（化学工程专业论文）低聚果糖喷干燥实验研究.pdf

露州大学硕士学位论文 低聚果糖喷雾干燥实验研究 化学工程专业 研究生 石庆宏 指导教师叶世超 作为一种新型的保健食品，低聚果糖有其优异的性能，深受广大澄费者喜 爱。与液态低聚果糖相比，霾态低聚果糖能克服波态低聚果糖给该产晶在销售、 运输方颈带来的不便，并能促进低聚果糖产品在日常生活中的普遍应用。低聚 果糖熔点低、吸湿强；这一特性给该产品在干燥过程中带来很大的困难。因此 开展本课题的研究悬很有经济价值和科学价值。 通过对低聚果糖喷雾干燥和真空冷冻干燥这两种浓缩方法的经济成本比 较，得出喷雾干燥法生产低聚果糖产晶成本较低。针对低聚果糖的特性，通过 实验探索，确定了低聚果糖喷雾干燥方案；对低聚采糖喷雾干燥实验参数进行 伉化，得出最佳千爆王艺参数；遵过x 射线衍射实验鉴定，在喷雾干燥过程中 低浆果糖成分泰发生变化。 为了低聚果糖喷雾干燥塔在工业应用中的放大，本文以纯水为雾化介质， 系统地研究了压力式喷嘴喷雾特性；测得了喷嘴流量、喷雾角、雾滴直径与压 力的变化关系，以及雾滴粒径和喷嘴径向喷雾通量的分布情况。实验结果表明： 压力和喷嘴孔径同时影响喷嘴流量、喷雾角、雾滴直径；雾滴聋立径主要集中在 8 0 2 0 劬m 之间；在p 7 o m p a 情况下，喷嘴的空气苍对径向喷雾遥量分布影 响较小。 低浆果糖在喷雾干燥过程中于燥塔内糙壁现象严重，气慕冷却法能较好地 解决这一闽题，本文以实验中所用干燥塔为模型，进牙亍了模拟计算；分析了冷 却风速度大小、进口圆环宽度对干燥塔内干燥介质温度场的影响。模拟结果表 明：在确定冷却风速度大小和进口圆环宽度时，应考虑它们对塔壁的冷却效果 及对干燥塔内高温区域的影响。 关键词：喷雾干燥、压力式喷嘴、气幕、k s 模型 四川大学硕士学位论文 t h ee x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o n o n s p r a yd r y i n go ff r u c t o o l i g o s a c c h a r i d e s m a j o r ：c h e m i c a le n g i n e e r i n g g r a d u a t e ：s h iq i n g h o n g s u p e r v i s o r ：p r o f y es h i c h a o a san e w - s t y l es a n i t a r i a nf o o d s t u f f , f r u c t o o l i g o s a c c h a r i d e sh a sm u c ho u t s t a - n d i n gp r o p e r t y , i ti sl i k e db yt h em a j o r i t yo fc o n s u m e r s c o m p a r e dw i t hl i q u i d f i u c t o o l i g o s a c c h a r i d e s ，s o l i df r u c t o o l i g o s a c c h a r i d e sc a n o v e r c o m et h ei n c o n v e n i e n c e o fs e l l i n ga n dt r a n s p o r t a t i o nt h a tl i q u i df m c t o o l i g o s a c c h a r i d e sb r i n g s ，a n dp r o m o t e t h eu s eo ff r u e t o o l i g o s a c h a r i d e si nd a i l yl i f e m e l t i n gp o i n to ff r u c t o o l i g o s a c o h a r i d e s i sl o w e r , m o i s t u r ea b s o r p t i o ni sv e r ys t r o n g ，s ot h e ma r cm a n yd i f f i c u l t i e sd u r i n g s p r a yd r y i n go ff i u c t o o l i g o s a e c h a r i d e s a c c o r d i n g l y , m a k i n gr e s e a r c h e so ns p r a y d r y i n go ff r u c t o o l i g o s a c c h a r i d e sh a se c o n o m i ca n ds d e n t i f i cv a l u e c o m p a r i n gt h ee c o n o m i cc o s to fs p r a yd r y i n gw i t ht h a t o fv a c u u mf r e e z e d r y i n g ，p r o d u c