乳的干燥技术教案

Tags：乳品加工技术乳品食品乳的干燥技术

字号：T|T

第四节乳的干燥技术

乳的干燥是通过水分蒸发直到使乳变成固体的过程。浓缩出来的乳经过过滤后，须立即进行喷雾干燥，使牛乳最终制成干燥粉末状乳粉。干燥工序是奶粉生产的关键环节，从乳品加工有史以来，乳粉的干燥主要有三种方法：

一、喷雾干燥法

可分为离心式、压力式、二流体式

将净化的热空气送入干燥室内同时使浓缩牛乳在离心力或压力、气流的作用下，通过雾化器在干燥室内雾化成无数雾滴（乳滴）与热空气接触瞬间即干燥成乳粉。

喷雾干燥法生产乳粉，产品质量优良，操作方便。便于连续化、自动化、适宜大规模生产，是生产乳粉的最佳方法，因此，已被广泛采用。

二、滚筒干燥

此法最早应用于乳粉连续生产的设备，装有可以转动的圆筒作为热交换器，筒内接入传热介质、外表面与待干燥的液态乳接触。粘附表面形成薄膜。在圆筒传动过程中，使水分蒸发而干燥。最后用刮刀刮下，经粉碎过筛为成品。（当然设备有几种：单筒、双筒、常压式、真空式、喷射式）。高温的热表面使蛋白变为一种不易溶解且使产品变色的一种状态。分为槽供料式和喷雾供料式：

槽供料：原理是预处理后的乳被送至由铸铁鼓和四壁构成的槽中，乳在热鼓表面迅速被加热形成一薄层，这层乳中的水分被加热蒸发而干燥，干燥的料持续被每一鼓上的刮刀刮下来。

喷雾供料：原理是鼓上的喷嘴在热鼓表面将预处理奶喷成一个薄层，在此状况下，大约90%的传热表面得以利用，相比之下槽供料干燥器只有不到75% 的利用率。

滚筒干燥法生产的奶粉色泽、风味差。颗粒呈微片状。溶解度低。故现不用于生产正品乳粉。但成本较低，国外保留之，用于生产工业粉、酪蛋白酸盐粉、饲料乳粉等。

三、冷冻干燥法

分为箱式、圆柱式。先将牛乳予冻，使水分呈冰屑状固相，然后再0.65kpa的减压状态下加微热，使乳中水分不经液相化为水汽排除，乳中固体物质即成粉状。

特点：因加工温度低，牛乳中的营养成分能最大限度地保留（避免了加热对产品色泽、风味的影响且溶解度高。但此设备造价高、动力消耗大、生产成本高。不适当前的大规模生产。

三种方法各有特点，但最适大批量生产、连续、自动化又保留营养成分、又要成本低的方法应属喷雾干燥法中的压力和离心两种喷雾法。目前我国采用最多的是压力喷雾干燥法。

四、喷雾干燥原理及特点

1、原理：在高压或离心力的作用下，浓缩乳通过雾化器向干燥室内喷成雾状，形成无数细滴（10-200µm），增大受热表面积可加速蒸发。雾滴一经与同时鼓入的热空气接触，水分便在瞬间蒸发除去。经15-30s的干燥时间便得到干燥的奶粉。

2、优点

⑴ 干燥过程快而迅速：因浓奶被雾化成小液滴，具有极大的表面积，水分蒸发就会快，整个过程仅需10-30s，很适于热敏性物料。

⑵ 干燥过程温度低，乳粉质量好，热空气虽然温度高，但物料水分蒸发温度却不超过该状态下的热空气的湿球温度，物料本身只受有60℃，可以最大限度地保持牛乳的营养成分及理化性质。

⑶ 通过调节工艺参数，可控制成品质量：如选择适当雾化器调节物料浓度来

控制乳粉颗粒状态、大小、容重，并使含水量达到要求，产品具有很好的流

动性、分散性、溶解度。

⑷ 干燥的产品呈粉粒状无需再粉碎加工。

⑸ 卫生质量好，不易污染，产品纯净

(6) 干燥介质与物料直接接触无须再用热交换设备.操作方便机械化.自动化程

度高,适合大规模生产.

⑺ 干燥室内呈负压状态,避免了粉尘飞扬,减少浪费.

——这7条也可说是喷雾干燥法的优点,它也有一些不尽人意之处.

