食品工業噴霧乾燥技術研究論文

摘要：噴霧乾燥是目前食品工業最常用的乾燥方式之一。隨著對噴霧乾燥技術和裝置的深入研究與開發，噴霧乾燥技術在食品工業中的應用將更將廣泛。簡單介紹噴霧乾燥的主要特點及存在的問題，重點闡述了噴霧乾燥技術在食品工業中的應用。

關鍵詞：噴霧乾燥;食品工業;應用;現狀

噴霧乾燥是目前食品工業最常用的乾燥方式之一，1872年美國人SameulPercy在其“乾燥操作的改進及通過霧化將液體物料濃縮”的專利中清楚地論述了噴霧乾燥過程的實質，為噴霧乾燥裝置的誕生作出了重要貢獻［1］。自從1865年LaMont提出用噴霧乾燥法來處理蛋品，噴霧乾燥技術已有一個多世紀的發展歷史了，但是在我國發展起步較晚，20世紀50年代吉林染料廠從前蘇聯引進的旋轉式噴霧乾燥機，用於染料的噴霧乾燥［2］，從此噴霧乾燥技術在我國得到了工業化的應用。隨著噴霧乾燥技術的完善和研究的深入，目前，這項技術已得到了廣泛應用，尤其在食品加工業。20世紀初期首先應用於脫脂乳粉的製造［3］，後來，在乳品工業、固體飲料及固體調味料的製造上也廣泛採用了噴霧乾燥技術，從而使食品工業得到了長足的發展。

1噴霧乾燥技術噴霧乾燥技術的研究

始於19世紀初期，隨著噴霧乾燥技術在工業上的廣泛應用，人們對它的基本原理和特點也進行了深入研究。

1．1噴霧乾燥技術的原理

噴霧乾燥基本原理是物料經過過濾器由泵輸送到噴霧乾燥器頂端的霧化器，利用霧化器將液態物料分散成霧滴，由於霧滴半徑較小，比表面積和表面自由能大，且高度分散，霧滴表面溼分的蒸汽壓比相同條件下平面液態溼分的蒸汽壓要大，所以水分揮發極快，產品迅速得到乾燥［4］。戴命和等根據質量守恆、能量守恆和牛頓第二定律推導了噴霧乾燥過程一維雙向靜態數學模型，從理論上研究了噴霧乾燥的熱乾燥機理，對提高噴霧乾燥的技術水平具有重要意義［5］。

1．2噴霧乾燥技術的特點

1．2．1乾燥迅速，確保產品質量。食品中多含蛋白質和糖分，而蛋白質一般在60～80℃保持數分鐘會產生變性，在高溫下放置也會產生美拉德反應［6］。利用噴霧乾燥，僅需3～10s就能夠乾燥產品，這樣可有效抑制乾燥過程中食品的熱變性和芳香成分的損失，確保了產品的質量。

1．2．2乾燥產品具有良好的分散性、流動性和溶解性。對於乾燥產品而言，分散性、流動性和溶解性是產品質量的重要指標。在噴霧乾燥過程中，產品的乾燥是在熱空氣中進行的，所以產品基本上能保持與液滴相近似的球狀［7］，從而具有良好的分散性、流動性和溶解性。

1．2．3生產過程簡化、操作控制方便，適宜於連續化大規模生產。通過噴霧乾燥獲得的產品大部分都不需要再進行粉碎和篩選，從而減少了生產工序，簡化了生產工藝流程。產品的粒徑、鬆密度、水分，在一定的範圍內，可以改變操作條件進行調整，控制管理都很方便，而且能適應工業化大規模生產的要求［7］。

1．2．4防止發生公害，改善生產環境。由於噴霧乾燥是在密閉的容器中進行，能避免乾燥過程中造成的粉塵飛揚，避免了環境汙染［7］。

1．3噴霧乾燥存在的問題

噴霧乾燥技術的優點是顯著的，但是其不足之處也是不容忽視的。其缺點主要表現在動力消耗大，體積傳熱係數和熱效率均較低，裝置體積大，易發生粘壁現象，一次性投資較大等［4］。尤其是粘壁問題，在噴霧乾燥過程中如果發生粘壁物料由於長時間停留在熱的內壁上，有可能被燒焦或變質，影響產品質量。周學永等對噴霧乾燥粘壁的型別和原因進行了分析，提出了噴霧乾燥粘壁的3種類型:半溼物料粘壁、低熔點物料的熱熔性粘壁和乾粉表面粘附，並提出瞭解決各種型別粘壁的方案［8］。