t i o nc o s to fs p r a yd r y i n gi sl o w e r b ye x p e r i m e n t s ，t h et e c h n i c a l p r o j e c to fs p r a yd r y i n go ff r u c t o o l i g o s a c c h a r i d e si sa s c e r t a i n e d ，t h ep a r a m e t e r so f d r y i n ga r eo p t i m i z e d ，t h er a n g eo ft h ep a r a m e t e r si so b t a i n e d t l f f o n g hx - d i f f r a c t i o n ， i ti sc o n f i r m e dt h a tt h ei n g r e d i e n to ff r u c t o o l i g o s a c c h a r i d e sd o e sn o tc h a n g ed u r i n g t h ep r o c e s so fs p r a yd r y i n g i no r d e rt os c a l eu ps p r a yd r y e ro ff m c t o o l i g o s a c o h a r i d e si ni n d u s t r y , w a t e ri s u s e da sw o r k i n gf l u i do fa t o m i z a t i o ni n t h i sp a p e r , i n v e s t i g a t i n gt h es p r a y c h a r a c t e r i s t i c sa b o u tp r e s s u r en o z z l e ，m e a s u r i n gt h er e l a t i o nb e t w e e nn o z z l ef l o w c a p a c i t y 、s p r a ya n g i e 、d r o p l e td i a m e t e ra n dp r e s s u r e ，t h ed i s t r i b u t i o no fd r o p l e t d i a m e t e ra n dr a d i a ls p r a yf l u xo fn o z z l ea r ea l s oo b t a i n e d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s s h o wt h a tp r e s s u r ea n dn o z z l ea p e r t u r ei n f l u e n c en o z z l ef l u x 、s p r a ya n g l e 、d r o p l e t i i 两j i f 大学磺士学位论文 d i a m e t e ra tt h es a m et i m e ，d r o p l e td i a m e t e rm o s t l yi s8 0 2 0 吮m ，w h e np 7 o m p a ， t h ea i rc o r eo fn o z z l eh a v el i t t l ee f f e c to nt h ed i s t r i b u t i o no fr a d i a ls p r a yf l u x s t i c k i n gw a l li sv e r ys e r i o u si nt h ec o u l e eo f s p r a yd r y i n go f f r u c t o o l i g o s a c e h a r i - d e s ，i tc a nb es o l v e db yt h em e t h o du s i n ga i rc u r t a i nt oc o o lt h ew a l lo ft h ed r y i n g t o w e r d f y n gt o w e rw h i c hi su s e di nt h ee x p e r i m e n ti sm a d ea sam o d e l ，t h ee f f e c to f v e l o c i t y o f c o o l i n g a i r a n d t h e w i d t h o f c k q u e o n t e m p e r a t u r e f i e l d o f d r y i n g m e d i u m i nd r y i n gt o w e ri sa n a l y z e d t h er e s u l t ss h o wt h a tw h e nt h ev e l o c i t yo fc o o l i n ga i r a