噴霧(wu)幹(gan)燥在生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中的(de)研究(jiu)進展(zhan)

摘(zhai) 要(yao): 噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)被(bei)廣(guang)泛(fan)應用在許多工(gong)業(ye)生產(chan)領域中(zhong), 本文從(cong)工(gong)藝(yi)、機(ji)理、產(chan)品的(de)質(zhi)量(liang)和(he)節(jie)能(neng)等(deng)幾個(ge)方面(mian)對(dui)噴霧(wu)幹(gan)燥在生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中的(de)發(fa)展(zhan)狀(zhuang)況(kuang)進行(xing)了(le)概述, 發(fa)現(xian)研究(jiu)過(guo)程中尚存(cun)在(zai)著(zhe)壹(yi)些問題(ti), 如(ru)由於高(gao)進氣(qi)溫(wen)度使(shi)產(chan)品質量(liang)下降; 在(zai)幹(gan)燥室或工(gong)藝(yi)管(guan)中發生產(chan)品粘壁(bi); 系(xi)統能(neng)效低(di)及(ji)生物制(zhi)品中活性物質被(bei)破(po)壞等, 亟需在(zai)工(gong)藝(yi)及(ji)設備等方面(mian)改進和(he)提(ti)高(gao), 因(yin)此(ci)很(hen)有必要(yao)對(dui)噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)進行(xing)更(geng)深入的(de)研究(jiu)。
噴霧(wu)幹(gan)燥是以(yi)單(dan)壹(yi)工(gong)序將溶(rong)液(ye)、乳濁(zhuo)液(ye)、懸(xuan)浮(fu)液(ye)和(he)漿(jiang)狀物(wu)料加(jia)工(gong)成粉(fen)狀(zhuang)、顆(ke)粒(li)狀(zhuang)、空(kong)心(xin)球(qiu)或團粒(li)狀(zhuang)幹(gan)燥產(chan)品的(de)壹(yi)種幹(gan)燥方法(fa)。噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)的(de)研究(jiu)始(shi)於20世(shi)紀(ji)初(chu)期, 距今(jin)已(yi)有100 多年的(de)歷(li)史(shi)。起(qi)初(chu), 這種技(ji)術(shu)主(zhu)要(yao)用於脫(tuo)脂奶粉(fen)的(de)制(zhi)造(zao), 並(bing)在食(shi)品工(gong)業(ye)中應(ying)用, 隨(sui)著(zhe)噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)的(de)不(bu)斷成熟, 其應(ying)用範圍也逐(zhu)漸擴(kuo)展(zhan), 目前(qian)這(zhe)項技(ji)術(shu)在(zai)國(guo)內外(wai)的(de)許多行(xing)業(ye)都已(yi)得到(dao)了(le)廣泛(fan)的(de)應(ying)用(yong), 例(li)如(ru)在(zai)食品工(gong)業(ye)中用(yong)於奶粉(fen)[ 1] 、乳(ru)清(qing)粉(fen)[ 2] 、豆(dou)奶(nai)粉(fen)[ 3] 、蛋粉(fen)、果(guo)汁粉(fen)[ 4- 5] 、速(su)溶(rong)咖(ka)啡[ 6] 等(deng)的(de)生產(chan)中, 另外(wai), 在(zai)其它行業(ye)如化(hua)學(xue)[ 7- 8] 、醫(yi)藥(yao)[ 9- 10] 、造(zao)紙(zhi)[ 11] 、陶(tao)瓷[ 12] 、化肥[ 13] 、冶金[ 14] 、洗滌(di)劑[ 15 ] 、環保[ 16] 、生物質(zhi)活性物質[ 17- 19] 等工(gong)業(ye)生產(chan)中也被(bei)采(cai)用。自(zi)然(ran)界中(zhong)生物質(zhi)資(zi)源廣泛, 提(ti)取(qu)對(dui)人類(lei)健康(kang)有保健作(zuo)用(yong)的(de)有益成分, 制作(zuo)成各種(zhong)粉(fen)狀(zhuang)或顆(ke)粒(li)狀(zhuang)易(yi)於保存的(de)產(chan)品是當前(qian)發(fa)展(zhan)的(de)重(zhong)要(yao)方面(mian)。噴霧(wu)幹(gan)燥正(zheng)是生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)工(gong)藝(yi)的(de)必要(yao)組(zu)成部分。在(zai)林(lin)化行(xing)業(ye)中, 濃縮單(dan)寧液(ye)、歧化松香(xiang)皂膏、木(mu)工(gong)膠(jiao)黏劑等均可(ke)通(tong)過霧(wu)化(hua)幹(gan)燥完成。王靜等(deng)[ 4] 用噴霧(wu)幹(gan)燥工(gong)藝(yi)對(dui)棗進行(xing)加(jia)工(gong)處(chu)理, 不(bu)但保存了(le)棗的(de)營養價值(zhi), 而(er)且(qie)為棗產(chan)品的(de)品(pin)種(zhong)多樣(yang)化(hua)提(ti)供(gong)了(le)壹(yi)種途徑(jing)。陳宜芳(fang)等(deng)[ 20] 通(tong)過對(dui)噴霧(wu)幹(gan)燥後的(de)魚(yu)漿蛋白(bai)粉(fen)營養成分進行(xing)分(fen)析, 將得到(dao)數據與(yu)魚(yu)粉(fen)數(shu)據相比(bi)較(jiao), 尋找差(cha)距點(dian), 對(dui)噴霧(wu)幹(gan)燥第5期張彩(cai)虹, 等(deng): 噴霧(wu)幹(gan)燥在生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中的(de)研究(jiu)進展(zhan) 47工(gong)藝(yi)進行(xing)優化。