實(shí)驗(yàn)室小型噴霧干燥機(jī)的研究進(jìn)展
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)產(chǎn)品原材料的要求越來(lái)越高，尤其是粉體材料的制造需求，而噴霧干燥技術(shù)就是目前zui常用的物料粉末化干燥方法之一，它可以減少對(duì)粉體產(chǎn)品的熱效應(yīng)，保持生物活性。噴霧干燥機(jī)的種類(lèi)較多，但大多數(shù)高校和研究所選擇實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)為效率高、工序少、節(jié)省人力、設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、占地面積小、便捷、產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良。
目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)主要為離心式噴霧干燥機(jī)和雙流體噴霧干燥機(jī)（即氣流式噴霧干燥機(jī)）。離心式噴霧干燥的特點(diǎn)是干燥速度快、霧化程度高、設(shè)備占地面積相對(duì)較大、不易清洗、成本高；雙流體噴霧干燥機(jī)的特點(diǎn)是體積小巧、不易堵塞、外形美觀、控制，玻璃瓶外壁使得試驗(yàn)人員方便研究干燥的過(guò)程，可及時(shí)調(diào)整相應(yīng)問(wèn)題，而且所選的高溫硼硅的玻璃材質(zhì)在經(jīng)過(guò)抗靜電的處理后可以防止干粉黏壁現(xiàn)象的發(fā)生。由于實(shí)驗(yàn)室的場(chǎng)地限制、精度要求較高、干燥量不需太多，所以雙流體噴霧干燥機(jī)是目前實(shí)驗(yàn)室的*選擇，也是被全國(guó)各大高校、研究所應(yīng)用zui多的實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)
實(shí)驗(yàn)室小型噴霧干燥機(jī)的研究進(jìn)展1 工作原理
通過(guò)蠕動(dòng)泵將含有固體成分的液體泵入雙流體噴嘴，通過(guò)壓縮空氣將溶液噴射成微小霧滴進(jìn)入干燥腔。熱空氣中的小霧滴具有很大比表面積，能夠很好地進(jìn)行熱交換使得表面水汽的迅速升華，形成干燥固體顆粒，固體顆粒通過(guò)旋風(fēng)分離器與廢氣分離后進(jìn)入收集瓶中。廢氣則直接排到大氣或空氣過(guò)濾裝置[1]。其中，雙流體的噴嘴自帶有通針，調(diào)節(jié)通針的頻率可以防止噴嘴被堵塞。噴霧顆粒的平均粒徑大小可以通過(guò)控制壓縮空氣的流量進(jìn)行調(diào)整。
 
實(shí)驗(yàn)室小型噴霧干燥機(jī)的研究進(jìn)展2 實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥設(shè)備應(yīng)用情況簡(jiǎn)介
實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涉及食品產(chǎn)業(yè)、制藥產(chǎn)業(yè)、超微納米粉體的應(yīng)用，還有在土壤石油污染的生物修復(fù)中也有相應(yīng)的應(yīng)用。目前，具體用途主要有普通噴霧干燥、微粉化或結(jié)構(gòu)改造、微膠囊3 種。
2.1 普通噴霧干燥
普通噴霧干燥主要用于大部分純?nèi)芤?、膠體溶液、乳濁液，只要zui終干燥產(chǎn)品能表現(xiàn)為均一的固體即可。此法目前已被廣泛的應(yīng)用于各領(lǐng)域的研究中。陳君琛等人[2]為提高大球蓋菇漂燙液的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，使用實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)。zui終確定其工藝條件是進(jìn)料的溫度為70 ℃，進(jìn)料量為0.6 L/h，霧化壓力為92 MPa，進(jìn)風(fēng)溫度為172 ℃，此情況下?tīng)I(yíng)養(yǎng)精粉的得率為60.26%，含水率為3.2%，抗氧化保留率為83.92%，溶解的時(shí)間為65 s。于婷[3]在制備蜂蜜木瓜粉時(shí)，運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)對(duì)物料進(jìn)行干燥。