喷雾干燥技术在固体饮料中的研究现状.pdf

贵州农业科学2 0 1 0 ， 3 8 ( 1 ) ： 1 5 5 1 5 7 Gui z h ou Ag r i c ul t ur a l Sc i e nc e s 文章 编号 1 0 0 1 3 6 0 1 ( 2 0 1 0 ) O 1 0 0 4 7 0 1 5 5 0 3 喷雾干燥技术在固体饮料中的研究现状 王丽娟 ，王 明力 ，高晓明 ，徐若 阳 ( 1 贵州大学 化学与化工学 院，贵州 贵阳 5 5 0 0 0 3 ；2 贵卅 I 省发酵工程与生物制药重点实验室 ， 贵州 贵阳 5 5 0 0 0 3 ) 摘 要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 中显示出很强的优越性。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。 关键词喷雾干燥技术；食品工业 ；固体饮料 中图分类号T Q9 1 文献标识码A Re s ea r c h Pr o gr e s s a n d Ap pl i c a t i o n o f Spr a y Dr y i n g Tec h n o l o g y i n Pr o d u c t i on o f So l i d Dr i n k s WANG I i j u a n ，WANG Mi n g l i 。 ，GAO Xi a o mi n g ，XU Ru o y a n g ( 1 C o l l e g e o -厂Ch e mi s t r y a n d C h e mi c a l En g i n e e r i n g，Gu i z h o u Un i v e r s i t y，Gu i y a n g，Gu i z h o u 5 5 0 0 0 3；2 Gu i z h o u Ke y L a b o r a t o r y o f Fe r me n t a t i o n En g i n e e r i n g a n d Bi o l o g i c a l Ph a r ma c y，Gu i y a n g，Gu i z h o u 5 5 0 0 0 3 ) Ab s t r a c t ：Th e s p r a y d r y i n g t e c hn ol o gy wi t h c h ar a c t e r i s t i c s o f l a r ge e va po r a t i on a r e a，f a s t dr y s pe e d， l o we r ma t e r i a l t e mp e r a t u r e a n d e a s y c o n t i n u o u s p r o d u c t i o n h a s t h e b e t t e r s u p e r i o r i t y i n f o o d d r y Th e p a p e r r e v i e ws i t s ma i n t e c h no l o gi c a l pa r a m e t e r s a nd a p pl i c a t i o n i n pr o du c t i o n o f s o l i d dr i nks t o p r ov i d e a r e f e r e nc e f o r i t s f u r t he r r e s e a r c h i n p r od uc t i on o f s ol i d d r i n ks Ke y wo r d s：s p r a y d r y i ng t e c h no l o gy；f o o d i nd us t r y；s ol i d dr i n k 喷雾 干燥 技术 的研究 始于 1 9世纪 初期 ， 在世 界 上 已有 一百多 年的历 史 。早 在 l 8 6 5年 ， L a Mo n t 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 2 0世 纪取得 了长 足 的进 展 。而 喷雾 干 燥 技 术在 我国起步较晚 ， 最早是在 2 o世纪 5 0年代从 前苏联 引进 喷雾 干燥机 用于染 料 的喷雾 干燥 口 。 目前 ， 喷 雾 干燥技术 已 日渐成 熟 ， 在 食 品 工业 中 的应用 也 越 来越广泛 ， 如用于 奶粉_ 3 、 乳 清粉l_ 4 、 豆奶粉 、 蛋 粉、 果汁粉、 速溶咖啡 等的生产 。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优越性。 它使许多有价值但不易保存的物料得 以大大延长保 质期 ， 使一些物料便于包装 、 贮存和运输。同时， 也 简化 了一些 物料 的加 工 工艺 7 。近几 年 来 ， 喷 雾 干 燥技术在固体饮料中的应用也 日益广泛， 如草莓粉、 乳粉、 南瓜粉 、 番茄粉及各种植物蛋 白粉 的加工等。 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 收稿 日期 基金项 目 作者简介 *通讯作者 ： 燥产 品的一种干燥方法l 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 液雾化一雾群与热干燥介质接触混合一雾滴的蒸发 干燥一 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 j 。