盡(jin)管在(zai)生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)無(wu)論(lun)是從(cong)深度上還(hai)是從(cong)廣度上都(dou)得到(dao)了(le)巨大(da)的(de)發(fa)展(zhan), 但仍然(ran)有其(qi)不(bu)足(zu)之(zhi)處(chu), 如(ru)受(shou)生物質(zhi)物料的(de)多樣(yang)性(xing)及各物(wu)料(liao)差(cha)異性(xing)、幹(gan)燥產(chan)品不(bu)同質(zhi)量(liang)要(yao)求(qiu)的(de)影(ying)響(xiang), 工(gong)藝(yi)不(bu)僅(jin)要(yao)隨物(wu)料變動而且(qie)復雜性(xing)也會(hui)不(bu)同,所(suo)以(yi)在(zai)生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中噴霧(wu)幹(gan)燥工(gong)藝(yi)研究(jiu)仍是全(quan)球各國(guo)科研人員(yuan)的(de)重(zhong)要(yao)研究(jiu)內(nei)容(rong); 又如(ru)大(da)部分(fen)噴霧(wu)幹(gan)燥裝(zhuang)置的(de)熱(re)效率(lv)在(zai)30% ~ 70% 之間[ 21] , 所以(yi)提(ti)高(gao)噴霧(wu)幹(gan)燥在生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中的(de)熱(re)利(li)用(yong)率(lv)也是研究(jiu)的(de)重(zhong)要(yao)方面(mian)。鑒於噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)的(de)深入研究(jiu)對(dui)生物質(zhi)資(zi)源的(de)開(kai)發(fa)與(yu)利(li)用都具(ju)有現(xian)實意(yi)義(yi), 本文就(jiu)噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)在(zai)生物質(zhi)資(zi)源中的(de)發(fa)展(zhan)程(cheng)度進行(xing)了(le)分析(xi)和綜(zong)述, 同時(shi)對(dui)未來(lai)的(de)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢作(zuo)了(le)展望(wang)。
1 在生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中噴霧(wu)幹(gan)燥的(de)機(ji)理研究(jiu)
1. 1 霧(wu)化(hua)器性能(neng)和(he)霧(wu)化(hua)機理的(de)研究(jiu)
霧(wu)化(hua)器是把(ba)液體(ti)霧(wu)化(hua)成細(xi)小霧(wu)滴(di)的(de)核(he)心(xin)裝(zhuang)置, 其(qi)性能(neng)好(hao)壞直接影(ying)響(xiang)產(chan)品質量(liang)和(he)技(ji)術(shu)經(jing)濟指(zhi)標(biao)。在(zai)生產(chan)中, 往往會出現(xian)大(da)顆粒(li)沒有幹(gan)透(tou)、小(xiao)顆(ke)粒(li)已(yi)經(jing)過(guo)幹(gan)的(de)現(xian)象(xiang)。因此, 霧(wu)化(hua)器滿足(zu)生產(chan)工(gong)藝(yi)要(yao)求(qiu), 既保證(zheng)料(liao)液(ye)的(de)分(fen)散(san)度, 又(you)能(neng)把(ba)粒(li)徑(jing)變化控制在(zai)Z小限(xian)度。母福生等[ 22] 從(cong)理論(lun)上推(tui)導噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)中(zhong)霧(wu)化(hua)器流量(liang)、霧(wu)化(hua)角各自(zi)的(de)關(guan)系(xi)公式(shi), 基(ji)於空氣(qi)動(dong)力幹(gan)擾(rao)學(xue)說(shuo)推(tui)導出霧(wu)化(hua)後液(ye)滴(di)平均直徑(jing)的(de)理論(lun)公式(shi), 找出它們(men)內(nei)在聯系(xi), 並(bing)通過(guo)相關(guan)實驗數(shu)據進行(xing)驗(yan)證(zheng)。郝(hao)文生等[ 23] 對(dui)離心(xin)霧(wu)化(hua)的(de)成因作(zuo)了(le)詳細(xi)的(de)分(fen)析(xi), 得出液滴(di)的(de)3種(zhong)形成方式: 直接分裂成液滴(di)、絲狀(zhuang)割(ge)裂成液滴(di)、膜狀分(fen)裂(lie)成液滴(di)。虞子雲[ 24] 通(tong)過對(dui)二流(liu)體外混(hun)、二流體(ti)內混(hun)、三流體(ti)內(nei)混(hun)和三流體(ti)內(nei)外組(zu)合混(hun)等4種類(lei)型氣(qi)流(liu)噴嘴(zui)在(zai)不(bu)同的(de)噴嘴(zui)幾(ji)何(he)尺(chi)寸、料(liao)液物(wu)性、操(cao)作(zuo)條(tiao)件(jian)下的(de)霧(wu)化(hua)試(shi)驗比(bi)較(jiao)和(he)分(fen)析(xi), 指(zhi)出了(le)各種(zhong)噴嘴(zui)的(de)適用(yong)場合, 例(li)如(ru), 二(er)流體內混(hun)式噴嘴(zui)能(neng)耗(hao)Z小,是水及物性(xing)接近(jin)於水的(de)大(da)多數(shu)低(di)黏度物(wu)料(liao)霧(wu)化(hua)的(de)適用(yong)噴嘴(zui); 三流體(ti)內(nei)混(hun)式噴嘴(zui)能(neng)耗(hao)比二(er)流體內(nei)混(hun)式大(da), 適合(he)在高(gao)黏度物(wu)料(liao)場合使(shi)用。
