喷雾干燥技术在食品加工中的应用

喷雾干燥是指用雾化器把料液分散成雾状液滴，同时在热风中干燥，最终获得粉状或颗粒状成品的过程。由于料液的喷雾干燥在瞬间完成，因此必须最大限度地增加其分散度，即增加单位体积溶液中的表面积，从而加速热和质的过程（干燥过程）。目前，在染料、医药、农药、水产、林业、冶金、食品、陶瓷等工业范围内，有数百种产品采用喷雾干燥方法得到。按照雾化方法不同，可分为3类：①旋转式雾化器，将物料置于高速旋转盘上（转速7000~10000r/min），把液体甩出并液化；②气流式雾化器，利用压缩空气或水蒸气使物料雾化；③压力式雾化器（机械喷嘴），利用高压泵，把物料从喷嘴中高速压出而雾化。
在国外，应用最多的是旋转式雾化器，因为其操作简便、稳定可靠、节省动力，特别是处理量大的料液，旋转式更为方便；其次是压力式雾化器，若为大产量生产而采用压力式雾化器时，一般在喷雾室中安装多个喷嘴；气流式雾化器与另外2种雾化器相比，压缩空气的动力能耗大，因而其只在小型与中间采用，工厂生产很少使用。在国内，气流式雾化器应用最普遍，其次是压力式雾化器，旋转式雾化器使用的最少。
1、喷雾干燥技术的特点
喷雾干燥技术是物料经过雾化器分散成雾滴，雾滴在沉降过程中，水分被热空气气流蒸发而进行脱水干燥的过程。干燥后得到的粉末状或颗粒状产品和空气分开后收集在一起，在这一道工序中同时完成喷雾与干燥2种工艺过程。喷雾干燥机由雾化室、干燥室、分离器、泵等构成，干燥室是喷雾干燥技术的核心。
1.1喷雾干燥技术的优点
（1）干燥速度快、时间短。料液雾化后，表面积增大至10000倍以上。例如，将1L料液雾化成直径为50μm的雾滴，其表面积可增大至120m2，在热风气流中可瞬时（0.01~0.04s）蒸发95%~98%的水分，完成干燥时间一般仅需5~40s。
（2）产品品质好。喷雾干燥使用的温度范围广（80~300℃），即使采用高温热风，由于热交换主要用于蒸发物料水分，故出口温度仍不会很高，干燥产品品质较好，不易发生蛋白质变性、维生素损失、氧化等缺陷。因此，特别适合于易分解、变性的热敏性食品加工。同时，由于干燥过程在热空气中完成，产品基本能保持与雾滴相近似的空心颗粒或疏松团粒，具有良好的分散性、流动性和融解性。
（3）工艺简单、控制方便。料液中水的质量分数通常为40%~60%，有些特殊料液水的质量分数高达90%，也可不经过浓缩，一次干燥直接获得粉末状或微细颗粒状产品，可省去一些蒸发、结晶、分离、粉碎及筛选等工艺过程，简化了生产工艺流程。
通过改变原料的浓度、热风温度、喷雾条件等，可获得不同水分和粒度产品，易于操作，控制方便。由于喷雾干燥在全封闭的干燥塔中进行，干燥室具有一定负压，因而既保证了卫生条件又避免了粉尘飞扬。
（4）生产率高。喷雾干燥能适应于大规模生产，物料可连续进料、连续排料，结合冷却器和风力输送，组成连续的生产作业线，操作人员少、劳动强度低。
1.2喷雾干燥技术的缺点
喷雾干燥技术的缺点有：①设备较复杂，占地面积大，一次性投入多；②能耗大，热效率不高，动力消耗大；③在生产粒径小的产品时，废气中带20%左右的微粒，需选用高效的分离装置，附属装置比较复杂，费用较高；④干燥室内壁易于粘附产品微粒，腔体体积大，设备的清洗工作量大。
2、喷雾干燥技术的原理
试验采用的喷雾干燥设备是由BUCHI公司开发的B-290型喷雾干燥机。该设备主要由压力式雾化室、喷头、干燥室、旋风分离器、接收瓶等组成。
