
制御システム手動ハンドル、空気圧式、またはレシピメモリとデータロギング機能を備えたPLC
フレームと衛生設備ステンレス製フレーム、トライクランプ接続、CIP/SIP対応流路

実際に摩耗するのは、バルブ、バルブシート、インパクトリング、プランジャーシールです。それ以外はすべて構造部品です。これらの摩耗部品が劣化すると、何かが壊れる前に均質化効率が徐々に低下するため、メンテナンスの習慣は購入者が想像する以上に重要です。研磨性のある製品にはステライトまたはセラミック製のバルブシートを指定しています。顔料スラリーに柔らかいシートを使用すると、1か月間トラブルが続くからです。

高圧ホモジナイザー内部ディスプレイにプランジャーポンプが表示されている。
プランジャポンプ
ホモジナイザーのコアコンポーネント
衝撃リングと圧力計

単段式 vs 二段式

ほとんどの人は最初の購入時にこの点を見落としがちです。シングルステージ式マシンはバルブが1つだけで、低脂肪・低粘度の製品に適しています。ツーステージ式マシンは、最初のバルブの直後に低圧の2つ目のバルブを追加します。

第2段階は通常、全圧力の10~20%で運転されます。その役割は、より細かく粉砕することではなく、第1段階が終了した瞬間に形成される液滴の塊を分解することです。牛乳、クリーム、無糖練乳、およびタンパク質を豊富に含む食品の場合、これらの液滴の塊が粘度を高め、安定性を損なうため、2段階処理が標準となっています。牛乳でこの工程を省略すると、完成した牛乳パックの味に違いが現れます。

標準仕様

製品モデル容量(L/h)最大圧力 (bar)使用圧力(bar)重量(kg)サイズ(cm)モーター(kw)
SCGJB500-25500250-20400102 85××1004
CGJB1000-251000250-20700100 75××1107.5
CGJB1500-251500250-20720100 75××11011
CGJB500-40500400-32670100 75××1107.5
CGJB500-60500600-48720100 75××11011
CGJB500-70500700-56720100 75××11011
ミッドCGJB5000-205000200-161500130 125××15037
CGJB2000-252000250-201150120 105××14018.5
CGJB2500-252500250-201250130 106××14522
CGJB3000-253000250-201350130 110××14530
CGJB4000-254000250-201400130 125××15037
CGJB2000-302000300-241350130 125××14522
CGJB1000-401000400-321200120 105××14015
CGJB1500-401500400-321350130 120××14522
CGJB2000-402000400-321400130 120××14530
CGJB1000-601000600-481350130 120××14522
CGJB1500-601500600-481500130 120××15030
LCGJB5000-255000250-202000210 110××10545
CGJB6000-256000250-202450250 130××11055
CGJB7000-257000250-202550250 130××11065
CGJB5000-305000300-242000210 110××10545
CGJB6000-306000300-242500250 130××11055
CGJB4000-324000320-25.62000250 130××11045
CGJB3000-403000400-322000210 110××10545
CGJB4000-404000400-322500250 130××11055
CGJB5000-405000400-322600250 130××11065
CGJB2000-602000600-482000210 110××10545

副産物の圧力は

これはすべての購入者が尋ねる質問であり、答えは「乳化状態による」です。乳製品および食品業界の実践的なガイド:

製品標準圧力Notes
牛乳、クリーム、ヨーグルト100〜250バー通常は2段階。第2段階まで進行する割合は約10%。
植物ベースの飲料150〜250バー通常は2回の処理が必要。ガムを添加せずに沈殿を抑制します。
ジュース、ソース、ドレッシング150〜400バーエマルジョンを安定させ、色を保持する
化粧品(クリーム、ローション)150〜250バー粘度を考慮してバルブとシールを選定
医薬品エマルジョン250バール以上サブミクロン/ナノメートル領域への複数回の通過
化学薬品、顔料スラリー製品によって異なるが、最大1,500バール超硬合金またはセラミックの仕様が必要
低温殺菌牛乳製造ライン向け顧客カスタマイズ高圧ホモジナイザー
殺菌乳用高圧ホモジナイザー

ほとんどのグレードAの液体牛乳は、150~200バールの圧力で均質化されます。高脂肪、再構成乳、植物性乳製品は、多くの場合、異なる設定が必要となり、パイロット試験で確認する必要があります。実際に使用したことのない製品のカタログに記載されている数値は使用しないでください。