1. 2 噴霧(wu)幹(gan)燥中氣(qi)流(liu)與(yu)微(wei)粒(li)的(de)運動(dong)及(ji)相對(dui)運動(dong)
噴霧(wu)幹(gan)燥系(xi)統是壹(yi)個(ge)多輸(shu)入(ru)多輸(shu)出的(de)復雜系(xi)統, 時(shi)間長(chang), 損失較(jiao)大(da), 試(shi)驗成本較(jiao)高(gao)。隨(sui)著(zhe)計(ji)算(suan)機(ji)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan), 使(shi)得模擬噴霧(wu)幹(gan)燥這個(ge)復雜過(guo)程成為可(ke)能(neng)。Langrish 等(deng)[ 25] 結(jie)合(he)噴霧(wu)幹(gan)燥的(de)特(te)點(dian),建(jian)立了(le)模擬食品(pin)在噴霧(wu)幹(gan)燥室內氣(qi)體(ti)-顆(ke)粒(li)兩相湍流(liu)流(liu)動(dong)的(de)模型。應用計算(suan)流體力學(xue)對(dui)幹(gan)燥器內食品幹(gan)燥的(de)氣(qi)-粒(li)兩相流(liu)運動(dong)進行(xing)了(le)模擬, 研究(jiu)了(le)食品(pin)噴霧(wu)幹(gan)燥中器壁(bi)沈積(ji)顆粒(li)的(de)成因, 得出減少(shao)器壁(bi)沈積(ji)率的(de)適宜(yi)條(tiao)件(jian): Z大(da)噴射(she)錐度60b和(he)Z大(da)量(liang)的(de)渦(wo)流(liu)進氣(qi)62b。Huang等(deng)[ 26] 應(ying)用(yong)計算流(liu)體(ti)力學(xue)對(dui)麥芽糊精在(zai)離(li)心(xin)霧(wu)化(hua)器和壓力管(guan)霧(wu)化(hua)器的(de)噴霧(wu)幹(gan)燥性能(neng)作(zuo)了(le)比較(jiao)研究(jiu), 模擬結(jie)果(guo)顯(xian)示(shi)兩種(zhong)霧(wu)化(hua)器產(chan)生不(bu)同的(de)顆(ke)粒(li)尺(chi)寸(cun)分(fen)布和霧(wu)化(hua)樣(yang)式(shi), 得到(dao)的(de)顆(ke)粒(li)軌跡展示(shi)了(le)不(bu)同的(de)溫(wen)度、流(liu)量(liang)和(he)幹(gan)燥特(te)性(xing), 為在(zai)壹(yi)種噴霧(wu)幹(gan)燥腔內(nei)實現(xian)多種(zhong)生物質(zhi)物料噴霧(wu)幹(gan)燥的(de)可(ke)行(xing)性(xing)研究(jiu)提(ti)供(gong)了(le)素材。雖然(ran)CFD應用(yong)已(yi)日(ri)漸廣(guang)泛(fan), 但是CFD 的(de)模型驗證(zheng)需(xu)要(yao)更(geng)多的(de)試(shi)驗數(shu)據支(zhi)持, 而(er)在生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中噴霧(wu)幹(gan)燥環境很(hen)難(nan)取(qu)得良(liang)好(hao)的(de)測(ce)試(shi)數據, 使(shi)得CFD技(ji)術(shu)在(zai)生物質(zhi)物料噴霧(wu)幹(gan)燥中的(de)應(ying)用(yong)還(hai)有待(dai)於進壹(yi)步(bu)提(ti)高(gao)。
1. 3 霧(wu)滴(di)的(de)幹(gan)燥速(su)率(lv)以(yi)及(ji)產(chan)品的(de)形狀
霧(wu)滴(di)的(de)幹(gan)燥速(su)率(lv)與(yu)霧(wu)滴(di)的(de)分(fen)布(bu)直接有關(guan), 大(da)量(liang)生產(chan)實踐(jian)表(biao)明, 生物質(zhi)產(chan)品粉(fen)體(ti)顆(ke)粒(li)粒(li)度分(fen)布(bu)受如下工(gong)藝(yi)參(can)數影(ying)響(xiang): 料(liao)液濃度、進料(liao)速(su)率(lv)、溫(wen)度、霧(wu)化(hua)方式、幹(gan)燥介質流量(liang)、氣(qi)液(ye)接(jie)觸(chu)方式以(yi)及(ji)溶(rong)劑和溶(rong)質(zhi)的(de)性(xing)質(zhi)等(deng)。噴霧(wu)幹(gan)燥所得的(de)生物質(zhi)產(chan)物壹(yi)般為球(qiu)形顆粒(li), 但由於工(gong)藝(yi)參(can)數控制(zhi)不(bu)當往往會導致顆粒(li)變形, 如空(kong)心(xin)球(qiu)、中(zhong)空(kong)的(de)環(huan)形、橢球(qiu)形或蘋(ping)果(guo)形。黃立(li)新等[ 7, 27] 通(tong)過分析(xi)生物質(zhi)物料在(zai)整(zheng)個(ge)噴霧(wu)幹(gan)燥階(jie)段中的(de)溫(wen)度和(he)顆(ke)粒(li)狀(zhuang)態(tai)變化, 研究(jiu)了(le)生物質(zhi)物料的(de)玻(bo)璃(li)化轉變特(te)性(xing)和(he)產(chan)品質量(liang)與(yu)幹(gan)燥工(gong)藝(yi)參(can)數的(de)關(guan)系(xi), 從(cong)而為提(ti)高(gao)霧(wu)滴(di)的(de)幹(gan)燥速(su)率(lv)和(he)得到(dao)合格(ge)的(de)產(chan)品形狀提(ti)供(gong)了(le)理論(lun)根(gen)據。對(dui)於生物質(zhi)物料, 由於產(chan)品的(de)天(tian)然(ran)和生物質(zhi)特(te)性(xing), 使(shi)得對(dui)於幹(gan)燥過程的(de)要(yao)求(qiu)更(geng)加(jia)嚴(yan)格(ge), 不(bu)當的(de)幹(gan)燥工(gong)藝(yi)將直接降低(di)產(chan)品的(de)品(pin)質(zhi), 如(ru)色(se)、香(xiang)、味、活性有效成分等, 因(yin)此, 對(dui)幹(gan)燥工(gong)藝(yi)研究(jiu)不(bu)斷提(ti)出新的(de)挑戰。
