喷雾干燥机制备酸奶粉的方法
时间：2019.02.12
酸奶经过发酵后，风味独特，营养价值高，里面含有大量的益生菌，局限是不宜长期保存和长途运输，同时在保存和销售过程中需要冷藏的条件，一定程度上增加了酸奶的成本。将制备的酸奶经过现代生产技术制备得到酸奶粉，解决了酸奶遇到的问题，延长了货期，方便快捷，同时可以用作发酵剂，极大地扩展了酸奶的应用范围，降低了成本，提高了酸奶的价值。近年来由于酸奶粉特殊的作用，引起了国内一些学者的重视。 本文主要通过酸奶在喷雾干燥时固形物含量、进料流量、进风量、出风温度四个因素，最终以酸奶粉中的活菌存活率和水分含量为评价指标，来研究酸奶粉的最佳制备工艺条件。
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1 试验材料与设备
1.1 试验材料
酸奶：包头骑士酸奶
菌种：丹尼斯克
2 试验方法
2.1 单因素试验
2.1.1 物料固形物含量对喷雾干燥效果的影响
固定进风量为40m3/h，进料流量为4mL/min，出风温度为80℃的条件，将物料固形物含量分别设定为30%、35%、40%、45%、50%，分别经过喷雾干燥技术得到酸奶粉，测定酸奶粉中的活菌数存活率和水分含量，确定最佳的固形物含量。
2.1.2 进料流量对喷雾干燥效果的影响
固定进风量为40m3/h，固形物含量为40%，出风温度为80℃的条件，将进料流量分别设定为2mL/min、3mL/min、4mL/min、5mL/min、6mL/min，分别经过喷雾干燥技术得到酸奶粉，测定酸奶粉中的活菌数存活率和水分含量，确定最佳的进料流量。
2.1.3 进风量对喷雾干燥效果的影响
固定进料流量为4mL/min，固形物含量为40%，出风温度为80℃的条件，将进风量分别设定为30m3/h、35m3/h、40m3/h、45m3/h、50m3/h，分别经过喷雾干燥技术得到酸奶粉，测定酸奶粉中的活菌数存活率和水分含量，确定最佳的进风量。
2.1.4 出风温度对喷雾干燥效果的影响
固定进料流量为4mL/min，固形物含量为40%，进风量为40m3/h的条件，将进风温度分别设定为60℃、70℃、80℃、90℃、100℃，分别经过喷雾干燥技术得到酸奶粉，测定酸奶粉中的活菌数存活率和水分含量，确定最佳的出风温度。
2.2 喷雾干燥的正交试验
在单因素的基础上，考察固形物含量、进料流量、进风量、出风温度四个因素，以酸奶粉中的活菌存活率和水分含量为评价指标，研究酸奶粉的最佳制备工艺，因素水平表如表2所示。
3 试验结果与分析
3.1 单因素试验
3.1.1 固形物含量对喷雾干燥效果的影响
随着物料固形物含量的增加，菌体存活率呈先升高后下降的趋势，而水分含量呈不断下降的趋势。这是因为随着固形物含量的增加，添加的脱脂乳粉的含量增加，其起到了保护剂的作用，所以得到酸奶粉的活菌数呈现上升的趋势；随着固形物含量的进一步升高，活菌数发生下降，由于干物质浓度的增加，物料的流动性较差，部分物料会堵塞喷嘴，雾化效果较差。随着固形物含量的增加，本身物料水分含量降低，再经过喷雾干燥的过程，水分蒸发，水分含量呈不断下降的趋势。在固形物含量为40%左右时，得到的菌体的存活率较高，同时水分含量处于较低的水平。
3.1.2 进料流量对喷雾干燥效果的影响
随着进料流量的增加，菌体存活率呈现先上升后下降的趋势，而物料的水分含量呈上升的趋势。这是因为进料流量较低时，雾滴干燥完全，得到物料的水分含量较低，同时菌体的存活率较低；随着进料流量的增加，雾滴接触热量时间较短，菌体存活率升高，水分含量增加；当进料流量进一步增加时，使得雾滴不断的积蓄变大且在湿度较大的空气介质中，物料的干燥效果，出现粘壁和结块现象，此时雾滴与热空气的接触时间变长，活菌率自然下降，同时在消耗相同能力的情况下，水分含量进一步增加；在进料流量在4mL/min时，菌体存活率较高，水分含量相对较低。
3.1.3 进风量对喷雾干燥效果的影响