3、缺点：

⑴ 设备（干燥箱）塔，占地面积大，投质大。

⑵ 电耗、热耗大，为了保证乳粉水分要求，一般在排风的温度上，控制到10-13%（排风了干球温度较高75-85℃）严格控制排风温度，故需耗用较多的热空气量。体积热容小，热风温度150-170℃之间热效率约为30-50%。蒸发一公斤水需蒸汽3-3.3公斤。

⑶ 粉尘粘避现象严重，回收装置较复杂繁琐。设备清洗，清扫工作量大，劳动强度大。

五.喷雾干燥工艺：

分为箱式、立式

1、——流程图：

浓缩乳

前处理过程

高压泵（压力喷雾）或乳泵（离心）

空气过滤鼓风喷雾干燥气、粉分离排风

出粉干燥过程

冷却

筛粉

后处理过程

贮粉

2、工艺要点与条件：

1）浓乳的浓度要达到要求：干物质达40-45%（比重1.089-1.10左右，波美度12-13°Be）、乳温40-65℃

2）压力喷雾高压泵压力控制在90-200公斤/cm²。离心喷雾的离心力可适当调节圆盘半径和转速

3）喷嘴孔径 Φ=1-1.5mm （有的厂子自己调节达2.2-2.3mm）以生产大颗粒速溶奶粉。

4）废气相对湿度:控制在10-13%，总之，以成品水分为标准进行调节（成品水分在1.5-1.9%，不超过2%）

5）进热风温度要控制在130℃-170℃，排风温度在80-85℃（也以产品水分为调节对象），干燥温度70-90℃。

6）排风量大于进风量以造成干燥室内呈负压15-25mmHg减少粉尘飞扬。

离心喷雾的工艺条件：

浓奶浓度：干物质48-50%

浓奶温度：45-50℃

离心转速：8000-15000转/分

进风温度：200-220℃

干燥温度：85-95℃

排风温度：85-90℃

成分水分：不超2%

3、操作要点

⑴ 开车前的准备工作

a．彻底清除干燥室内及其他系统（如滤粉袋）残留了粉尘。

b．浓缩保温缸、高压泵及输乳管路进行清洗杀菌。

清洗碱水（0.5-2% NaoH）法清洗2-3遍，用前90℃ 水消毒（高压泵启动）

c. 装配好雾化器，并搞好设备及环境卫生。

⑵ 开车：

a：干燥室所有门洞全部关闭。

b：启动进、排风机，待运转进入正常，打开进、排风挡板，调节进、排风量，使干燥室内负压维持在15-25mmHg

c：开动输粉器，旋风分离器的转动密封阀，自动送粉及冷却器等各部件。（较先进设备配有的，一般没有也就不进行此项操作了，因为输粉器等麻烦，不易清洗，消毒不方便）

d：供气加热：先缓慢开启加热蒸气向加热器供汽，待冷凝水排出后，关闭三通阀使蒸汽通过冷凝汽阀门排出冷凝水，使蒸汽压稳定在要求的数值上。

e：开动鼓风机，将空气加热并送入干燥室及其整个系统，需在95℃条件下，保持10min，进行灭菌及预热。

f：供乳喷雾：压力喷雾：启动高压泵（事先启动，吸热水消毒）当残留水排出后，打开阀门将浓乳泵至喷嘴，开始喷雾，观察雾化情况不良时要马上调整。

离心喷雾：开动乳泵，先送水至离心转盘进行喷雾，调整泵的流量，待进、排风温度达到要求时正式送浓奶，乳的泵入量须比水试稍大些，观察雾化情况，以便调节

⑶ 运行中的操作：最佳工艺条件确定后，操作中必须严格执行，

并保持稳定。

a ———— 进排风要稳定

b ——-— 浓奶浓度与温度要稳定

c ——--- 雾化状态稳定

d ——--- 严格执行卫生制度，避免污染

e ———- 防止断料或突然故障（如断水、电、汽）。

⑷ 停止顺序：

停高压泵（或乳泵）关闭主蒸汽阀，开三通阀排余气拆卸喷枪或离心盘停

车（排风机）开振荡器敲粉壁粉开门进入室内扫粉出粉、装粉

4、乳的雾化

雾化的目的是使液体形成细小的液滴，使其能快速干燥，并且干燥后粉粒又不致于由排气口排出，另外如果颗粒形成过于细小的粉尘，也不易溶解，脱脂乳粉也容易产生褐变。乳滴分散的越微细，其比表面积越大，也就越能有效地干燥，1 升牛奶具有约0.05m2表面积，但如果牛奶在喷雾塔中被雾化，每一个小滴会具有0.05～0.15mm2 的表面积。一升乳得到乳滴总表面积将增加到约35m2，雾化使比表面增加了约700 倍。

① 雾化种类与特点

雾化通常采用压力式和离心式两种：

（1）压力式喷雾压力式喷雾干燥中，浓乳雾化是通过一台高压泵的压力（达20MPa）和一个安装在干燥塔内部的喷嘴来完成的。

雾化原理是：浓乳在高压泵的作用下通过一狭小的喷嘴后，瞬间得以雾化成无数微细的小液滴见图3-17。喷嘴的优点结构简单，可以调节液体雾化锥形喷嘴的角度（因此，可用直径相对小的干燥室），并且粉粒中液泡含量较少。缺点是生产能力相对小，并很难改变。因此在大型干燥室中，必须同时安装几个喷嘴。此外，喷嘴耐用性差，易堵塞。

雾化状态的优劣取决于雾化器的结构、喷雾压力（浓乳的流量）、浓乳的物理性质（浓度、粘度、表面张力等）。一般情况下,雾滴的平均直径与浓乳的表面张力、粘度及喷嘴孔径成正比,与流量成反比，浓乳流量则与喷雾压力成正比。