2 在(zai)生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中噴霧(wu)幹(gan)燥系(xi)統的(de)工(gong)藝(yi)研究(jiu)噴霧(wu)幹(gan)燥工(gong)藝(yi)是壹(yi)種涉(she)及(ji)到(dao)傳熱(re)、傳質、流體力學(xue)、機(ji)械(xie)工(gong)程(cheng)、自(zi)動化(hua)技(ji)術(shu)等(deng)多學(xue)科的(de)系(xi)統工(gong)程(cheng),在(zai)生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中工(gong)藝(yi)的(de)穩(wen)定(ding)狀態(tai)主(zhu)要(yao)受以(yi)下幾個(ge)因(yin)素(su)影(ying)響(xiang): 處(chu)理的(de)物(wu)料(liao)不(bu)同; 幹(gan)燥產(chan)品的(de)要(yao)求(qiu)不(bu)同; 幹(gan)燥時(shi)間的(de)顯(xian)著差(cha)異; 幹(gan)燥過程中的(de)物(wu)48 生 物 質(zhi) 化 學(xue) 工(gong) 程(cheng) 第 42卷(juan)理變化、化學(xue)變化、傳質傳(chuan)熱過程(cheng)變化不(bu)同; 幹(gan)燥所需熱量(liang)輸(shu)入(ru)方式不(bu)同; 控(kong)制方式不(bu)同等(deng)[ 21] 。國(guo)內外(wai)眾(zhong)多科研工(gong)作(zuo)者也正(zheng)是基(ji)於這些(xie)差(cha)異進行(xing)研究(jiu), 從(cong)而優化其(qi)工(gong)藝(yi), 提(ti)高(gao)效益, 如在(zai)食品行(xing)業(ye)中, 黃(huang)立新等[ 17] 根(gen)據溶(rong)液(ye)固含量(liang)的(de)不(bu)同對(dui)改性(xing)食用微晶(jing)纖(xian)維(wei)素溶(rong)液(ye)進行(xing)二(er)流體(ti)和高(gao)速(su)旋轉盤(pan)式(shi)噴霧(wu)幹(gan)燥試(shi)驗, 研究(jiu)了(le)改性(xing)食用微晶(jing)纖(xian)維(wei)素的(de)噴霧(wu)幹(gan)燥特(te)性(xing), 從(cong)而獲(huo)得了(le)改性(xing)食用微晶(jing)纖(xian)維(wei)素經(jing)濟運行(xing)的(de)優化噴霧(wu)幹(gan)燥工(gong)藝(yi)條(tiao)件(jian): 熱空氣(qi)進口(kou)溫(wen)度160 ~ 170 e , 出幹(gan)燥塔(ta)的(de)空(kong)氣(qi)溫(wen)度85 ~92 e , 料(liao)液(ye)含固(gu)量(liang)為12%, 料(liao)液(ye)溫(wen)度為60 e , 霧(wu)化(hua)方式采(cai)用二(er)流(liu)體霧(wu)化(hua); 獲取(qu)細(xi)粉(fen)的(de)優化噴霧(wu)幹(gan)燥工(gong)藝(yi)條(tiao)件(jian): 熱空氣(qi)進口(kou)溫(wen)度170 e , 出幹(gan)燥塔(ta)的(de)空(kong)氣(qi)溫(wen)度90 e , 料(liao)液(ye)含固(gu)量(liang)2%, 料(liao)液(ye)溫(wen)度60 e , 霧(wu)化(hua)方式采(cai)用高(gao)速(su)旋轉盤(pan)式(shi)。Chen 等[ 19]根據類(lei)胡(hu)蘿蔔(bu)素粉(fen)的(de)穩(wen)定(ding)性對(dui)類(lei)胡(hu)蘿蔔(bu)素粉(fen)的(de)生產(chan)工(gong)藝(yi)進行(xing)了(le)研究(jiu), 得出的(de)工(gong)藝(yi)條(tiao)件(jian): 進料(liao)的(de)固(gu)體(ti)含量(liang)15% , 進氣(qi)溫(wen)度135~ 145 e , 出氣(qi)溫(wen)度90~100 e 。另外(wai)在(zai)醫藥(yao)[ 28] 、造紙(zhi)[ 29] 、飼料[ 20] 等生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)行業(ye)都有噴霧(wu)幹(gan)燥工(gong)藝(yi)及(ji)其工(gong)藝(yi)條(tiao)件(jian)優化的(de)大(da)量(liang)研究(jiu)。當(dang)前(qian)在(zai)生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)工(gong)藝(yi)研究(jiu)中(zhong)另壹(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)方向(xiang)是微膠(jiao)囊(nang)工(gong)藝(yi)研究(jiu), 就(jiu)是將從(cong)生物質(zhi)資(zi)源中提(ti)取(qu)的(de)有效成分通過(guo)噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)制(zhi)成微膠囊(nang)制劑。這壹(yi)技(ji)術(shu)可(ke)防(fang)止(zhi)制劑中有效成分氧(yang)化、水解(jie)和(he)揮(hui)發(fa), 可(ke)掩蓋不(bu)良(liang)氣(qi)味(wei), 還(hai)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)其(qi)穩(wen)定(ding)性和(he)生物利(li)用度以(yi)及(ji)降低(di)刺激(ji)性(xing)、毒(du)性及(ji)不(bu)良(liang)反應。