2噴霧乾燥在食品工業中的應用

2．1噴霧乾燥在果蔬粉生產中的應用

我國是農業大國，果蔬產業在國內已成為僅次於糧食的支柱產業［9］。果蔬粉因其具有獨特的優點，不僅能克服果蔬不耐貯藏、容易腐爛變質等缺點，而且能夠滿足人們對果蔬多樣化、高檔化和新鮮化趨勢的需求，所以具有廣闊的開發前景。果蔬粉製備技術較多，譬如，噴霧乾燥、熱風乾燥、真空冷凍乾燥、微波乾燥、變溫壓差膨化乾燥及超微粉碎技術等［10］，但噴霧乾燥因其特有的優點，使其在果蔬粉的加工中佔據著十分重要的位置。VaibhavPatil等應用響應面法(ＲSM)優化番石榴粉噴霧乾燥工藝，當進口溫度為185℃和麥芽糊精濃度為7%時，番石榴粉含有豐富的維生素［11］。王雅臣等研究了經酶處理的野木瓜速溶固體飲料的工藝條件，結果表明，野木瓜經酶處理，在進風溫度為175℃下進行噴霧乾燥，可得到口味豐富、酸甜適宜的野木瓜速溶固體飲料［12］。狄建兵等以山藥為試材，將其預煮製漿後採用噴霧乾燥制粉，料水比為1∶2g/ml，進風溫度為160℃，進料量為500ml/h，助幹劑新增量為4%時，製成的山藥粉色澤潔白、粉末細膩、質量評價較高［13］。

2．2噴霧乾燥技術在速溶茶飲料中的應用

速溶茶飲料是一種能夠迅速溶解於水的固體飲料茶，因具有衝飲攜帶方便、沖水速溶、不留餘渣、農藥殘留少、易於調節濃淡或容易同其他食品調配等許多特點［14］，所以越來越受到人們的青睞。畢秋芸以靈芝與紅茶為原料，採用噴霧乾燥技術研究了靈芝紅茶固體飲料生產工藝條件，其最佳配方和工藝條件為紅茶浸提液新增量為15%、靈芝浸提液新增量為35%、檸檬酸新增量為1%、白砂糖新增量為8%、麥芽糊精新增量為15%;噴霧乾燥最佳工藝條件為進風溫度為180℃、出風溫度為80℃、進料量為25ml/min［15］。程健博等以黑苦蕎麥為主要原料，採用噴霧乾燥技術，研究製作速溶紅棗黑苦蕎奶茶的加工工藝，確定關鍵工藝噴霧乾燥的進風溫度為185℃，出風溫度為90℃［16］。

2．3噴霧乾燥在食品新增劑中的應用

食品新增劑既能改善食品的色、香、味等感官品質，也能在一定程度上滿足產品防腐和加工工藝的需要，大大促進了食品工業的發展，並被譽為現代食品工業的靈魂［17］。但是由於某些食品新增劑易受環境中光、氧、溫度、水分等因素影響及食品新增劑自身存在的異味、臭味、辛辣味等不良氣味，嚴重影響了其在食品中的應用，阻礙了食品工業的發展。20世紀隨著微膠囊技術的誕生，這些問題都迎刃而解，而微膠囊技術的關鍵就是噴霧乾燥。NgLayTze等研究不同的麥芽糊精濃度和噴霧乾燥入口溫度對火龍果甜菜紅素含量的影響，得到的最佳噴霧乾燥條件是入口溫度155℃和20%的麥芽糊精濃度［18］。劉楠楠以明膠、阿拉伯膠為壁材，採用複合凝聚法對蔥油香精進行包埋，以微膠囊包埋率為評價指標，採用響應面分析法優化了影響包埋率的主要因素:壁材濃度、芯壁比和pH［19］。研究發現，復凝聚法制備蔥油香精微膠囊的最佳工藝引數為:壁材濃度為1．82%、芯壁比1∶1．87、pH4．16，並在此基礎上，採用噴霧乾燥法可以製備出蔥油香精微膠囊白色粉狀產品，微膠囊粒徑大小較為均一，體積平均粒徑為65．54μm。

