食品工業噴霧干燥技術研究

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

關鍵詞：噴霧干燥;食品工業;應用;現狀

噴霧干燥是目前食品工業最常用的干燥方式之一，1872年美國人SameulPercy在其“干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干燥過程的實質，為噴霧干燥設備的誕生作出了重要貢獻［1］。自從1865年LaMont提出用噴霧干燥法來處理蛋品，噴霧干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干燥機，用于染料的噴霧干燥［2］，從此噴霧干燥技術在我國得到了工業化的應用。隨著噴霧干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世紀初期首先應用于脫脂乳粉的制造［3］，后來，在乳品工業、固體飲料及固體調味料的制造上也廣泛采用了噴霧干燥技術，從而使食品工業得到了長足的發展。

1噴霧干燥技術噴霧干燥技術的研究

始于19世紀初期，隨著噴霧干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噴霧干燥技術的原理

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

1．2噴霧干燥技術的特點

1．2．1干燥迅速，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］。利用噴霧干燥，僅需3～10s就能夠干燥產品，這樣可有效抑制干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干燥產品具有良好的分散性、流動性和溶解性。對于干燥產品而言，分散性、流動性和溶解性是產品質量的重要指標。在噴霧干燥過程中，產品的干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，適宜于連續化大規模生產。通過噴霧干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、松密度、水分，在一定的范圍內，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。由于噴霧干燥是在密閉的容器中進行，能避免干燥過程中造成的粉塵飛揚，避免了環境污染［7］。

1．3噴霧干燥存在的問題

噴霧干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，體積傳熱系數和熱效率均較低，設備體積大，易發生粘壁現象，一次性投資較大等［4］。尤其是粘壁問題，在噴霧干燥過程中如果發生粘壁物料由于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。周學永等對噴霧干燥粘壁的類型和原因進行了分析，提出了噴霧干燥粘壁的3種類型:半濕物料粘壁、低熔點物料的熱熔性粘壁和干粉表面粘附，并提出了解決各種類型粘壁的方案［8］。

2噴霧干燥在食品工業中的應用

2．1噴霧干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于糧食的支柱產業［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。果蔬粉制備技術較多，譬如，噴霧干燥、熱風干燥、真空冷凍干燥、微波干燥、變溫壓差膨化干燥及超微粉碎技術等［10］，但噴霧干燥因其特有的優點，使其在果蔬粉的加工中占據著十分重要的位置。VaibhavPatil等應用響應面法(RSM)優化番石榴粉噴霧干燥工藝，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℃下進行噴霧干燥，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，將其預煮制漿后采用噴霧干燥制粉，料水比為1∶2g/ml，進風溫度為160℃，進料量為500ml/h，助干劑添加量為4%時，制成的山藥粉色澤潔白、粉末細膩、質量評價較高［13］。

2．2噴霧干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于水的固體飲料茶，因具有沖飲攜帶方便、沖水速溶、不留余渣、農藥殘留少、易于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。畢秋蕓以靈芝與紅茶為原料，采用噴霧干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添加量為15%、靈芝浸提液添加量為35%、檸檬酸添加量為1%、白砂糖添加量為8%、麥芽糊精添加量為15%;噴霧干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，采用噴霧干燥技術，研究制作速溶紅棗黑苦蕎奶茶的加工工藝，確定關鍵工藝噴霧干燥的進風溫度為185℃，出風溫度為90℃［16］。

2．3噴霧干燥在食品添加劑中的應用

食品添加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，并被譽為現代食品工業的靈魂［17］。但是由于某些食品添加劑易受環境中光、氧、溫度、水分等因素影響及食品添加劑自身存在的異味、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干燥。NgLayTze等研究不同的麥芽糊精濃度和噴霧干燥入口溫度對火龍果甜菜紅素含量的影響，得到的最佳噴霧干燥條件是入口溫度155℃和20%的麥芽糊精濃度［18］。劉楠楠以明膠、阿拉伯膠為壁材，采用復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，采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參數為:壁材濃度為1．82%、芯壁比1∶1．87、pH4．16，并在此基礎上，采用噴霧干燥法可以制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噴霧干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、糖尿病等也不斷涌現［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。但是由于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等研究了各種干燥方法制備的微膠囊魚油，比較了噴霧造粒干燥(SG)、噴霧干燥(SD)、冷凍干燥(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］。張英宣采用噴霧干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，探討蜂膠噴霧干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噴霧干燥技術在其他食品領域的應用

隨著噴霧干燥技術研究的深入，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干燥法生產的食品，如蛋黃粉［27］、雜糧粉［28］、調味粉［29］等。由于經濟的發展，人民生活的改善，不少地區民眾雜糧谷物的攝入量有所減少，而雜糧谷物中富含膳食纖維、礦物質等，這些物質又是機體不可或缺的，所以谷物粉備受消費者的喜愛。李居男以噴霧干燥技術為主要載體，對山藥、黑米、玉米、蕎麥、橙子等多種谷物及水果進行了制粉處理，并評價了噴務干燥處理對其中功能活性成分的影響［30］;以各種噴霧干燥粉劑為基料，調配了4種沖調型功能性飲料。此外，噴霧干燥技術也常用于嬰兒營養食品的加工中［31］，最常見的就是嬰兒奶粉的加工。沈國輝等采用噴霧干燥技術制備微膠囊嬰幼兒奶粉的研究表明，添加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℃、噴霧干燥進風溫度為170℃、出風溫度為80℃，在此條件下制備添加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

噴霧干燥在食品工業中的應用已有多年的歷史，最早只應用于奶粉的制造［33］，目前已廣泛應用于食品工業，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］。隨著對噴霧干燥技術和設備的深入研究與開發，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干燥產品，食品工業必將加速發展，前景廣闊。

參考文獻

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［10］畢金峰，陳芹芹，劉璇，等．國內外果蔬粉加工技術與產業現狀及展望［J］．中國食品學報，2013，13(3):8－9．

作者：盧義龍1，2 王明力1，2 李慧慧1，2 閆巖1 單位：1.貴州大學釀酒與食品工程學院 2.貴州大學發酵工程與生物制藥省重點實驗室