噴霧干燥技術具有蒸發(fā)面積大、干燥速度快、物料溫度低、易于連續(xù)化生產等特點, 在食品干燥中顯示出很強的*性。綜述了噴霧干燥技術及其主要工藝參數, 噴霧干燥技術在固體飲料中的應用, 為進一步探討其在固體飲料中的研究提供一些參考。噴霧干燥技術在固體飲料中的研究現狀
噴霧干燥技術的研究始于19 世紀初期, 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)經霧化和干燥在極短時間內直接變成固體粉末的過程,在20 世紀取得了長足的進展。而噴霧干燥技術在我國起步較晚, 早是在20 世紀50 年代從前蘇聯引進噴霧干燥機用于染料的噴霧干燥[ 1
本文闡述了噴霧干燥技術的特點及在固體飲料中的應用, 探討了噴霧干燥加工技術參數的確定, 為進一步探討其在固體飲料中的研究提供一些參考。
1 噴霧干燥技術及主要工藝參數
1. 1 噴霧干燥技術
噴霧干燥是以單一工序將溶液、乳濁液、懸浮液和漿狀物料加工成粉狀、顆粒狀、空心球或團粒狀干燥產品的一種干燥方法[ 8] , 主要是利用霧化器將料液分散成細小的霧滴, 并在熱干燥介質中迅速蒸發(fā)溶劑形成干粉產品的過程。一般噴霧干燥階段為料液霧化!霧群與熱干燥介質接觸混合!霧滴的蒸發(fā)干燥! 干燥產品與干燥介質分離。料液的形式可以是溶液、懸浮液、乳濁液等經泵可以輸送的液體形式, 干燥所得產品可以是粉狀、顆粒狀或經過團聚的[ 9 ] 。與傳統(tǒng)的干燥方法相比, 噴霧干燥技術有很多優(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品, 避免了干燥過程中造成粉塵飛揚; 無需蒸發(fā)、結晶、固液機械分離等操作; 產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、傳熱系數低導致熱效率低; 干燥器的體積大、操作彈性小, 易發(fā)生粘壁現象等[ 10
1. 2 噴霧干燥技術主要工藝參數
在噴霧干燥時, 主要的影響因素有噴霧干燥前物料的均質程度、干燥時的進出口溫度、進料泵的壓力等。其他還有一些影響因素, 如噴霧時, 物料糖酸比、料液溫度、進料流量都會對產品的得率、溶解性等有一定的影響。物料糖酸比會對產品口感和風味有極大影響, 且如糖、酸、果膠等的軟化點低于干燥溫度, 就會造成嚴重的粘壁現象, 需添加一些包埋劑進行包埋, 如麥芽糊精、
1. 2. 1 噴霧干燥前的均質參數均質是將物料的料液在擠壓, 強沖擊與失壓膨脹的三重作用下使物料細化, 從而使物料能更均勻的相互混合[ 12] 。在噴霧干燥前, 將物料進行均質, 對其在噴霧瞬間干燥形成均勻一致的細粉有很大的影響。那么, 適當的均質溫度、均質時間和壓力都是相當重要的。一般物料是在50~ 60 ∀ 均質20min 即可, 溫度過高、時間過長可能會對均質設備造成損害, 溫度過低、時間過短則均質效果不好。對于均質設備而言, 在一定的均質溫度、均質壓力下, 均質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, 均質時間過長又不利于提高生產效率。當均質壓力在一定范圍時, 均質液的穩(wěn)定性隨均質壓力的增大而顯著提高。但當均質壓力達到一定值后, 均質液的穩(wěn)定性隨均質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研究中, 經過優(yōu)化后所選用的均質壓力為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壓力為40MPa。所以, 要根據不同物料, 選擇適當的均質壓力, 一般壓力控制在25~ 50MPa。
1. 2. 2 噴霧干燥時的進出風溫度干燥空氣的進口溫度無疑影響到生產的能量利用率, 同時這一因素還影響著產品的質量。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, 不同的物料進行噴霧干燥時, 所需的進出風溫度有所不同。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)選進風溫度為160 ∀ ; 張雁等[ 15] 在保健型苦瓜固體飲料的研制中所采用的進風溫度為190~ 200 ∀ , 排風溫度為95~ 98 ∀ ; 王靜等[ 17] 在棗粉噴霧干燥工藝研究中所采用的進風溫度為135 ∀ , 出風溫度為80 ∀ 。若進風溫度過高, 物料可能會出現焦化現象, 若進風溫度過低, 則可能達不到干燥的效果。所以, 必須選擇適宜的進風溫度才能達到的噴霧效果。根據不同物料, 一般進風溫度控制在140~ 200 ∀ [ 9] , 而出風溫度雖不需要設定, 但一般出風溫度應控制在60~ 90 ∀ 。1. 2. 3 進料泵壓力參數料泵壓力的大小對噴霧干燥效果有很大影響。當氣源壓力增大時, 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), 致使跑粉現象嚴重, 產品得率降低, 產品的顆粒度、流動性等外觀質量受到較大影響。但當氣流壓力減小時, 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象, 也影響產品質量。因此, 必須選擇合適的進料泵壓力。一般壓力應控制在0. 12~ 0. 21MPa[ 13] 。
2 噴霧干燥技術在固體飲料中的應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著十分重要的地位, 尤其是在粉末狀固體飲料的生產中。
2. 1噴霧干燥技術在速溶茶飲料中的應用
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為: 進口溫度135 ∀ , 出口溫度75 ∀ , 進樣速度為10mL/ min。談鴻斌等[ 22]在速溶茶粉的生產中指出, 進風溫度為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: 進料液溫度45~ 50 ∀ , 進風溫度為200~ 220 ∀ , 排風溫度為80~ 90 ∀ , 干燥室溫度保持85~ 95 ∀ , 轉速為800~ 1 500 r/ min。
2. 2 噴霧干燥技術在果蔬粉生產中的應用
李共國[ 24] 以芋頭為原料, 經燙漂、打漿、均質和噴霧干燥工藝生產芋頭粉, 其噴霧干燥工藝為進風溫度為140~ 180 ∀ , 出風溫度為80~ 100 ∀ , 霧化轉速為15 000~ 30 000 r/ min。劉文慧等[ 25] 以南瓜為原料, 經軟化、打漿、調配、均質和噴霧干燥工藝生產南瓜粉, 其噴霧干燥工藝條件為進口溫度135 ∀ 、出口溫度75 ∀ 、進風量0. 9m3 / min、進料溫度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) 、
干燥技術生產野木瓜速溶固體飲料, 得出的噴霧參數為進風溫度173 ∀ , 出風溫度為73 ∀ 。王澤南等[ 28] 在草莓粉噴霧干燥工藝參數及助干劑配料的研究中得出: 進風溫度200 ∀ 、入料流量60mL/ min、噴頭轉速25 000 r/ min 時噴霧干燥的效果。
3 展望
噴霧干燥技術在固體飲料的生產加工中的應用越來越廣泛, 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] 。高質量的固體飲料具有易保存、食用方便、可調性強及營養(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。干燥為粉末狀產品后, 易于貯藏和運輸, 且使用方便[ 30