江南大学考研食品工艺学笔记

喷雾干燥就是将液态或浆质态的食品喷成雾状液滴，悬浮在热空气气流中进行脱水干燥过程。

设备主要由雾化系统、空气加热系统、干燥室、空气粉末分离系统、鼓风机等主要部分组成。

（1）常用的喷雾系统有两种类型

①压力喷雾：液体在高压下（700-1000kPa）下送入喷雾头内以旋转运

动方式经喷嘴孔向外喷成雾状，一般这种液滴颗粒大小约100-300μm，其生产能力和液滴大小通过食品流体的压力来控制。

②离心喷雾：液体被泵入高速旋转的盘中（5000-20000rpm），在离心力

的作用下经圆盘周围的孔眼外逸并被分散成雾状液滴，大小10-500μm。

（2） 空气加热系统

蒸汽加热；电加热。温度150~300℃，食品体系一般在200 ℃左右。 （3） 干燥室

液滴和热空气接触的地方，可水平也可垂直，为立式或卧式，室长几米到几十米，液滴在雾化器出口处速度达50m/s, 滞留时间5~100秒，根据空气和液滴运动方向可分为顺流和逆流。

干燥时的温度变化

空气200℃， 产品湿球温度80℃。 （4） 旋风分离器

将空气和粉末分离，大粒子粉末由于重力而将到干燥室底部，细粉末靠旋风分离器来完成。

（5）喷雾干燥的特点

蒸发面积大；干燥过程液滴的温度低；过程简单、操作方便、适合于连续化生产；耗能大、热效低。

（6）喷雾干燥的典型产品

奶粉；速溶咖啡和茶粉；蛋粉；酵母提取物；干酪粉；豆奶粉；酶制剂。 （7）喷雾干燥的发展

与流化床干燥结合的两阶段干燥法； 再湿法和直通法。 二、接触干燥

被干燥物与加热面处于密切接触状态，蒸发水分的能量来自传导方式进行干燥，间壁传热，干燥介质可为蒸汽、热油。

①特点：可实现快速干燥，采用高压蒸汽，可使物料固形物从3-30%增加到90-98%，表面湿度可达100-145℃，接触时间2秒-几分钟，干燥费用低，带有煮熟风味。

②适用对象：浆状、泥状、液态，一些受热影响不大的食品，如麦片、米粉

（一）滚筒干燥

基本结构：

金属圆筒在浆料中滚动，物料为薄膜状，受热蒸发，热由里向外。 设备类型：

(1)单滚筒，示意图； (2)双滚筒，示意图； (3)真空滚筒干燥，示意图。 三、真空干燥

①基本结构：干燥箱、真空系统、供热系统、冷凝水收集装置。 ②特点：物料呈疏松多孔状，能速溶。有时可使被干燥物料膨化。 ③设备类型：间歇式真空干燥和连续式真空干燥（带式输送）。 适用于：水果片、颗粒、粉末，如麦乳精。 四、冷冻干燥

将食品在冷冻状态下，食品中的水变成冰，再在高真空度下，冰直接从固态变成水蒸汽（升华）而脱水，故又称为升华干燥。

要使物料中的 水变成冰，同时由冰直接升华为水蒸汽，则必须要使物料的水溶液保持在三相点以下。 （1）冷冻干燥的条件：

1）真空室内的绝对压力至少＜0.5×1000Pa，高真空一般达到0.26-0.01

×1000Pa。

2）冷冻温度＜-4℃ （2）冻结方法：自冻法，预冻法

自冻法：就是利用物料表面水分蒸发时从它本身吸收汽化潜热，促使物料温度下降，直至它达到冻结点时物料水分自行冻结，如能将真空干燥室迅速抽成高真空状态即压力迅速下降,物料水分就会因水分瞬间大量蒸发而迅速降温冻结。

但这种方法因为有液→气的过程会使食品的形状变形或发泡,沸腾等.适合于一些有一定体形的如芋头\\碎肉块\\鸡蛋等。

预冻法：用一般的冻结方法如高速冷空气循环法、低温盐水浸渍法、液氮或氟利昂等制冷剂使物料预先冻结，一般食品在-4℃以下开始形成冰晶体，此法较为适宜。主要将液态食品干燥。 （3）冷冻干燥设备基本结构

冷冻干燥设备组成 见示意图。

和真空干燥设备相同，但要多一个制冷系统,主要是将物料冻结成冰块状。 设备类型：间歇式冷冻干燥设备(P202)：隧道式连续式冷冻干燥设备(P203)：间歇式冷冻干燥设备：隧道式连续式冷冻干燥设备。 （4）冷冻干燥的过程

