喷雾干燥技术在食品工业中的应用现状

卢义龙　王明力　李慧慧　闫岩

摘要 喷雾干燥是目前食品工业最常用的干燥方式之一。随着对喷雾干燥技术和设备的深入研究与开发，喷雾干燥技术在食品工业中的应用将更将广泛。简单介绍喷雾干燥的主要特点及存在的问题，重点阐述了喷雾干燥技术在食品工业中的应用。

关键词 喷雾干燥；食品工业；应用；现状

中图分类号 S509.9文献标识码 A文章编号 0517-6611（2015）11-276-03

喷雾干燥是目前食品工业最常用的干燥方式之一，1872年美国人Sam eulPercy在其“干燥操作的改进及通过雾化将液体物料浓缩”的专利中清楚地论述了喷雾干燥过程的实质，为喷雾干燥设备的诞生作出了重要贡献[1]。自从1865年LaMont提出用喷雾干燥法来处理蛋品，喷雾干燥技术已有一个多世纪的发展历史了，但是在我国发展起步较晚，20世纪50年代吉林染料厂从前苏联引进的旋转式喷雾干燥机，用于染料的喷雾干燥[2]，从此喷雾干燥技术在我国得到了工业化的应用。随着喷雾干燥技术的完善和研究的深入，目前，这项技术已得到了广泛应用，尤其在食品加工业。20世纪初期首先应用于脱脂乳粉的制造[3]，后来，在乳品工业、固体饮料及固体调味料的制造上也广泛采用了喷雾干燥技术，从而使食品工业得到了长足的发展。

1 喷雾干燥技术

喷雾干燥技术的研究始于19世纪初期，随着喷雾干燥技术在工业上的广泛应用，人们对它的基本原理和特点也进行了深入研究。

1.1 喷雾干燥技术的原理

喷雾干燥基本原理是物料经过过滤器由泵输送到喷雾干燥器顶端的雾化器，利用雾化器将液态物料分散成雾滴，由于雾滴半径较小，比表面积和表面自由能大，且高度分散，雾滴表面湿分的蒸汽压比相同条件下平面液态湿分的蒸汽压要大，所以水分挥发极快，产品迅速得到干燥[4]。戴命和等根据质量守恒、能量守恒和牛顿第二定律推导了喷雾干燥过程一维双向静态数学模型，从理论上研究了喷雾干燥的热干燥机理，对提高喷雾干燥的技术水平具有重要意义[5]。

1.2 喷雾干燥技术的特点

1.2.1 干燥迅速，确保产品质量。

食品中多含蛋白质和糖分，而蛋白质一般在60～80 ℃保持数分钟会产生变性，在高温下放置也会产生美拉德反应[6]。利用喷雾干燥，仅需3～10 s就能够干燥产品，这样可有效抑制干燥过程中食品的热变性和芳香成分的损失，确保了产品的质量。

1.2.2 干燥产品具有良好的分散性、流动性和溶解性。

对于干燥产品而言，分散性、流动性和溶解性是产品质量的重要指标。在喷雾干燥过程中，产品的干燥是在热空气中进行的，所以产品基本上能保持与液滴相近似的球状[7]，从而具有良好的分散性、流动性和溶解性。

1.2.3 生产过程简化、操作控制方便，适宜于连续化大规模生产。

通过喷雾干燥获得的产品大部分都不需要再进行粉碎和筛选，从而减少了生产工序，简化了生产工艺流程。产品的粒径、松密度、水分，在一定的范围内，可以改变操作条件进行调整，控制管理都很方便，而且能适应工业化大规模生产的要求[7]。

1.2.4 防止发生公害，改善生产环境。由于喷雾干燥是在密闭的容器中进行，能避免干燥过程中造成的粉尘飞扬，避免了环境污染[7]。

1.3 喷雾干燥存在的问题

喷雾干燥技术的优点是显著的，但是其不足之处也是不容忽视的。其缺点主要表现在动力消耗大，体积传热系数和热效率均较低，设备体积大，易发生粘壁现象，一次性投资较大等[4]。尤其是粘壁问题，在喷雾干燥过程中如果发生粘壁物料由于长时间停留在热的内壁上，有可能被烧焦或变质，影响产品质量。周学永等对喷雾干燥粘壁的类型和原因进行了分析，提出了喷雾干燥粘壁的3种类型：半湿物料粘壁、低熔点物料的热熔性粘壁和干粉表面粘附，并提出了解决各种类型粘壁的方案[8]。