喷雾时，物料进入雾化室中通过高压泵而使其获得高压，然后从喷头出来时，因为压力大，喷孔小，物料被快速雾化成雾滴；具有巨大表面积的雾滴与进入干燥室的热气流进行接触，在这个过程中可以瞬间发生热交换和质交换。物料里的大部分水分迅速被蒸发掉，产品干燥成粉末后，形成细微的粉粒和颗粒，由于负压的作用，粉粒在旋风分离室中以旋风的形式与空气分离，粉尘落入接收瓶中接收。
3、喷雾干燥技术在果蔬粉加工中的应用
我国是农业大国，果蔬产量在国内已成为仅次于粮食的农村支柱产业。但果蔬多汁不耐贮藏，在微生物作用下很容易腐烂变质，造成果蔬在收获季节的损失率高达20%~30%。近年来，我国的果蔬加工业取得了巨大的成就，果蔬加工业在我国的农贸中占据了重要的地位。果蔬粉的质量轻、体积小，而且速溶性好，能较好地保持原有水果蔬菜的营养成分及果蔬皮和核的营养成分，也可以作为配料加工成其他食品。
王泽南、范方宇等人对草莓粉喷雾干燥工艺参数及助干剂配料进行研究，确定了料液中添加助干剂配料为卵磷脂2.5%，环糊精2.5%，可溶性淀粉3.0%；另外，关鹏翔等人[2]研究了辅料对哈密瓜粉喷雾干燥效果的影响，通过结合正交试验优选哈密瓜粉的辅料配比，得出在麦芽糊精50%，β-环糊精5%和阿拉伯胶1.5%时得到最佳的集粉率和含水率；卢亚婷等人对雪莲果果粉喷雾干燥工艺进行研究，得到优化的雪莲果喷雾干燥工艺条件为环糊精3%，料液固形物含量35%，进料流量20mL/min，进风温度160℃；刘程惠等人研究喷雾干燥条件对樱桃粉出粉率及品质的影响，通过测定樱桃粉产品的出粉率和品质得出，麦芽糊精作为助干剂、樱桃粉与助干剂比例3∶7，入料质量分数25%，入料流量600mL/h，入料温度50℃，进风温度180~190℃，进风量22~25m3/h，此时喷雾干燥所得的出粉率高、含水量低、VC含量高、产品感官品质好。
在喷雾干燥工艺过程中，喷雾干燥工艺参数的确定尤为重要，而影响喷雾干燥的因素有很多，比如料液的稀释比例、料液的均质压力、喷雾干燥进料速度、进出口温度、液体流量、助干剂的种类和添加量等，这些因素对果蔬粉的颜色、口感、得率、营养成分有着或多或少的影响，因此拟在喷雾干燥法制备速溶生姜粉的初步研究基础上，对喷雾干燥工艺参数及助干剂配料进行全面的分析和研究。
4、喷雾干燥技术在生姜加工中的应用
孙晓明等人利用喷雾干燥法对生姜精油进行微胶囊化处理，确定最佳工艺为芯材∶阿拉伯胶∶麦芽糊精∶大豆分离蛋白=5.3∶3∶9∶4；钟业俊等人在姜辣素喷雾干燥微胶囊化研究中，确定最佳工艺条件为壁材（麦芽糊精∶阿拉伯胶）比例2∶1，芯材添加量25%，固形物含量20%，所得产品姜辣素含量6.2%；张国栋等人以生姜为原料，经乙醇提取而得的姜油树脂为芯材，以阿拉伯胶和麦芽糊精为壁材，确定了生姜喷雾干燥法微胶囊化的最佳工艺条件为芯材与壁材的比例1∶5，进风口温度190℃，阿拉伯胶与麦芽糊精比1∶7；向云峰以生姜为原料、油树脂为芯材、食用胶为壁材，经乳化、均质、喷雾干燥而制的生姜油树脂微胶囊，得出微胶囊有效成分含量1.73%（W/W），水分含量3.81%，得率92.1%，油树脂利用率96.76%，溶剂残留量为4.5mg/kg。 


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