菌体的存活率呈现先升高后下降的趋势，水分含量呈现先下降后上升的趋势。这是因为进风量太小时，物料分散粒度较小，水分挥发不充分，含水量较大，此时容易出现粘壁和结块现象，得到的产品较少，菌体存活率较低；随着进风量增加，粘壁效果较低，得到的产品较多，菌体存活率上升，同时产品水分含量降低；当进风量进一步增大，水分含量略有提高，这是由于风速过高，粉末也不能完全干燥，碰到干燥室和旋风器内壁时粘附其上，另外风速太高，一部分粉末随废气排出，致使出风口过滤网上有大量粉尘，造成产品得率下降，菌体存活率下降；当进风量为40m3/h时，得到产品的菌体存活率较高，水分含量相对较低。 3.1.4 出风温度对喷雾干燥效果的影响
随着出风温度升高，菌体存活率和水分含量都呈现不断先下降的趋势。这是由于出风温度升高时，干燥塔中的干燥空气不断的加热，使得雾滴更容易失去水分完全形成玻璃化，从而是表面变硬而排出干燥塔成为粉料，少数未排除的玻璃体被重新加热而产生粘壁和结块现象的，同时物料中的菌体发生损失。但是在水分含量降低的同时，产品中菌体存活率也在不断的下降；从图中可以看出，在出风温度为80℃时，得到产品的菌体存活率较高，同时水分含量处于较低的水平。
3.2 喷雾干燥的正交试验结果
得到的正交试验结果如表3所示，由正交试验的分析结果可以看出，影响菌体存活率的主次顺序依次为D>A>B>C，即为出风温度>固形物含量>进料流量>进风量，得到的最佳组合为A3B1C3D3，即为固形物含量为45%，进料流量为3mL/min，进风量为45m3/h，出风温度为90℃，经过验证性试验，得到此条件下的菌体存活率为79.24%，水分含量为4.6%。从影响水分含量看样看出，由于得到产品的水分含量越低越好，因此均值越小越好，极差越小越好，看样可以得到最佳组合为A3B1C1D3，即为固形物含量为45%，进料流量为3mL/min，进风量为35m3/h，出风温度为90℃，经过验证试验得到，菌体的存活率为77.96%，水分含量为4.32%。综合考虑，得到产品的品质，活菌数越多越好，水分相对较低即可，得到最佳组合为，固形物含量为45%，进料流量为3mL/min，进风量为45m3/h，出风温度为90℃。
4 结论与讨论
喷雾干燥机制备酸奶粉的最佳工艺条件为：固形物含量为45%，进料流量为3mL/min，进风量为45m3/h，出风温度为90℃，得到此条件下的菌体存活率为79.24%，水分含量为4.6%。
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1 试验材料与设备
1.1 试验材料
酸奶：包头骑士酸奶
菌种：丹尼斯克
2 试验方法
2.1 单因素试验
2.1.1 物料固形物含量对喷雾干燥效果的影响
固定进风量为40m3/h，进料流量为4mL/min，出风温度为80℃的条件，将物料固形物含量分别设定为30%、35%、40%、45%、50%，分别经过喷雾干燥技术得到酸奶粉，测定酸奶粉中的活菌数存活率和水分含量，确定最佳的固形物含量。
2.1.2 进料流量对喷雾干燥效果的影响
固定进风量为40m3/h，固形物含量为40%，出风温度为80℃的条件，将进料流量分别设定为2mL/min、3mL/min、4mL/min、5mL/min、6mL/min，分别经过喷雾干燥技术得到酸奶粉，测定酸奶粉中的活菌数存活率和水分含量，确定最佳的进料流量。
2.1.3 进风量对喷雾干燥效果的影响
固定进料流量为4mL/min，固形物含量为40%，出风温度为80℃的条件，将进风量分别设定为30m3/h、35m3/h、40m3/h、45m3/h、50m3/h，分别经过喷雾干燥技术得到酸奶粉，测定酸奶粉中的活菌数存活率和水分含量，确定最佳的进风量。
2.1.4 出风温度对喷雾干燥效果的影响
固定进料流量为4mL/min，固形物含量为40%，进风量为40m3/h的条件，将进风温度分别设定为60℃、70℃、80℃、90℃、100℃，分别经过喷雾干燥技术得到酸奶粉，测定酸奶粉中的活菌数存活率和水分含量，确定最佳的出风温度。
2.2 喷雾干燥的正交试验