2 喷雾干燥在食品工业中的应用

2.1 喷雾干燥在果蔬粉生产中的应用

我国是农业大国，果蔬产业在国内已成为仅次于粮食的支柱产业[9]。果蔬粉因其具有独特的优点，不仅能克服果蔬不耐贮藏、容易腐烂变质等缺点，而且能够满足人们对果蔬多样化、高档化和新鲜化趋势的需求，所以具有广阔的开发前景。果蔬粉制备技术较多，譬如，喷雾干燥、热风干燥、真空冷冻干燥、微波干燥、变温压差膨化干燥及超微粉碎技术等[10]，但喷雾干燥因其特有的优点，使其在果蔬粉的加工中占据着十分重要的位置。Vaibhav Patil等应用响应面法（RSM）优化番石榴粉喷雾干燥工艺，当进口温度为185 ℃和麦芽糊精浓度为7%时，番石榴粉含有丰富的维生素[11]。王雅臣等研究了经酶处理的野木瓜速溶固体饮料的工艺条件，结果表明，野木瓜经酶处理，在进风温度为175 ℃下进行喷雾干燥，可得到口味丰富、酸甜适宜的野木瓜速溶固体饮料[12]。狄建兵等以山药为试材，将其预煮制浆后采用喷雾干燥制粉，料水比为1∶2 g/ml，进风温度为160 ℃，进料量为500 ml/h，助干剂添加量为4%时，制成的山药粉色泽洁白、粉末细腻、质量评价较高[13]。

2.2 喷雾干燥技术在速溶茶饮料中的应用

速溶茶饮料是一种能够迅速溶解于水的固体饮料茶，因具有冲饮携带方便、冲水速溶、不留余渣、农药残留少、易于调节浓淡或容易同其他食品调配等许多特点[14]，所以越来越受到人们的青睐。毕秋芸以灵芝与红茶为原料，采用喷雾干燥技术研究了灵芝红茶固体饮料生产工艺条件，其最佳配方和工艺条件为红茶浸提液添加量为15%、灵芝浸提液添加量为35%、柠檬酸添加量为1%、白砂糖添加量为8%、麦芽糊精添加量为15%；喷雾干燥最佳工艺条件为进风温度为180 ℃、出风温度为80 ℃、进料量为25 ml/min[15]。程健博等以黑苦荞麦为主要原料，采用喷雾干燥技术，研究制作速溶红枣黑苦荞奶茶的加工工艺，确定关键工艺喷雾干燥的进风温度为185 ℃，出风温度为90 ℃[16]。

2.3 喷雾干燥在食品添加剂中的应用

食品添加剂既能改善食品的色、香、味等感官品质，也能在一定程度上满足产品防腐和加工工艺的需要，大大促进了食品工业的发展，并被誉为现代食品工业的灵魂[17]。但是由于某些食品添加剂易受环境中光、氧、温度、水分等因素影响及食品添加剂自身存在的异味、臭味、辛辣味等不良气味，严重影响了其在食品中的应用，阻碍了食品工业的发展。20世纪随着微胶囊技术的诞生，这些问题都迎刃而解，而微胶囊技术的关键就是喷雾干燥。Ng Lay Tze等研究不同的麦芽糊精浓度和喷雾干燥入口温度对火龙果甜菜红素含量的影响，得到的最佳喷雾干燥条件是入口温度155 ℃和20%的麦芽糊精浓度[18]。刘楠楠以明胶、阿拉伯胶为壁材，采用复合凝聚法对葱油香精进行包埋，以微胶囊包埋率为评价指标，采用响应面分析法优化了影响包埋率的主要因素：壁材浓度、芯壁比和pH[19]。研究发现，复凝聚法制备葱油香精微胶囊的最佳工艺参数为：壁材浓度为1.82%、芯壁比1∶1.87、pH 4.16，并在此基础上，采用喷雾干燥法可以制备出葱油香精微胶囊白色粉状产品，微胶囊粒径大小较为均一，体积平均粒径为65.54 μm。

