富糖类物料喷雾干燥热熔性粘壁现象研究进展

郑唯　朱丹　牛广财　魏文毅

摘要：分析富糖類物料喷雾干燥过程中热熔性粘壁的原因，论述其喷雾干燥过程中的粘性行为，探讨解决粘壁问题的方法，包括添加糖类助干剂、生物多聚体、抗结剂和蛋白质包埋等，以期改善富糖类物料的喷雾干燥产品品质，为工业化生产提供参考。

关键词：喷雾干燥；粘壁；富糖类物料；粘性行为；物料损失

中图分类号：TS255.3 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2018）01-0057-03

喷雾干燥是液体物料在干燥器中被雾化分散成雾滴，再通过热空气干燥雾滴而获得干燥粉末的一种干燥方式，具有颗粒组织形态均匀、更好地保留物料的营养成分和风味等诸多优点。然而，富糖类物料在喷雾干燥过程中常出现粘壁现象，导致物料损失、干燥不彻底等问题，进而造成一定的经济损失，且对产品品质和连续化生产有很大影响。分析富糖类物料喷雾干燥过程中的热熔性粘壁原因，提出相应的解决办法，提高喷雾干燥过程中的富含糖量物料物料的产品品质，为其工业化生产提供参考。

1 含糖量物料喷雾干燥粘壁原因

通常情况下，产生喷雾干燥粘壁现象的原因主要有：喷出的粗液滴在没有达到表面干燥就与干燥器内壁接触而导致粘壁的半湿物料粘壁；粉末颗粒在一定温度下熔融发粘，粘附在干燥器热壁上而产生的热熔性粘壁；干粉在干燥器内传送过程中碰到干燥器内壁而引起的干粉表面粘附等。其中，热熔性粘壁是最常见也是最难解决的粘壁类型。

排除喷雾干燥设备构造不合理和干燥工艺不适合的影响外，导致粘壁的最根本原因是物料性质。一般进行喷雾干燥的液体物料可以分成两大类：粘性物料和非粘性物料。非粘性物料具有很好的流动性，通过喷雾干燥机简单干燥即可得到吸湿性很低，流动性很好的干燥粉末，如脱脂奶粉、 蛋白粉、树胶粉、糊精、豆粉等。粘性物料一般含糖量很高，如果汁、蔬菜汁、非结晶乳糖、蜂蜜等。

国内外的大量研究发现，粘壁现象与粘性物料中的高浓度糖有关。粘性物料具有较低的玻璃化转变温度（Tg）和较强的吸湿性，对直接干燥过程中的干燥条件非常敏感，几摄氏度变化就会使其变成类似糖浆状态的粘稠液体，在干燥器内壁上产生不可控的团聚现象，导致产品的得率大大降低。粘壁现象较为严重时，不得不对干燥器进行拆卸清洗，导致试验周期延长，生产能力降低。这些物料通常也难以进行冷冻干燥。Tsourouflis的团队发现，在真空条件被破坏的时候，粉末会迅速吸收水分变成糖浆状。

2 含糖量物料喷雾干燥过程中的粘性行为

粘性物料中不同糖的物理性质对干燥的影响不同，小分子糖的物理性质及粘性行为见表1。

由表1可知，粉体粘性与不同种类糖的物理性质密切相关，小分子糖的玻璃化转变温度越低，越易吸湿且粘性越强，溶解性越差。

富糖物料喷雾干燥过程中液滴的变化见图1。

由图1可知：干燥过程主要分为4个阶段，雾化和脱水过程使物料从表面含水转变成表面不粘且不含水的颗粒状态。

最初，尽管液滴表面含水且颗粒是粘性的，但液滴仍单独分散在干燥器中，没有发生聚集现象。当处于收集器或旋风分离器中时，单位体积的颗粒密度急剧增加，颗粒已经是固体，不应该粘在一起或聚集，但由于物料含糖量很高，即使此时水分含量很低，产品仍是糖浆状态。处于一定水分含量下的较高温度时，干燥液滴的表面也可以保持塑性。因此，干燥后获得的无定形产物可能是干燥粉末，也可能是糖浆状态或粘性粉末。

3 含糖量物料粘壁解决方案

3.1 糖类助干剂

目前，解决富糖粘性物料粘壁问题的常见方法是添加麦芽糊精、阿拉伯胶等多糖类高玻璃化转变温度物质，以提高富糖粘性物料的玻璃化转变温度，进而改善并提高集粉率。但助干剂的添加量一般很高，干燥粉的原有风味易被助干剂掩盖而影响口感。

辛明等分别在芒果，哈密瓜，樱桃，荔枝，毛酸浆中添加麦芽糊精，均得到随着麦芽糊精添加量增加，出粉率逐渐增高的结论。程丽娜和郑唯的研究均发现，随着麦芽糊精含量的增加，果汁粉的风味逐渐变差。