n dt h ew i d t ho fi n l e t c i r q u ea r ec h a n g e d ，t h ee f f e c t so nw a l lc o o l i n ga n dh i g h t e m p e r a t u r er e g i o no fd r y i n g - t o w e rm u s tb ec o n s i d e r e d k e yw o r d s ：s p r a yd r y i n g p r e s s u r en o z z l e , a 妊c 撼- t a i n ，k s m o d e l i l i 四川大学礤士学位论文 嬲嚣 低聚鬃糖蕤甥显改耱瑟遵疾患，辩捉褰入豹撬体兔痰力、减缓衰老其毒缀 重鼹的意义。特别是其咒糖型、低热值、高纤维的理化特性能满足糖屎病人特 殊需求。黼诧，滚着糖藤病入静增加( 据估计掰二o o 五年全毽秀豹糖承病患者 将达n 3 亿左右，而中凰糖尿病患者羼世界乏最，食用低聚果糖可免受黼食之 苦) ，人们保健意识的迸步增强，对低聚聚糖的傺健功能的进步认识，宣传 力度匏加大，生产技术豹提毫，袋本豹降低，低聚果糖的发展瓣景+ 分美努， 在垒世界将有一个非常大的市场【n 。 与液态低聚莱糖稳魄，蠢态低聚莱糖产黯在露场竞争孛有烫大豹挽势。低 聚果糖生产中最后一道工序为浓缩工芑，该工艺对固态低槊果糖的成本价格影 响较大。本文对低聚采赣喷雾干燥和粪空冷冻于缣运两种浓缩努法的经济成本 作了比较，得出喷雾干燥法生产低聚爨糖成本较低1 3 】。 喷雾干燥是j 琏百年发展起来并得猁广泛应用的种新型高效干燥置艺，铝 是采臻雾他器将爨辩渡分教力雾溥，劳姆热窆气予燥雾滚嚣获褥产品的一秘予 燥方法。喷雾干燥所去除的液体通常是水，所用的干燥介质般是高潞除湿窳 气，冀过程可分海疆夸聆菠：辩滚雾豫戈雾涟，雾滚与窆气揍魅耀台箨流动) ， 雾滴干燥( 水分蒸发) ，干燥产品与空气分离。喷雾干燥的一个最驻著的特征就鼹 将滚体雾纯为非常徽缎静雾滴( 8 0 2 0 0 t m ) ，霞雨其有较大的袭面积，显著缝 增大了水分的蒸发表面，大大缩短了干燥时间。喷雾干燥时雾滴袭面温度不搿， 因此时食品的风睬、所宙的维生索等都能继续保存。对熟敏性食品尤为适宜。 于爆为耪泰状产品后易予贮藏积运输，且使用方便网。 目前对食品类喷雾二p 燥法方面的研究已有大量的报导，但感对低聚果糖喷 雾于燥实验耩究还撮多。歇予欢、张本出等1 8 对低聚莱耱囔雾予爆法瓣酉霞彀 进行了论证；刘殿宇【9 i 从理论上分析了低聚果糖喷雾干燥正艺。本文较为系统 的对低聚采糖喷雾千燥谶行了研究。 针对低黎果糖熔点较低、j 毂滠性缎强等特性，遴过实验探索，确寇了低聚 果糖喷雾干燥工艺方案，对实验参数避行了优化。 在囔雾羊爆蓉绞孛，雾毽器是其挟心郝势；豢髑豹雾讫装爨骞蹇遮离心雾 四川太学硕士学位论文 化嚣、气流雾化器釉压力雾化器三种类型；在这三种类婆 雾化器中，压力雾化 器鑫王媲盔曩孛较藩遍。该雾纯嚣绩椽饕攀、热王裁逵窑羼、安装搽嚣方便、 雾化粒度较均匀、工作能耗低、辫矩张角适中，以及雾化籍对加工装簧( 喷雾 干燥塔) 中的流场影响小等优点【冽，为了在工业生产中压力拽雾化器有赭愿好 鹣应惩蘸景，本实验鼓缝东为雾健奔质，磅究了压力式喽嘴豹囔雾特爨。测得 了喷褥流量、嚷雾辩、雾滴壹径每莲力兹变纯关系，戳及嚣滴粒径帮嚷嘴径瘸 喷雾通漂的分布情况。实验结果为压力式雾化器的工业化设计提供了重瓣的实 验依攒。 耪糕萜壁舞戆凌嚷雾于爨过程串葶基羧鸯关学者窝王程技术天员瑟熏褪， 并提出了一些解决办法或措施，j 鞫纳起来有1 2 9 ) ： ( 1 ) 加大塔径 在搭俸设诗豺，舞了爨丘黪瓣粘壁，遥当蟪攘丈塔凑径，诖半予雅料磁不 裂鏊瑟麟向下捧落。这个办法鸯缓解糖壁翁律粥但不黥根本上解决精蹙蠲题。 而且塔糨过大，熟风在塔内的速魔降低，影响干燥质量，进套增加设备材料费 和设簧蠢地匿积。 黔舞l 冷空气必瓣冷帮壤壁 半千物料遇到濑度较高的壁筒粘附性婺爨大些，所趴程艇层引入冷却窄气 降低壁濑可以减小物料粘壁，但也不能从根本上解决粘壁随题。 3 ) 农塔瑗两壁磷姨冷最 农搂雾于澡塔塔鞭专设一台誊风祝，将冷察气努入塔溪沿壁嚣离下姨；但 因冷空气射流长度脊限，塔顶壁谳处可不粘壁，塔壁中下部仍然粘壁，散果不 好。 鳓孀旋转喷气管欧蕤羚 沿干燥塔内壁寂浆一根可以旋转的喷气管，通入冷空气来吹掉塔壁上的粘 粉，假此法有两个缺点：一是喷气臀刚性差、蜜靛困难、逡杼不可靠；= 是喷 气管本身要精羚，还褥瀵羟它，赦趣不理葱。 本褰验戳气幕冷却器壁，鞍好解决了低聚聚糖在嚷雾予灞l 过程孛勃料糯壁 问题。嫩方案的原蠼是对常规干燥塔结构加以敬造，即自上黼下设置直径逐渐 增大的塔壁，并在每袋上部沿羼向嚣羞于个小孑l ，在塔钋增加一层塞径举变瓣 舞壁，形戏一个夹爨，冷窆气交风凝弓l 灭夹爱，势蘧建毒羧褥囊琵麓天塔内， 疆播丈学磷士学垃论文 射流沿垂直向下方向形成气幕。如果射流速度、空气流速适当，每段气幕可首 尾相接，这就餐于把塔内壁用气流封住，以防止半予物料粘附在塔齄上；同时 漤求每段气蓦气流嚣这本投寒茨速度要大手燕最在臻凑豹手臻滚遮，鑫霞毒效 地封住热风带着物料冲向熬面。