通過(guò)試驗(yàn)改進(jìn)了它的配方和加工的工藝，zui終確定了其優(yōu)化工藝參數(shù)為壓縮空氣流量859 L/h，進(jìn)料量15 mL/min，進(jìn)風(fēng)的溫度166 ℃。于洋[4]在干燥啤酒的廢酵母泥時(shí)，為了更好地保護(hù)啤酒廢酵母泥中的超氧化物歧化酶SOD 活性使用了實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)干燥。其工藝參數(shù)為進(jìn)風(fēng)量4 320 m3/h，進(jìn)風(fēng)溫度134 ℃，進(jìn)料速率3.75 mL/min。龔蜜等人[5]研究了輔料對(duì)油菜花粉提取液噴霧干燥的影響。其實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)的工藝參數(shù)為空氣流量50 m3/h，進(jìn)料量20 mL/min，進(jìn)口溫度150 ℃，正交結(jié)果測(cè)得*輔料配比為麥芽糊精占油菜花粉提取液固體總量70％，羧甲基纖維素占1％，β- 環(huán)糊精為麥芽環(huán)糊精1/10。劉曉琳[6]研制王漿蜜粉時(shí)，對(duì)噴霧干燥技術(shù)和凍干技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果測(cè)得，凍干技術(shù)所得產(chǎn)品流動(dòng)性比噴霧干燥所的產(chǎn)品差，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高于噴霧干燥的產(chǎn)品，但從生產(chǎn)角度看，噴霧干燥更加節(jié)能環(huán)保，且生產(chǎn)效率高，所以更具優(yōu)勢(shì)。其噴霧干燥過(guò)程中的*操作條件是氣體流量為600 L/h，進(jìn)料流量為20 mL/min，進(jìn)風(fēng)溫度為160 ℃。此外，蘇東曉等人[7-14]使用普通噴霧干燥法進(jìn)行大球蓋菇漂燙液、靈芝蜂蜜粉以及海鮮調(diào)味品等方面的實(shí)驗(yàn)。此法干燥物料效率高、時(shí)間短、產(chǎn)品溶解性和流動(dòng)性，理化性質(zhì)的變化不顯著，所得產(chǎn)品品質(zhì)。
2.2 微粉化或結(jié)構(gòu)改造微粉化或結(jié)構(gòu)改造主要是改變物料的形態(tài)，可以對(duì)2 種物質(zhì)進(jìn)行造粒，這樣有利于產(chǎn)品的溶解性和可測(cè)性。微粉化的主要優(yōu)點(diǎn)是可以得到均勻穩(wěn)定的顆粒大小，提高堆積密度，提高物質(zhì)的利用率。陳福泉和張本山[15]利用實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)改變了玉米原淀粉的形態(tài)，增強(qiáng)其理化反應(yīng)活性，形成非晶顆粒態(tài)玉米淀粉。其噴霧干燥*的工藝參數(shù)是進(jìn)口的溫度為230 ℃，預(yù)加熱的溫度為70 ℃，淀粉乳的質(zhì)量濃度為150 g/L。汪雷[16]將銀杏提取物用實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)進(jìn)行微粉化，結(jié)果提高了銀杏提取物的溶出度，并加強(qiáng)了其脫脂效果。其噴霧干燥的*工藝參數(shù)是銀杏提取物的溶液流速為20 r/min，進(jìn)口溫度為160 ℃，質(zhì)量濃度為1.25 g/L。李湘山等人[17]對(duì)不同類(lèi)型潑尼松龍的體系在不同噴霧干燥工藝條件下產(chǎn)生的可以形態(tài)進(jìn)行考察。結(jié)果表明，在設(shè)備較高溫度（150~190 ℃） 的條件下可進(jìn)行造粒，而在較低溫度下（101~140 ℃），基本只是干燥原有的顆粒，沒(méi)有改變其形態(tài)。饒樣福[18]制備果蔬微粉片時(shí)使用了實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)，加入適量的黃原膠、葡萄糖等物質(zhì)混合造粒。其*工藝參數(shù)是進(jìn)風(fēng)的氣壓為0.25~0.3 MPa，進(jìn)口的溫度為180~200 ℃，入料溫度為60 ℃，出口溫度為90~100 ℃，入料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％。樊婷等人[19]為提高金銀花種有效成分的利用，將金蓮花的提取物制備成微粉。其進(jìn)口溫度為80 ℃，進(jìn)料速率為9 mL/min，霧化氣流速度為670 L/h。此法能有效地提高產(chǎn)品溶出度、分散性，在改善生物利用率方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，相比于其他微粉化方法的操作更加簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、安全。
