噴霧干燥技術在食品加工中的應用

噴霧干燥是指用霧化器把料液分散成霧狀液滴，同時在熱風中干燥，最終獲得粉狀或顆粒狀成品的過程。由于料液的噴霧干燥在瞬間完成，因此必須最大限度地增加其分散度，即增加單位體積溶液中的表面積，從而加速熱和質的過程（干燥過程）。目前，在染料、醫藥、農藥、水產、林業、冶金、食品、陶瓷等工業范圍內，有數百種產品采用噴霧干燥方法得到。按照霧化方法不同，可分為3類：①旋轉式霧化器，將物料置于高速旋轉盤上（轉速7000~10000r/min），把液體甩出并液化；②氣流式霧化器，利用壓縮空氣或水蒸氣使物料霧化；③壓力式霧化器（機械噴嘴），利用高壓泵，把物料從噴嘴中高速壓出而霧化。
在國外，應用最多的是旋轉式霧化器，因為其操作簡便、穩定可靠、節省動力，特別是處理量大的料液，旋轉式更為方便；其次是壓力式霧化器，若為大產量生產而采用壓力式霧化器時，一般在噴霧室中安裝多個噴嘴；氣流式霧化器與另外2種霧化器相比，壓縮空氣的動力能耗大，因而其只在小型與中間采用，工廠生產很少使用。在國內，氣流式霧化器應用最普遍，其次是壓力式霧化器，旋轉式霧化器使用的最少。
1、噴霧干燥技術的特點
噴霧干燥技術是物料經過霧化器分散成霧滴，霧滴在沉降過程中，水分被熱空氣氣流蒸發而進行脫水干燥的過程。干燥后得到的粉末狀或顆粒狀產品和空氣分開后收集在一起，在這一道工序中同時完成噴霧與干燥2種工藝過程。噴霧干燥機由霧化室、干燥室、分離器、泵等構成，干燥室是噴霧干燥技術的核心。
1.1噴霧干燥技術的優點
（1）干燥速度快、時間短。料液霧化后，表面積增大至10000倍以上。例如，將1L料液霧化成直徑為50μm的霧滴，其表面積可增大至120m2，在熱風氣流中可瞬時（0.01~0.04s）蒸發95%~98%的水分，完成干燥時間一般僅需5~40s。
（2）產品品質好。噴霧干燥使用的溫度范圍廣（80~300℃），即使采用高溫熱風，由于熱交換主要用于蒸發物料水分，故出口溫度仍不會很高，干燥產品品質較好，不易發生蛋白質變性、維生素損失、氧化等缺陷。因此，特別適合于易分解、變性的熱敏性食品加工。同時，由于干燥過程在熱空氣中完成，產品基本能保持與霧滴相近似的空心顆粒或疏松團粒，具有良好的分散性、流動性和融解性。
（3）工藝簡單、控制方便。料液中水的質量分數通常為40%~60%，有些特殊料液水的質量分數高達90%，也可不經過濃縮，一次干燥直接獲得粉末狀或微細顆粒狀產品，可省去一些蒸發、結晶、分離、粉碎及篩選等工藝過程，簡化了生產工藝流程。
通過改變原料的濃度、熱風溫度、噴霧條件等，可獲得不同水分和粒度產品，易于操作，控制方便。由于噴霧干燥在全封閉的干燥塔中進行，干燥室具有一定負壓，因而既保證了衛生條件又避免了粉塵飛揚。
（4）生產率高。噴霧干燥能適應于大規模生產，物料可連續進料、連續排料，結合冷卻器和風力輸送，組成連續的生產作業線，操作人員少、勞動強度低。
1.2噴霧干燥技術的缺點
噴霧干燥技術的缺點有：①設備較復雜，占地面積大，一次性投入多；②能耗大，熱效率不高，動力消耗大；③在生產粒徑小的產品時，廢氣中帶20%左右的微粒，需選用高效的分離裝置，附屬裝置比較復雜，費用較高；④干燥室內壁易于粘附產品微粒，腔體體積大，設備的清洗工作量大。
2、噴霧干燥技術的原理
試驗采用的噴霧干燥設備是由BUCHI公司開發的B-290型噴霧干燥機。該設備主要由壓力式霧化室、噴頭、干燥室、旋風分離器、接收瓶等組成。