2．4噴霧乾燥在保健食品中的應用

近年來，隨著居民的經濟和生活水平不斷提高，一些現代文明病，如高血壓、高血脂、糖尿病等也不斷湧現［20］。魚油中富含ω-3系多不飽和脂肪酸(DHA和EPA)，具有抗炎、調節血脂等功效［21］，被譽為保健食品中的“常青樹”［22］。隨著我國國民經濟的持續發展和城鄉居民生活水平的不斷改善以及人口老齡化的不斷加劇，魚油市場不斷擴大，魚油消費也開始迅速增長。但是由於魚油中的多不飽和脂肪酸(DHA和EPA)極易氧化［23］，嚴重阻礙其在保健食品中的應用及市場需求，而魚油微膠囊化不僅可以有效防止其氧化變質，而且能夠掩蓋魚腥味。SriHaryaniAnwar等研究了各種乾燥方法制備的`微膠囊魚油，比較了噴霧造粒乾燥(SG)、噴霧乾燥(SD)、冷凍乾燥(FD)3種方法制備的微膠囊魚油的穩定性［24］。蜂膠含有豐富而獨特的生物活性物質，具有抗菌、消炎、止癢、抗氧化、增強免疫、降血糖、降血脂、抗腫瘤等多種功能，對人體有著廣泛的醫療、保健作用，是一種具有較高保健功能的產品［25］。張英宣採用噴霧乾燥法對蜂膠提取物進行微膠囊化處理，通過測定微膠囊化蜂膠中主要活性物質總黃酮的活性，探討蜂膠噴霧乾燥法微膠囊化的工藝［26］。試驗表明，以阿拉伯樹膠和糊精1∶1比例混合作為壁材，固形物含量為20%，芯材與壁材比例為1∶4，進樣量20ml/min，進風壓力為0．2MPa，微膠囊化蜂膠中總黃酮的活性最高。

2．5噴霧乾燥技術在其他食品領域的應用

隨著噴霧乾燥技術研究的深入，以及人們對食品的風味和營養價值的要求不斷提高，市場上出現了越來越多的由噴霧乾燥法生產的食品，如蛋黃粉［27］、雜糧粉［28］、調味粉［29］等。由於經濟的發展，人民生活的改善，不少地區民眾雜糧穀物的攝入量有所減少，而雜糧穀物中富含膳食纖維、礦物質等，這些物質又是機體不可或缺的，所以穀物粉備受消費者的喜愛。李居男以噴霧乾燥技術為主要載體，對山藥、黑米、玉米、蕎麥、橙子等多種穀物及水果進行了制粉處理，並評價了噴務乾燥處理對其中功能活性成分的影響［30］;以各種噴霧乾燥粉劑為基料，調配了4種衝調型功能性飲料。此外，噴霧乾燥技術也常用於嬰兒營養食品的加工中［31］，最常見的就是嬰兒奶粉的加工。沈國輝等採用噴霧乾燥技術製備微膠囊嬰幼兒奶粉的研究表明，新增DHA微膠囊的嬰幼兒奶粉最佳工藝條件是:均質壓力為40MPa、均質溫度為40℃、噴霧乾燥進風溫度為170℃、出風溫度為80℃，在此條件下製備新增DHA微膠囊的奶粉，在產品保質期內質量指標極為穩定，未發生任何不良反應［32］。

3結語

噴霧乾燥在食品工業中的應用已有多年的歷史，最早只應用於奶粉的製造［33］，目前已廣泛應用於食品工業，因其本身的優點，既克服了物料不易貯藏的缺點，又保留了物料的營養價值，為人們的健康提供了更好的保障［34］。隨著對噴霧乾燥技術和裝置的深入研究與開發，以及人們對食品的風味和營養價值的要求不斷提高，市場將出現越來越多的噴霧乾燥產品，食品工業必將加速發展，前景廣闊。

參考文獻

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