食品百科

5.5 喷雾干燥

2023-02-14

喷雾干燥技术在工业上的应用已有百年,它通过雾化器的作用,将溶液、乳浊液、悬浮 液或浆状物料等喷成极细的雾状液滴,并依靠干燥介质(热空气,烟道气或惰性气体)与雾 滴的均匀混合,进行热交换和质交换,使水分(或溶剂)汽化,从而加工成粉状干制品。喷 雾干燥技术以单一工序代替了传统上从溶液到粉末需经过蒸发、结晶、过滤、干燥、粉碎、 筛分等的一系列工序,不仅大为简化了生产流程,改善了劳动条件,而且还提高了产品的 产量和质量。喷雾干燥技术已从早期只应用于乳粉、蛋粉等少数产品发展到今天广泛应 用于食品、化工、医药、陶瓷、水泥、冶金等工业。

喷雾干燥具有如下几方面的特点:

① 干燥速率高、时间短: 溶液的喷雾干燥,是在瞬间完成的。由于料液被雾化,液体 的比表面积很大,加速了传热和传质过程。如体积为1cm3的溶液,若为一个球形的大液 滴,其表面积为4.84cm2;若将其分散成直径为10μm的球形小液滴,则有1.91×109个, 其总表面积为6×103cm2。分散前后比较,表面积增大1290倍,从而极大地增加了蒸发 面积,缩短了干燥时间,这是喷雾干燥最显著的特点。

② 物料温度较低: 虽然干燥介质的温度较高,但因有大量水分存在,干燥过程中物 料的表面温度一般不超过热空气的湿球温度。如对乳粉的干燥,约为50~60℃。因此, 能保持产品的色泽、风味和营养成分,非常适宜于热敏性物料的干燥。

③ 产品的分散性和溶解性好: 根据工艺要求,选用适当的雾化器,就可将产品制成 粉末状、空心球状疏松团粒状,不经粉碎也能在水中迅速溶解。

④ 产品纯度高: 整个干燥过程在密闭容器中进行,杂质不可能混入产品中。

⑤ 生产过程简单,操作控制方便: 即使含水量达90%的物料,不经浓缩同样能一次 获得均匀的干燥产品。大部分产品干燥后不需要粉碎和筛选,简化了生产过程,改善了劳 动条件。而且,对于产品粒度和含水量等质量指标,可通过改变操作条件进行调整,控制 管理都很方便。

⑥ 适宜于连续化生产: 干燥后的产品经连续排料,在后处理上结合冷却器和气力输 送,组成连续生产作业线,有利于实现自动化大规模生产。

喷雾干燥的上述特点,特别适用于食品的生产。现主要用于下列食品的生产:

① 乳、蛋制品:牛乳、奶油、冰淇淋、代乳粉、可可粉、蛋品等。

② 糖类及粮食制品:葡萄糖、麦精、淀粉、啤酒、谷物等。

③ 酵母制品:酵母粉、饲料、酵母。

④ 果蔬制品:番茄、辣椒、洋葱、大蒜、香蕉、杏子、柑橘、水解蛋白等。

⑤ 肉类、水产制品:血浆、鱼粉、鱼蛋白质等。

溶液雾化为细滴时,必须消耗能量,克服表面张力以形成新的更大的表面,克服黏滞 力,并向分散液滴提供动能。因此喷雾干燥的主要缺点是单位产品耗热量大,设备的热效 率低,在进风温度不高时,一般热效率约为30%~40%,每蒸发1kg水分约需2~3kg蒸 汽,且介质消耗量大。另一缺点是容积干燥强度小,其容积传热系数约为25~100W/ (m3·K),所以喷雾干燥器体积庞大、基建费用大。此外,对气-固混合物的分离要求较 高,对于很细的粉末,要有可靠的分离装置,以免产品损失和污染周围的环境。