微(wei)膠(jiao)囊(nang)技(ji)術(shu)在(zai)中(zhong)藥(yao)方面(mian)的(de)應(ying)用(yong)尤多, 如(ru)可(ke)起(qi)到(dao)緩釋(shi)作(zuo)用(yong), 延(yan)長(chang)藥物釋放(fang)時(shi)間, 以(yi)減(jian)少(shao)服(fu)藥次數; 還可以(yi)制(zhi)成靶(ba)向(xiang)制劑, 定(ding)向(xiang)作(zuo)用(yong)於患病(bing)部(bu)位。噴霧(wu)幹(gan)燥制備微膠囊(nang)的(de)方法(fa)有兩種(zhong), 即流(liu)化(hua)床(chuang)噴霧(wu)幹(gan)燥和液滴(di)噴霧(wu)幹(gan)燥, 其中液滴(di)噴霧(wu)幹(gan)燥是微膠(jiao)囊(nang)制備中常(chang)用(yong)的(de)方法(fa), 它是直接將囊(nang)心(xin)物(wu)與(yu)囊(nang)材的(de)混(hun)合液通(tong)過霧(wu)化(hua)器分散成霧(wu)滴(di), 在熱氣(qi)流(liu)中(zhong)迅(xun)速(su)蒸發(fa)幹(gan)燥形成微膠囊(nang)的(de)方法(fa)。這種(zhong)噴霧(wu)幹(gan)燥法(fa)Z適於親(qin)油性(xing)液體物料的(de)微(wei)膠(jiao)囊(nang)化, 芯(xin)材的(de)憎(zeng)水性越(yue)強, 包(bao)埋效果(guo)越(yue)好(hao)。近幾(ji)年來國(guo)內外(wai)許多研究(jiu)人員(yuan)從(cong)事生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)的(de)微(wei)膠(jiao)囊(nang)工(gong)藝(yi)研究(jiu), 如(ru)孫厚良(liang)[ 30] 對(dui)噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)制(zhi)備微膠囊(nang)過程(cheng)中的(de)乳(ru)化(hua)液(ye)配(pei)置及(ji)相關(guan)噴霧(wu)幹(gan)燥工(gong)藝(yi)參(can)數對(dui)微膠(jiao)囊(nang)化過(guo)程的(de)影(ying)響(xiang)作(zuo)了(le)詳細(xi)的(de)闡(chan)述(shu), 認(ren)為壁(bi)材的(de)多樣(yang)性(xing)和核(he)材的(de)多樣(yang)性(xing), 還有乳(ru)化(hua)液的(de)制(zhi)備及噴霧(wu)幹(gan)燥過程中的(de)參(can)數(shu)多元(yuan)性(xing), 使(shi)噴霧(wu)幹(gan)燥制備微膠囊(nang)過程(cheng)工(gong)藝(yi)相當(dang)復雜, 重(zhong)視(shi)壁(bi)材、核(he)材、進料(liao)速(su)率(lv)、濃度、溫(wen)度和(he)進、排(pai)風(feng)溫(wen)度等(deng)各種(zhong)影(ying)響(xiang)因(yin)數才能(neng)獲(huo)得良(liang)好(hao)的(de)微(wei)膠(jiao)囊(nang)產(chan)品。Berto lin i等[ 18] 通(tong)過噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)用(yong)阿(e)拉(la)伯(bo)膠包(bao)裹單萜, 改變工(gong)藝(yi)參(can)數研究(jiu)其(qi)產(chan)品穩定(ding)性。
3 在(zai)生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中噴霧(wu)幹(gan)燥對(dui)產(chan)品性能(neng)影(ying)響(xiang)的(de)研究(jiu)在(zai)生物質(zhi)物料噴霧(wu)幹(gan)燥中評判(pan)產(chan)品質量(liang)好(hao)壞的(de)指(zhi)標(biao)通(tong)常(chang)包(bao)括(kuo)產(chan)品顆粒(li)粒(li)徑(jing)分布、殘余(yu)含水量(liang)、顆(ke)粒(li)形態[ 31- 32] 、堆(dui)積(ji)密度、色(se)澤、活性物質含量(liang)[ 31- 32] 、復溶(rong)性(xing)和流動性等(deng)。在(zai)實際生產(chan)中, 這些(xie)指(zhi)標(biao)同(tong)時(shi)達(da)到(dao)要(yao)求(qiu)是相當(dang)難(nan)的(de), 而(er)用(yong)戶(hu)也(ye)往往只(zhi)強調其中(zhong)的(de)壹(yi)項或幾(ji)項。影(ying)響(xiang)這(zhe)些生物質(zhi)產(chan)品性能(neng)的(de)因(yin)素(su)大(da)體上可(ke)分為設備和工(gong)藝(yi)兩大(da)塊(kuai)。
3. 1 設備對(dui)產(chan)品性能(neng)的(de)影(ying)響(xiang)
在(zai)設備中Z主要(yao)的(de)是霧(wu)化(hua)器, 霧(wu)化(hua)器對(dui)生物質(zhi)料液的(de)霧(wu)化(hua)情況直接影(ying)響(xiang)到(dao)顆粒(li)粒(li)徑(jing)分布, 間接的(de)造(zao)成顆粒(li)形態多樣(yang)化(hua)、殘余(yu)含水量(liang)增加(jia)、色(se)澤不(bu)均壹(yi)、活性物質含量(liang)降低(di)、復溶(rong)性(xing)和流動性都(dou)變差(cha)等, 甚(shen)至還(hai)會(hui)造(zao)成粘壁(bi), 使(shi)生產(chan)中斷。霧(wu)化(hua)器壹(yi)般可(ke)分為離(li)心(xin)式(shi)霧(wu)化(hua)器、壓力式(shi)霧(wu)化(hua)器和氣(qi)流(liu)式(shi)霧(wu)化(hua)器。