噴霧干燥對(duì)固體飲料制備的影響

付博飛，奚 祝，彭小偉，李文峰

（長(zhǎng)江師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，重慶涪陵 408000）

0 引言

干燥是利用熱量使?jié)裎锪现兴值绕?，從而獲得固體產(chǎn)品的操作[1]。其干燥的目的在于滿足延長(zhǎng)食品的貨架期、便于貯藏和運(yùn)輸及加工工藝的需要[2]。常見(jiàn)的干燥方法有常壓干燥、真空干燥、間歇干燥、連續(xù)干燥、噴霧干燥等。噴霧干燥可快速蒸發(fā)暴露在高溫環(huán)境中的小霧滴水分，由于其良好的品質(zhì)控制和連續(xù)化生產(chǎn)等特性，被廣泛用來(lái)生產(chǎn)粉狀產(chǎn)品，是現(xiàn)代食品工業(yè)中不可缺少的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)[3]。其處理的對(duì)象可以是溶液、乳液和懸濁液，在連續(xù)的干燥操作中，粉末具有一致的表面性能，可以處理熱敏性和非熱敏性產(chǎn)品[4]。噴霧干燥目前多用于乳制品、咖啡粉、香蕉粉等的干燥制備中[5]。這些食品在干燥后水分降低，蛋白質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽、脂肪等營(yíng)養(yǎng)素的含量被濃縮，與干燥前營(yíng)養(yǎng)成分相比，更全面、更合理，更適應(yīng)不同人群的需要。而噴霧干燥有著干燥迅速、瞬間蒸發(fā)、直接干燥成粉末等特點(diǎn)，使其成為食品界一個(gè)熱門(mén)話題之一。

1 噴霧干燥的概況

通過(guò)比較近年來(lái)相關(guān)學(xué)者關(guān)于噴霧干燥的研究成果發(fā)現(xiàn)，影響噴霧干燥得粉率的因素有進(jìn)料量的大小、溫度高低、助干劑用量。對(duì)于干燥的對(duì)象不同，所設(shè)的參數(shù)也不同。大致為進(jìn)料量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致黏壁，進(jìn)料量過(guò)小會(huì)導(dǎo)致無(wú)滴料或者含糖高的食物會(huì)被焦糖化；溫度高低分為熱風(fēng)進(jìn)塔溫度、塔內(nèi)溫度和熱風(fēng)離塔溫度，進(jìn)塔溫度低會(huì)因?yàn)槲锪喜荒鼙谎杆俑稍锒け?，進(jìn)塔溫度過(guò)高會(huì)被焦糖化，塔內(nèi)如果密封不嚴(yán)，外界空氣進(jìn)入會(huì)使塔內(nèi)溫度下降而造成黏壁；助干劑用量過(guò)少起不到干燥效果，助干劑用量過(guò)多又會(huì)影響產(chǎn)品本身風(fēng)味。根據(jù)干燥對(duì)象的不同，所設(shè)參數(shù)還需進(jìn)一步試驗(yàn)得出。

2 影響因素

2.1 進(jìn)料量對(duì)干燥的影響

葛焱等人[3]在研究草本咖啡粉時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著進(jìn)料量的增大，出粉率呈先增大再減小的趨勢(shì)，含水率逐漸增大。進(jìn)料量過(guò)小時(shí)，噴霧時(shí)間長(zhǎng)，效率過(guò)低；進(jìn)料量過(guò)大時(shí)，滴料嚴(yán)重，只有在中間一個(gè)合適的滴料量時(shí)，最后在干燥時(shí)候才會(huì)出現(xiàn)無(wú)滴料、不黏壁。但從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，最好的現(xiàn)象也只能到達(dá)“無(wú)滴料、黏壁輕”。在此研究基礎(chǔ)上，還可以對(duì)進(jìn)料量的速度梯度細(xì)化來(lái)進(jìn)一步研究，最后達(dá)到“無(wú)滴料，無(wú)黏壁”的效果。

在用噴霧干燥技術(shù)干燥含糖量較高的食品過(guò)程中，進(jìn)料量過(guò)小，因?yàn)檎舭l(fā)過(guò)度，噴頭會(huì)黏上料液；溫度升高導(dǎo)致蔗糖被焦糖化，造成產(chǎn)物分散性和流動(dòng)性變差，影響食物的風(fēng)味[6]；集粉率高，但不利于提高產(chǎn)量[7]；進(jìn)料量過(guò)大又會(huì)引起干燥不完全，導(dǎo)致含水量增大不利于貯藏。