2.3 微膠囊實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)可以將物料制成微膠囊或微球，其工藝是將囊心物均勻分散在物料漿液中，再用實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)將此混合溶液噴入干燥腔與熱空氣接觸。若囊心物可溶解在其中，即可制成微球；若不溶，則制成微膠囊。這種方法的使用已有幾十年的歷史，產(chǎn)品被微膠囊包裹后，能夠提高產(chǎn)品穩(wěn)定性，可以抗光照、抗氧化、抗熱的能力，易揮發(fā)產(chǎn)品的貯藏期可得到延長(zhǎng)（如風(fēng)味物質(zhì)和香料）。孟憲剛等人[20]以氯化鈣、殼聚糖和海藻酸鈉為包埋壁材，用實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)將面粉改良劑茶多酚制成微膠囊。結(jié)果顯示，*的噴霧干燥操作條件是空氣流量為750 L/h，進(jìn)風(fēng)溫度為180 ℃，出風(fēng)溫度為100 ℃，復(fù)合壁材比例為海藻酸鈉2.5％，殼聚糖為0.8％，氯化鈣為4.5％，芯壁材質(zhì)量比為2∶1，zui大的包埋率為73.8％。劉楠楠[21]在制備蔥油香精微膠囊時(shí)，將復(fù)凝聚噴霧干燥的工藝方法進(jìn)行了優(yōu)化，利用噴霧干燥法二次包埋蔥油香精以提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。其*操作條件是麥芽糊精和阿拉伯膠比例為1∶1，芯材含量為25％，料液濃度為18％，料液溫度為50 ℃，進(jìn)風(fēng)溫度為180 ℃，出風(fēng)溫度為80 ℃。應(yīng)用此法可得流動(dòng)性及干燥性?xún)?yōu)良的粉末微膠囊。劉楠楠[22]用噴霧干燥法來(lái)制備芝麻油微膠囊。通過(guò)旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)得到其包埋率zui高的工藝參數(shù)為大豆分離蛋白和阿拉伯膠比例1∶1，芯材含量占固形物含量25％，固形物質(zhì)含量分?jǐn)?shù)23％，進(jìn)風(fēng)溫度180 ℃，出風(fēng)溫度80 ℃，進(jìn)料流量15 mL/min，料液溫度50 ℃。李素云等人[23]利用噴霧干燥法，將芥末油進(jìn)行微膠囊化。他們利用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)得出*操作條件條件為麥芽糊精與阿拉伯膠比例8∶2，壁材與芯材比例3∶1，固形物含量35％，進(jìn)料速度15 r/min，進(jìn)口溫度235 ℃，出口溫度90 ℃，在此條件下可得到93.1％的包埋率。目前，利用噴霧干燥法制備微膠囊以延長(zhǎng)貨架期的方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。李綱等人[24]曾利用噴霧干燥法將魷魚(yú)肝油、橄欖汁、大蒜油等產(chǎn)品進(jìn)行微膠囊化處理。
3 結(jié)語(yǔ)
實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)目前的應(yīng)用領(lǐng)域已十分廣泛，且用途日趨多樣化。隨著社會(huì)和科技的快速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)應(yīng)該加入更多其他新技術(shù)的支撐與發(fā)展（如超聲波技術(shù)、微波技術(shù)等）。這樣不僅能起到節(jié)能環(huán)保的效果，還能更好地提高產(chǎn)品的品質(zhì)，將是今后實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)改進(jìn)和升級(jí)的研究方向。
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