①初级干燥阶段

冰晶体形成后，通过控制冷冻室中的真空度，则冰晶升华，因升华相变是一个吸热过程，需要提供相变潜热或升华热。

在冷冻干燥的初级阶段，随着干燥的进行，食品中的冰逐渐减少，在食品中的冻结层和干燥层之间的 界面被称为升华界面（ sublimation front），确切地说是在食品的冻结层和干燥层之间存在一个扩散过渡区（见图P91）。

在干燥层中由于冰升华后水分子外逸留下了原冰晶体大小的孔隙，形成了海绵状多孔性结构，这种结构有利于产品的复水性，但这种结构使传热速度和水分外逸的速度减慢，特别是传热的限制。因此，若采用一些穿透力强的热能如辐射热、红外线、微波等使之直接穿透到（冰层面）升华面上，就能有效地加速干燥速率。

②二级干燥阶段

当食品中的冰全部升华光，升华界面消失时，食品中的水分作为冰被除去后水分含量在15-20%时，干燥就进入另一个阶段称为二级干燥。

剩余的水分即是未结冰的水分必须补加热量使之加快运动而克服束缚来外逸出来。但在二级干燥阶段需要注意热量补加不能太快，以避免食品温度上升快而使原先形成的固态状框架结构变为易流动的液态状，而使食品的固态框架结构发生瘪塌（collapse），此时的温度称为瘪塌温度。在瘪塌中冰晶体升华后的空穴随着食品流动而使这些区域消失，食品密度减少，复水性差（疏松多孔结构消失）。食品的瘪塌温度实际上就是玻璃态转化温度（glass transition temperature）。 （4）冷冻干燥特点

1）保持新鲜食品的色、香、味及营养成分。适合于热敏食品以及易氧化食品的干燥。

2）冰晶体升华留下空间，使固体框架结构不变，食品干燥后成为疏松多孔状物质，复水性好。

3）由于操作在高真空和低温下进行，需要高真空设备和制冷设备，投资费用大，且操作费用也高，故产品成本高。

4）一般用在高附加值功能食品成分、生物制品（医药），还有生物制品如酶制剂等。

五、干燥方法的发展

在前述的干燥方法中，如空气对流干燥或热传导的干燥中都存在着一个温度梯度或传热界面，要使物料升高温度，必然使物料表面受到一个过度热量（高温），若物料的损失和传导慢，必然需要提高物料温度（提高热源温度），使物料受到高温影响而妨碍质量。近年来为了消灭这个影响，减少这个缺陷，则发展了红外线干燥技术和微波干燥技术。 1、红外干燥

把电磁波谱中波长在1-1000μm区域称为红外区。

在食品中有很多物料对红外区波长在3-15μm（2.5-25μm）范围的红外线有很强的吸收。

(1) 原理

构成物质的分子、原子、电子，即使处于基态都在不停地运动着振动或转动，这些运动都有自己的固有频率。当这些质点遇到某个频率与它的固有频率相等时，则会发生与振动、转动的共振运动，使运动进一步激化，微观结构质点运动加剧的宏观反映就是物体温度升高，即物质吸收红外线后，便产生自发的热效应，由于这种热效应直接产生于物体内部，所以能快速有效地对物质加热，这就是红外线加热的原理。

在食品中很多成分都能对红外线3~15μm波长有强烈的吸收。 (2) 特点 热吸收率高；

有一定的穿透能力，物体内部直接加热，食品受热比较均匀，不会局部过热； 加热速度快，传热效率高，在保证物料不过热的情况下使物料被加热，因没有传热界面，故速度比传导和对流快得多，热损失也小，物料受热时间短；

产品质量好，通过控制红外线辐射，避免过度受热，则食品干燥时可使色、香、味、营养成分受到保留。

如红外干燥比传统对流干燥方法象叶绿素、维生素等易分解成分损失小得多。

(3)设备类型

作为热源同样可在上述的对流干燥设备，真空干燥、冷冻干燥等中被应用。 最早使用红外干燥是用红外灯泡对汽车的油漆涂层进行干燥。 目前食品工业中在谷物干燥、焙烤制品等得到应用。 2．微波干燥

微波是指波长在1mm~100cm范围的电磁波。（频率在300~300000MHz）

①原理

水分子是一个偶极分子，一端带正电，一端带负电，在没有电场下，这些偶极分子在介质中作杂乱无规则的运动。

在电场作用下，偶极分子定向排列，有规则的取向排列。

若改变电场方向，则偶极分子取向也随之改变。若电场迅速交替改变方向，则偶极分子亦随之作迅速的摆动，由于分子的热运动和相邻分子间的相互作用，产生了类似摩擦作用，使得分子以热的形式表现出来，表现为介质温度升高。

工业上采用高频交替变换电场，如915MHz和2450MHz，即意味着在1秒钟内有9.15╳108次或2.45╳109次的电场变化，分子如此频繁的运动，其摩擦产生的热量则相当大，故能瞬间升高温度。