生産ラインのどこに配置されているか

ホモジナイザーは、製造工程の最初または最後の機械となることは稀です。乳製品や飲料の製造ラインでは、通常、混合工程と加熱処理工程の間に設置されます。

  1. ミックス - A ジャケット付き混合タンク or 真空混合タンク ベースをブレンドします。
  2. 均質化する ホモジナイザーは乳化液を微細化する装置です。UHTラインでは、滅菌器の前または後に、閉ループ内で設置されます。
  3. 熱処理 - A 生乳殺菌装置 または、UHT装置は微生物を死滅させます。
  4. 発酵または充填 - 発酵タンク ヨーグルト用、または デュアルヘッドペースト充填機 完成品用。

ほとんどの生産ラインでは、ホモジナイザーを加熱工程の前に設置します。なぜなら、高温の製品を均質化する場合と低温の製品を均質化する場合では、バルブの設定が異なるからです。当社では、後から機械を組み立てるのではなく、生産ライン全体を一つのパッケージとして設計します。そうすることで、統合に関する多くの問題を防ぐことができます。

材質:製品に接する部分は316L

食品・医薬品用機器の接触部は、標準では304ではなく316Lステンレス鋼が使用されています。ただし、バルブシートとバルブリングは例外で、タンク壁面にはない衝撃や摩耗を受けるため、ステライトまたはセラミック製、場合によってはダイヤモンド面加工が施されています。フレームおよび非接触構造部は304ステンレス鋼製でも構いません。

高酸性の液体や強力な洗浄剤を使用する場合、316Lは贅沢品ではなく、バルブシートの溶接部の腐食を防ぎ、製品に金属臭が付着するのを防ぐための重要な材料です。ジャケット付き混合タンクや真空混合タンクの場合と同様に、実際に機械を通過する液体に合わせてグレードを選択してください。

ホモジナイザーとコロイドミルの比較

人々はこれらの名前を混同して使いますが、これらは同じ機械ではありません。どちらも優れた乳剤を生成しますが、以下の点が異なります。

  • A ホモジナイザー 高圧でマイクロバルブを通して製品を押し出します。低粘度から中粘度の液体に最適で、非常に微細で均一な液滴が得られ、処理量も豊富です。牛乳やジュースの抽出に欠かせない主力製品です。
  • A コロイドミル ローターとステーターの間の隙間で高速にせん断します。高粘度ペースト(ピーナッツバター、軟膏など)や繊維質の材料に適しており、大きな粒子でも目詰まりせずに処理できます。

牛乳とピーナッツバターの両方を製造しているなら、おそらく両方とも必要でしょう。飲料のみを製造している場合は、スプリットコロイドミルは牛乳には不向きで、ホモジナイザーはバターには不向きです。展示会でデモが見栄えが良かったかどうかではなく、粘度と粒子負荷に基づいて選択してください。

それを実行できる

高圧ホモジナイザーは、ポンプで送液可能な液体を扱います。

  • 乳製品 — 液体牛乳、クリーム、ヨーグルトベース、アイスクリームミックス、再構成牛乳
  • 飲物 — ジュース、植物性ミルク、プロテイン飲料、機能性飲料
  • ソースとドレッシング — マヨネーズ、ケチャップ、乳化調味料
  • 化粧品 — クリーム、ローション、美容液
  • 製薬・バイオテクノロジー — エマルジョン、懸濁液、細胞破壊

製品の粘度が高すぎてポンプで送液できない場合や、バルブの隙間よりも大きな粒子が含まれている場合は、事前に粉砕するか、粘度を下げてください。本来の用途とは異なるスラリーをマイクロバルブに無理やり通そうとすると、バルブシートが詰まるだけです。

サイズと仕様のチェックリスト

見積もりを依頼する前に、これらの点を書き留めておきましょう。そうしないと、比較できないような数字が出てくることになります。

  1. 日次ボリューム 定常運転時の容量を選択し、ピーク時の容量は考慮しないでください。10,000 L/hの容量を持つユニットが1,000 L/hでアイドリング運転している場合、電力の無駄遣いになります。
  2. 製品一覧 牛乳、ジュース、ソース、医薬品?それぞれに異なる圧力とシート素材が求められます。
  3. 目標圧力 製品ごとの価格は上記の表を参照してください。過剰な仕様は避けてください。
  4. インターンシップ 低脂肪用はシングルタイプ、牛乳、クリーム、タンパク質用はツータイプ。
  5. 粘度と粒子サイズ バルブの種類と、プレミル工程が必要かどうかを設定します。
  6. 冷却 ―製品が耐えられる熱量に応じて、内蔵型か外部型かを選択する。
  7. 衛生基準 — CIP/SIP経路、表面仕上げ、食品グレードのエラストマー、監査員が要求する3-AまたはCE規格。
  8. 統合 — それは 低温殺菌装置 または充填機の場合、配管圧力はどのくらいですか?

