噴霧干燥對固體飲料制備的影響

付博飛，奚 祝，彭小偉，李文峰

（長江師范學院生命科學與技術學院，重慶涪陵 408000）

0 引言

干燥是利用熱量使濕物料中水分等汽化除去，從而獲得固體產品的操作[1]。其干燥的目的在于滿足延長食品的貨架期、便于貯藏和運輸及加工工藝的需要[2]。常見的干燥方法有常壓干燥、真空干燥、間歇干燥、連續干燥、噴霧干燥等。噴霧干燥可快速蒸發暴露在高溫環境中的小霧滴水分，由于其良好的品質控制和連續化生產等特性，被廣泛用來生產粉狀產品，是現代食品工業中不可缺少的一項先進技術[3]。其處理的對象可以是溶液、乳液和懸濁液，在連續的干燥操作中，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、無機鹽、脂肪等營養素的含量被濃縮，與干燥前營養成分相比，更全面、更合理，更適應不同人群的需要。而噴霧干燥有著干燥迅速、瞬間蒸發、直接干燥成粉末等特點，使其成為食品界一個熱門話題之一。

1 噴霧干燥的概況

通過比較近年來相關學者關于噴霧干燥的研究成果發現，影響噴霧干燥得粉率的因素有進料量的大小、溫度高低、助干劑用量。對于干燥的對象不同，所設的參數也不同。大致為進料量過大會導致黏壁，進料量過小會導致無滴料或者含糖高的食物會被焦糖化；溫度高低分為熱風進塔溫度、塔內溫度和熱風離塔溫度，進塔溫度低會因為物料不能被迅速干燥而黏壁，進塔溫度過高會被焦糖化，塔內如果密封不嚴，外界空氣進入會使塔內溫度下降而造成黏壁；助干劑用量過少起不到干燥效果，助干劑用量過多又會影響產品本身風味。根據干燥對象的不同，所設參數還需進一步試驗得出。

2 影響因素

2.1 進料量對干燥的影響

葛焱等人[3]在研究草本咖啡粉時發現，隨著進料量的增大，出粉率呈先增大再減小的趨勢，含水率逐漸增大。進料量過小時，噴霧時間長，效率過低；進料量過大時，滴料嚴重，只有在中間一個合適的滴料量時，最后在干燥時候才會出現無滴料、不黏壁。但從試驗結果來看，最好的現象也只能到達“無滴料、黏壁輕”。在此研究基礎上，還可以對進料量的速度梯度細化來進一步研究，最后達到“無滴料，無黏壁”的效果。

在用噴霧干燥技術干燥含糖量較高的食品過程中，進料量過小，因為蒸發過度，噴頭會黏上料液；溫度升高導致蔗糖被焦糖化，造成產物分散性和流動性變差，影響食物的風味[6]；集粉率高，但不利于提高產量[7]；進料量過大又會引起干燥不完全，導致含水量增大不利于貯藏。

在牛奶干燥過程中，噴霧干燥帶來的一個最重要問題是噴霧干燥塔壁上顆粒黏壁，這些現象會影響奶粉的品質，給設備清洗帶來困難，甚至會造成火災或者爆炸[8]。同時，莫玲等人[9]在研究噴霧干燥對牛奶蛋白質氧化的影響中發現噴霧干燥會導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。這些問題都需要進一步研究。

2.2 溫度對干燥的影響

溫度對干燥的影響包括熱風進塔溫度、塔內溫度不均、熱風離塔溫度等因素。當熱風進塔溫度過低，霧化的物料不能迅速干燥，會造成黏壁，這其中也包括進風溫度適當但是因為塔內沒有嚴格密封，外界冷風進入塔內導致塔內溫度下降而造成的黏壁。當熱風離塔時溫度過高，會導致離塔熱風帶走更多的能量，使塔內能量降低，導致塔內溫度下降，也會導致塔內物料黏壁[10]。張京芳等人[11]在探究鵪鶉蛋黃粉加工工藝中發現，在180℃和200℃溫度條件下得到的蛋黃粉色香味均正常。對于同一研究對象，不同研究人員對此研究的結果也不一樣，比如李偉鋒等人[12]在研究噴霧干燥雞血漿蛋白粉工藝優化中的最佳值為140℃，其值低于胡奇偉等人[13]（230℃）、孟曉霞[14]（170℃），所以在研究噴霧干燥最佳條件時，需要根據不同環境確定的不同器械和熱風進塔溫度來綜合考慮。同時，也需要考慮熱風進塔溫度對產品溶解性的影響，比如劉靜波等人[15]在探究速溶蛋黃粉噴霧干燥工藝優化中發現，在熱風進塔溫度為185.36℃時，蛋黃粉的溶解性較好。不同食品在進行噴霧干燥時都會表現出不同的性質，對于某一需要干燥的食品來說，要探究在怎樣的條件下其出粉的效果和溶解性效果能達到最佳水平。