在牛奶干燥過(guò)程中，噴霧干燥帶來(lái)的一個(gè)最重要問(wèn)題是噴霧干燥塔壁上顆粒黏壁，這些現(xiàn)象會(huì)影響奶粉的品質(zhì)，給設(shè)備清洗帶來(lái)困難，甚至?xí)斐苫馂?zāi)或者爆炸[8]。同時(shí)，莫玲等人[9]在研究噴霧干燥對(duì)牛奶蛋白質(zhì)氧化的影響中發(fā)現(xiàn)噴霧干燥會(huì)導(dǎo)致牛奶蛋白羰基化修飾，乳脂含量及噴霧干燥條件的不同，影響牛奶的氧化程度。這些問(wèn)題都需要進(jìn)一步研究。

2.2 溫度對(duì)干燥的影響

溫度對(duì)干燥的影響包括熱風(fēng)進(jìn)塔溫度、塔內(nèi)溫度不均、熱風(fēng)離塔溫度等因素。當(dāng)熱風(fēng)進(jìn)塔溫度過(guò)低，霧化的物料不能迅速干燥，會(huì)造成黏壁，這其中也包括進(jìn)風(fēng)溫度適當(dāng)?shù)且驗(yàn)樗?nèi)沒(méi)有嚴(yán)格密封，外界冷風(fēng)進(jìn)入塔內(nèi)導(dǎo)致塔內(nèi)溫度下降而造成的黏壁。當(dāng)熱風(fēng)離塔時(shí)溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致離塔熱風(fēng)帶走更多的能量，使塔內(nèi)能量降低，導(dǎo)致塔內(nèi)溫度下降，也會(huì)導(dǎo)致塔內(nèi)物料黏壁[10]。張京芳等人[11]在探究鵪鶉蛋黃粉加工工藝中發(fā)現(xiàn)，在180℃和200℃溫度條件下得到的蛋黃粉色香味均正常。對(duì)于同一研究對(duì)象，不同研究人員對(duì)此研究的結(jié)果也不一樣，比如李偉鋒等人[12]在研究噴霧干燥雞血漿蛋白粉工藝優(yōu)化中的最佳值為140℃，其值低于胡奇?zhèn)サ热薣13]（230℃）、孟曉霞[14]（170℃），所以在研究噴霧干燥最佳條件時(shí)，需要根據(jù)不同環(huán)境確定的不同器械和熱風(fēng)進(jìn)塔溫度來(lái)綜合考慮。同時(shí)，也需要考慮熱風(fēng)進(jìn)塔溫度對(duì)產(chǎn)品溶解性的影響，比如劉靜波等人[15]在探究速溶蛋黃粉噴霧干燥工藝優(yōu)化中發(fā)現(xiàn)，在熱風(fēng)進(jìn)塔溫度為185.36℃時(shí)，蛋黃粉的溶解性較好。不同食品在進(jìn)行噴霧干燥時(shí)都會(huì)表現(xiàn)出不同的性質(zhì)，對(duì)于某一需要干燥的食品來(lái)說(shuō)，要探究在怎樣的條件下其出粉的效果和溶解性效果能達(dá)到最佳水平。

2.3 助干劑對(duì)干燥的影響

目前用于噴霧干燥的常用助干劑有麥芽糊精、β-環(huán)糊精和羧甲基纖維素鈉。

2.3.1 麥芽糊精的添加對(duì)干燥的影響

麥芽糊精流動(dòng)性好、無(wú)異味、有適當(dāng)?shù)酿ざ?、耐熱性?qiáng)、吸濕小，有很好的載體作用，用于粉狀產(chǎn)品可防止產(chǎn)品結(jié)塊，增強(qiáng)產(chǎn)品的溶解性，改善產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)，起到助干劑的作用[16]。在噴霧干燥過(guò)程中加入助干劑（麥芽糊精）需要一個(gè)合適的量，若用量過(guò)少，起不到干燥效果，易黏壁；若用量過(guò)多，糊精味嚴(yán)重，影響了產(chǎn)品的風(fēng)味[17]。陳致印等人[18]的研究成果表明，枸杞粉的出粉率隨著麥芽糊精用量的增加而增加，但是枸杞粉的顏色會(huì)逐漸變淺，枸杞的香味也會(huì)變淺，研究結(jié)果表明麥芽糊精的用量會(huì)影響干燥產(chǎn)物的風(fēng)味。

2.3.2 β-環(huán)糊精的添加對(duì)干燥的影響

β-環(huán)糊精能對(duì)易揮發(fā)物質(zhì)和對(duì)熱、光、空氣敏感的物質(zhì)產(chǎn)生一定的穩(wěn)定作用，因此常在噴霧干燥過(guò)程中加入適量的β-環(huán)糊精來(lái)維持色素和芳香物質(zhì)的穩(wěn)定[19]。王靜等人[20]的研究成果表明，當(dāng)β-環(huán)糊精用量增加時(shí)，集粉率先升高然后降低，只有添加適量的β-環(huán)糊精才可以提高集粉率。其原因可能是添加β-環(huán)糊精過(guò)多，料液的黏度上升，黏結(jié)于噴頭處，導(dǎo)致噴頭堵塞，影響噴霧干燥的進(jìn)程[18]。

