喷雾干燥技术具有蒸发面积大、干燥速度快、物料温度低、易于连续化生产等特点, 在食品干燥中显示出很强的*性。综述了喷雾干燥技术及其主要工艺参数, 喷雾干燥技术在固体饮料中的应用, 为进一步探讨其在固体饮料中的研究提供一些参考。喷雾干燥技术在固体饮料中的研究现状
喷雾干燥技术的研究始于19 世纪初期, 在世界上已有一百多年的历史。早在1865 年, La Mo nt 提出了用喷雾干燥方法来处理蛋品, 这种由液态经雾化和干燥在极短时间内直接变成固体粉末的过程,在20 世纪取得了长足的进展。而喷雾干燥技术在我国起步较晚, 早是在20 世纪50 年代从前苏联引进喷雾干燥机用于染料的喷雾干燥[ 1
本文阐述了喷雾干燥技术的特点及在固体饮料中的应用, 探讨了喷雾干燥加工技术参数的确定, 为进一步探讨其在固体饮料中的研究提供一些参考。
1 喷雾干燥技术及主要工艺参数
1. 1 喷雾干燥技术
喷雾干燥是以单一工序将溶液、乳浊液、悬浮液和浆状物料加工成粉状、颗粒状、空心球或团粒状干燥产品的一种干燥方法[ 8] , 主要是利用雾化器将料液分散成细小的雾滴, 并在热干燥介质中迅速蒸发溶剂形成干粉产品的过程。一般喷雾干燥阶段为料液雾化!雾群与热干燥介质接触混合!雾滴的蒸发干燥! 干燥产品与干燥介质分离。料液的形式可以是溶液、悬浮液、乳浊液等经泵可以输送的液体形式, 干燥所得产品可以是粉状、颗粒状或经过团聚的[ 9 ] 。与传统的干燥方法相比, 喷雾干燥技术有很多优点, 其干燥速度快, 时间短( 3~ 10 s) , 特别适合于热敏性物料的干燥; 干燥过程瞬间完成, 可由液体直接得到干燥产品, 避免了干燥过程中造成粉尘飞扬; 无需蒸发、结晶、固液机械分离等操作; 产品具有良好的分散性和溶解性, 能极大地保留原料本身的色、香、味和营养成分; 生产过程简单, 操作控制方便。但喷雾干燥方法也有一些不易克服的缺点, 如动力消耗大、传热系数低导致热效率低; 干燥器的体积大、操作弹性小, 易发生粘壁现象等[ 10
1. 2 喷雾干燥技术主要工艺参数
在喷雾干燥时, 主要的影响因素有喷雾干燥前物料的均质程度、干燥时的进出口温度、进料泵的压力等。其他还有一些影响因素, 如喷雾时, 物料糖酸比、料液温度、进料流量都会对产品的得率、溶解性等有一定的影响。物料糖酸比会对产品口感和风味有极大影响, 且如糖、酸、果胶等的软化点低于干燥温度, 就会造成严重的粘壁现象, 需添加一些包埋剂进行包埋, 如麦芽糊精、
1. 2. 1 喷雾干燥前的均质参数均质是将物料的料液在挤压, 强冲击与失压膨胀的三重作用下使物料细化, 从而使物料能更均匀的相互混合[ 12] 。在喷雾干燥前, 将物料进行均质, 对其在喷雾瞬间干燥形成均匀一致的细粉有很大的影响。那么, 适当的均质温度、均质时间和压力都是相当重要的。一般物料是在50~ 60 ∀ 均质20min 即可, 温度过高、时间过长可能会对均质设备造成损害, 温度过低、时间过短则均质效果不好。对于均质设备而言, 在一定的均质温度、均质压力下, 均质到一定程度脂肪球颗粒直径便不再显著下降, 乳化效果提高不多, 同时, 均质时间过长又不利于提高生产效率。当均质压力在一定范围时, 均质液的稳定性随均质压力的增大而显著提高。但当均质压力达到一定值后, 均质液的稳定性随均质压力的增大变化就不明显[ 13] 。蒋长兴等[ 14] 在喷雾干燥法制备南瓜粉的工艺参数研究中, 经过优化后所选用的均质压力为25MPa 时, 效果好。张雁等[ 15] 在保健型苦瓜固体饮料的研制中所采用的均质压力为40MPa。所以, 要根据不同物料, 选择适当的均质压力, 一般压力控制在25~ 50MPa。