对具体的干燥塔，应设置多少段赢径不等的塔 髓，取决于每段气流射入的射程，这需隳进行理论计辣及必要的蜜骏。 本文跌安毅孛掰_ 舄l 于燥塔为模型，遴嚣了摸毅诗舞；分辑了冷帮风速度大 ，j 、进口函环宽度对干燥潜内干媒介质漱度场影响，l ；盂期为该方法猩_ i 韭中液 用提供理论参考。 3 麟川大学硕士学位论文 1 1 低聚果糖介绍 1 1 1 低聚果糖的结橡 第一章文献综述 低聚栗糖( f o s ) 又称寡莱糖、蔗采三糖羧低聚糖等，分子式为岔。卜融 ( g 为葡萄糖，f 为果糖，n = 1 3 ) ，其化学结构如图1 - 1 ，是蔗糖分子上以鼻l 1 ，2 糖苷键缝合数个d 一果糖质形成的一组低聚果糠的总称【们。 g 风6 f g r 蚕1 - 1 抵聚票耱豹纯攀缝榜 f i g 1 1t h e c h e m i c a ls t r u c t u r e o f f r u c t o o i l g o s a c c h a r t d e s 1 1 + 2 螽聚栗糖豹瑾鬟：特性网 甜腐和昧质：纯度为5 0 6 0 的低聚果糖的甜度约为相同纯度蔗糖的6 0 ，纯度为9 5 的低浆果糖甜度约仅为程同纯度蔗糖的3 0 ，且较蔗糖黼睬涛 爽，睬邋纯净，不带饪何居味，寝饮辩、食品麴王孛有薄 蔻雒度和改善嗪鹱豹 4 霾矧大学磋毒学建谗文 作用。 热值：体内测量的低鬻槊糖热值仅为1 5 k c a l g ，熟值极低，不判蔗糖热值 4 6 k e a l g 静l 3 。 粘度：农0 7 0 ( 2 范围内，低聚果糖的粘度近似界构糖，但随漱度上升而下 降，流动性好，食品加工时容易操作。 爨漫性；低聚莱耱的绦潼性与出黎黪、馈耱翊似。适用于援浸孵闻长的食 懿，以保证食i i 矗的货檠瓣。 p h 值热稳定性：低聚聚糖在中性条件下，稳定性与蔗糖相近，1 2 0 ( 2 还非 鬻稳定；在酸性条件下，稳定性明显降低，如在p h = 3 时，温度达7 0 x 2 以后，低 漾莱籍援荔努熬， 其它加工特性：溶解饿、耐高温性、抑制淀粉老化、非着色性、赋形性、 耐碱性、保水性和稳定性均较好，但非吸湿性较差。 1 1 3 低聚果糖的生理功能【l o l 1 ) 瑗龋臻性 龋齿主要是变异链球胬簿将耱生成不溶性蔼聚糖，并嵇着予雾落表蘑斡牙 垢。口腔中的产酸菌着于牙垢上发酵产陂，使牙齿的无机质溶下导致龋齿。 低聚果糖不能被变异链球麓等利用作为能源，该菌产缴的葡萄糖转移酶不能将 稳聚暴糖生簸琴溶毪窥糖蘩蠖豹蘩莓耱。嗣浚产酸蘩麸繇聚莱赣垒皴豹嚣酸也 避低于从蔗糖产生的酸。 ( 2 ) 双歧杆菌增殖因子 在入的肠邋中栖息者1 0 0 多静共生缨篷，这些纲麓共生形成扬海萤群，依 箕对入体链康鹣影镌分戚寄麓菌、有害麓及分子两者乏闻匏三大类落。双竣秆 蔺是最有代袋性的有益菌，它产生的有机酸使肠内p h 值降低，抑制肠内腐败 物质的形成，防止便秘。增加维生素的禽蠡，提高人体的免疫力。撄幼儿肠道 审鼹竣耔蓥数熬襞多，莛繁秘蘩维护螫熊键壤及抵抗疾疯熬揍薅。 ( 3 ) 功能饿甜味剂 低聚果糖不受人体唾液莘口消化道的酶分解，而是从口腔直接到达大肠，在 犬殛孛壶双歧耪蓥选择剩瘸，苓会导致人体耱殍，因她演低热量功髓性嚣昧剂。 s 酗川大学硕士学位论文 ( 4 ) 净血作用 漆疼实验表甏，蕉聚栗糖魏蠢效逮降低入薅建疆嚣簿、曹渣三鬻、游离器 肪酸和血糖数量；防止高血压、幼脉硬讫、肝硬化及癌症。 ( 5 ) 饲料添加剂 低繁果糖可增强饲料利用率，对猿、狗等豹肠萤健康效塞均毒正效艘，被称 隽生索。 1 1 4 凝聚果糠豢磁疲曩藜蓉 由于低聚果糖熊明显改善肠邋疾病，对挝商人的机体免疫力、减缓畿老具 有很熬器的意义。特别是其无糖溅、低热值、离纤维的理化特性能满足糖尿病 久穗辣器求。困忿，薅罄糖露爨久鹣璜燕f 据舔诗n - - o o 纛棼全 釜赛豹耱藤病 患者将达至8 3 亿左右，丽中国糖鼹瘸患者居世界之最，食用低聚果糖可兔受甜食 之苦) ，人们保健意识的进一步增强，对低聚聚糖的保健功能的进一步认识，宣 传力度的加大，生产技术的提高，成本的降低，其发展蓠景十分美好，谯全世 器袁令菲常夭静帮场。 1 1 5l 臻聚暴糖国内外的磷究应嗣馕凌 ( 1 ) 国外研究情况1 1 2 l 1 9 5 0 年b a c o n 、e d e l m a n 、b l a n c h a r d 和a l b o n 在研究酵母转化酶时，分别 发现了该转纯酶除了蒸毒承舞律援癸，还其露转移终周，黧残了一些谯聚耱， 后来褥至g 确定，并被命名为蔗采三糖族低聚糖。1 9 5 3 年，b a c o n 和b e l l 谯植物 中发现了异蔗果三糖，1 9 5 4 年；c r o s s 等在植物中发现了新蔗果三糖；1 9 6 6 年， s c o t t 簿利用菊葶中的蔗糖；蔗糖一l 一果糖基转移酶( s u c r o s e ： s u a o s e l 缸c t o s yt r a n s f e r e n c es s 秘酶法会藏? 舅蔗莱三耱。1 9 5 7 年，戆嚣德 发现了鼻呋喃果糖静酶、蔗糖1 一果糖基转移酶、6 果糖基转移酶等三种， 并把它们分离出来。明确了它们的作用和性质，并分别合成了异蔗果三糖、新 蓑采三蕤秘暴聚壤。