2.3.3 羧甲基纖維素鈉的添加對(duì)干燥的影響

羧甲基纖維素鈉作為增稠劑，其膠黏、包膠、成膜作用可以使干燥食品的水溶性物質(zhì)在羧甲基纖維素鈉膠溶液中均勻穩(wěn)定地分散。羧甲基纖維素用過(guò)多會(huì)使溶液黏度過(guò)大，添加過(guò)少則增稠作用不明顯[21]。同β-環(huán)糊精一樣，羧甲基纖維素鈉的用量不斷增大，出粉率先升高后有所降低[3]。

3 噴霧干燥在速溶固體飲料中的應(yīng)用

固體飲料是指以糖、乳和乳制品、蛋或蛋制品、果汁或使用食物提取等為主要原料，添加適量的輔料或食品添加劑制成的每100 g成品水分不高于5 g的固體樣品，呈粉末狀、顆粒狀或塊狀，如速溶咖啡、胡蘿卜-大豆蛋白復(fù)合飲料[22]、復(fù)合蛋白粉[23]等。很多水果汁含有較多的葡萄糖、果糖、低聚糖等成分，在干燥塔壁上不易干燥或已干燥粉粒又融化，難于噴霧成粉[24]。故在用噴霧干燥制固體飲料時(shí)，需要對(duì)其工藝進(jìn)行研究。

劉青梅等人[24]在研究楊梅汁速溶固體飲料的加工工藝研究發(fā)現(xiàn)添加適量的助干劑麥芽糊精可以提高楊梅固體飲料的出粉率。試驗(yàn)結(jié)果表明，不加助干劑麥芽糊精的楊梅汁無(wú)法噴霧成粉，在添加10%麥芽糊精助劑，粉體細(xì)度和溶解性較好，但粉體容重小、噴霧時(shí)間較長(zhǎng)；在添加量15%時(shí)，效果達(dá)到最佳。隨著麥芽糊精用量的增加，制品的顆粒變粗，粉體分散性和沖調(diào)性變差。可以將其結(jié)論運(yùn)用到其他固體飲料制備中去，在制備固體飲料時(shí)，適量加入助干劑，有助于干燥成粉，最后的得粉率會(huì)增加，但是助干劑不能無(wú)限增加，若是加過(guò)量的麥芽糊精，得到的產(chǎn)品會(huì)有嚴(yán)重的糊精味。所以，助干劑并不是越多越好。

溫度對(duì)噴霧干燥的影響較大，包含熱風(fēng)進(jìn)塔溫度和熱風(fēng)離塔溫度，熱風(fēng)進(jìn)塔溫度越高，產(chǎn)品的含水率越低[25]，溫度越高，干燥對(duì)象在霧化后越容易形成水蒸氣，所得產(chǎn)品的含水率就會(huì)越低。當(dāng)然，噴霧干燥中的進(jìn)風(fēng)溫度不能無(wú)限高，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定程度時(shí)，干燥對(duì)象會(huì)變得有焦味，這個(gè)焦味有可能是干燥對(duì)象發(fā)生焦糖化而產(chǎn)生的。熱風(fēng)離塔溫度對(duì)含水率的影響和進(jìn)風(fēng)溫度有相似之處，但是當(dāng)熱風(fēng)離塔溫度過(guò)低時(shí)，干燥原料中的水分不能充分蒸發(fā)而導(dǎo)致不能完全生成粉體。對(duì)于不同干燥對(duì)象，根據(jù)其性質(zhì)，設(shè)置不同熱風(fēng)進(jìn)塔與離塔溫度的參數(shù)，需要進(jìn)一步試驗(yàn)確定。

在固體飲料研發(fā)中，進(jìn)料量的大小對(duì)其產(chǎn)品的影響也較大。黃國(guó)清等人[26]在研究楊梅固體飲料的工藝中發(fā)現(xiàn)，進(jìn)料的速度過(guò)快，楊梅液里面的水分沒(méi)有蒸發(fā)完全，造成粉末粗糙、黏壁，當(dāng)進(jìn)料速度較低時(shí)，粉末較為細(xì)膩。所以，在制備固體飲料的時(shí)候需要考慮一個(gè)合適的進(jìn)料速度，這樣才能使產(chǎn)品達(dá)到一個(gè)很好的效果。在霧化過(guò)程中，液滴表現(xiàn)出主要的風(fēng)味損失，對(duì)于可溶性的味道，在平均乳劑液滴大小的最佳值上，可以保留適度的可溶性香精[27]。

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