仕入先にこの8つのポイントを提示すれば、見積もりは一致する。これらを省略すると、どの業者も異なる前提に基づいて見積もりを出す。

万智機械工場では、輸出用の高圧ホモジナイザーを組み立てている。
万芝ホモジナイザー工房

Wanzhiから購入する理由

当社は食品・飲料工場向けにステンレス鋼製のプロセス機器を製造しており、ホモジナイザーは、当社が既に製造しているコロイドミル、混合・発酵タンク、殺菌装置、充填機といった製品ライン全体の構成要素の一つです。ホモジナイザーを後付けではなく、製品ラインの一部として指定することで、圧力や継手の互換性を維持しています。

すべてのユニットはISO 9001およびCE規格に準拠して製造されており、接触部品は316Lステンレス鋼製、耐摩耗性に優れたシートにはステライトまたはセラミック製、CIP/SIP経路が標準装備されています。当社は、お客様が200バールで稼働させる600バールのユニットを販売するよりも、お客様の実際の製品に合わせて圧力と段数を調整することを優先します。

当社は100カ国以上の食品・飲料工場にホモジナイザーや生産ライン一式を導入してきましたが、購入者のコスト削減につながる習慣は、カタログの最高数値ではなく、関税に合わせて等級とサイズを選択することです。

FAQ

高圧ホモジナイザーはどのように動作するのですか?

往復式プランジャーポンプは、通常100~600バールの圧力を発生させ、均質化バルブの微細な隙間を通して製品を押し出します。その隙間の中では、圧力が低下すると同時に液体は毎秒数百メートルまで加速し、せん断力、乱流、キャビテーションによって脂肪球や粒子が約0.2~2ミクロンまで引き裂かれます。こうして、均一で安定した製品が得られます。

牛乳を均質化する際は、どのくらいの圧力で行いますか?

グレードAの牛乳のほとんどは、150~200バールの圧力で均質化処理されます。通常は2段階で行われ、第2段階では全圧力の約10%が加えられます。高脂肪乳、再構成乳、植物性乳製品の場合は、パイロット試験で確認されたように、異なる設定が必要となることがよくあります。

一段階均質化と二段階均質化の違いは何ですか?

単段式はバルブが1つで、低脂肪・低粘度の製品に適しています。二段式は、全圧の10~20%の位置に2つ目のバルブを追加し、新たに形成された液滴の塊を分解します。二段式は、液滴の塊が粘度を高める全乳、クリーム、タンパク質が豊富な製品に標準的に用いられています。

ホモジナイザーはコロイドミルと同じですか?

いいえ。ホモジナイザーは、高圧で製品をマイクロバルブを通して押し出す方式で、低粘度から中粘度の液体を高処理量で処理するのに適しています。コロイドミルは、ローターとステーターの間の隙間で高速でせん断する方式で、高粘度のペーストや繊維状物質の処理に適しています。粘度と粒子負荷量で選別してください。

必要な高圧ホモジナイザーの容量はどれくらいですか?

定格容量は、ピーク時ではなく、パイロットプラントの約100 L/hからプラントラインの20,000 L/hまでの定常運転量に合わせて決定してください。モーターは圧力に大きく影響されるため、圧力を製品に合わせて調整しないと、未使用の電力料金が発生します。

高圧ホモジナイザーは冷却が必要ですか?

通常はそうです。高圧によってバルブで熱が発生し、熱に弱い製品の場合、その熱が品質に悪影響を及ぼします。製品には、出口温度を一定に保つための内蔵または外部冷却装置が備わっています。

ホモジナイザーの材質は何であるべきか?

食品・医薬品用機器の接触部は316Lステンレス鋼製です。バルブシートとバルブリングは、衝撃や摩耗に耐えるため、ステライトまたはセラミック製です。使用する流体の種類に合わせて材質を選定してください。

生産ラインにおいて、ホモジナイザーはどの位置に設置されるのでしょうか?

通常、混合と加熱処理の間には、ジャケット付きタンクまたは真空タンクで混合し、均質化した後、低温殺菌または超高温殺菌を行い、その後発酵または充填を行います。ほとんどのラインでは、加熱工程の前にこの工程が行われます。これは、高温の製品を均質化する場合と低温の製品を均質化する場合では、バルブの設定が異なるためです。

Wanzhi Machineryは、100カ国以上の工場向けに、316L接触面構成の高圧ホモジナイザーおよび食品・飲料製造ライン一式を製造しています。圧力、段数、シート材質など、お客様の製品に最適なホモジナイザーの選定については、当社のエンジニアリングチームにご相談ください。当社は、最も高価なホモジナイザーではなく、お客様に最適なホモジナイザーをご提案いたします。

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