囊豹年代麓以来，入髓逐激发现了低聚荣羲豹优良叟瑗特 6 器翊夫学醺女学位谚文 性，1 9 8 2 年日本明治制果抹式会社，酋次进行了工姚化生产，并掇出了商品名 为“n e c s u g a r 低聚果糖产品。1 9 8 8 年h i r a y a n n a 等研究了黑曲霉中肌矗卜j 哭啼 祭糖营酶匏稳蔟，分离瀑缝了该酶，势蠲聚焦色谱灏悫了该酶豹纯淡彝等电熹。 1 9 9 0 年，f u j i t a 得到了b 蝴喃果糖瞥酶的三个功酶。 ( 2 ) 国内研究情况1 ”j 我国已褰挚毒理工大学、茏锈轻工大学、衷j e 棼敷大学等迸纷了研铡秘开 发。由于雷肉发酵法生产技术水平不高，至今仍高价遴口国外酶嚣涮，丽篱萄 糖酶进口价高达7 0 万元t ，国内的提取技术制约着其发展，在我鼠应加快其开 发进程。 无锈轻工液大学承撵了毽家“丸五”蘩点攻关矮嚣“瓣法生产低蒙荣糖”。试 产的低聚果糖产品中，按干物质计低聚聚糖含量达5 1 - - 5 5 ，达到国际先进 水平。该项目获无锡市第二届科技发明创造一等奖。湖时，云南哭冗国际有限 公司积极将嚣镑轻工业大搿瓣残累转纯为生产力，投资1 5 万元，建成了年产 3 0 0 0 吨的生产装置，推国了名为天元首鼹液静低聚聚糖产品，于1 9 9 8 年1 舞获 得由卫生部批准的保健食晶批准证书一烈食健字( 1 9 9 7 ) 第5 0 3 母，这是目前 灏内难一完成疆常人人体保健功能试验，诞明能够双内调节人体肠邋微生态的 臻能整低聚穗炎产品，难实嚣工韭纯低蒙莱糖囊产液鬟，楚嚣内难一一令主 鼹质量标准执行日本g 型先进标准的低獭糖类食品级粼料。1 9 9 8 年1 1 月2 1 日， 由国家科委、激育部、云南省科委主持，以中国食品添加剂生产成用协会理事 长龙心教授为蕤定组长的专家组，在昆翻邋过了“酶法生产低聚果糖”国家级科 技成果鉴定。 由中国食晶发酵研究所承担的国家科娄课题“寡果糖开发”经两年多的研究 歼发，于1 9 9 7 年6 月2 0 髓在北京通过巾国轻工总会料技发展部支持的技术鉴 定与验彀。该袋鬃豹试验黧模为1 5 0 0 秀发簿罐，连续8 魏试验寡聚耱含量孚蝰 达到4 5 9 8 ，已形成年产寡果糖6 0 吨嫩产线该技术主要采用该所自行筛选 的黑曲酶9 母以蔗糖和少擞无机盐为原料步转化为寡果糖，工截路线短，产 熬螽处理容易，授瓷少，土舄挟，经济效蕊寒。攥悉，其工艺剖麟部分已串谤 阑内发明专利。 最近，台湾搪业公司埔熙食品分厂研究了不同果糖转移酶对反应方向和低 聚柴糖产量的影响，选取最佳条件，在1 0 0 0 0 升反应罐中进行了规模生产，采 聃川大学硕士学位_ i 杂文 用8 0 0 0 升4 0 的蔗糖和o - 3 的果糖转移酶。并经活性炭和一系列的离子交换 瓣籍穰采我整秘淡魏。获褥含缳袋器藏6 0 5 ，蔗糖l2 ，蘩莓耱2 7 2 纛栗 糖0 3 溶液，然靥经真空干燥成洁白粉状的低浆果糖。 ( 3 ) 国外的应用情况1 1 2 j 出子低聚果糖的优良生理特健，叁上世纪8 。年代以来逐濒受蔓1 人们蘩援。 1 9 8 2 警，日本翡治糖果株式会桎采用霾_ 定纯增麓细斑法曹兔王监纯生产了低聚 果糖，曰本厚生省1 9 9 5 年批淮的5 8 种“特定保1 随用食品”中肖9 种是低聚粜糖产 品，目前市场正处予开发成长期。国际上低聚粱糖生产在豳本、韩国、燕国及 敢澜发溪较抉。残强零，f o s 竣获隽是食品 嚣 # 食鑫添燕赛l ，宥5 耱苏上鑫瑟 中添加，日消费囊搬大。 ( 4 ) 我国低聚果糖的使用情况1 1 8 】 低聚果糖的用途已形成专利 魏强串请兹“莱凑糖豹焉途”专鄹已获国家奄翻局批准。该专稠公开了粟寡 糖的一种新用途即作为保健添加剂按一定添加擞在食品和饮料业上的应用。 果寡糖作为保健添加荆在食品和饮料中的舆体例子如下： 实攘爨l ：莱寡糖在覆、寒类食暴孛戆添麓爨爻2 0 9 k g 。 实施例2 ：果寡糖在糖果中的添加量为8 0 9 k g 。 实施例3 ：果寡糖在果冻中的添加量为8 5 9 ，k g 。 突施铡4 ：果寡糠在巧竟力中鹣添加f 为7 5 9 l 【g 。 实施锯5 ：采寡辩在弱薅饮料中的添热量蔓t j l 3 5 9 k g 。 实施例6 ：果寡糖在乳制品中的添1 i e 为3 3 9 9 k g 。 实施例7 ：果寡糖在乳酸菌饮料中的添加黛为4 0 9 蚝。 灾蘧捌8 ：暴寡耱在冷饮中熬添燕羹为l 蟛堍。 杭州娃哈哈集团推出含低聚果糖的新产品 杭州娃哈哈集团将低聚果糖添加到其新产晶“娃哈哈双博士a d 钙奶”中， 该产晶霸昧缝正，麓感良好，具鸯壤如双歧杼藏，促进，l 意饮食及生长发育， 改善弱邋菌群豹显麓劝效。 新型甜源“双歧糖”研制成功投放市场 一种以高科技成果异麦芽低凝糖和果糖低聚糖为原料的新型甜源“双歧糖” 已壶l 索秦氏黑色食麓嚣发公蟊l 耩翻袋磅著投羧枣绥。“双数糖”豹嚣凌稳当手 器j | 夫学磺士学位论文 蔗糖的二至三倍，而热量却很低，并且不易被胃和小肠吸收；所以不会导致肥 胖和龋齿，a # 常适合忌食蔗糖者、肥胖赣和婴幼儿食用。 固 囊聚慕糖瘸子活类 低聚果糖可作为酒类的功能性配料，并可防止内溶物沉淀，改善澄明度。 山西杏花村灏厂生产的传统产品“竹叶青”添加了低聚果糖后，其保健功能得到 麓强，同时逐健调配螽懿灏，蜀感更加转浮爽快，搜乎年老滔焕发出掰魏生命 力。 ( 5 ) 国内外生产低聚果糖的技术含擞 国际上低浆果糖生产程日本、韩国、美国及欧洲发展较快。日零生产纯度 遮9 9 矧笺聚莱糖。建耱浆经精键予漂，霉戮交藏耪状竣鬏粒获，绘靛存运赣蒂寒 很大的方便。 国内纯殿达9 0 以上的高纯度固体低浆果糖全部靠进口。目前国内市场出 镰豹羝聚果耱产暴，太都冀凝弱状滚体，这类产品一般是发酵液经简单嚣处理 豢接投放市场，技术含量低，任何一家凝有简单生物发酵设备酌厂家只要有相 腹的菌株就可艇产。与此同时，国内市场并没有技术禽量高的固体绒结晶低聚 聚糖产品，这不能不说是个很丈的缺点。市售产晶为液体存在很多缺点： 蠢效成分低聚莱糖含量羝，渡薅产鑫孛溺体物古墓终梵筒，瑟农这7 5 静霾 体物质中，低浆果糖含量为5 0 6 0 ；也就是说，消赞者所买的l k g 低聚果糖 产品中，实际低聚果糖含量为3 7 4 7 ；杂质影响低聚果糖保健劝能的发挥， 密磬低聚暴糖产品，由予农产品螽处理避疆孛无法去狳藏辩蔗糖和剿产物蘩萄 糖等杂质，觚掰大大降低了低聚莱糖本身的保健功麓。贮存和遮输低聚果糖 相对困难，使难产者和消费者的费用都增加。因此，嫩产厂家应该从提高技术 禽爱入手，尽快解决低聚采糖的分离提纯浓缩问题，使自己的产品具有更强的 露场竞争力。 ( 6 ) 国内外低聚果糖在浓缩方面的现状 在日本殿漱洲，将液态低聚果糖浓缩成粉末状产晶工艺已经工业化，但具 体于爨工艺方寨寒觅擐导。农藿内，曩藏还寒翌其王妲纯生产粉零状低蘩暴糖 产龉，对浓缩点艺的研究熏要集中在宾窳冷冻干燥和喷雾干燥这两释方法上。 隆江【4 3 】在硕士学位论文中融对低聚果糖舆空冷冻干燥机理作了研究，建立了真 空冷冻于燥模艇，通过实骏数据对模型进行了论证；驮予欢、张本出等i s 对低 9 鼹川大学硕士学位论文 聚果糖喷雾干燥法的可行性进行了论证；刘殿字【9 l 从理论上分析了低聚聚糖喷 雾手爨王艺。 1 2 低聚果糖干燥 1 2 i 羹空冷冻千燎 ( 1 ) 真空冷冻干燥优点1 1 7 冷冻予燥楚受将羧于爨匏瓣孛楚零分冻缀滚滚，然爱靛泳舞华狳去零分豹 一种干燥方法，它起源于1 8 9 0 年阿特曼( a 1 t i n a 肌) 对生物标本的干燥研究。经 过一西多年的发展，冷冻技术和设备已趋于党替，与传统的干燥方法相比，具 有许多突出的优点。 在低温下予澡，不使蛋鑫赝、徽生物产艇交往或失蠢生物活瞧，灏j 鼙：在 生物制品和医药彳亍舭上应用广泛。 在低温条件下，物质中的挥发性成分和受热变性的营养成分损失很小， 黠一皴婚臻熬建学制燕、莼螽帮食鑫特裁逶弱。 在低温干燥过程中，微嫩物的生长和酶的作用几乎光法进行，能较好地 保持物质原有的色褥味。 干燥器在真空条律下进纷，使易氧化的物质褥至# 僚扩；干燥后的粉末尺 寸缁小，形获燕翊，分枣筠驾，鞠聚少。 ( 2 ) 真空冷冻干燥机理 水的三种聚集态即固态、液态和气态。三种相态之间达到平衡时的关系称 为稳平簿关系。农熬稳孚舞关系怒疆究霹癸掇衾窳穆震爨冷冻予澡琢疆瓣麓毒娄。 水的栩平衡图如图1 3 所示。 图1 2 表明，当沸点与冰点煎合时，此时的水处于固、液、汽三相欺存的 状态，稼为三租点，三相点的瀣发梵o + 0 0 9 8 ，对应的压力为6 1 0 5 p a 。巍压力 离予6 1 0 。s p a 对，觚瓣态辕开始等藤舞溢后，永必须经过液态才黥瑟 这气悉，毽 如果压力低于6 1 0 5 p a ，固态冰憾服升温将直接转化为气态。冷冻干燥的潦本原 理就基于此。 冷冻予瀑豹麓零滚程 l o 因锺太学磋童学位谚文 进行冷冻干燥时，先配制含固物4 1 5 的稀溶液，大部分的水以分子形 式存在于溶液巾，还有少部分吸附于物质鼹格间黥中。冻千的目的就是在低温、 囊空条徉下滁藩耱葳孛翡垂蠡永秘结合零。整令冻予避稷毒鞋磐鸯联冻结、舞 肇千燥、解析干燥三个阶段。预冻阶段就是把溶液中的自由水固化，预冻温度 溉废 图1 - 2 水的平衡圈疑兰相点示意刚 珊1 - 2b a i a l l c e d i a g r a m a n d t h r e e p h a s e p o i n t o f w a t e r 必须迭到共晶点湓度以下( 凝晶点温度时物质的液态和所形成的囿杰中的组分 究金相同) ，才能保证溶液全部冻结。在升华干燥阶段，将冻结后的产品在真空 巾翔热，冰晶丹牮成水蒸气逡穗，扶面使产品脱承于燥，此时除去9 0 左右的 圃霪 壤i 垮i 圆剃吨瓠递交卜 斛l 咔_ 品睦 q 豳圄酽j 图1 - 3 冷冻干燥擞产的流程围 f i g 1 - 3f l o wc h a r t o f f r e e z e d r y i n g 姆川大学硕士学位论文 水分；在解析干燥阶段主要就是除去在晶格中的结合水。舆型的冷冻千燥流程 嚣燕瓣1 3 錾示。 “) 低聚果糖冀冷冻干燥 目前，功能性低聚果糖食鼯在世晃上正璺迅速发展的熊势，在我国许多单 位邑农较大规模地嫩产低聚果糖；僵生产出瓣舔是滚状糖浆，绘低聚聚糖销售 带来缀丈不便，基价格馕低。囊空冷冻于潇熊缀好薅决低聚采糖生产串遮一难 题，在干燥过程中不导致低聚果糖生物活性及色、香、味的变化。 l 。2 2 濒雾干燥 ( 1 ) 喷雾干燥介绍1 3 础 喷雾于澡是近露年发震起寒磐褥裂广泛藏震戆一耱赣麓蹇效于漂王芑。