背景介紹: 

乳製品如牛奶、奶油，甚至是優格，都可以透過脫水乾燥的方式製成粉末，這不僅能延長保存期限，還能提高處理的便利性，這些粉末可用於製作巧克力、糕點或冰淇淋等美食。 

奶粉是透過噴霧乾燥（spray-drying）製成，這種技術在食品工業中已經十分成熟，並且也廣泛應用於化學與製藥產業，在噴霧乾燥過程中，牛奶首先經過巴氏殺菌，然後被送入噴霧塔，透過微小噴嘴（霧化器）分散至約 200°C 的熱空氣中，在熱空氣中液滴瞬間失去大部分殘留水分，使含水量從 87.5% 降至 3%。最終形成細小的粉末。 

這些粉末的粒徑通常介於20µm至500µm之間，而顆粒大小會影響溶解性、復溶性及流動性等特性，因此是影響成品品質的重要因素。 
圖一、奶粉和奶油是透過噴霧乾燥生產的，由於脂肪含量高，產生的粉末會傾向結塊 
 

動態影像分析法的好處: 

對乳製品粉末進行粒徑分析是一項挑戰，由於粉末具有油脂，容易形成團聚體，因此使用篩網法並不理想，樣品容易堵塞在篩孔上，即使使用氣流篩分法（air jet sieving），也可能無法改善團聚情況，因為這種方法只會破壞較大的顆粒，並促使小顆粒聚集成團，有鑒於此，乳製品粉末需要更有效的乾式分散技術。 

CAMSIZER X2的X-Jet乾式分散槽具有可調節分散壓力的文式噴嘴（Venturi nozzle），壓力選擇必須謹慎，以確保在效分散顆粒的同時避免破壞噴霧乾燥粉末的細緻結構，經過一系列測試，我們發現30 kPa的較低分散壓力已足夠達成良好的分散效果。  

一旦實現適當的分散，使用CAMSIZER X2進行影像分析便是測量奶粉粒徑分布的最佳選擇，該系統透過捕捉顆粒的影子陰影並即時評估，測量結果基於每秒300張影像的分析，相當於在2-3分鐘內分析數百萬個顆粒，同時測定顆粒的長度與寬度，以及其他形狀參數，如長寬比、球形度、圓度等多種特性。 
圖二、使用X-Jet乾式進樣分析模組保證了樣品可以良好分散得到再現性高的數據 

圖三、Camsizer X2動態影像分析儀使用了雙相機可以分析從小到大的所有顆粒 


範例一: 奶粉 (Powdered milk) 

圖四、奶粉的粒徑分佈， CAMSIZER X2（紅色）、氣流篩分（藍色）和振動篩分（黑色） 
 
奶粉的粒徑分佈通常介於20 µm至500 µm 之間，上圖四顯示了CAMSIZER X2測量結果與相應的篩分分析結果，可以看出CAMSIZER X2和氣流篩分法的測量結果一致，這是由於本次使用的奶粉脂肪含量較低，因此其在氣流篩分過程中與CAMSIZER X2的X-Jet模組一樣容易解開團聚，導致兩者結果相同。 

但請注意，相較之下使用振動篩分法的結果有所不同，在200 µm處，三種技術的測量值大致相同，但在 100 µm 處，通過篩網的百分比明顯較低，這便是因為顆粒在篩網上發生團聚，堵塞了篩孔，因此可以得出結論是振動篩分法不適合用於奶粉的分析。 

CAMSIZER X2的測量結果基於對數百萬個單獨顆粒的分析，測量過程中可保存圖像，並存儲於顆粒資料庫中以供顯示，下圖五展示了一些範例圖像及其相關的尺寸和形狀參數，CAMSIZER X2配備兩個具有不同放大倍率的相機（BASIC相機和ZOOM相機），可同時分析大顆粒和小顆粒，下圖分別展示了 BASIC相機拍攝的圖像與ZOOM 相機拍攝的圖像。 
圖五、奶粉顆粒影像，左為大顆粒使用BASIC相機拍攝，右為小顆粒使用ZOOM相機拍攝 

在圖五中我們可以發現，奶粉中的顆粒涵蓋非常圓的顆粒（代表奶滴的原始形態）到非常不規則的結構，下圖六顯示了每個顆粒的球形度（SPHT）參數。 
圖六、四種奶粉的球形度累積圖譜 

球形度（SPHT）是根據顆粒投影的面積與周長之比計算得出的，對於完美的圓形，SPHT 值為1，而形狀較不規則的顆粒則具有較低的SPHT 值，圖六展示了四個奶粉樣本的球形度分佈。
 

範例二: 奶油粉末(Powdered cream) 

由於其脂肪含量高，奶油粉的粒徑分佈特別難以測定，顆粒極易發生聚集，振動篩分法無法適用，因為顆粒無法彼此分離，且測試篩的孔隙極易被堵塞。即使是通常能有效解聚顆粒的氣流篩分法，在此情況下也無法成功。 
圖七、奶精粉末使用氣流篩分法(篩目大小:63µm)的實際照片 

圖七顯示了在進行1分鐘氣流篩分後，顆粒殘留在63 µm篩網上的奶精粉樣本，樣本沾附在篩網的蓋子和框架上，而篩分過程中形成的大型聚集體仍然滯留於測試篩上，因此，無法進行有意義的分析。 

然而，CAMSIZER X2的X-Jet乾式分散單元能夠有效地對樣本進行解聚，粉末透過振動給料器持續且均勻地輸送至儀器，在分散噴嘴內，顆粒彼此分離，並在氣流中加速運動，隨後由相機系統在飛行過程中進行檢測，因此，所得的粒徑分佈結果可靠、有意義且全面（見圖八）。 
圖八、使用CAMSIZER X2執行粒徑實驗(紅色)並與氣流分篩法(藍色)進行比較 
 

結論: 

CAMSIZER X2適用於噴霧乾燥粉末的粒徑和形狀分析，即使像奶油粉這樣容易結塊的材料也可以在幾分鐘內有效分散和測量，與篩分分析相比，分散的狀況更可靠，並且可以根據樣品特性調整分散壓力，將清潔工作減少到最低限度。 

Camsizer X2的優勢: 

▪️寬廣的測量範圍，適用於從粉塵到木片的測量 
▪️高再現性與可重複性 
▪️顆粒形狀分析 
▪️長度與直徑的獨立測量
▪️測量結果可與其他技術（如篩網法）比較 
▪️檢測過大顆粒 
▪️測量速度快速（通常每次測量1-3分鐘，每小時可進行20次測量） 
▪️幾乎無需維護 
 
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