[科普中国]-泡沫喷雾干燥法

发展历史

泡沫喷雾干燥，是食品喷雾干燥的一项特有技术，也是国内外研究者很感兴趣的新课题。这项技术虽然在20世纪50年代国外就有人提出，但当时主要是想提高喷雾干燥过程的热效率。60年代人们开始注意采用泡沫法调整产品的密度和改进产品的性能，直到80年代，对这项技术的实质和效果才有比较全面系统的认识，特别是用于食品的喷雾干燥上，更加显示出很多优点，对它的研究者也越来越多，如西红柿、香蕉、甜桔、山楂等。总之，可以进行喷雾干燥的食品几乎都可以进行泡沫喷雾干燥。

简介泡沫喷雾干燥的主要过程是把气体压入到待干燥的料液中，使料液发泡，然后进行喷雾干燥。发泡的方法有两种：一种是气体吸收法，将CO2气体压入到料液中，由于气体的过饱和而发泡；另一种是气体混合法，将高压气体注入进料泵与雾化器之间的气体混合器中，使气体与液体充分混合并经雾化后形成泡沫。为了使气体和液体能充分混合并达到发泡目的，选择混合器时主要应考虑液体的汽化性质、固体颗粒的存在、主要传质阻力所在的部位、传热所需要的最佳条件、气体脱出和泡沫生成的性质。泡沫喷雾干燥的主要优点是缩短降速干燥阶段干燥时间，提高了设备的蒸发强度，可达到小设备大生产目的。产品表面呈粗糙、多凹陷、多孔质结构，因此具有良好的冲调性及溶解性，提高了热效率，缩短了液滴在干燥器内停留时间，有效保证了产品的营养成分和芳香组分不被破坏，提高了食品食用价值。1

工作原理泡沫喷雾干燥的工作原理 当液体中混入一定量的气体时，雾化后的液滴在不同的部位有许多微小的气泡，在高温的条件下膨胀、破裂，加大了传质表面积，也提高了传质速率，降低降速干燥阶段的干燥时间，雾滴中的非结合水已经蒸发完成，雾滴已形成固体颗粒。当颗粒温度升高时，蒸发速率受颗粒内部水分的扩散速率和毛细管内流动所控制，颗粒表面以及内部有许多气泡逸出，而产生空穴，使水分向外迁移路径缩短，减少了内部阻力，提高了蒸发效率。

设备构造泡沫喷雾干燥的主要设备包括氮气(或二氧化碳)钢瓶、混合喷射器、汽缸、雾化器、干燥器、加热器、旋风分离器、引风机等装置。该流程主要采用了特殊喷射器，将原料液与气体混合后，以速溶脱脂乳粉为例，按溶液的1：6的比例(体积)混合后进入雾化器雾化，获得干燥的产品。根据不同的物料性质，混合比略有调整。热风进口温度一般可以控制在160～180℃；出口温度一般可控制在70～80℃。1

食品泡沫喷雾干燥的优点由于料液中混入一定量的液体，雾化后雾滴的不同部位有许多微小的气泡，这些气泡在高温下膨胀、破裂，加大了传质表面积，也提高了传质速率。在降速干燥阶段时，雾滴中的非结合水分已经蒸发完成，雾滴已形成固体颗粒。当颗粒温度升高时，蒸发速率受颗粒内部水分扩散速率和毛细流动控制，颗粒表面以及内部有许多气泡逸出后产生空穴，使水分向外迁移路径缩短，减少了内部阻力，提高了蒸发效率。由于降速干燥阶段时间的缩短，也提高了设备的蒸发强度。2

研究者对牛奶的泡沫喷雾干燥实验结果分析认为，产品表面呈粗糙，多凹陷，多孔质结构。产品的面积平均直径略高于常规的喷雾干燥产品，具有良好的冲调性，在泡沫喷雾干燥提高热效率的同时，意味着可以缩短物料在干燥器内，特别是减速干燥阶段的时间，能够有效保证产品的营养成分和芳香组分不被破坏，更提高了食品的食用价值。

应用实例脱脂乳经一系列杀菌、加热、真空蒸发浓缩、结晶处理后，料浆用高压泵将其打入混合室，按溶液1：6的比例混入氮气，送入喷雾干燥器。热风温度为132℃，得到乳粉的堆密度为0.37g/cm3，水分为3.6%，粒径比普通喷雾干燥法大了约2～3倍，特别是有良好的分散性和溶解性。