乳液液滴在对流干燥过程中颗粒表面形成的机制的分析研究.pdf

乳液液滴在对流干燥过程中颗粒表面形成的机制研究 中文摘要 中文摘要 喷雾干燥是食品工业中广泛应用的快速制粉技术，奶粉、DHA 微胶囊、能量蛋 白粉等都是通过喷雾干燥生产的。通常可采用改变喷雾干燥操作条件和进料液配比等 方法对所得粉末产品的质量进行优化。然而，料液从塔顶喷嘴中喷出，到塔底颗粒成 形的过程是喷雾干燥的黑匣子过程：由于喷雾塔的设计原因，较难对这个过程中的样 品进行取样分析与实时监控，这使提升粉末质量的操作常常依赖于经验，因此学术界 对干燥机理及颗粒形成行为的理解尚有不足。 本课题使用单液滴干燥测量分析仪 （SDD ）对乳液液滴在模拟喷雾干燥条件下 的干燥过程进行了深入研究。首先，配制含不同油脂组分的乳液，并比较其液滴在干 燥时颗粒表面形成过程的不同，研究了不同乳液组分对颗粒形成过程的影响。其次， 对含有不同油脂组分的三种乳液，实验测定其动力学参数（温度、直径、含水率）在 干燥过程中的变化，以便更深入地理解油脂组分对于乳液液滴干燥行为的影响。 实验结果如下： 第一，对三种不同组分的全脂奶，（a ）无添加物，（b）加0.1 wt.%吐温80 和 （c ） 加0.1 wt.%卵磷脂，在液滴干燥的不同阶段停止干燥，进行复水实验，观察表面活性 剂对于形成的半干颗粒表面浸润性的影响。实验进一步分析了新鲜全脂牛奶和不同固 体含量的浓缩牛奶所制备的奶粉，在料液中添加一定量表面活性剂对所得颗粒表面浸 润性的影响。结果显示，不同固体含量的牛奶在添加相同的表面活性剂之后，浸润性 改善程度并不一致高浓度牛奶中水分含量较少，干燥过程中成壳较快，添加的表面 活性剂来不及迁移到颗粒表面，造成浓缩牛奶颗粒浸润性改善不明显。 第二，课题进一步研究了人工配方乳液干燥过程中表面活性剂对颗粒表面浸润性 的影响。实验中依据全脂牛奶成分配制了低浓度与高浓度的料液，并分别往料液中加 入0.1 wt.% 的吐温80 和加0.1 wt.% 的卵磷脂，再对不同干燥阶段的乳液颗粒表面浸 润性进行研究。为明确不同油脂组分对干燥过程的影响，实验使用液体油 （三辛酸甘 油酯）、黄油与猪油来进行乳液的配制。SDD 实验结果显示，含不同油脂组分的人工 配方乳液，其干燥过程与天然全脂牛奶有较大的区别。复水实验结果表明，是否加入 I 中文摘要 乳液液滴在对流干燥过程中颗粒表面形成的机制研究 性剂对其颗粒表面浸润性并无明显影响，全脂牛奶的实验结果有较大区别。 最后，课题还对以上配制的三种低浓度乳液的干燥动力学进行了定量分析。在 70°C、90°C 及 110°C 的干燥温度下，分别测定三种乳液的温度变化曲线、体积变化 曲线及重量变化曲线，进一步计算了液滴在干燥过程中的直径变化与重量变化。结果 显示，三种乳液的干燥动力学一致。虽然液体油、黄油及猪油配制的三种乳液其油滴 粒径分布有较大区别，但这一区别对于液滴干燥过程并无明显影响。而这种类似的干 燥过程，与课题第二部分观测到的三种乳液的相似成壳过程互为印证，进一步证实使 用以上三种油脂成分进行配方的人工配方乳液，结果表明三种乳液的干燥过程与颗粒 表面形成过程基本一致。 综上所述，本课题为乳液液滴的干燥机理和颗粒表面形成过程提供了大量实验数 据，并对粉末产品的一个关键质量因素浸润性进行了深入研究，探索了相关的影响 因素及科学机理，对食品工业中配方奶粉的生产具有一定指导意义。 关键词：液滴；干燥机制；表面形成；颗粒 作 者：田叶 指导老师：傅楠 II The mechanism and study of droplet surface formation of the emulsion particles during drying Abstract Abst