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1、喷雾干燥技术奶粉加工中的应用摘 要：随着喷雾干燥技术的日益完善，以及人们对于食品方面的严格要求，该技术在食品工业凸显重要作用。本文综述了喷雾干燥系统、其分类特点及在食品工业中运用。对未来该技术在各个领域中的运用进行了相应的展望。本文主要针对乳制品的加工工艺及质量控制进行分析探讨，喷雾干燥技术应用比较广泛，利用喷雾干燥发制作的奶粉，产品质量高，近年来在果蔬粉加工中的应用研究也较多。本文综述了喷雾干燥技术的发展历程、技术原理、特点、应用，并对今后喷雾干燥技术发展前景做了展望。关键词：喷雾干燥；发展历程；技术发展Milk powder processing technologyAbstract: W
2、ith the improvement of spray drying technology and the strict demand for food, the technology plays an important role in food industry. This paper summarizes the spray drying system, its classification characteristics and application in food industry. The future application of the technology in vari
3、ous fields is prospected accordingly. This paper mainly analyzes and discusses the processing technology and quality control of dairy products, the spray drying technology is widely used, the milk powder made from spray drying hair has high quality, and the application research in fruit and vegetabl
4、e powder processing in recent years is also more. This paper summarizes the development of spray drying technology, its principle, characteristics and characteristics The development prospect of spray drying technology in the future is prospected. Keywords: spray drying; development course; technica
5、l development 1前言喷雾干燥技术已有一百多年的历史，它在工业上的应用也有近百年的历史。喷雾干燥技术具有干燥速度快、时间短、物料温度低、易于连续化生产等特点，适合于热敏性物料的干燥，在食品干燥中显示出很强的优越性。我国是农业大国，果蔬、奶的产量很大，但是由于这些物质都不易保藏，因为其自身含有很好的适宜微生物生长繁殖的条件，因此，人们就考虑将它们制成粉末，而且粉末的重量轻，易于携带，还能保持原有水果蔬菜、奶的营养风味以及营养成分，可以作为配料加工其他食品。奶干燥制粉的途径一般有3个：一是热烘干燥磨粉；二是真空冷冻升华干燥磨粉；三是喷雾干燥制粉。其中，热烘干燥方法不仅切分成型困难，还会
