富糖類物料噴霧干燥熱熔性粘壁現象研究進展

鄭唯　朱丹　牛廣財　魏文毅

摘要：分析富糖類物料噴霧干燥過程中熱熔性粘壁的原因，論述其噴霧干燥過程中的粘性行為，探討解決粘壁問題的方法，包括添加糖類助干劑、生物多聚體、抗結劑和蛋白質包埋等，以期改善富糖類物料的噴霧干燥產品品質，為工業化生產提供參考。

關鍵詞：噴霧干燥；粘壁；富糖類物料；粘性行為；物料損失

中圖分類號：TS255.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2018）01-0057-03

噴霧干燥是液體物料在干燥器中被霧化分散成霧滴，再通過熱空氣干燥霧滴而獲得干燥粉末的一種干燥方式，具有顆粒組織形態均勻、更好地保留物料的營養成分和風味等諸多優點。然而，富糖類物料在噴霧干燥過程中常出現粘壁現象，導致物料損失、干燥不徹底等問題，進而造成一定的經濟損失，且對產品品質和連續化生產有很大影響。分析富糖類物料噴霧干燥過程中的熱熔性粘壁原因，提出相應的解決辦法，提高噴霧干燥過程中的富含糖量物料物料的產品品質，為其工業化生產提供參考。

1 含糖量物料噴霧干燥粘壁原因

通常情況下，產生噴霧干燥粘壁現象的原因主要有：噴出的粗液滴在沒有達到表面干燥就與干燥器內壁接觸而導致粘壁的半濕物料粘壁；粉末顆粒在一定溫度下熔融發粘，粘附在干燥器熱壁上而產生的熱熔性粘壁；干粉在干燥器內傳送過程中碰到干燥器內壁而引起的干粉表面粘附等。其中，熱熔性粘壁是最常見也是最難解決的粘壁類型。

排除噴霧干燥設備構造不合理和干燥工藝不適合的影響外，導致粘壁的最根本原因是物料性質。一般進行噴霧干燥的液體物料可以分成兩大類：粘性物料和非粘性物料。非粘性物料具有很好的流動性，通過噴霧干燥機簡單干燥即可得到吸濕性很低，流動性很好的干燥粉末，如脫脂奶粉、 蛋白粉、樹膠粉、糊精、豆粉等。粘性物料一般含糖量很高，如果汁、蔬菜汁、非結晶乳糖、蜂蜜等。

國內外的大量研究發現，粘壁現象與粘性物料中的高濃度糖有關。粘性物料具有較低的玻璃化轉變溫度（Tg）和較強的吸濕性，對直接干燥過程中的干燥條件非常敏感，幾攝氏度變化就會使其變成類似糖漿狀態的粘稠液體，在干燥器內壁上產生不可控的團聚現象，導致產品的得率大大降低。粘壁現象較為嚴重時，不得不對干燥器進行拆卸清洗，導致試驗周期延長，生產能力降低。這些物料通常也難以進行冷凍干燥。Tsourouflis的團隊發現，在真空條件被破壞的時候，粉末會迅速吸收水分變成糖漿狀。

2 含糖量物料噴霧干燥過程中的粘性行為

粘性物料中不同糖的物理性質對干燥的影響不同，小分子糖的物理性質及粘性行為見表1。

由表1可知，粉體粘性與不同種類糖的物理性質密切相關，小分子糖的玻璃化轉變溫度越低，越易吸濕且粘性越強，溶解性越差。

富糖物料噴霧干燥過程中液滴的變化見圖1。

由圖1可知：干燥過程主要分為4個階段，霧化和脫水過程使物料從表面含水轉變成表面不粘且不含水的顆粒狀態。

最初，盡管液滴表面含水且顆粒是粘性的，但液滴仍單獨分散在干燥器中，沒有發生聚集現象。當處于收集器或旋風分離器中時，單位體積的顆粒密度急劇增加，顆粒已經是固體，不應該粘在一起或聚集，但由于物料含糖量很高，即使此時水分含量很低，產品仍是糖漿狀態。處于一定水分含量下的較高溫度時，干燥液滴的表面也可以保持塑性。因此，干燥后獲得的無定形產物可能是干燥粉末，也可能是糖漿狀態或粘性粉末。

