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玩转喷雾干燥

来源：本站 | 发布日期： 2024-03-20 11:09:14 | 浏览量：21849

我们日常生活中使用的很多物品都是以无尘粉末形式使用的。从奶粉到某些药物，许多产品无法承受标准的脱水过程，需要特殊的程序才能转化为粉末形式。这种专门的程序称为喷雾干燥。

该过程涉及将液体或浆料分散于热的干燥气体中，从而获得粒径分布一致的粉末。该过程中可能会使用普通空气或惰性气体。例如，乙醇和其他与氧反应的产品可以用热氮气而不是空气进行处理。

在喷雾干燥设备中，各种雾化器或喷嘴用于将液体或浆料破碎成粒径极小的雾化液滴。

单流体高压涡流喷嘴和转盘喷嘴是最常用的喷嘴类型。通过雾化轮可以实现更宽的粒径分布，但无论如何，在两种方法中都可以实现一致的粒径。

通过在特定工艺中使用特定喷嘴可以获得 10 至 500 μm 之间的液滴尺寸。100 至 200 μm 的直径范围是最常用的粒径。

影响喷雾干燥的主要因素

进出口温度

喷雾干燥室的温度通常指热风进入塔内的温度。干燥温度是影响喷雾干燥粉末物理化学性质最重要的因素。

喷雾干燥温度决定成型粉末的水分含量。喷雾干燥温度从120℃增加到200℃能使干燥粉末中的水从5.29%降低到3.88%。

喷雾干燥产品的粒度也取决于热风入口温度。干燥温度的升高导致水分蒸发加快，这使得微球更快地形成而没有足够的时间收缩，导致得到的颗粒粒径较大。

随着入口干燥温度从138℃升高到202℃，巴西莓粉的粒径从13.38μｍ增加到20.11μｍ。类似地，番石榴汁粉末的粒度随着入口温度的增加而显著增加。

喷雾干燥粉末的堆积密度随着温度的升高而降低。较大的颗粒可能内部是中空的，或者由于较高的水蒸发速率而具有多孔性或破碎的结构。通常，多孔或碎片颗粒呈现较低的堆积密度。

另外，因为颗粒水分与干燥温度负相关，而水的密度又比大多数干燥食品固体的密度更大，所以在较高温度下生产的粉末堆积密度低于在低温下生产的粉末。

喷雾干燥粉末的流动性在一定程度上也受干燥温度的影响，随着温度的升高，流动性会降低。

这可能是由于较高的水蒸发速率而造成的颗粒形态变异更大，多孔性或破碎的结构导致的表面接触角更小，而使粉末与表面之间的摩擦力以及颗粒之间内阻加大而导致流动性降低。

溶解度也是粉末产品的重要质量特性，可直接影响喷雾干燥食品的重构行为。随着喷雾干燥温度从120℃升至160℃，粉末的溶解度增加。

壁材

富含糖的物质，如果汁和蔬菜汁，很难在没有包埋剂的情况下直接喷雾干燥，而壁材就是在喷雾干燥过程中包埋活性成分的聚合物，是喷雾干燥中最重要的因素之一。

壁材在喷雾干燥中可以提高玻璃化转变温度和产率，并降低粉末产品的黏性和吸湿性。常见的壁材有阿拉伯树胶、麦芽糊精、明胶、淀粉、果胶、甲基纤维素、藻酸盐和磷酸三钙及其组合等。

壁材的选择主要取决于喷雾干燥的目的和加工材料的物理化学性质。壁材应高度溶于工艺溶剂，具有足够的成膜能力，即使在高浓度下也能产生低黏度溶液。

对于喷雾干燥，它们必须具有高分子量和高玻璃化转变温度，以改善最终产品的抗黏性。它们必须能够保护敏感化合物免受热、氧和光等的影响。

喷雾干燥的常用壁材为碳水化合物。

淀粉及其衍生物具有良好的喷雾干燥性能，例如，高分子量和高玻璃化转变温度，在低黏度的冷水中高度可溶，具有抗黏性并且能够产生相对致密的粉末。

然而，淀粉缺乏成膜能力，这对于干燥效率尤其是敏感化合物的保存十分不利。

树胶。与淀粉相比，树胶具有较好的成膜能力，但玻璃化转变温度相对较低。

纤维素及其衍生物具有良好的成膜特性和表面活性，但不易消化。

淀粉或淀粉衍生物和树胶的组合可以改善喷雾干燥的性能，但树胶的含量应低于淀粉或淀粉衍生物。

有报道指出，蛋白质，特别是乳清蛋白，具有优异的成膜能力和营养保留能力，经常与淀粉或淀粉衍生物一起使用。

进料速度

在喷雾干燥过程中，进料速度是重要影响因素之一。进料速度决定物料在干燥室、分离器和输送机中的停留时间，同时还影响着物料雾化以及液滴的大小。

进料速度基本上取决于雾化器的速度，泵速越高，进料速度越快。但是，较高的进料速度会使热量传递变慢，使得液滴难以充分干燥，容易导致粘壁现象。

此外，进料速度过高将会导致液滴直接滴落在干燥室内的现象，这是由于热空气已被饱和，高速液滴不能被完全充分地雾化，最终导致粉末收率降低。

较高的进料速度导致液滴和热空气之间没有足够的作用时间，增加了喷雾干燥粉末的水分。

过高的进料速度是喷雾干燥过程中需要尽量避免的不当操作。进料速度过高往往是粉末粘壁，吸潮，堵塞管道的重要因素，除了降低粉末收率，也给现场清理带来额外的麻烦。

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