喷雾干燥与食品加工工业

喷雾干燥与食品加工工业

郭艳霞编译

(兰州石油化工学校兰州730060

摘要喷雾干燥在食品加工业中得到了广泛的应用。对不同的物料所使用的喷雾干燥器也不相同,例如对于处理粘性、脂肪、蛋白质物料的喷雾干燥器作了专门设计。

关键词喷雾干燥食品工业产品质量

人们对食品的消费在很大程度上取决于食品的风味和营养价值,而对食品是如何加工而成的绝大多数人都知之甚少。随着人们就食品与自身健康关系的认识日益提高,便对食品加工方法产生了浓厚的兴趣。

喷雾干燥是食品工业通常采用的加工方法,用该方法生产出的食品在我们每个家庭中随处可见。诸如:速溶咖啡、咖啡伴侣、蛋黄粉、奶粉、汤料、婴儿食品、奶酪粉、果汁粉等。这些经喷雾干燥加工的食品具有良好的外观和原有的营养价值。一般地说,奶粉、咖啡粉呈速溶块状;蛋黄粉、汤料、咖啡伴侣呈粉末状;而果汁粉呈颗粒形式。这些经喷雾干燥的食品除可以直接食用外,还有其他的类似产品可以作为烹调配料。诸如:调味品、辛香料以及饼干、蛋糕等的配料。

除此之外,喷雾干燥还与食品有着间接的关系。例如肉用牲畜,它们的饲料就是用喷雾干燥的方法加工而成的,像脱脂乳、乳清、浓缩脂肪制品的代用品以及蛋白粉等。这些用喷雾干燥方法加工的饲料,其颗粒大小和粉料的均一性都极适宜于肉用牲畜的消化吸收。还有,我们食用的谷物、蔬菜、水果在生长过程中要施以肥料和喷洒农药,而这些肥料和农药要具有良好的扩散性、均一性和湿含量,这样就需要用喷雾干燥的方法来加工肥料和农药,使之达到所要求的标准。这足以说明喷雾干燥在当今食品加工工业中的作用显1食品的喷雾干燥

用来喷雾干燥的食品可以是溶液、浆料或糊状的物料,但必须是可用泵抽送的。物料在进入干燥室前先要雾化,雾化后的物料与来自空气分布器的高温干燥空气在干燥室内进行热交换。由于喷雾形成的料滴非常小,这就提供了相当大的换热面积,使蒸发过程迅速进行(图1。干燥后,悬浮在空气中的产品微粒,可以在干燥室底部和通过旋风分离器回收,最后空气经湿洁空气洗涤器进行洗涤。这是为食品加工而专门设计的。食品干燥通常要求增加干燥器的总热效率,控制入口干燥温度为中、低温,同时还要求安装用来回收排出空气余热的热回收装置

。

图2喷雾干燥器

喷雾干燥是悬浮颗粒干燥的一个分支,与流体床干燥、急骤干燥和喷雾凝聚干燥一起都适用于食品干燥。食品喷雾干燥有以下

四个步骤:①用旋转或喷嘴式喷雾器将进料雾化;②干燥室内喷雾与空气以同向流动方式进行热交换;③蒸发使料粒形成并进行干燥;④干燥产品回收。

111用旋转式或喷嘴式喷雾器将进料雾化

旋转喷雾器由可旋转的料轮组成,物料从料轮中心进入,由于离心力和空气摩擦的综合作用使得物料在轮缘处形成料滴。喷嘴式喷雾器由液压喷嘴组成,物料在压力作用下被吸入喷嘴口,或双流体喷嘴,具有一定动能的空气给液体物料雾化提供能量。双流体喷嘴应用比较少,主要应用于粘度相当大的物料。

选择用于食品的干燥喷雾器取决于最终产品的颗粒大小,旋转式喷雾器和喷嘴式喷雾器都可得到相近大小的颗粒分布。旋转式喷雾器由于操作容易而又有很大的灵活性,性能更为优异。旋转式喷雾器料轮内出口截面积较大,物料不易堵塞,且喂料系统辅设简单,可在低压下操作,通过调节料轮速度就可容易地控制料粒直径,这是旋转式喷雾器优于喷嘴式喷雾器最主要的特性。