A：逆流喷嘴 B：顺流喷嘴

图3-17 压力喷雾干燥室中的喷嘴

雾滴在理想的干燥条件下干燥后,直径减小到最初乳滴的75%,重量约减少至50%，体积约减少至40%。

（2）离心式雾化离心式喷雾干燥中，浓乳的雾化是通过一个在水平方向作高速旋转的圆盘来完成的。

其雾化原理是：当浓乳在泵的作用下进入高速旋转的转盘（转速在10000rpm）中央时，由于离心力的作用而以高速被甩向四周，见图3-18，从而达雾化的目的。

图3-18 离心喷物盘

离心式雾化的优点为①生产过程灵活，生产能力可在很大范围内变化；②转盘不易堵塞。例如，预结晶的浓缩乳清能够雾化；③高粘度下仍可实现转盘雾化，因此可生产高度蒸发的乳；④形成相对小的液滴。缺点是在雾中形成许多液胞，此外液滴被甩出悬浮在转盘轴的周围，所以，干燥室必需足够大以防液滴碰到室壁，一般要求液滴水平轴向所覆盖距离至少为液滴直径的104倍。

雾化状态的优劣取决于转盘的结构及其圆周速度（直径与转速）、浓乳的流量与流速、浓乳的物理性质（浓度、粘度、表面张力等）。

② 液滴大小分布

要确定所形成液滴大小分布很难。这是因为：液滴大小经常不均衡；它们可能含有液泡；粉粒可能聚成团。雾化盘中液滴的平均直径如公式：

dvs≈C（Qη/ρN2R）0.25

Q为供给量（m2.s-1），η为粘度，ρ为粒子化液体密度，N为每秒转盘旋转数，R转盘直径（浓缩物为非牛顿性质并因此表现粘度取决于速度梯度，在雾化过程中速度梯度很高）。常数依转盘的详细结构定。干物质含量越高、温度越低，液滴平均直径越大，因为干物质含量与温度都可影响粘度。

在雾化喷咀中液滴dvs大约为：

dvs=C（Qη/p）0.33

P为通过压力喷嘴前液体的压力，C为喷嘴结构而定的近似值，P和Q不能变化太大（否则，喷嘴不运转），在粘度η高时分散度变大。

显然在转盘雾化乳要比喷嘴雾化的乳凝集性强。

③ 液泡

在液体雾化期间，一些气体被包在液滴中。当使用转盘时，雾化一般可影响每个液滴，形成大约10～100个气泡；然而通过压力雾化液滴中气泡数很少，通常每个液滴0或1个气泡。在干燥液滴时水蒸汽进入气泡中引起它们扩散；这是因为水蒸汽在液泡中扩散比通过干燥液滴的内层更容易，这个干燥液滴已经凝固并或多或少有些刚性。

不断地提高干燥温度将使空腔膨胀并扩大空腔的体积。在粉粒中有裂纹。这引起空腔与周围的空气发生接触，空腔体积取决于浓缩物中干物质的含量。这很大程度是因为干物质含量对粘度的影响，低粘度是在高雾化温度下形成大体积空腔的部分原因，粉粒中空腔使粉易溶解。

④ 脂肪球的破碎

浓缩奶在雾化过程中由于机械力的作用脂肪球可被破碎，这种情况尤其在压力喷雾中存在，因为所用压力与在均质中的压力相当。

4.喷雾干燥方法比较

表1 压力喷雾和离心喷雾的优缺点比较

喷雾的方法	压力喷雾	离心喷雾
优缺点
优点	①通过调节喷嘴数量，改变喷嘴的尺寸，提高高压泵压力来改变生产率，结构简单、操作简便。 ②制品容重较大，颗粒中空气少，保藏性好。 ③改变喷嘴直径及沟槽尺寸，浓奶浓度，高压泵压力等，可改善颗粒大小和密度。 ④具有一定均质作用。 ⑤可用卧式和立式箱	①通过调离心盘转速，改变喷雾量，可达范围达±25%，且可获得同样质量的奶粉，操作简单。 ②不需用高压泵送料，容易进行喷雾流量的自动控制。 ③对黏度大、浓度高的物料仍可喷雾，浓度可在50%。 ④成品颗粒较大，冲调性好 ⑤出粉装置易配置，占地面积小。
缺点	①浓奶浓度高于45%，雾化效果不好。 ②颗粒小，冲调性差 ③喷嘴易磨损，需硬质合金或人造宝石镶嵌（喷嘴磨损后雾化不良） ④卧式烘箱出粉装置太复杂。	① 喷雾机构造复杂，维修麻烦，钢材要求高质。 ② 高速旋转的传动部分要注润滑油，常漏油污染奶粉。 ③ 制品容重小，颗粒中空气多，影响保存、贮藏。 ④ 无均质作用。 ⑤ 只可适于立式烘箱。