牛奶是一種廣義的膠體分散體，其分散相中有包含脂肪乳滴、蛋白質微胞、乳糖等懸浮在水相中，並有許多不同的工業處理方法，這些方法導致了不同牛奶的生產，以下我們列舉幾個常見的處理方法: 

  1. 消毒（超高溫處理、巴氏消毒、微過濾等）
  2. 離心分離以完全或部分去除奶油
  3. 添加維生素、鈣或其他礦物質、香料等
  4. 減少乳糖

並且根據最終產品，可以進行「均質化過程」，以統一脂肪球的大小，如此一來可以延緩奶油層分離現象，從而延長牛奶的保質期，在本篇文章中，我們提出了一種方法來檢測均質化過程對不同脂肪含量牛奶穩定性的影響。

 
材料與方法

本次實驗使用 Turbiscan 分析來自同一供應商的四種不同牛奶，實驗條件為在25°C下以20mL的體積進行了12小時的分析:

  1. 均質化全脂牛奶
  2. 非均質化全脂牛奶
  3. 均質化半脫脂牛奶
  4. 非均質化半脫脂牛奶

  ＊附註：

  • 全脂牛奶：脂肪含量為 3.6%
  • 半脫脂牛奶：脂肪含量為 1.5%
  • 均質化（H）：採用超高溫處理（UHT）
  • 非均質化（NH）：採用微過濾處理（microfiltration）

實驗結果
本次使用Turbiscan設備對這四個樣品分析的結果顯示出相似的背向散射光曲線，圖一顯示了一個背向散射曲線的範例，曲線顯示了背向散射光強度的變化（ΔBS，%，Y軸）與樣品瓶身高度（mm，X軸）隨著測量時間的變化(從藍色曲線到紅色曲線)。   在樣品的底部，背向散射(BS)減少，這是該區域分散粒子濃度降低的特徵，即澄清現象(clarification)，另一方面在樣品的頂部，背向散射(BS)增加，這是該區域濃度增加的特徵，在這種情況下，這意味著脂肪乳滴在頂部的增加，對應於奶油分離(creaming)現象。

圖一、樣品1-4在25°C下的背向散射光強度隨時間變化圖

看完範例，我們回到本次實驗，不同的牛奶樣品將通過以下測量進行特徵化：  

1. 整體穩定性(TSI)

得益於儀器獨特的Turbiscan穩定指數(TSI)計算功能，可以監測樣品中所有的不穩定原因隨著時間的變化，它會將由於不穩定現象（如奶油分離、澄清、尺寸變化等）所檢測到的信號變化加總表達，在時間內，TSI值越高，樣品的穩定性越差。

 

 

圖二、4支樣品的穩定指數(TSI)隨時間變化圖 

 

圖二顯示了均質化與否對牛奶穩定性的重要性，可以明顯看出均質化的牛奶比未均質化的牛奶更穩定，此外，全脂牛奶含有更多的油滴，因此穩定性低於半脫脂牛奶，可以得出穩定性與牛奶中的脂肪含量直接相關的結論。 

 

2. 奶油層的厚度

下圖三顯示了在樣品頂部形成的奶油層厚度的變化。

圖三、奶油層厚度隨時間的變化圖譜

從上圖可以發現，奶油層在有經過均質化處理的樣品中比未均質化樣品出現得更晚，也就是均質化處理延遲了不希望出現的不穩定現象，對於均質化的全脂牛奶，這種不穩定現象延遲了三倍以上的時間才發生，這可能是因為未均質化牛奶中的脂肪球大小在0.5µm到10µm之間，而均質化將這個範圍縮小到0.5µm至1µm，使脂肪球變小，結果就是遷移到表面的速度就越慢!


結論

Turbiscan技術可以用來比較不同牛奶中的奶油層形成情況，這取決於兩個參數：(1) 脂肪含量和 (2) 均質化處理，通過均質化處理使脂肪球的大小變小且均勻，能延遲全脂和半脫脂牛奶中這種不穩定的奶油分離現象。 下方的圖表總結了本研究中的穩定性計算結果，圖表中的排名與上述計算結果一致，使用Turbiscan®可以在幾小時內確定這些樣品的穩定性，而這在肉眼觀察下可能需要數天甚至數週才能看出。

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