噴霧時，物料進入霧化室中通過高壓泵而使其獲得高壓，然后從噴頭出來時，因為壓力大，噴孔小，物料被快速霧化成霧滴；具有巨大表面積的霧滴與進入干燥室的熱氣流進行接觸，在這個過程中可以瞬間發生熱交換和質交換。物料里的大部分水分迅速被蒸發掉，產品干燥成粉末后，形成細微的粉粒和顆粒，由于負壓的作用，粉粒在旋風分離室中以旋風的形式與空氣分離，粉塵落入接收瓶中接收。
3、噴霧干燥技術在果蔬粉加工中的應用
我國是農業大國，果蔬產量在國內已成為僅次于糧食的農村支柱產業。但果蔬多汁不耐貯藏，在微生物作用下很容易腐爛變質，造成果蔬在收獲季節的損失率高達20%~30%。近年來，我國的果蔬加工業取得了巨大的成就，果蔬加工業在我國的農貿中占據了重要的地位。果蔬粉的質量輕、體積小，而且速溶性好，能較好地保持原有水果蔬菜的營養成分及果蔬皮和核的營養成分，也可以作為配料加工成其他食品。
王澤南、范方宇等人對草莓粉噴霧干燥工藝參數及助干劑配料進行研究，確定了料液中添加助干劑配料為卵磷脂2.5%，環糊精2.5%，可溶性淀粉3.0%；另外，關鵬翔等人[2]研究了輔料對哈密瓜粉噴霧干燥效果的影響，通過結合正交試驗優選哈密瓜粉的輔料配比，得出在麥芽糊精50%，β-環糊精5%和阿拉伯膠1.5%時得到最佳的集粉率和含水率；盧亞婷等人對雪蓮果果粉噴霧干燥工藝進行研究，得到優化的雪蓮果噴霧干燥工藝條件為環糊精3%，料液固形物含量35%，進料流量20mL/min，進風溫度160℃；劉程惠等人研究噴霧干燥條件對櫻桃粉出粉率及品質的影響，通過測定櫻桃粉產品的出粉率和品質得出，麥芽糊精作為助干劑、櫻桃粉與助干劑比例3∶7，入料質量分數25%，入料流量600mL/h，入料溫度50℃，進風溫度180~190℃，進風量22~25m3/h，此時噴霧干燥所得的出粉率高、含水量低、VC含量高、產品感官品質好。
在噴霧干燥工藝過程中，噴霧干燥工藝參數的確定尤為重要，而影響噴霧干燥的因素有很多，比如料液的稀釋比例、料液的均質壓力、噴霧干燥進料速度、進出口溫度、液體流量、助干劑的種類和添加量等，這些因素對果蔬粉的顏色、口感、得率、營養成分有著或多或少的影響，因此擬在噴霧干燥法制備速溶生姜粉的初步研究基礎上，對噴霧干燥工藝參數及助干劑配料進行全面的分析和研究。
4、噴霧干燥技術在生姜加工中的應用
孫曉明等人利用噴霧干燥法對生姜精油進行微膠囊化處理，確定最佳工藝為芯材∶阿拉伯膠∶麥芽糊精∶大豆分離蛋白=5.3∶3∶9∶4；鐘業俊等人在姜辣素噴霧干燥微膠囊化研究中，確定最佳工藝條件為壁材（麥芽糊精∶阿拉伯膠）比例2∶1，芯材添加量25%，固形物含量20%，所得產品姜辣素含量6.2%；張國棟等人以生姜為原料，經乙醇提取而得的姜油樹脂為芯材，以阿拉伯膠和麥芽糊精為壁材，確定了生姜噴霧干燥法微膠囊化的最佳工藝條件為芯材與壁材的比例1∶5，進風口溫度190℃，阿拉伯膠與麥芽糊精比1∶7；向云峰以生姜為原料、油樹脂為芯材、食用膠為壁材，經乳化、均質、噴霧干燥而制的生姜油樹脂微膠囊，得出微膠囊有效成分含量1.73%（W/W），水分含量3.81%，得率92.1%，油樹脂利用率96.76%，溶劑殘留量為4.5mg/kg。 


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