噴霧干燥技術(shù)具有蒸發(fā)面積大、干燥速度快、物料溫度低、易于連續(xù)化生產(chǎn)等特點, 在食品干燥中顯示出很強(qiáng)的*性。綜述了噴霧干燥技術(shù)及其主要工藝參數(shù), 噴霧干燥技術(shù)在固體飲料中的應(yīng)用, 為進(jìn)一步探討其在固體飲料中的研究提供一些參考。噴霧干燥技術(shù)在固體飲料中的研究現(xiàn)狀
噴霧干燥技術(shù)的研究始于19 世紀(jì)初期, 在世界上已有一百多年的歷史。早在1865 年, La Mo nt 提出了用噴霧干燥方法來處理蛋品, 這種由液態(tài)經(jīng)霧化和干燥在極短時間內(nèi)直接變成固體粉末的過程,在20 世紀(jì)取得了長足的進(jìn)展。而噴霧干燥技術(shù)在我國起步較晚, 早是在20 世紀(jì)50 年代從前蘇聯(lián)引進(jìn)噴霧干燥機(jī)用于染料的噴霧干燥[ 1
本文闡述了噴霧干燥技術(shù)的特點及在固體飲料中的應(yīng)用, 探討了噴霧干燥加工技術(shù)參數(shù)的確定, 為進(jìn)一步探討其在固體飲料中的研究提供一些參考。
1 噴霧干燥技術(shù)及主要工藝參數(shù)
1. 1 噴霧干燥技術(shù)
噴霧干燥是以單一工序?qū)⑷芤?、乳濁液、懸浮液和漿狀物料加工成粉狀、顆粒狀、空心球或團(tuán)粒狀干燥產(chǎn)品的一種干燥方法[ 8] , 主要是利用霧化器將料液分散成細(xì)小的霧滴, 并在熱干燥介質(zhì)中迅速蒸發(fā)溶劑形成干粉產(chǎn)品的過程。一般噴霧干燥階段為料液霧化!霧群與熱干燥介質(zhì)接觸混合!霧滴的蒸發(fā)干燥! 干燥產(chǎn)品與干燥介質(zhì)分離。料液的形式可以是溶液、懸浮液、乳濁液等經(jīng)泵可以輸送的液體形式, 干燥所得產(chǎn)品可以是粉狀、顆粒狀或經(jīng)過團(tuán)聚的[ 9 ] 。與傳統(tǒng)的干燥方法相比, 噴霧干燥技術(shù)有很多優(yōu)點, 其干燥速度快, 時間短( 3~ 10 s) , 特別適合于熱敏性物料的干燥; 干燥過程瞬間完成, 可由液體直接得到干燥產(chǎn)品, 避免了干燥過程中造成粉塵飛揚; 無需蒸發(fā)、結(jié)晶、固液機(jī)械分離等操作; 產(chǎn)品具有良好的分散性和溶解性, 能極大地保留原料本身的色、香、味和營養(yǎng)成分; 生產(chǎn)過程簡單, 操作控制方便。但噴霧干燥方法也有一些不易克服的缺點, 如動力消耗大、傳熱系數(shù)低導(dǎo)致熱效率低; 干燥器的體積大、操作彈性小, 易發(fā)生粘壁現(xiàn)象等[ 10
1. 2 噴霧干燥技術(shù)主要工藝參數(shù)
在噴霧干燥時, 主要的影響因素有噴霧干燥前物料的均質(zhì)程度、干燥時的進(jìn)出口溫度、進(jìn)料泵的壓力等。其他還有一些影響因素, 如噴霧時, 物料糖酸比、料液溫度、進(jìn)料流量都會對產(chǎn)品的得率、溶解性等有一定的影響。物料糖酸比會對產(chǎn)品口感和風(fēng)味有極大影響, 且如糖、酸、果膠等的軟化點低于干燥溫度, 就會造成嚴(yán)重的粘壁現(xiàn)象, 需添加一些包埋劑進(jìn)行包埋, 如麥芽糊精、
