تقنية التجفيف بالرش والعوامل المؤثرة

التجفيف بالرذاذ: تقنية المسحوق وراء المنتجات اليومية

تتوفر العديد من العناصر التي نستخدمها في حياتنا اليومية في شكل مسحوق خالي من الغبار.العديد من المنتجات، بدءًا من مسحوق الحليب وحتى بعض الأدوية، لا يمكنها تحمل عملية الجفاف القياسية وتتطلب إجراءات خاصة لتحويلها إلى شكل مسحوق.ويسمى هذا الإجراء المتخصص التجفيف بالرش.

تتضمن العملية تشتيت سائل أو ملاط ​​في غاز ساخن وجاف للحصول على مسحوق ذو توزيع ثابت لحجم الجسيمات.ويمكن استخدام الهواء العادي أو الغازات الخاملة في هذه العملية.على سبيل المثال، يمكن معالجة الإيثانول والمنتجات الأخرى التي تتفاعل مع الأكسجين باستخدام النيتروجين الساخن بدلاً من الهواء.

في معدات التجفيف بالرش، يتم استخدام رذاذات أو فوهات مختلفة لتكسير السوائل أو الملاط إلى قطرات متناثرة ذات أحجام جسيمات صغيرة جدًا.

تعد الفوهات الدوامة ذات الضغط العالي للسائل الفردي وفوهات القرص الدوارة من أكثر أنواع الفوهات استخدامًا.يمكن تحقيق توزيع حجم الجسيمات على نطاق أوسع باستخدام عجلة الرذاذ، ولكن بغض النظر، يمكن تحقيق حجم جسيمات ثابت في كلا الطريقتين.

يمكن الحصول على أحجام قطرات تتراوح بين 10 و500 ميكرومتر باستخدام فوهات محددة في عمليات محددة.نطاق القطر من 100 إلى 200 ميكرومتر هو حجم الجسيمات الأكثر استخدامًا.

العوامل الرئيسية التي تؤثر على تجفيف الرش

درجة حرارة المدخل والمخرج

تشير درجة حرارة غرفة التجفيف بالرش عادة إلى درجة حرارة الهواء الساخن الذي يدخل إلى البرج.تعد درجة حرارة التجفيف من أهم العوامل التي تؤثر على الخواص الفيزيائية والكيميائية للمسحوق المجفف بالرش.

تحدد درجة حرارة تجفيف الرش محتوى الرطوبة في المسحوق المصبوب.يمكن أن تؤدي زيادة درجة حرارة تجفيف الرش من 120 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية إلى تقليل نسبة الماء في المسحوق المجفف من 5.29% إلى 3.88%.

يعتمد حجم جسيمات المنتجات المجففة بالرش أيضًا على درجة حرارة مدخل الهواء الساخن.تؤدي الزيادة في درجة حرارة التجفيف إلى تبخر الماء بشكل أسرع، مما يؤدي إلى تكوين كريات مجهرية بشكل أسرع دون وقت كافٍ للانكماش، مما يؤدي إلى أحجام جسيمات أكبر.

مع زيادة درجة حرارة تجفيف المدخل من 138 درجة مئوية إلى 202 درجة مئوية، زاد حجم جسيمات مسحوق توت الأكاي من 13.38 ميكرومتر إلى 20.11 ميكرومتر.وبالمثل، زاد حجم جزيئات مسحوق عصير الجوافة بشكل ملحوظ مع زيادة درجة حرارة المدخل.

تتناقص الكثافة الظاهرية للمسحوق المجفف بالرش مع زيادة درجة الحرارة.قد تكون الجزيئات الأكبر حجمًا مجوفة من الداخل أو ذات بنية مسامية أو مكسورة بسبب ارتفاع معدلات تبخر الماء.عادة، تظهر الجسيمات المسامية أو المجزأة كثافات تعبئة أقل.

بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن رطوبة الجسيمات ترتبط عكسيًا بدرجة حرارة التجفيف والماء أكثر كثافة من معظم المواد الغذائية الصلبة الجافة، فإن المساحيق المنتجة في درجات حرارة أعلى لها كثافة ظاهرية أقل من المساحيق المنتجة في درجات حرارة منخفضة.

تتأثر سيولة المسحوق المجفف بالرش أيضًا بدرجة حرارة التجفيف إلى حد ما.مع زيادة درجة الحرارة، سوف تنخفض السيولة.

قد يكون هذا بسبب التباين الأكبر في شكل الجسيمات الناتج عن ارتفاع معدل تبخر الماء، وزاوية التلامس السطحية الأصغر الناتجة عن المسامية أو البنية المكسورة، مما يزيد من الاحتكاك بين المسحوق والسطح والمقاومة الداخلية بين الجزيئات.كبيرة، مما أدى إلى انخفاض السيولة.

تعد قابلية الذوبان أيضًا من الخصائص النوعية المهمة لمنتجات المسحوق ويمكن أن تؤثر بشكل مباشر على سلوك إعادة تكوين الأطعمة المجففة بالرش.مع زيادة درجة حرارة تجفيف الرش من 120 درجة مئوية إلى 160 درجة مئوية، تزداد قابلية ذوبان المسحوق.