1. 2. 2 喷雾干燥时的进出风温度干燥空气的进口温度无疑影响到生产的能量利用率, 同时这一因素还影响着产品的质量。尽管喷雾干燥法是一种适宜于热敏性物料的干燥方法, 但对许多热敏性物料而言, 温度仍然是必须重视的因素[ 16] 。而且, 不同的物料进行喷雾干燥时, 所需的进出风温度有所不同。陈清香等[ 16] 在番木瓜喷雾干燥工艺研究中所得喷雾干燥优选进风温度为160 ∀ ; 张雁等[ 15] 在保健型苦瓜固体饮料的研制中所采用的进风温度为190~ 200 ∀ , 排风温度为95~ 98 ∀ ; 王静等[ 17] 在枣粉喷雾干燥工艺研究中所采用的进风温度为135 ∀ , 出风温度为80 ∀ 。若进风温度过高, 物料可能会出现焦化现象, 若进风温度过低, 则可能达不到干燥的效果。所以, 必须选择适宜的进风温度才能达到的喷雾效果。根据不同物料, 一般进风温度控制在140~ 200 ∀ [ 9] , 而出风温度虽不需要设定, 但一般出风温度应控制在60~ 90 ∀ 。1. 2. 3 进料泵压力参数料泵压力的大小对喷雾干燥效果有很大影响。当气源压力增大时, 物料的喷出速度提高, 压缩空气量增加, 使物化液滴粒径减少, 比表面积增加, 微粒与热空气接触后, 水分迅速蒸发, 致使跑粉现象严重, 产品得率降低, 产品的颗粒度、流动性等外观质量受到较大影响。但当气流压力减小时, 雾化液滴粒径增大, 比表面积减小, 干燥速度减慢, 容易造成潮粉或粘壁现象, 也影响产品质量。因此, 必须选择合适的进料泵压力。一般压力应控制在0. 12~ 0. 21MPa[ 13] 。
2 喷雾干燥技术在固体饮料中的应用固体饮料是指以糖( 或不加糖) 、果汁( 或不加果
汁) 、植物抽提物及其他配料为原料, 加工制成粉末状、颗粒状或块状的经冲溶后饮用的制品。固体饮料也是指水分含量在3% 以下, 具有一定形状, 须经冲溶后才可饮用的颗粒状、鳞片状或粉末状的饮料[ 1 9] 。固体饮料的生产可以采用喷雾干燥法、真空干燥法、微波干燥以及烘箱干燥等, 但喷雾干燥因其*的优点, 使得在固体饮料的加工中占据着十分重要的地位, 尤其是在粉末状固体饮料的生产中。
2. 1喷雾干燥技术在速溶茶饮料中的应用
库尔班江等[ 20] 采用正交试验的方法, 优化了菊花速溶茶喷雾干燥工艺, 确定的工艺为进口温度为200 ∀ , 喷雾压力为180kPa, 料液相对密度为1. 05。周天山等[ 21] 在去苦味冷溶型速溶绿茶的加工工艺中采用喷雾干燥参数为: 进口温度135 ∀ , 出口温度75 ∀ , 进样速度为10mL/ min。谈鸿斌等[ 22]在速溶茶粉的生产中指出, 进风温度为250 ∀ , 使用压力喷嘴, 操作压力为2. 5~ 3. 0MPa 时就可以得到串珠状颗粒。周建华[ 23] 在桑椹速溶茶的研制中所采用的喷雾条件是: 进料液温度45~ 50 ∀ , 进风温度为200~ 220 ∀ , 排风温度为80~ 90 ∀ , 干燥室温度保持85~ 95 ∀ , 转速为800~ 1 500 r/ min。
2. 2 喷雾干燥技术在果蔬粉生产中的应用
李共国[ 24] 以芋头为原料, 经烫漂、打浆、均质和喷雾干燥工艺生产芋头粉, 其喷雾干燥工艺为进风温度为140~ 180 ∀ , 出风温度为80~ 100 ∀ , 雾化转速为15 000~ 30 000 r/ min。刘文慧等[ 25] 以南瓜为原料, 经软化、打浆、调配、均质和喷雾干燥工艺生产南瓜粉, 其喷雾干燥工艺条件为进口温度135 ∀ 、出口温度75 ∀ 、进风量0. 9m3 / min、进料温度60 ∀ 。黄卉等[ 26] 以荔枝汁为原料, 麦芽糊精、蔗糖、羧甲基纤维素钠( CMC) 、
干燥技术生产野木瓜速溶固体饮料, 得出的喷雾参数为进风温度173 ∀ , 出风温度为73 ∀ 。王泽南等[ 28] 在草莓粉喷雾干燥工艺参数及助干剂配料的研究中得出: 进风温度200 ∀ 、入料流量60mL/ min、喷头转速25 000 r/ min 时喷雾干燥的效果。
3 展望
喷雾干燥技术在固体饮料的生产加工中的应用越来越广泛, 又因其本身的优点, 既克服了物料不易贮藏的缺点, 又保留了物料的营养价值, 为人们的健康提供了更好的保障。而且, 随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快, 人们对食品的色、香、味要求越来越高, 对方便、营养的食品需求量越来越大[ 29] 。高质量的固体饮料具有易保存、食用方便、可调性强及营养丰富等特点, 满足了人们的需求。喷雾干燥时, 雾滴表面温度不高, 因此对食品的风味、所含的维生素等能继续保存, 对热敏性食品尤为适宜。干燥为粉末状产品后, 易于贮藏和运输, 且使用方便[ 30