3.2 蛋白质包埋

BOONYAI P等首次研究发现，粉末颗粒在干燥过程中的发粘行为（粘附或聚集）与颗粒的表面特性有关，而表面特性则受到颗粒表面组成的影响。在富糖类物料中添加一定的助干剂，对喷雾干燥后的雾滴表面进行改性，是一种避免粘壁的新型方式。

蛋白质具有良好的乳化性、成膜性、溶解性，具有理想壁材的特征，且蛋白质-糖溶液体系不能兼容。当富糖类料液中添加蛋白质时，蛋白质会优先迁移至空气—富糖类料液的界面。当料液被雾化成液滴后，蛋白质大量富集在液滴表面，干燥后的粉末表面会含有大量的蛋白质。蛋白质的Tg值较高，喷雾干燥条件下颗粒表面呈玻璃态，加之蛋白质具有良好的成膜性，可以将富糖料液中的糖分子包埋起来，所以粒子表面之间，以及粒子与干燥器之间不容易发生粘附现象，进而导致回收率显著提高。

早期使用最多的蛋白质是明胶。IMAGI等研究干燥特征曲线后得出，相比于麦芽糖糊精等原料，明胶表现出高效包埋介质的特征。

乳清分离蛋白因具有良好的起泡性、成膜性和表面迁移特性而被广泛应用。石启龙等研究发现，以麦芽糊精作为桑葚汁助干剂时，出粉率Rp为43.17%。但当进料溶液中的麦芽糊精被少量乳清分离蛋白取代时，Rp显著增加。当进料溶液中的麦芽糊精全部被乳清分离蛋白取代时，Rp达到73.04%。

JAYASUNDERA的研究结果也表明，蛋白质能提高葡萄糖、果糖、蔗糖等高糖溶液模拟体系喷雾干燥粉末的回收率。

3.3 生物多聚体

蛋白质具有成膜性和表面迁移特性等性质，会对富糖料液中的糖进行包埋。将蛋白质与多糖进行美拉德反应，发生糖基化接枝改性进而提高蛋白质的功能特性和更好地应用于喷雾干燥过程，已成为当前的研究热点。

李晨的研究发现，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显著改善，且糖基化程度对蛋白的成膜性和结构特性有明显影响。孙炜炜使用干热法制备乳清分离蛋白-葡聚糖接枝产物，发现葡聚糖的共价接入，能够显著提高乳清分离蛋白的乳化性、冻融稳定性和热变性温度，且乳清分离蛋白的热凝胶机制发生了改变。

3.4 抗结剂

含糖量物料不但在喷雾干燥时会产生粘壁问题，而且喷雾干燥后因粒子的发粘行为也会产生一定的结块问题。目前，常采用的抗结剂主要有二氧化硅、可溶性纤维、微晶纤维素、硬脂酸镁、磷酸三钙等。

王泽南研究发现添加硬脂酸镁1%，微晶纤维素0.5%，硅胶0.5%，对草莓粉具有很好的抗结块作用。曾亚森等在研究中发现，硬脂酸镁兼具金属盐和硬脂酸的双重特性，在料液中加入一定量的硬脂酸镁可防止静电所引起的粘壁现象。另外，硬脂酸镁具有疏水性，能减轻物料的吸湿性，改善喷雾干燥过程中的粘壁情况。

4 结语

富糖类物料喷雾干燥时的粘壁现象是目前研究的热点，本研究浅析了出现富糖类物料喷雾干燥过程中热熔性粘壁的解决方案，但在实际操作过程中还需要结合助干剂种类、前处理工艺条件及喷雾干燥条件综合考虑。

参考文献

[1] VERMA A， SINGH S V. Spray drying of fruit and vegetable juice-a review[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition， 2015， 55（5）：701-719.

[2] JAYASUNDERA M， ADHIKARI B， ADHIKARI R，et al. The effect of protein types and low molecular weight surfactants on spray drying of sugar-rich foods[J]. Food Hydrocolloids， 2011， 25（3）：459-469.

[3] FANG Z X， BHANDARI B. Comparing the efficiency of protein and maltodextrin on spray drying of bayberry juice [J]. Food Research International， 2012，48（2）：478-483.

[4] 辛明，張娥珍，何全光，等.喷雾干燥芒果粉助干剂研究[J].食品科技，2015，40（1）：282-286.

[5] 关鹏翔，傅玉颖，李芳刚.辅料对哈密瓜粉喷雾干燥效果的影响[J].食品科技，2014，39（2）：92-95.

[6] 韩冬屏，陈岗，吴振.喷雾干燥法加工樱桃固体饮料的研究[J].安徽农业科学，2013，41（35）：13745-13748.

[7] 程丽娜，唐道邦，徐玉娟，等.荔枝原浆喷雾干燥配方优化研究[J].广东农业科学，2013，40（3）：71-74.

[8] 石启龙，王瑞颖，赵亚，等.乳清蛋白对以麦芽糊精为助剂桑葚汁喷雾干燥性能影响[J].农业机械学报，2017，48（9）：337-343+311.

[9] 李晨.基于糖基化反应的花生蛋白成膜性及其风味缓释效应的研究[D].江南大学，2015.