通常(chang)離(li)心(xin)式(shi)霧(wu)化(hua)的(de)顆(ke)粒(li)偏(pian)細(xi), 需要(yao)的(de)動(dong)力小(xiao), 對(dui)物料(liao)的(de)固(gu)含量(liang)、黏度等(deng)要(yao)求(qiu)不(bu)高(gao), 進料(liao)速(su)率(lv)的(de)波動對(dui)液滴(di)大(da)小影(ying)響(xiang)很(hen)小(xiao)[ 33]; 壓力式(shi)霧(wu)化(hua)器產(chan)生的(de)霧(wu)滴(di)偏粗(cu), 適合(he)順(shun)流、逆(ni)流(liu)和(he)混(hun)流型3種幹(gan)燥方式[ 22- 23] ; 氣(qi)流(liu)式(shi)霧(wu)化(hua)器產(chan)生的(de)顆(ke)粒(li)不(bu)均勻(yun),且(qie)能(neng)耗(hao)較(jiao)大(da)[ 22-23 ] 。Langrish 等[ 25] 以(yi)食(shi)品(pin)為原料對(dui)霧(wu)化(hua)器的(de)噴射(she)角度作(zuo)過(guo)研究(jiu), 認(ren)為Z大(da)為62b,這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)使(shi)墻壁(bi)沈積(ji)率趨(qu)於減小(xiao)的(de)方向(xiang)。虞子(zi)雲[ 34] 對(dui)Sauter直徑(jing)(即體(ti)積(ji)-面(mian)積(ji)直徑(jing)) 進行(xing)了(le)J確的(de)計(ji)算(suan), 掌(zhang)握(wo)了(le)噴霧(wu)液(ye)滴(di)分布對(dui)改善(shan)產(chan)品質量(liang), 改進噴霧(wu)器結(jie)構及(ji)性(xing)能(neng), J確(que)確定(ding)幹(gan)燥塔(ta)徑(jing)和塔(ta)高(gao), 降低(di)能(neng)源(yuan)消耗(hao)等將起著(zhe)重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)。
3. 2 工(gong)藝(yi)對(dui)產(chan)品性能(neng)的(de)影(ying)響(xiang)
工(gong)藝(yi)中(zhong)影(ying)響(xiang)產(chan)品性能(neng)的(de)因(yin)素(su)包(bao)括(kuo)輔料的(de)選(xuan)擇(ze)、配(pei)比、混(hun)合液的(de)進料(liao)、出料、過(guo)濾, 還(hai)有進出口(kou)氣(qi)體(ti)溫(wen)度、流(liu)量(liang)等(deng)。Anandharamakrishnan 等(deng)[ 2] 在乳(ru)清(qing)蛋白(bai)的(de)噴霧(wu)幹(gan)燥中, 對(dui)B-乳球(qiu)蛋白(bai)和(he)A-乳(ru)白(bai)蛋白(bai)的(de)溶(rong)解(jie)性(xing)損失(shi)情況作(zuo)了(le)研究(jiu), 顯(xian)示兩種(zhong)蛋白(bai)的(de)可(ke)溶(rong)性(xing)受低溫(wen)( 60~ 80 e )出口(kou)氣(qi)體(ti)的(de)溫(wen)度影(ying)響(xiang)不(bu)大(da), 但是會受(shou)高(gao)溫(wen)( 100~ 120 e )出口(kou)氣(qi)體(ti)的(de)溫(wen)度影(ying)響(xiang), 並(bing)且(qie)B-乳球蛋白(bai)的(de)可(ke)溶(rong)性(xing)降低(di)情(qing)況第5期張彩(cai)虹, 等(deng): 噴霧(wu)幹(gan)燥在生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中的(de)研究(jiu)進展(zhan) 49比(bi)A-乳白(bai)蛋白(bai)要(yao)嚴重(zhong)。在較(jiao)高(gao)的(de)出口(kou)氣(qi)體(ti)溫(wen)度下增加(jia)料(liao)液濃度也(ye)會(hui)造成可溶(rong)性(xing)顯著的(de)降低(di)。Cunha等(deng)[ 35] 研究(jiu)了(le)在噴霧(wu)流(liu)化床(chuang)幹(gan)燥中操(cao)作(zuo)條(tiao)件(jian)(如操(cao)作(zuo)溫(wen)度、進料(liao)速(su)率(lv)、噴霧(wu)、環(huan)形氣(qi)體(ti)速(su)率(lv)等(deng))對(dui)芒果(guo)醬(jiang)質量(liang)的(de)影(ying)響(xiang), 實驗證(zheng)明(ming)高(gao)的(de)生產(chan)溫(wen)度提(ti)供(gong)了(le)較(jiao)好(hao)的(de)幹(gan)燥性能(neng)和(he)產(chan)品質量(liang)。綜(zong)上所(suo)述, 國(guo)內外(wai)的(de)研究(jiu)者大(da)多對(dui)某種(zhong)生物質(zhi)物料進行(xing)了(le)試(shi)驗研究(jiu), 並(bing)沒能(neng)找到(dao)壹(yi)種普遍(bian)性(xing)的(de)規律(lv)或者趨(qu)勢, 而產(chan)品的(de)Z終(zhong)質(zhi)量(liang)是幹(gan)燥的(de)目(mu)的(de), 因(yin)此(ci), 在(zai)品(pin)種豐(feng)富的(de)生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中很(hen)有必要(yao)進壹(yi)步(bu)研究(jiu)噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu), 對(dui)含有活性物質的(de)生物質(zhi)資(zi)源幹(gan)燥過程的(de)規律(lv)進行(xing)研究(jiu)。
4 在(zai)生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中對(dui)噴霧(wu)