总之,最终产品所需的颗粒直径分布决定了喷雾器型式的选择。采用旋转式喷雾干燥装置,干燥后的产品平均直径为70~110Λm (产品粒径较大,所需干燥室直径也较大;采用压力喷嘴式雾干燥装置干燥后的产品平均直径为180~250Λm

。

图2喷雾干燥器中空

112干燥室内喷雾与空气以同向流动方式

进行热交换

并流式喷雾干燥器常用于食品干燥,因

为该系统适合处理热敏性物料,干燥后的最终产品温度要比排出的干燥空气温度低得多,整个干燥室温度分布近似等于干燥空气排出温度,温度分布如图2所示。113蒸发使料粒形成并进行干燥

在食品料滴表面形成的饱和蒸汽膜迅速进行蒸发,蒸发温度近似等于干燥空气的湿球温度。所设计的干燥室可提供有效的料滴逗留时间,使料滴在不发生热降解的情况下被彻底干燥。从喷雾干燥器排出的产品温度近似等于25~30℃,低于干燥

空气排出口的温度。在蒸发阶段,雾化形成的料滴分布也是可变的,主要取决于产品要求的外观形状。114干燥产品的回收

一般采用两种方式进行物料的有效回收。

1两处排出,即从干燥室底部和旋风分

离器排出。

2一处排出,即粉料与干燥空气一起从干燥室排出再经旋风分离器回收。2喷雾干燥器的操作对产品质量的影响

为满足对干燥食品特殊质量要求,在喷雾干燥操作整个过程中,要仔细观察,认真操作。增大旋转式喷雾器的速度或喷嘴压力可得到较小粒径的粉料食品。通过改变进料温度或固相含量或增大进料速度可得到粗粒径产品和更易自由流动的粉料。为达到规定的湿含量,产品的粒度越粗,排出的干燥空气温度就越高,要增大湿含量就要降低产品排出温度。

在喷雾干燥过程中,堆密度是食品的重要特性之一,在操作过程中每种措施都要确保达到最佳的堆密度。影响堆密度有如下操作参数:

1堆密度随粉料湿含量增加而增大;随

2堆密度随进料温度提高而减小,然而,如果对进料进行预热排气将会得到相反的结果。

3堆密度随粉料冷却而增大。

4堆密度随较宽的粒度分布而增大,这是由于大颗粒之间的间隙较之小颗粒之间间隙更容易填满。

5雾化悬浮进料可增大堆密度。

6堆密度随吸入干燥空气温度提高而减小。

7堆密度随产品排出温度降低而增大。

8喷雾空气接触方式、喷雾器型式及在喷雾干燥器中所设置的位置均会对堆密度产生影响。

3如何处理粘性(热塑性吸水性产品有许多需喷雾干燥的物料具有热塑性或吸水性,这种特性就需要我们对干燥室内部作以专门处理,因为这类产品往往会沉积在干燥室壁面上。假如存在这种情况,就需要对干燥室进行特殊设计,保证干燥室壁面有较低的温度,以防止产品粘滞在壁面上以致于温度过高而发生热降解。在进行设计时,可采用双层壁(夹套式或吸入二次空气进行冷却。从干燥料筒壁面清除粘滞产品时需借助如振动器等一类的机械装置来实现。

干燥室底部常采用锥底。如产品粘度过大,室壁过量的沉积物会导致正常生产中断,建议采用平底式干燥室设计以利于人工清理。如果产品粘度大到整个装置无法控制沉积物形成,建议尽可能改变干燥工艺,可采用微波真空干燥系统进行干燥。

以喷雾干燥产品为例,对于处理不同性质物料的干燥室可以作如下几种类型的特殊设计。

311处理西红柿可采用双层壁设计

这种喷雾干燥器在常温下空气先吸进干燥室夹层里,然后再经过空气加热器(图3。由于冷却空气的吸入,可以保证干燥室壁面的。西红柿物料经喷雾干燥过程后,从空气中分离出来,在干燥室壁面上堆积成松软的产品层,形成不规则颗粒脱落到干燥室底部,再进入流体床进行冷却。要进一步除去产品中的水分有必要延长产品在干燥室壁面上的滞留时间。

冷却干燥室壁面主要是为了防止产品褐变,确保产品原有的风味和质量