3 含糖量物料粘壁解決方案

3.1 糖類助干劑

目前，解決富糖粘性物料粘壁問題的常見方法是添加麥芽糊精、阿拉伯膠等多糖類高玻璃化轉變溫度物質，以提高富糖粘性物料的玻璃化轉變溫度，進而改善并提高集粉率。但助干劑的添加量一般很高，干燥粉的原有風味易被助干劑掩蓋而影響口感。

辛明等分別在芒果，哈密瓜，櫻桃，荔枝，毛酸漿中添加麥芽糊精，均得到隨著麥芽糊精添加量增加，出粉率逐漸增高的結論。程麗娜和鄭唯的研究均發現，隨著麥芽糊精含量的增加，果汁粉的風味逐漸變差。

3.2 蛋白質包埋

BOONYAI P等首次研究發現，粉末顆粒在干燥過程中的發粘行為（粘附或聚集）與顆粒的表面特性有關，而表面特性則受到顆粒表面組成的影響。在富糖類物料中添加一定的助干劑，對噴霧干燥后的霧滴表面進行改性，是一種避免粘壁的新型方式。

蛋白質具有良好的乳化性、成膜性、溶解性，具有理想壁材的特征，且蛋白質-糖溶液體系不能兼容。當富糖類料液中添加蛋白質時，蛋白質會優先遷移至空氣—富糖類料液的界面。當料液被霧化成液滴后，蛋白質大量富集在液滴表面，干燥后的粉末表面會含有大量的蛋白質。蛋白質的Tg值較高，噴霧干燥條件下顆粒表面呈玻璃態，加之蛋白質具有良好的成膜性，可以將富糖料液中的糖分子包埋起來，所以粒子表面之間，以及粒子與干燥器之間不容易發生粘附現象，進而導致回收率顯著提高。

早期使用最多的蛋白質是明膠。IMAGI等研究干燥特征曲線后得出，相比于麥芽糖糊精等原料，明膠表現出高效包埋介質的特征。

乳清分離蛋白因具有良好的起泡性、成膜性和表面遷移特性而被廣泛應用。石啟龍等研究發現，以麥芽糊精作為桑葚汁助干劑時，出粉率Rp為43.17%。但當進料溶液中的麥芽糊精被少量乳清分離蛋白取代時，Rp顯著增加。當進料溶液中的麥芽糊精全部被乳清分離蛋白取代時，Rp達到73.04%。

JAYASUNDERA的研究結果也表明，蛋白質能提高葡萄糖、果糖、蔗糖等高糖溶液模擬體系噴霧干燥粉末的回收率。

3.3 生物多聚體

蛋白質具有成膜性和表面遷移特性等性質，會對富糖料液中的糖進行包埋。將蛋白質與多糖進行美拉德反應，發生糖基化接枝改性進而提高蛋白質的功能特性和更好地應用于噴霧干燥過程，已成為當前的研究熱點。

李晨的研究發現，糖基化改性后的花生蛋白在溶解性、乳化性和成膜性方面都有顯著改善，且糖基化程度對蛋白的成膜性和結構特性有明顯影響。孫煒煒使用干熱法制備乳清分離蛋白-葡聚糖接枝產物，發現葡聚糖的共價接入，能夠顯著提高乳清分離蛋白的乳化性、凍融穩定性和熱變性溫度，且乳清分離蛋白的熱凝膠機制發生了改變。

3.4 抗結劑

含糖量物料不但在噴霧干燥時會產生粘壁問題，而且噴霧干燥后因粒子的發粘行為也會產生一定的結塊問題。目前，常采用的抗結劑主要有二氧化硅、可溶性纖維、微晶纖維素、硬脂酸鎂、磷酸三鈣等。

王澤南研究發現添加硬脂酸鎂1%，微晶纖維素0.5%，硅膠0.5%，對草莓粉具有很好的抗結塊作用。曾亞森等在研究中發現，硬脂酸鎂兼具金屬鹽和硬脂酸的雙重特性，在料液中加入一定量的硬脂酸鎂可防止靜電所引起的粘壁現象。另外，硬脂酸鎂具有疏水性，能減輕物料的吸濕性，改善噴霧干燥過程中的粘壁情況。

4 結語

富糖類物料噴霧干燥時的粘壁現象是目前研究的熱點，本研究淺析了出現富糖類物料噴霧干燥過程中熱熔性粘壁的解決方案，但在實際操作過程中還需要結合助干劑種類、前處理工藝條件及噴霧干燥條件綜合考慮。

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