在单因素的基础上，考察固形物含量、进料流量、进风量、出风温度四个因素，以酸奶粉中的活菌存活率和水分含量为评价指标，研究酸奶粉的最佳制备工艺，因素水平表如表2所示。
3 试验结果与分析
3.1 单因素试验
3.1.1 固形物含量对喷雾干燥效果的影响
随着物料固形物含量的增加，菌体存活率呈先升高后下降的趋势，而水分含量呈不断下降的趋势。这是因为随着固形物含量的增加，添加的脱脂乳粉的含量增加，其起到了保护剂的作用，所以得到酸奶粉的活菌数呈现上升的趋势；随着固形物含量的进一步升高，活菌数发生下降，由于干物质浓度的增加，物料的流动性较差，部分物料会堵塞喷嘴，雾化效果较差。随着固形物含量的增加，本身物料水分含量降低，再经过喷雾干燥的过程，水分蒸发，水分含量呈不断下降的趋势。在固形物含量为40%左右时，得到的菌体的存活率较高，同时水分含量处于较低的水平。
3.1.2 进料流量对喷雾干燥效果的影响
随着进料流量的增加，菌体存活率呈现先上升后下降的趋势，而物料的水分含量呈上升的趋势。这是因为进料流量较低时，雾滴干燥完全，得到物料的水分含量较低，同时菌体的存活率较低；随着进料流量的增加，雾滴接触热量时间较短，菌体存活率升高，水分含量增加；当进料流量进一步增加时，使得雾滴不断的积蓄变大且在湿度较大的空气介质中，物料的干燥效果，出现粘壁和结块现象，此时雾滴与热空气的接触时间变长，活菌率自然下降，同时在消耗相同能力的情况下，水分含量进一步增加；在进料流量在4mL/min时，菌体存活率较高，水分含量相对较低。
3.1.3 进风量对喷雾干燥效果的影响
菌体的存活率呈现先升高后下降的趋势，水分含量呈现先下降后上升的趋势。这是因为进风量太小时，物料分散粒度较小，水分挥发不充分，含水量较大，此时容易出现粘壁和结块现象，得到的产品较少，菌体存活率较低；随着进风量增加，粘壁效果较低，得到的产品较多，菌体存活率上升，同时产品水分含量降低；当进风量进一步增大，水分含量略有提高，这是由于风速过高，粉末也不能完全干燥，碰到干燥室和旋风器内壁时粘附其上，另外风速太高，一部分粉末随废气排出，致使出风口过滤网上有大量粉尘，造成产品得率下降，菌体存活率下降；当进风量为40m3/h时，得到产品的菌体存活率较高，水分含量相对较低。 3.1.4 出风温度对喷雾干燥效果的影响
随着出风温度升高，菌体存活率和水分含量都呈现不断先下降的趋势。这是由于出风温度升高时，干燥塔中的干燥空气不断的加热，使得雾滴更容易失去水分完全形成玻璃化，从而是表面变硬而排出干燥塔成为粉料，少数未排除的玻璃体被重新加热而产生粘壁和结块现象的，同时物料中的菌体发生损失。但是在水分含量降低的同时，产品中菌体存活率也在不断的下降；从图中可以看出，在出风温度为80℃时，得到产品的菌体存活率较高，同时水分含量处于较低的水平。
3.2 喷雾干燥的正交试验结果
得到的正交试验结果如表3所示，由正交试验的分析结果可以看出，影响菌体存活率的主次顺序依次为D>A>B>C，即为出风温度>固形物含量>进料流量>进风量，得到的最佳组合为A3B1C3D3，即为固形物含量为45%，进料流量为3mL/min，进风量为45m3/h，出风温度为90℃，经过验证性试验，得到此条件下的菌体存活率为79.24%，水分含量为4.6%。从影响水分含量看样看出，由于得到产品的水分含量越低越好，因此均值越小越好，极差越小越好，看样可以得到最佳组合为A3B1C1D3，即为固形物含量为45%，进料流量为3mL/min，进风量为35m3/h，出风温度为90℃，经过验证试验得到，菌体的存活率为77.96%，水分含量为4.32%。综合考虑，得到产品的品质，活菌数越多越好，水分相对较低即可，得到最佳组合为，固形物含量为45%，进料流量为3mL/min，进风量为45m3/h，出风温度为90℃。
4 结论与讨论
喷雾干燥机制备酸奶粉的最佳工艺条件为：固形物含量为45%，进料流量为3mL/min，进风量为45m3/h，出风温度为90℃，得到此条件下的菌体存活率为79.24%，水分含量为4.6%。