1. 2. 1 噴霧干燥前的均質(zhì)參數(shù)均質(zhì)是將物料的料液在擠壓, 強(qiáng)沖擊與失壓膨脹的三重作用下使物料細(xì)化, 從而使物料能更均勻的相互混合[ 12] 。在噴霧干燥前, 將物料進(jìn)行均質(zhì), 對其在噴霧瞬間干燥形成均勻一致的細(xì)粉有很大的影響。那么, 適當(dāng)?shù)木|(zhì)溫度、均質(zhì)時間和壓力都是相當(dāng)重要的。一般物料是在50~ 60 ∀ 均質(zhì)20min 即可, 溫度過高、時間過長可能會對均質(zhì)設(shè)備造成損害, 溫度過低、時間過短則均質(zhì)效果不好。對于均質(zhì)設(shè)備而言, 在一定的均質(zhì)溫度、均質(zhì)壓力下, 均質(zhì)到一定程度脂肪球顆粒直徑便不再顯著下降, 乳化效果提高不多, 同時, 均質(zhì)時間過長又不利于提高生產(chǎn)效率。當(dāng)均質(zhì)壓力在一定范圍時, 均質(zhì)液的穩(wěn)定性隨均質(zhì)壓力的增大而顯著提高。但當(dāng)均質(zhì)壓力達(dá)到一定值后, 均質(zhì)液的穩(wěn)定性隨均質(zhì)壓力的增大變化就不明顯[ 13] 。蔣長興等[ 14] 在噴霧干燥法制備南瓜粉的工藝參數(shù)研究中, 經(jīng)過優(yōu)化后所選用的均質(zhì)壓力為25MPa 時, 效果好。張雁等[ 15] 在保健型苦瓜固體飲料的研制中所采用的均質(zhì)壓力為40MPa。所以, 要根據(jù)不同物料, 選擇適當(dāng)?shù)木|(zhì)壓力, 一般壓力控制在25~ 50MPa。
1. 2. 2 噴霧干燥時的進(jìn)出風(fēng)溫度干燥空氣的進(jìn)口溫度無疑影響到生產(chǎn)的能量利用率, 同時這一因素還影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。盡管噴霧干燥法是一種適宜于熱敏性物料的干燥方法, 但對許多熱敏性物料而言, 溫度仍然是必須重視的因素[ 16] 。而且, 不同的物料進(jìn)行噴霧干燥時, 所需的進(jìn)出風(fēng)溫度有所不同。陳清香等[ 16] 在番木瓜噴霧干燥工藝研究中所得噴霧干燥優(yōu)選進(jìn)風(fēng)溫度為160 ∀ ; 張雁等[ 15] 在保健型苦瓜固體飲料的研制中所采用的進(jìn)風(fēng)溫度為190~ 200 ∀ , 排風(fēng)溫度為95~ 98 ∀ ; 王靜等[ 17] 在棗粉噴霧干燥工藝研究中所采用的進(jìn)風(fēng)溫度為135 ∀ , 出風(fēng)溫度為80 ∀ 。若進(jìn)風(fēng)溫度過高, 物料可能會出現(xiàn)焦化現(xiàn)象, 若進(jìn)風(fēng)溫度過低, 則可能達(dá)不到干燥的效果。所以, 必須選擇適宜的進(jìn)風(fēng)溫度才能達(dá)到的噴霧效果。根據(jù)不同物料, 一般進(jìn)風(fēng)溫度控制在140~ 200 ∀ [ 9] , 而出風(fēng)溫度雖不需要設(shè)定, 但一般出風(fēng)溫度應(yīng)控制在60~ 90 ∀ 。1. 2. 3 進(jìn)料泵壓力參數(shù)料泵壓力的大小對噴霧干燥效果有很大影響。當(dāng)氣源壓力增大時, 物料的噴出速度提高, 壓縮空氣量增加, 使物化液滴粒徑減少, 比表面積增加, 微粒與熱空氣接觸后, 水分迅速蒸發(fā), 致使跑粉現(xiàn)象嚴(yán)重, 產(chǎn)品得率降低, 產(chǎn)品的顆粒度、流動性等外觀質(zhì)量受到較大影響。但當(dāng)氣流壓力減小時, 霧化液滴粒徑增大, 比表面積減小, 干燥速度減慢, 容易造成潮粉或粘壁現(xiàn)象, 也影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此, 必須選擇合適的進(jìn)料泵壓力。一般壓力應(yīng)控制在0. 12~ 0. 21MPa[ 13] 。
2 噴霧干燥技術(shù)在固體飲料中的應(yīng)用固體飲料是指以糖( 或不加糖) 、果汁( 或不加果