2.4 喷雾干燥在保健食品中的应用

近年来，随着居民的经济和生活水平不断提高，一些现代文明病，如高血压、高血脂、糖尿病等也不断涌现[20]。鱼油中富含ω-3系多不饱和脂肪酸（DHA和EPA），具有抗炎、调节血脂等功效[21]，被誉为保健食品中的“常青树”[22]。随着我国国民经济的持续发展和城乡居民生活水平的不断改善以及人口老龄化的不断加剧，鱼油市场不断扩大，鱼油消费也开始迅速增长。但是由于鱼油中的多不饱和脂肪酸（DHA和EPA）极易氧化[23]，严重阻碍其在保健食品中的应用及市场需求，而鱼油微胶囊化不仅可以有效防止其氧化变质，而且能够掩盖鱼腥味。Sri Haryani Anwar等研究了各种干燥方法制备的微胶囊鱼油，比较了喷雾造粒干燥（SG）、喷雾干燥（SD）、冷冻干燥（FD）3种方法制备的微胶囊鱼油的稳定性[24]。蜂胶含有丰富而独特的生物活性物质，具有抗菌、消炎、止痒、抗氧化、增强免疫、降血糖、降血脂、抗肿瘤等多种功能，对人体有着广泛的医疗、保健作用，是一种具有较高保健功能的产品[25]。张英宣采用喷雾干燥法对蜂胶提取物进行微胶囊化处理，通过测定微胶囊化蜂胶中主要活性物质总黄酮的活性，探讨蜂胶喷雾干燥法微胶囊化的工艺[26]。试验表明，以阿拉伯树胶和糊精1∶1比例混合作为壁材，固形物含量为20%，芯材与壁材比例为1∶4，进样量20 ml/min，进风压力为0.2 MPa，微胶囊化蜂胶中总黄酮的活性最高。

2.5 喷雾干燥技术在其他食品领域的应用

随着喷雾干燥技术研究的深入，以及人们对食品的风味和营养价值的要求不断提高，市场上出现了越来越多的由喷雾干燥法生产的食品，如蛋黄粉[27]、杂粮粉[28]、调味粉[29]等。由于经济的发展，人民生活的改善，不少地区民众杂粮谷物的摄入量有所减少，而杂粮谷物中富含膳食纤维、矿物质等，这些物质又是机体不可或缺的，所以谷物粉备受消费者的喜爱。李居男以喷雾干燥技术为主要载体，对山药、黑米、玉米、荞麦、橙子等多种谷物及水果进行了制粉处理，并评价了喷务干燥处理对其中功能活性成分的影响[30]；以各种喷雾干燥粉剂为基料，调配了4种冲调型功能性饮料。此外，喷雾干燥技术也常用于婴儿营养食品的加工中[31]，最常见的就是婴儿奶粉的加工。沈国辉等采用喷雾干燥技术制备微胶囊婴幼儿奶粉的研究表明，添加DHA 微胶囊的婴幼儿奶粉最佳工艺条件是：均质压力为40 MPa、均质温度为40 ℃、喷雾干燥进风温度为170 ℃、出风温度为80 ℃，在此条件下制备添加DHA微胶囊的奶粉，在产品保质期内质量指标极为稳定，未发生任何不良反应[32]。

3 结语

喷雾干燥在食品工业中的应用已有多年的历史，最早只应用于奶粉的制造[33]，目前已广泛应用于食品工业，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[34]。随着对喷雾干燥技术和设备的深入研究与开发，以及人们对食品的风味和营养价值的要求不断提高，市场将出现越来越多的喷雾干燥产品，食品工业必将加速发展，前景广阔。

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