مادة الجدار

من الصعب تجفيف المواد الغنية بالسكر، مثل العصائر وعصائر الخضروات، مباشرة بدون عوامل تضمين.مواد الحوائط عبارة عن بوليمرات تحتوي على مكونات نشطة أثناء عملية التجفيف بالرش وهي الأكثر أهمية في عملية التجفيف بالرش.أحد العوامل.

يمكن أن تزيد مواد الحوائط من درجة حرارة التزجج وإنتاجيتها أثناء تجفيف الرش، كما تقلل من لزوجة واسترطابية منتجات المسحوق.تشمل مواد الجدار الشائعة الصمغ العربي، والمالتودكسترين، والجيلاتين، والنشا، والبكتين، وميثيل السليلوز، والجينات، وفوسفات ثلاثي الكالسيوم ومجموعاتها.

يعتمد اختيار مادة الجدار بشكل أساسي على الغرض من تجفيف الرش والخصائص الفيزيائية والكيميائية للمادة المعالجة.يجب أن تكون مواد الحوائط قابلة للذوبان بدرجة عالية في مذيبات المعالجة وأن تتمتع بقدرة كافية على تشكيل الفيلم لإنتاج محاليل منخفضة اللزوجة حتى عند التركيزات العالية.

لتجفيف الرذاذ، يجب أن يكون لها وزن جزيئي مرتفع ودرجة حرارة تزجج عالية لتحسين خصائص مقاومة الالتصاق للمنتج النهائي.يجب أن يكونوا قادرين على حماية المركبات الحساسة من تأثيرات الحرارة والأكسجين والضوء وما إلى ذلك.

مواد الحوائط شائعة الاستخدام لتجفيف الرش هي الكربوهيدرات.

• النشا ومشتقاته (النشا والمالتودكسترين والدكسترين والسيكلوديكسترين)

يتمتع النشا ومشتقاته بخصائص جيدة للتجفيف بالرش، مثل الوزن الجزيئي العالي ودرجة حرارة التزجج العالية، والقابلية العالية للذوبان في الماء البارد مع اللزوجة المنخفضة، وخصائص مضادة للالتصاق والقدرة على إنتاج مساحيق كثيفة نسبيًا.

ومع ذلك، النشا يفتقر إلى القدرة على تشكيل الفيلم، وهو أمر ضار للغاية بكفاءة التجفيف، وخاصة الحفاظ على المركبات الحساسة.

• الصمغ (الصمغ العربي أو خليط من السنط والكرايا)

صمغ.بالمقارنة مع النشا، تتمتع العلكة بقدرة أفضل على تشكيل الفيلم، ولكن درجة حرارة التزجج منخفضة نسبيًا.

•السليلوز ومشتقاته (السليلوز، كربوكسي ميثيل السليلوز، هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز، وغيرها)

يتمتع السليلوز ومشتقاته بخصائص جيدة في تشكيل الأفلام ونشاط سطحي، إلا أنه ليس من السهل هضمه.

يمكن أن يؤدي الجمع بين النشا أو مشتقات النشا والصمغ إلى تحسين أداء التجفيف بالرش، ولكن يجب أن يكون محتوى الصمغ أقل من محتوى النشا أو مشتقات النشا.

تم الإبلاغ عن أن البروتينات، وخاصة بروتين مصل اللبن، تتمتع بقدرة ممتازة على تشكيل الفيلم وقدرة على الاحتفاظ بالمغذيات، وغالبًا ما تستخدم مع النشا أو مشتقات النشا.

سرعة تغذية

في عملية التجفيف بالرش، تعد سرعة التغذية أحد العوامل المهمة.تحدد سرعة التغذية زمن بقاء المادة في غرفة التجفيف والفاصل والناقل، وتؤثر أيضًا على ذرات المادة وحجم القطرات.

يعتمد معدل التغذية بشكل أساسي على سرعة الرذاذ، فكلما زادت سرعة المضخة، زاد معدل التغذية.ومع ذلك، فإن معدل التغذية الأعلى سيؤدي إلى إبطاء انتقال الحرارة، مما يجعل من الصعب على القطرات أن تجف تمامًا ويؤدي بسهولة إلى التصاق الجدار.

بالإضافة إلى ذلك، فإن سرعة التغذية العالية جدًا ستتسبب في سقوط القطرات مباشرة في غرفة التجفيف.وذلك لأن الهواء الساخن قد تم تشبعه ولا يمكن ذر القطرات عالية السرعة بالكامل، مما يؤدي في النهاية إلى انخفاض إنتاج المسحوق.

تؤدي معدلات التغذية المرتفعة إلى عدم كفاية وقت التفاعل بين القطرات والهواء الساخن، مما يزيد من محتوى الرطوبة في المسحوق المجفف بالرش.

يعد معدل التغذية المرتفع بشكل مفرط عملية غير صحيحة يجب تجنبها أثناء عملية تجفيف الرش.غالبًا ما تكون سرعة التغذية العالية عاملاً مهمًا في التصاق المسحوق بالجدران، وامتصاص الرطوبة، وانسداد الأنابيب.بالإضافة إلى تقليل إنتاجية المسحوق، فإنه يجلب أيضًا مشكلة إضافية للتنظيف في الموقع.