汁) 、植物抽提物及其他配料為原料, 加工制成粉末狀、顆粒狀或塊狀的經(jīng)沖溶后飲用的制品。固體飲料也是指水分含量在3% 以下, 具有一定形狀, 須經(jīng)沖溶后才可飲用的顆粒狀、鱗片狀或粉末狀的飲料[ 1 9] 。固體飲料的生產(chǎn)可以采用噴霧干燥法、真空干燥法、微波干燥以及烘箱干燥等, 但噴霧干燥因其*的優(yōu)點, 使得在固體飲料的加工中占據(jù)著十分重要的地位, 尤其是在粉末狀固體飲料的生產(chǎn)中。
2. 1噴霧干燥技術(shù)在速溶茶飲料中的應(yīng)用
庫爾班江等[ 20] 采用正交試驗的方法, 優(yōu)化了菊花速溶茶噴霧干燥工藝, 確定的工藝為進(jìn)口溫度為200 ∀ , 噴霧壓力為180kPa, 料液相對密度為1. 05。周天山等[ 21] 在去苦味冷溶型速溶綠茶的加工工藝中采用噴霧干燥參數(shù)為: 進(jìn)口溫度135 ∀ , 出口溫度75 ∀ , 進(jìn)樣速度為10mL/ min。談鴻斌等[ 22]在速溶茶粉的生產(chǎn)中指出, 進(jìn)風(fēng)溫度為250 ∀ , 使用壓力噴嘴, 操作壓力為2. 5~ 3. 0MPa 時就可以得到串珠狀顆粒。周建華[ 23] 在桑椹速溶茶的研制中所采用的噴霧條件是: 進(jìn)料液溫度45~ 50 ∀ , 進(jìn)風(fēng)溫度為200~ 220 ∀ , 排風(fēng)溫度為80~ 90 ∀ , 干燥室溫度保持85~ 95 ∀ , 轉(zhuǎn)速為800~ 1 500 r/ min。
2. 2 噴霧干燥技術(shù)在果蔬粉生產(chǎn)中的應(yīng)用
李共國[ 24] 以芋頭為原料, 經(jīng)燙漂、打漿、均質(zhì)和噴霧干燥工藝生產(chǎn)芋頭粉, 其噴霧干燥工藝為進(jìn)風(fēng)溫度為140~ 180 ∀ , 出風(fēng)溫度為80~ 100 ∀ , 霧化轉(zhuǎn)速為15 000~ 30 000 r/ min。劉文慧等[ 25] 以南瓜為原料, 經(jīng)軟化、打漿、調(diào)配、均質(zhì)和噴霧干燥工藝生產(chǎn)南瓜粉, 其噴霧干燥工藝條件為進(jìn)口溫度135 ∀ 、出口溫度75 ∀ 、進(jìn)風(fēng)量0. 9m3 / min、進(jìn)料溫度60 ∀ 。黃卉等[ 26] 以荔枝汁為原料, 麥芽糊精、蔗糖、羧甲基纖維素鈉( CMC) 、
干燥技術(shù)生產(chǎn)野木瓜速溶固體飲料, 得出的噴霧參數(shù)為進(jìn)風(fēng)溫度173 ∀ , 出風(fēng)溫度為73 ∀ 。王澤南等[ 28] 在草莓粉噴霧干燥工藝參數(shù)及助干劑配料的研究中得出: 進(jìn)風(fēng)溫度200 ∀ 、入料流量60mL/ min、噴頭轉(zhuǎn)速25 000 r/ min 時噴霧干燥的效果。
3 展望
噴霧干燥技術(shù)在固體飲料的生產(chǎn)加工中的應(yīng)用越來越廣泛, 又因其本身的優(yōu)點, 既克服了物料不易貯藏的缺點, 又保留了物料的營養(yǎng)價值, 為人們的健康提供了更好的保障。而且, 隨著人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快, 人們對食品的色、香、味要求越來越高, 對方便、營養(yǎng)的食品需求量越來越大[ 29] 。高質(zhì)量的固體飲料具有易保存、食用方便、可調(diào)性強(qiáng)及營養(yǎng)豐富等特點, 滿足了人們的需求。噴霧干燥時, 霧滴表面溫度不高, 因此對食品的風(fēng)味、所含的維生素等能繼續(xù)保存, 對熱敏性食品尤為適宜。干燥為粉末狀產(chǎn)品后, 易于貯藏和運輸, 且使用方便[ 30