幹(gan)燥存在節能(neng)和(he)粘壁(bi)問題(ti)的(de)研究(jiu)隨(sui)著(zhe)全(quan)球化(hua)能(neng)源(yuan)的(de)緊張(zhang)、能(neng)源(yuan)價格(ge)的(de)暴(bao)漲(zhang), 節(jie)能(neng)降耗(hao)已成為各國(guo)的(de)研究(jiu)主(zhu)題(ti)。在(zai)生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)本(ben)身就(jiu)是高(gao)能(neng)耗(hao)的(de)單(dan)元(yuan)操(cao)作(zuo), 降低(di)能(neng)源(yuan)消耗(hao), 提(ti)高(gao)熱(re)利(li)用(yong)率(lv)是各國(guo)科研人員(yuan)的(de)共(gong)同目(mu)標(biao)。黃(huang)立(li)新等[ 33, 36] 通(tong)過對(dui)噴霧(wu)幹(gan)燥裝(zhuang)置進行(xing)經(jing)濟分(fen)析(xi)和節(jie)能(neng)技(ji)術(shu)深入研究(jiu), 得出了(le)影(ying)響(xiang)噴霧(wu)幹(gan)燥能(neng)耗(hao)的(de)主(zhu)要(yao)因素(su)和相應(ying)的(de)結(jie)果(guo), 並(bing)提(ti)出了(le)針(zhen)對(dui)性的(de)解(jie)決(jue)噴霧(wu)幹(gan)燥能(neng)耗(hao)高(gao)的(de)方法(fa): 1)從(cong)調整(zheng)噴霧(wu)幹(gan)燥操(cao)作(zuo)參(can)數(shu)達(da)到(dao)節能(neng)效果(guo), 可(ke)以(yi)采(cai)取(qu)提(ti)高(gao)幹(gan)燥的(de)進口(kou)溫(wen)度、降低(di)出口(kou)溫(wen)度、適當(dang)提(ti)高(gao)料(liao)液(ye)原始(shi)含量(liang)及(ji)溫(wen)度、降低(di)進口(kou)環(huan)境空氣(qi)的(de)相對(dui)濕度; 2)從(cong)噴霧(wu)幹(gan)燥工(gong)藝(yi)流(liu)程調整(zheng)達(da)到(dao)節能(neng)目(mu)的(de),可(ke)以(yi)采(cai)用噴霧(wu)幹(gan)燥後排(pai)出空氣(qi)廢熱回收, 例(li)如(ru)換(huan)熱回收、濃縮料(liao)液等(deng), 也可以(yi)采(cai)取(qu)把(ba)部分(fen)幹(gan)燥後排(pai)出空氣(qi)返(fan)回幹(gan)燥空氣(qi)進口(kou)段或直接采(cai)用組(zu)合幹(gan)燥; 3)從(cong)噴霧(wu)幹(gan)燥設備本身考慮, 加(jia)強(qiang)設備保溫(wen)、隔(ge)熱, 減(jian)少不(bu)必要(yao)的(de)散(san)熱(re); 4)對(dui)於不(bu)同的(de)生物質(zhi)物料, 采(cai)取(qu)上述(shu)組(zu)合運用(yong)。Z終(zhong), 使噴霧(wu)幹(gan)燥在生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中達(da)到(dao)理想的(de)節(jie)能(neng)效果(guo)。蕭(xiao)琦等[ 37] 論(lun)述(shu)了(le)以(yi)線(xian)形燃燒(shao)器為核(he)心(xin)的(de)直燃式熱風(feng)裝(zhuang)置在(zai)噴霧(wu)幹(gan)燥塔(ta)上的(de)應(ying)用(yong)情(qing)況(kuang), 並(bing)著(zhe)重(zhong)對(dui)線(xian)形燃燒(shao)器直燃式熱風(feng)裝(zhuang)置、蒸汽鍋(guo)爐(lu)熱風(feng)裝(zhuang)置和(he)電(dian)加(jia)熱(re)熱風(feng)裝(zhuang)置的(de)能(neng)耗(hao)作(zuo)了(le)對(dui)比。數(shu)據分(fen)析表(biao)明,線(xian)形燃燒(shao)器直燃式熱風(feng)裝(zhuang)置與(yu)傳統的(de)帶(dai)有換(huan)熱(re)器的(de)熱(re)風(feng)裝(zhuang)置相比(bi), 在(zai)節能(neng)方面(mian)具(ju)有yi定(ding)的(de)性(xing)。在(zai)生物質(zhi)資(zi)源噴霧(wu)幹(gan)燥中, 由於生物質(zhi)物料具(ju)有含糖量(liang)高(gao)、熱(re)敏(min)性(xing)等(deng)特(te)點(dian), 使(shi)粘壁(bi)問題(ti)成為生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)的(de)壹(yi)大(da)障礙。粘壁(bi)除(chu)了(le)會降低(di)產(chan)品質量(liang)外(wai), 也(ye)會使(shi)生產(chan)中斷, 同(tong)時(shi)又(you)會造成能(neng)源(yuan)浪費, 這壹(yi)直成為生物質(zhi)噴霧(wu)幹(gan)燥中難以(yi)解(jie)決(jue)的(de)壹(yi)個(ge)問題(ti)。曾亞森等[ 38] 針(zhen)對(dui)中藥(yao)提(ti)取(qu)物幹(gan)燥中的(de)粘壁(bi)現(xian)象(xiang), 分析了(le)粘壁(bi)的(de)主(zhu)要(yao)類(lei)型及其影(ying)響(xiang)因(yin)素, 並(bing)介紹了(le)集中(zhong)解(jie)決(jue)粘壁(bi)的(de)方法(fa), 並(bing)由實驗說(shuo)明了(le)中藥(yao)幹(gan)燥塔(ta)的(de)結(jie)構與(yu)工(gong)藝(yi)調整(zheng)對(dui)解(jie)決(jue)中藥(yao)提(ti)取(qu)液噴霧(wu)幹(gan)燥粘壁(bi)問題(ti)的(de)有效性(xing)。Langrish等(deng)[ 39] 在壹(yi)個(ge)帶(dai)有二(er)流(liu)體噴霧(wu)器, 高(gao)1. 5m 的(de)中(zhong)型噴霧(wu)幹(gan)燥試(shi)驗中(zhong), 對(dui)脫(tuo)脂乳和(he)麥芽糊精的(de)粘壁(bi)情(qing)況(kuang)作(zuo)了(le)比較(jiao), 在(zai)相同(tong)工(gong)藝(yi)條(tiao)件(jian): 霧(wu)化(hua)器氣(qi)體(ti)壓(ya)力200KPa, 進氣(qi)溫(wen)度230 e , 進料(liao)速(su)率(lv)1. 6 L /h, 分(fen)別(bie)對(dui)脫(tuo)脂乳和(he)麥芽糊精進行(xing)噴霧(wu)幹(gan)燥。結(jie)果(guo)顯(xian)示(shi)麥芽糊精粘壁(bi)情(qing)況(kuang)較(jiao)脫(tuo)脂乳輕(qing), 可(ke)能(neng)與(yu)麥芽糊精有較(jiao)高(gao)的(de)玻(bo)璃(li)轉化溫(wen)度有關(guan)。