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 1 0 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 。 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 2 0 0 9 0 9 2 8 ；2 0 1 0 0 1 0 6修回 贵州省科技 支撑社会发展攻关项 目“ 野木瓜速溶饮料 喷雾干燥关键技术的研究” 黔科合 S Z字( 2 0 0 9 ) 3 0 1 0 王丽娟( 1 9 8 6 一) ， 女 ， 在读硕士 ， 研究方向 ： 食品生物技术 。 教授。 贵 州 农 业科 学 进行包埋 ， 如麦芽糊精、 8 一 环糊精、 可溶性淀粉、 乙基 麦芽酚或卡拉胶等。 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L 】 。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 5 0 6 0 均质 2 0 mi n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 、 时问过 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L l 。蒋长兴等 1 4 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 2 5 MP a时 ， 效 果 最 好 。张 雁 等_ 1 在保健型苦瓜固体饮料的研制中所采用的均 质压力为 4 0 MP a 。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 2 5 5 0 MP a 。 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 的因素口 。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 1 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 1 6 0 ； 张雁等口 在保 健型苦瓜 固体饮料 的研制 中所采用的进风温度为 1 9 0 2 0 0 ， 排风温度为 9 5 9 8 ； 王静等 】 在枣 粉 喷 雾 干 燥 工 艺 研 究 中所 采 用 的进 风 温 度 为 1 3 5 ， 出风温度为 8 O 。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 达到较好的喷雾效果。根据不 同物料 ， 一般进风温 度 控制在 1 4 0 2 0 0 l_ g ， 而 出风 温 度 虽 不 需 要 设 定 ， 但一般 出风温 度应控 制在 6 0 9 0 。 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 1 2 O 2 1 MP a l 】 。 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l 1 。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 特有的优点 ， 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 们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 的最佳工艺为进 口温 度为 2 0 0 ， 喷雾压力 为 1 8 0 k P a ， 料液相对密度为 1 _ O 5 。周天山等 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 1 3 5 ， 出 口温度 7 5 ， 进样速度为 1 0 mL mi n 。谈鸿斌等l_ 2 在速溶茶粉的生产 中指出 ， 进风温度为 2 5 0 ， 使用 压力喷嘴 ， 操作压力为 2 5 3 0 MP a时就可以得 到串珠状颗粒 。周建华 2 钉在桑椹速溶茶的研 制中 所采用的喷雾条件是 ： 进料液温度 4 5 5 0 ， 进风 温度为 2 0 0 2 2 0 ， 排风温度为 8 O 9 0 ， 干燥室 温度保持 8 5 9 5 ， 转速为 8 0 0 1 5 0 0 r mi n 。 2 2 喷雾 干燥技 术在 果蔬 粉生产 中的应用 李共 国 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 1 4 0 1 8 0 ， 出风温度为 8 0 1 0 0 。 C， 雾化转 速为 1 5 0 0 0 3 0 0 0 0 r mi n 。刘文慧等 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 1 3 5 、 出 口温度 7 5 、 进 风量 0 9 1T I 。 rai n 、 进料温度 6 O 。 黄卉等 以荔枝汁为原料 ， 麦芽糊精、 蔗糖 、 羧甲基 纤维素钠( C MC ) 、 t? - 环状糊精为辅料 ， 利用均质与喷 雾干燥相结 合的工艺 制成荔 枝 固体饮 料， 得出在 2 0 MP下 均质 1 5 rai n ， 然 后 在 进 风温 度 1 2 5 、 出风 温度 8 0 、 压力 为 8 0 MP a ， 风 速 为 0 8 5 m。 mi n条 件下进行喷雾干燥效果较好 。