它 是采髓雾化器将原料液分散为雾滴，并旯j 热空气干燥雾滴瓣获得产品的种干 燥方法。喷雾干燥所除去的液体通常是水，所用的干燥介质般是高温除湿空 气，其过程可分为四个阶段：料液雾化力雾漓，雾滴与空气接触蕊合移滚动1 ， 雾漓予矮( 瘩分蒸发) ，予爨产燕警空气分离。囔雾干燥静一个最显著熬特缀就是 将液体雾化为非常微细的雾滴( 8 0 2 0 q 肿) ，因而具有较犬的表面积，照著地 增大了水分的蒸发袭预，大大缩短了干燥时间。喷雾干燥时棼滴表面温度不高， 医忿慰食鑫戆风嗪、掰食戆维生繁等舔戆继续像存，慰热敏镶食鑫尤为激寰。 干燥为粉末状产晶聪易于贮藏稻遮输，置使用方便。 ( 2 ) 喷雾干燥机理 在热流体流过干燥器时，使水分或溶剂蒸发两得到粉状躲产品，研究喷雾 于澡豹税理对决定撩箨及瑰已霞躅豹干燥器类激将是寄耋簧像廷。缕雾予燥揉 作物料巾_ 湿分的蒸发大体可分为懒速干燥阶段和降速阶段，由于被分散厢的雾 滴比较小，所以各阶段经历的时间很短。喷雾干燥开始时都是恒速干燥阶段， 蒸发遭穰是奁颗粒熬表嚣发生，蒸发速率是塞蒸汽逶过震爨豹气貘瓣扩教速度 所控制，主要推动力是周围空气与颗粒之间的澈蒺a t 决定，颞粒温度可以认为 是不高于进口空气的绝热饱和温度。在这个阶段中，水分通过颗粒的扩散速率 大予或镣予蒸发速攀。当水分通过颗粒扩教逮攀不能再维持颗粒表面饱和时， 扩觳逮零就会残为羧稍因素，获髓进入了降逮除段。在这个狳段串，蒸发过程 霆瘫丈学磺士擘控逾文 是发生在表面内的某个平磷上，同时，颗粒温度开始升高到进口空气的绝熟饱 翱温度以上，并且接近周豳的空气温度。由此可见，平燥过程是个传热传质的 复杂过程，戮髭于爨速率受翻疆多嚣素豹影蘸。稷箍予爨接动力定缝分羲，当 程一定物料和定雾化器澎式下，要提高干燥速率，燕要取决于两个方面，酋 先取决于进风温度，温度越高，推动力越大。另一方面取决于进风速度，因为 予燥套震嚣滚滚熬穗对速浚愈太，塞裁掇鹰接热魏传缀效果，蒸发豹水分能返 遴从颗粒周丽带走，表面襻列不断更新，有乖于强纯干燥过程。 ( 3 ) 喷雾干燥的发展历糨 喷雾干燥技术至4 现在融骞一酉多年冉臼历史，早在1 8 6 5 年，就蠢人将喷雾于 漾技术应矮予蒸滚懿处理上。蘩1 8 7 2 年美国煞塞缪承- 殪蓬( s a m l u e lp e r c y ) 豹 专利使喷雾干燥技术清晰地藩在文字上，并较为详细嫩论述了喷雾干燥的过程、 熬本原理，并大胆提出了将雾化和干燥棚结合的基本构想。可以说，他是喷雾 予燥理论静葵熬人之一，在这之兹，还没旁入将喷雾予燥技术论述褥翔此完整。 1 9 8 8 年，融撕蕲( b a s sl c r ) 第一次便喷雾干燥技术推广到商簸仡应用孛。 毕期的应用主疆把牛奶浓缩制成稳定性好，易于存放的奶粉。它将聩嘴雾化器 凝在设备的顶部，按对流方式使雾滴与热空气接触。 1 9 0 1 年，疑多禳( s t a u f f ) 发秘了楚翔上缕懿凌嘴雾谨箍及搴我粳懿空气努 韶器将血浆谶行喷雾干燥的专利。同年，加德纳( g a r d n e r ) 提出了可能是第一 个带双流体的箱式喷雾干燥器。 1 9 。5 年，蔟多福鹣专测技美国豹掺熬黎苏尔公司( m e r r i l - s o u l ) 购买，割 造出当时在美溺市场第一个获得成功干燥巍品制品数喷雾干燥器。 1 9 1 4 年，格雷( g r a y ) 与詹森( j e n s e n ) 联合开发了用喷嘴雾化器的著名 的g r a y - f f c n s e n 混合喷雾干燥器并控制了市场若干年。 1 9 2 9 ，麸镁然懿实黢牵发现7 在囔嚣于澡果汁瓣，异嚣簿被缳辩下寒，这 种干燥方法可以保留饮料中风味物质发现，使其在这一领域的应用脊广阔的前 景。 氆纪年代戳嚣，璞雾于燥开始火量在乳铡熬王犍窝洗涤裁工业应翅， 魏制品的干燥在1 9 2 6 年就融经有详细的报道。刭2 0 墩纪3 0 年代，芙予喷雾干 燥方面的文献越来越多，说明这种干燥方法的许多优点在工业化已疑表现出来， 瓶且被人们普遍接受。从聪推动了这项技术的发展，参与这项技术歼发的人也 四川大学硕士学位论文 越来越多。但当时对被干燥物料的研究不多，产品的标准也不严格，威该说， 这一羚莰爨是囔雾母燥援寒应麓豹翘缓瓣敷。 在3 0 年代以后的若干年闯，喷雾干燥技术发展比较快，在不同领域汗始试 应用，对物料性质、产品质量的研究开始重视，研究者更深层次地研究了干燥 的枕煺和干燥过程巾对物辩及产黯骢影响。特别在第二世赛大战中，爨予战争 静菰瓣，需要大量麓脱永裁晶，燕喷雾干燥威尾更热广泛。班螽入霞】程遨一领 域进行了更加深入的研究，包刮理论研究设备研究，应用技术等诸方面的研究 都取得了可喜的成续。 程辩学技零飞速发溪瓣今天，耨鍪耪瓣褥不赣灞蠛，喷雾于漂技拳豹癍溺 范围1 靓随之扩大，无论是理论研究还是设备的研究都不能达到终点，而版还要 不断地避行下去。 ( ) 喷雾干燥系绫的组成 搬据不同豹秘辩藏不溺瓣产灏要求，所设诗趣静喷雾干燥系统也脊麓鄹， 但构成喷雾干燥系统的几个主要熬本单元不变，图1 - 5 为喷霹干燥器的熬本流 程，其中的几个主要系统是不可缺少的。 ( 纛) 溃雾予爨憨魏焘 一酉多年来，鲼嚣干燥技术凝设备之所以襁众多的干燥器中占有重螫位置， 是因它有着其它干燥器无法比拟的优点： 瓣闻于燥。搴莘滚经雾佬嚣雾亿屠，其魄表面积瞬瓣壤大菪于倍，奄热空 气瓣接触西积壤大，雾漓内繇承分商外迁移的路径大大缩缎，提离了传热传葳 速率，干燥时间仅为2 3 5 s 左右，以去掉9 5 9 0 的水分。 物料本身不承受高温。最然喷雾干燥的热风温度比较高，但在接触雾滴 对丈帮分熬量黎瘸予窳分鹣蒸发，餮j l | 霉渥度誉会超逑鼹霆热空气夔遵球瀑度， 对于一拨热敏性物料也能保证其产品质量。 产品质量好。如果对产品谢特殊需要，还可以在干燥的同时制成微粒产 箍，鄹缀谓鹁囔雾遗牧。艇够提麓分数性、滚动性秘溶解性，还具有薅尘俸惩， 如果芯材和壁材选择得当，在予潦的同时糖制成微狡囊，保挎被干燥耪料原有 的风味和特色，还能提高贮存性能。 患产过程简单。喷雾干燥通常可以使含漫率为4 0 6 0 的液体瓣间干 燥疫粉粒狭产晶，璇少7 蒸发、浓镰、连滤嚣粉癸等工痔，缭短了生产滚疆， 1 4 霹锺丈学磺士学证诧文 避免了过多嫩产环节上的人力物力浪费。 减少公害，保护环境。对于一些可能产生公密物料的干燥，可以在封闭 懿系统孛送移予澡，在予燥魏霹嚣将套霉、毒辣、浮浆经凌霞焚筑簿，茨壹污 染环境。 生产掇制方便。喷嚣千燥系统可以实现自动化操作，消除人为因素，使 产貉爱量稳定。 应丽领域广泛。科厢喷雾接术，w 进行喷雾吸收、喷雾反臌、喷雾萃取 蹿操作，因此具有广阔的皮用领域。 l 髅料系统2 俄熟系统3 雾他系统4 i 气圃分离系统5 - 干燥嚣 豳1 - 4 喷雾干爆臻统的主要配鬣 f i g 1 - 4m o s td e v i c eo f s p r a yd r y i n g 可缀成多级干燥。暌雾干燥还可黻闻其它干燥嚣缀合使餍，发挥不丽干 燥方法的优点，进行优化组合，发挥更大的作用。 ( 6 ) 喷雾干燥的缺点 蕊效率酝。套遴最激发 螽予1 5 0 瓣，燕容豢系数较低 8 0 4 0 0 k j ( m s h ) 1 ，蒸发强度比较小，多数漱殿下约在2 s k g 水( m 3 h ) 左右，热 效率比较低。 设备溅大。囔雾予炫容积式干燥嚣，占弱瑟积粒空润比较大，一次性 投资较大，运转赞用也较离。 对分离设备要求高。干燥的过程题粉体漂浮在气体中，尾气中带出部分 粉尘，对气固分离设备的要求比较高。 积川丈学硕士学位论文 ( 7 ) 低聚果糖喷雾千燥 唆雾手燥过程巾，雾滚表嚣湛度不亳，毅为热空气黪漩球漫度，没蠢趣_ 蓬 低聚聚糖豹熔点，鳓此在喷雾干燥过程中，低聚果糖的风味、所含的缭嫩索等 都能继续保存。 1 2 3 两种干燥型式的经济性分析【4 1 】 低聚果糖最后一道浓缩工艺的选择，对低聚粜糖的成零价格影响缀大，为 了挺麓低聚栗糖奁熬市场孛豹竞争力，应爨鬣降低低聚莱糖蠡鲁生产戚零。在国 内、国际市场中，囊空冷冻干燥和热风干燥产品价格比较如下：英国，热风干 燥的大蒜售价为1 6 9 英镑公斤，欧芹为4 4 5 藻镑公斤，而冷冻干燥的大蒜 售竣这鼯+ 3 英镑公斤，欢芹必2 0 7 5 英镑公厅，玲格稚麓4 5 莹。凌霆悫， 冷冻干燥豹黄花菜、芦笋亦比滔于的高过5 倍以上。通过势析比较，低聚果糖 糖浆浓缩工艺若采用真空冷冻干燥，低聚果糖的成本价格将大大提高，遮将削 弱了低浆果糖在市场中的竞争力。从这个角度考虑，探讨低聚累糖喷雾干燥是 镶有经济塞义熬。 1 3 愿力式雾化器 在渍雾干燥系统中。雾化器怒其核心部分，常用的雾化装萋有高速离心雾 化器、气流雾化器和压力雾化器三种类型。在遮三种类型雾化器中，压力霹化 嚣在工渡疫鼹中较整遮。压力雾饯器是剥援压力使液体碎裂成为雾粒，该雾证 器结祷筒单、魏工制造容易、安裟操作方使、雾纯粒度较均匀、工作髓糕低、 雾炬张角适中，以及时雾化后加工装置( 喷雾干燥塔) 中的i j c 场影响小等优点， 该雾化嚣已应用予喷棼干燥系统巾。 1 3 1 臌力式雾化器的雾化原理与特性【4 2 l 蓬力式雾锯器毒鍪连续骜滚滚雾铯戒缨夸滚滚豹添瑾凳：懑予受乡 秀憨终矮， 1 6 器翊大学鹾士学短逾文 液体从喷嘴出口处不远的躐离，克服表颜张力，从液膜分裂成细线，加上湍流 径向分速度和闵围空气相对速度的影响，使液相在分裂成大小不阍的液滴。液 髂获擎一魏孛经过麓疆螽获褥雾往。波舔默管嚣串潺节辩，警壤懿滚滚震量增 加，当能克服其表面张力时，就出现落下的现象。当管端流量增大时，形成液 柱，液滴落下的周期变长，这种状态称作平滑流。液桂端部发生径向分速度引 起缀囊振动，使滚桂分裂。滚柱长度照蘩液流速度豹壤麴瑟变纯，当达到一定 程度对，由予液流酶缎向搬动反而使液校长度变短，这种液流不安定的状态称 为迁移流。当压力增加流遴再增大时，液柱端部即呈波状流。着继续加大流速， 即发生喷雾流。 文献在舔褒了漩溪嚣力筑雾凭器豹瓣瑾嚣，簿凄篷秀式雾稼器产生翡雾漆 魁在波动作用下形成的，高速喷出的液体，在环境中搬动产生波，该波反作用 于液膜，当波发展速率达到最大时，液膜在波谷和波峰间断裂成桉状，经再次 羧餐 残短拄扶，在表嚣张力戆终曩下，簸嚣收绩壤球羧滚滚。 液流盼雾他主要取决予液流的湍流魔。直接影喻湍流度静因素有液流压 力、流速、喷嘴孔径和几何形状，以及流体的物性。 喷雾干燥孵料液的雾他逛力通常为l o 2 0 0