6、由于干燥所需温度高、时间长，造成色、香、味和营养成分的损失;真空冷冻干燥方法虽然能很好保持原料的色、香、味和营养成分，但也会遇到切分成型困难的问题，而且所用设备投资昂贵、能耗大、生产能力低、成本高，很难实现大规模工业化生产；采用喷雾干燥制粉，所用原料为浆状料液，避免了加工成型困难的问题，干燥过程是在不高于100的温度下瞬间完成的，一般果品的色、香、味和营养成分可得到较好的保护。所以，果蔬、奶制粉的最佳方法是喷雾干燥法。2.喷雾干燥技术原理及特点2.1技术原理空气经过滤和加热，进入干燥器顶部空气分配器，热空气呈螺旋状均匀地进入干燥室。料液经塔体顶部的高速离心雾化器，(旋转)喷雾成极细微的雾状液珠
7、，与热空气并流接触在极短的时间内可干燥为成品。成品连续地由干燥塔底部和旋风分离器中输出，废气由引风机排空。2.2技术特点喷雾干燥是将原料液用雾化器分散成雾滴，并用热空气(或其它气体)与雾滴直接接触的方式而获得粉粒状产品的一种干燥过程。原料液可以是溶液、乳浊液或悬浮液，也可以是熔融液或膏状物。干燥产品可以根据需要，制成粉状、颗粒状、空心球状或团粒状。喷雾干燥技术的主要特点是:干燥速度快，时间短(约为3-10s)，可以把初始状态为含固的液体通过特殊设计的雾化器雾化后再与干燥介质接触，在短时间内完成蒸发干燥而获得干燥的产品，特别适合于热敏性物料的干燥；能避免干燥过程中造成粉尘飞扬，可由液体直接得到干
8、燥产品，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，不经过粉碎也可以在溶剂中迅速溶解；生产过程简单，操作控制方便。但也有其不可忽视的缺点:干燥器的体积大；传热系数低，导致热效率低(约40%以下)，动力消耗大；操作弹性小，易发生沾壁现象。3.喷雾干燥技术的研究进展在科学技术飞速发展的今天，新材料将不断涌现，喷雾干燥技术的应用范围也随之扩大，无论是理论研究还是设备的研究都不能达到终点，而且还要不断地进行下去。目前我国喷雾干燥技术的应用还存在诸如多问题，突出表现在以下三个方面:技术开发能力不强。我国从事干燥设备技术开发的企业较少，设备加工精度也较低，干燥塔内壁表面过于粗糙，挂粉
9、比较严重，并且没有较好的振动装置，使粉末在塔内停留时间较长。自动化控制程度低。密闭循环系统的控制点包括进料浓度/速度、进风速度/温度、系统压力、各部件压差、气体纯度检测等等，由于设备控制点较多地采用手动控制，因此控制精度较低，进而影响喷雾干燥技术的使用。进风温度低。我国很多企业的规模普遍较小，中小型锅炉的工作压力偏低，干燥塔排风过滤系统存在缺陷，再加上观念认识上的一些问题，因而进风温度较低。由于以上不足，致使喷雾干燥技术在食品、洗涤剂、肥料、合成树脂等各个工业领域的应用受到了限制。3.1在食品添加剂中的应用在食品添加剂中，微胶囊香料是最早应用喷雾干燥技术的此技术的应用，大大提高了香料耐氧光热的
10、能力，提高了各种香料和风味物质的可加工性，延长了贮存期限，大大拓宽了香料和风味物质的使用范围。3.2在乳制品中的运用乳制品干燥最广泛应用的技术是喷雾干燥。由于乳制品中含有许多生物活性成分及营养物质，因而不进行强烈的热处理，且允许产品在常温条件下贮存是喷雾干燥技术的优势所在。随着自动化及信息化技术的完善，如今可通过技术模拟来进行产品的预测，从而在保证高质量的同时降低成本的输出。3.3在速溶茶饮料中的应用茶饮料具有良好的功能性，其中含有丰富的营养物质以及对人体有益活性成分。为了扩大茶饮料市场，通过喷雾干燥制备的茶饮料也日益受到广大消费者的欢迎。由于种类较多，因此喷雾干燥技术参数上有一定的差异。3.
11、4在果蔬粉加工中的应用在水果和蔬菜中，利用喷雾干燥法加工成粉的，最多的是番茄26。番茄红素(Lycopene)是番茄内最主要的类胡萝卜素，是一种不饱和碳氢化合物，是人体血清中存在的最主要的类胡萝卜素。它通过捕捉单线态氧和过氧化自由基发挥抗氧化作用，但番茄红素的稳定性很差，易发生顺反异构化和氧化降解。将番茄红素封闭在囊膜内与外界环境隔离，提高了对光和氧的稳定性，从而起到保护作用，可减少损失，也有利于产品的包装和运输。3.5在保健食品中的应用目前我国保健食品的功能多集中在免疫调节抗衰老、抗疲劳等领域，而未来的发展趋势是产品功能分布将逐步发散，趋向合理，中药保健食品、老年保健食品、职业保健食品、昆虫