2.3 助干劑對干燥的影響

目前用于噴霧干燥的常用助干劑有麥芽糊精、β-環糊精和羧甲基纖維素鈉。

2.3.1 麥芽糊精的添加對干燥的影響

麥芽糊精流動性好、無異味、有適當的黏度、耐熱性強、吸濕小，有很好的載體作用，用于粉狀產品可防止產品結塊，增強產品的溶解性，改善產品組織結構，起到助干劑的作用[16]。在噴霧干燥過程中加入助干劑（麥芽糊精）需要一個合適的量，若用量過少，起不到干燥效果，易黏壁；若用量過多，糊精味嚴重，影響了產品的風味[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逐漸變淺，枸杞的香味也會變淺，研究結果表明麥芽糊精的用量會影響干燥產物的風味。

2.3.2 β-環糊精的添加對干燥的影響

β-環糊精能對易揮發物質和對熱、光、空氣敏感的物質產生一定的穩定作用，因此常在噴霧干燥過程中加入適量的β-環糊精來維持色素和芳香物質的穩定[19]。王靜等人[20]的研究成果表明，當β-環糊精用量增加時，集粉率先升高然后降低，只有添加適量的β-環糊精才可以提高集粉率。其原因可能是添加β-環糊精過多，料液的黏度上升，黏結于噴頭處，導致噴頭堵塞，影響噴霧干燥的進程[18]。

2.3.3 羧甲基纖維素鈉的添加對干燥的影響

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在羧甲基纖維素鈉膠溶液中均勻穩定地分散。羧甲基纖維素用過多會使溶液黏度過大，添加過少則增稠作用不明顯[21]。同β-環糊精一樣，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-大豆蛋白復合飲料[22]、復合蛋白粉[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，需要對其工藝進行研究。

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現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。試驗結果表明，不加助干劑麥芽糊精的楊梅汁無法噴霧成粉，在添加10%麥芽糊精助劑，粉體細度和溶解性較好，但粉體容重小、噴霧時間較長；在添加量15%時，效果達到最佳。隨著麥芽糊精用量的增加，制品的顆粒變粗，粉體分散性和沖調性變差。可以將其結論運用到其他固體飲料制備中去，在制備固體飲料時，適量加入助干劑，有助于干燥成粉，最后的得粉率會增加，但是助干劑不能無限增加，若是加過量的麥芽糊精，得到的產品會有嚴重的糊精味。所以，助干劑并不是越多越好。

溫度對噴霧干燥的影響較大，包含熱風進塔溫度和熱風離塔溫度，熱風進塔溫度越高，產品的含水率越低[25]，溫度越高，干燥對象在霧化后越容易形成水蒸氣，所得產品的含水率就會越低。當然，噴霧干燥中的進風溫度不能無限高，當到達一定程度時，干燥對象會變得有焦味，這個焦味有可能是干燥對象發生焦糖化而產生的。熱風離塔溫度對含水率的影響和進風溫度有相似之處，但是當熱風離塔溫度過低時，干燥原料中的水分不能充分蒸發而導致不能完全生成粉體。對于不同干燥對象，根據其性質，設置不同熱風進塔與離塔溫度的參數，需要進一步試驗確定。

在固體飲料研發中，進料量的大小對其產品的影響也較大。黃國清等人[26]在研究楊梅固體飲料的工藝中發現，進料的速度過快，楊梅液里面的水分沒有蒸發完全，造成粉末粗糙、黏壁，當進料速度較低時，粉末較為細膩。所以，在制備固體飲料的時候需要考慮一個合適的進料速度，這樣才能使產品達到一個很好的效果。在霧化過程中，液滴表現出主要的風味損失，對于可溶性的味道，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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