5 展(zhan)望
雖然(ran)噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)在(zai)生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中從(cong)表(biao)面(mian)上看(kan)已趨(qu)成熟, 但在(zai)工(gong)業(ye)應用(yong)時(shi)常(chang)常(chang)會(hui)碰(peng)到(dao)問題(ti), 主(zhu)要(yao)原因是研究(jiu)物(wu)料品種的(de)局(ju)限(xian)性、生物質(zhi)物料物(wu)性的(de)差(cha)異性(xing)和復雜性(xing)等。對(dui)於物料(liao)品(pin)種的(de)局(ju)限(xian)性而言, 大(da)多數(shu)研究(jiu)都(dou)發生在化(hua)工(gong)產(chan)品中,對(dui)於生物質(zhi)資(zi)源活性物的(de)幹(gan)燥, 高(gao)附加(jia)值(zhi)產(chan)品的(de)幹(gan)燥研究(jiu)較(jiao)少(shao), 因(yin)此(ci)噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)在(zai)生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中仍然(ran)有廣(guang)闊(kuo)的(de)研究(jiu)和(he)發展空間, 而且(qie)有幾(ji)個(ge)方面(mian)更(geng)值(zhi)得研究(jiu): 1)企(qi)業(ye)界和(he)科研人員(yuan)通過(guo)噴霧(wu)幹(gan)燥得到(dao)的(de)生物質(zhi)產(chan)品質量(liang)方面(mian)仍需(xu)要(yao)深入研究(jiu), 使(shi)由天(tian)然(ran)生物質(zhi)資(zi)源得到(dao)的(de)產(chan)品要(yao)更(geng)多保留其(qi)內部(bu)原有的(de)生物質(zhi)活性[ 40] , 同時(shi)還(hai)要(yao)有好(hao)的(de)溶(rong)解(jie)性(xing), 儲存(cun)時(shi)有效成分不(bu)會變質, 也不(bu)會揮(hui)發(fa), 儲(chu)存期受時(shi)間長(chang)短(duan)和(he)存(cun)儲(chu)條(tiao)件(jian)的(de)限(xian)制較(jiao)小(xiao)等(deng)。2)深入研究(jiu)噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)的(de)工(gong)藝(yi)參(can)數對(dui)生物質(zhi)產(chan)品各個(ge)性(xing)能(neng)的(de)影(ying)響(xiang), 尋找出各個(ge)工(gong)藝(yi)參(can)數與影(ying)響(xiang)性(xing)能(neng)的(de)對(dui)應關(guan)系(xi), 以(yi)便(bian)得到(dao)較(jiao)好(hao)生物質(zhi)產(chan)品。3)生物質(zhi)噴霧(wu)幹(gan)燥工(gong)藝(yi)操(cao)作(zuo)不(bu)具(ju)有通(tong)用(yong)性, 幹(gan)燥物料的(de)局(ju)限(xian)性使得在(zai)生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)的(de)範圍需要(yao)進壹(yi)步(bu)擴(kuo)大(da), 開發(fa)出更(geng)多的(de)生物質(zhi)幹(gan)燥產(chan)品以(yi)適應(ying)市場的(de)特(te)殊(shu)需(xu)求(qiu)。4 )在生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中將噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)與(yu)冷(leng)凍(dong)幹(gan)燥技(ji)術(shu)相比(bi)較(jiao), 探(tan)討(tao)低(di)溫(wen)或亞(ya)低(di)溫(wen)噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)[ 41] , 尋找處理熱敏(min)性(xing)生物質(zhi)物料的(de)優化工(gong)藝(yi),改變用冷(leng)凍(dong)幹(gan)燥熱敏性生物質(zhi)物料的(de)歷(li)史(shi)。或與(yu)其(qi)它幹(gan)燥技(ji)術(shu)相結(jie)合(he)[ 42 ] , 在(zai)保證(zheng)生物質(zhi)產(chan)品質量(liang)的(de)基(ji)礎上Z大(da)限(xian)度的(de)節(jie)能(neng)降耗(hao)。50 生 物 質(zhi) 化 學(xue) 工(gong) 程(cheng) 第 42卷(juan)
另外(wai), 在(zai)人與自(zi)然(ran)和諧(xie)發(fa)展(zhan), 共(gong)創和(he)諧(xie)社(she)會的(de)今(jin)天(tian), 在(zai)生物質(zhi)資(zi)源加(jia)工(gong)利(li)用(yong)中/綠色(se)0幹(gan)燥技(ji)術(shu)[ 21] 也(ye)是噴霧(wu)幹(gan)燥技(ji)術(shu)研究(jiu)的(de)壹(yi)大(da)方向(xiang)。