12、保健食品、海洋保健食品等是我国保健食品未来的发展方向。4.喷雾干燥在奶粉加工的应用喷雾干燥的全脂奶粉通常用乳脂标准化后的牛乳生产。标准化后牛乳不再均质，但要求有良好的搅拌，搅拌时不可裹入空气。然而，在全脂速溶奶粉生产中，浓缩液需要均质。用于滚桶干燥生产奶粉的脂肪标准化乳一般需要均质。在蒸发之前及蒸发后、喷雾干燥前都需搅拌。全脂奶粉不同于脱脂奶粉，并没有进行分类。用于生产全脂奶粉的牛乳通常在8085下巴氏杀菌，使绝大多数脂酶失活，使奶粉在贮存期间脂肪不被降解。4.1喷雾干燥的机理喷雾干燥分两段进行，第一阶段预处理奶被蒸发浓缩到干物质含量为4555%。第二阶段浓缩物被泵送到干燥塔最后干燥，后者的过
13、程分三个步骤：浓缩物分散为细小液滴;将细小分散的浓缩液与热空气混合，在其中水分快速蒸发;将干粉颗粒与干燥空气分离。4.1.1一段喷雾干燥原理：浓缩奶由一个高压泵送至干燥室继续进入喷雾器，形成极细小奶滴被喷入混合室与热空气进行混合。空气由风扇吸入并通过过滤器，然后在加热器处加热到150250，热空气经分散进入喷雾塔，在塔内，经喷雾的乳与热空气完全混合蒸发出奶中的水分。这一系统建立在一级干燥原理上，即从将浓缩液中的水分脱除至要求的最终湿度的过程全部在喷雾干燥塔室内完成。相应风力传送系统收集奶粉和奶粉末，一起离开喷雾塔室进入到主旋风分离器与废空气分离，通过最后一个分离器冷却奶粉，并送入袋装漏斗。在干
14、燥过程中奶粉在塔中沉降到塔底排出。奶粉被冷风冷却下来并传送到包装段，冷风由风扇送至输送管道，冷却之后，混着冷风的奶粉流动到排放单元，在包装之前奶粉由空气中分离出来。一些小的、轻的颗粒可能与空气混在一起离开干燥空间。这些粉在一个或多个旋风分离器中分离。经分离后，这些粉再混回到包装奶粉中，干净干燥的空气由风扇自工厂抽出。4.1.2二段喷雾干燥即使使用高出口温度来提供足够的驱动力，但是最后小部分水分从奶粉中的去除仍是极困难的。由于提高出口干燥温度对奶粉具不利影响，所以奶产品基本上都使用较低的出口温度。如果最终产品奶粉的湿含量仍很高，在喷雾干燥中可结合使用再干燥段，形成两段加工。两段干燥方法生产奶粉包
15、括了喷雾干燥第一段和流化床干燥第二段。奶粉离开干燥室的湿度比最终要求高23%，流化床干燥器的作用就是除去这部分超量湿度并最后将奶粉冷却下来。4.1.3三段喷雾干燥第二段干燥的进行是由于干燥空气被抽吸过奶粉层。刚落在传送带上时奶粉的水分含量随产品不同为12- 20%。在传送带上的第二段干燥减少水分含量至8-10%。水分含量对于奶粉的附聚程度和多孔率是非常重要的。第三段和最后一段对脱脂或全脂奶浓缩物的干燥在两个室内(进行，在两室中进口温度高达130的热空气被吸过奶粉层和传送带,其方式与在主干燥室样。奶粉在最后干燥室中冷却。干燥室用于要求乳糖结晶的情况(乳清奶粉)。在此情况下不再向此室送入空气，以使
16、其保持达10%的较高的水分含量，第三段干燥在干燥室进行，冷却在干燥室中进行。5.展望综上所述，无论是学术界还是企业界，对喷雾干燥的研究、开发和完善依然有很长的路要走。根据最近几年各国的研究动态，我们可以看出以下几个方面值得考虑:企业界需要继续投人力量进行新型雾化器的研究开发，以适应市场对于干燥产品的特殊需求。喷雾干燥的设计除了依靠设计人员的本身经验外，还需要进一步总结过去的设计经验和教训，来完善喷雾干燥的设计理论，提高设计的准确度。考虑到喷雾干燥的低热效率，喷雾干燥的节能技术研究尚需要我们的研究人员继续努力。现在已经出现了喷雾干燥+流化床干燥的多级干燥模式，似可以进一步考虑喷雾干燥+微波或者干燥塔内加热式的喷雾干燥等。新型喷雾干燥技术的研究和开发，