陈汝才 利用喷雾 干燥技术生产野木瓜速溶固体饮料， 得出最佳的喷 雾参数为进风温度 1 7 3 ， 出风温度为 7 3 。王泽南 等_ 2 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 2 0 0 C、 人料 流 量 6 0 mL mi n 、 喷 头转速 2 5 0 0 0 r rai n时喷雾干燥的效果较好。 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 第 1 期 王丽娟 等 喷雾干燥技 术在 固体饮料 中的研究现状 1 5 7 求 越 来 越 高 ， 对 方 便 、 营 养 的 食 品 需 求 量 越 来 越 大 。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 3 l l 。因此 ， 喷雾干燥是生产 固体饮料 的 最佳方法。同时， 在其基础上发展起来 的喷雾冷冻 技术 、 食品泡沫喷雾技术、 喷雾干燥微胶囊化等也都 将迈上一个新的台阶。喷雾干燥技术将不仅仅局限 于固体饮料的制备 ， 还将渐渐扩展到一些酶的包埋、 专用食品添加剂的制取 、 微胶囊化食品的生产等 ， 其 在食 品领域 中有着 广 阔的发展 前景 。 参 考 文 献 1 2 3 4 5 6 7 8 9 E 1 o 1 1 刘广文 喷雾干燥实用技术大全 M 北京 ： 中国轻工 业 出版社 ， 2 0 0 1 潘永康 现代 干燥技 术 M 北 京 ： 化学工 业 出版社 ， 1 9 9 8： 48 6 贺荣平 酸奶粉 的制作方法 J 加 工技术 ， 2 0 0 6 ( 1 1 ) ： 3 2 3 4 C Ana n dh ar a ma k r i s hn a n， C DRi e l l y， AG FSt a p l e y L o s s o f s o l u b i l i t y o f d l a c t a l b u mi n a n d t? - l a c t o g ol ob ul i n d ur i n g t he s pr a y dr yi n g of wh e y pr o t e i n s J F o o d S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ， 2 0 0 8 ， 4 1 ( 2 ) ： 2 7 0 2 77 Na k a r i n J i n a p o n g ， Ma n o p S u p h a n t h a r i k a P i mo n J a m n on g Pr od uc t i o n o f i ns t a nt s oy mi l k po wd e r s by u l t r a f i l t r a t i o n， s p r a y d r y i n g a n d f l u i d i z e d b e d a g g l o me r a t i o n J J o u r n a l o f F o o d E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 8 ， 8 4 ( 2 ) ： 1 94 2 05 蔡云 升 ， 张 顾仁 咖啡伴 侣 ( 植 脂末 ) 的研 究 与生 产 J 上海轻工 业高 等专科 学校 学报 ， 1 9 9 6 ， 1 7 ( 3 ) ： 9 1 4 张文 孝， 姚学勇 ， 王玉德 喷雾干燥现 状及展望 J 食 品与机械 ， 2 0 0 4 ， 2 0 ( 6 ) ： 3 3 3 5 张彩虹， 黄立新 喷雾干燥在 生物质 资源加 工利用 中 的研 究进 展 J 生物 质 化学 工 程 ， 2 0 0 8 ， 4 2 ( 5 ) ： 4 6 5 0 黄立 新， 王宗濂 ， 唐金鑫 我 国喷雾干燥技术探究及 进 展 J 化学工程 ， 2 0 0 1 ， 2 9 ( 2 ) ： 5 1 5 5 薛伟 ， 于 占发 关 于喷雾干燥 器现存 问题 的几点探 讨 J 黑龙江 医药 ， 1 9 9 9 ， 1 2 ( 2 ) ： 9 6 9 7 郝文 生 ， 安 丰华 ， 刘 季 敏 ， 等 喷 雾 干燥 技术 及 装 置 J 中国化工装备 ， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 2 7 3 0 蒋和体 ， 张美 霞， 徐 宝成 软饮料 工艺学 M 西南 师 范大学出版社 ， 2 0 0 8 ： 2 1 7 - 2 2 0 陈卫栋 ， 宋载儿 喷雾 干燥 技术在 微胶囊 化食 品中的 应用 J 中国油脂 ， 2 0 0 2 ， 2 7 ( 5 ) ： 5 8 5 9 蒋长兴 ， 焦 云鹏 喷雾干 燥法制备 南瓜粉 的工艺参 数 研究 J 食品研 究与开发 ， 2 0 0 7 ， 2 8 ( 2 ) ： 1 1 1 1 1 5 张雁 ， 丘银清 ， 张名位 ， 等 保健 型苦瓜 固体饮料 的 研制 J 广州食品工业科技 ， 2 0 0 4 ， 2 0 ( 3 ) ： 7 0 7 3 吴东升 ， 金磊 食品工业 中的喷 雾干燥法 微胶囊 化 J 食品工业科 技 ， 1 9 9 7 ( 1 ) ： 7 8 8 2 陈清香 ， 黄 苇 ， 温升男 ， 等 番木 瓜喷雾 干燥工艺 研 究 J 现代食品科技 ， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 1 ) ： 6 8 7 3 王静， 王颉 ， 刘 文慧 ， 等 枣粉 喷雾干燥 工艺研究 J 农 产品工程技术 ， 农 产