เทคโนโลยีการทำแห้งแบบพ่นฝอยและปัจจัยที่มีอิทธิพล

การทำแห้งแบบพ่นฝอย: เทคโนโลยีการพ่นแป้งที่อยู่เบื้องหลังผลิตภัณฑ์ในชีวิตประจำวัน

สิ่งของต่างๆ ที่เราใช้ในชีวิตประจำวันมีจำหน่ายในรูปแบบแป้งไร้ฝุ่น ผลิตภัณฑ์หลายชนิด ตั้งแต่นมผงไปจนถึงยาบางชนิด ไม่สามารถทนต่อกระบวนการทำให้ขาดน้ำแบบมาตรฐานได้ และต้องผ่านกระบวนการพิเศษเพื่อแปลงเป็นรูปแบบผง กระบวนการพิเศษนี้เรียกว่า การอบแห้งแบบสเปรย์.

กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการกระจายของเหลวหรือสารละลายในก๊าซร้อนและแห้งเพื่อให้ได้ผงที่มีการกระจายขนาดอนุภาคสม่ำเสมอ อาจใช้อากาศธรรมดาหรือก๊าซเฉื่อยในกระบวนการนี้ ตัวอย่างเช่น เอทานอลและผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนสามารถแปรรูปด้วยไนโตรเจนร้อนแทนอากาศได้

ในอุปกรณ์การทำแห้งแบบพ่นฝอย มีการใช้อะตอมไมเซอร์หรือหัวฉีดหลายแบบเพื่อแยกของเหลวหรือของเหลวให้เป็นละอองที่มีขนาดอนุภาคเล็กมาก

หัวฉีดแบบหมุนแรงดันสูงของของเหลวเดี่ยวและหัวฉีดจานหมุนเป็นประเภทหัวฉีดที่ใช้บ่อยที่สุด การกระจายขนาดอนุภาคที่กว้างขึ้นสามารถทำได้ด้วยวงล้อของอะตอมไมเซอร์ แต่ไม่ว่าอย่างไร ทั้งสองวิธีก็สามารถทำให้ขนาดอนุภาคสม่ำเสมอกันได้

สามารถรับขนาดหยดระหว่าง 10 ถึง 500 μm ได้โดยใช้หัวฉีดเฉพาะในกระบวนการเฉพาะ ช่วงเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 ถึง 200 μm เป็นขนาดอนุภาคที่ใช้บ่อยที่สุด

ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อการทำแห้งแบบพ่นฝอย

อุณหภูมิขาเข้าและขาออก

อุณหภูมิของห้องอบแห้งแบบพ่นฝอยมักจะหมายถึงอุณหภูมิของอากาศร้อนที่เข้าสู่หอคอย อุณหภูมิในการทำให้แห้งเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่ส่งผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของผงพ่นแห้ง

อุณหภูมิการทำแห้งแบบพ่นฝอยจะกำหนดปริมาณความชื้นของผงขึ้นรูป การเพิ่มอุณหภูมิการทำแห้งแบบพ่นฝอยจาก 120°C เป็น 200°C สามารถลดน้ำในผงแห้งจาก 5.29% เป็น 3.88%

ขนาดอนุภาคของผลิตภัณฑ์ที่พ่นแห้งยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิช่องลมร้อนด้วย อุณหภูมิการอบแห้งที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้น้ำระเหยเร็วขึ้น ซึ่งทำให้ไมโครสเฟียร์ก่อตัวเร็วขึ้นโดยไม่มีเวลาหดตัวเพียงพอ ส่งผลให้ขนาดอนุภาคใหญ่ขึ้น

เนื่องจากอุณหภูมิการอบแห้งทางเข้าเพิ่มขึ้นจาก 138°C เป็น 202°C ขนาดอนุภาคของผงอาซาอิเบอร์รี่จึงเพิ่มขึ้นจาก 13.38 μm เป็น 20.11 μm ในทำนองเดียวกันขนาดอนุภาคของผงน้ำฝรั่งเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่ออุณหภูมิขาเข้าเพิ่มขึ้น

ความหนาแน่นรวมของผงพ่นแห้งจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น อนุภาคขนาดใหญ่อาจกลวงภายในหรือมีโครงสร้างเป็นรูพรุนหรือแตกหักเนื่องจากอัตราการระเหยของน้ำที่สูงขึ้น โดยทั่วไปแล้ว อนุภาคที่มีรูพรุนหรือกระจัดกระจายจะมีความหนาแน่นของการอัดตัวที่ต่ำกว่า

นอกจากนี้ เนื่องจากความชื้นของอนุภาคมีความสัมพันธ์ผกผันกับอุณหภูมิในการทำให้แห้ง และน้ำมีความหนาแน่นมากกว่าของแข็งอาหารแห้งส่วนใหญ่ ผงที่ผลิตที่อุณหภูมิสูงกว่าจึงมีความหนาแน่นรวมต่ำกว่าผงที่ผลิตที่อุณหภูมิต่ำกว่า

ความลื่นไหลของผงพ่นแห้งยังได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิในการทำให้แห้งด้วย เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความลื่นไหลจะลดลง

นี่อาจเป็นเพราะการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาของอนุภาคที่มากขึ้นซึ่งเกิดจากอัตราการระเหยของน้ำที่สูงขึ้น มุมสัมผัสของพื้นผิวที่เล็กลงซึ่งเกิดจากความพรุนหรือโครงสร้างที่แตกหัก ซึ่งเพิ่มแรงเสียดทานระหว่างผงกับพื้นผิว และความต้านทานภายในระหว่างอนุภาค ใหญ่ส่งผลให้สภาพคล่องลดลง

ความสามารถในการละลายยังเป็นคุณลักษณะด้านคุณภาพที่สำคัญของผลิตภัณฑ์ที่เป็นผง และสามารถส่งผลโดยตรงต่อพฤติกรรมการสร้างใหม่ของอาหารแห้งแบบสเปรย์ เมื่ออุณหภูมิการทำแห้งแบบพ่นฝอยเพิ่มขึ้นจาก 120°C เป็น 160°C ความสามารถในการละลายของผงจะเพิ่มขึ้น

วัสดุผนัง

สารที่มีน้ำตาลสูง เช่น น้ำผลไม้และน้ำผัก เป็นเรื่องยากที่จะพ่นแห้งโดยตรงโดยไม่ต้องใส่สารเจือปน วัสดุผนังคือโพลีเมอร์ที่ฝังส่วนผสมออกฤทธิ์ในระหว่างกระบวนการทำแห้งแบบพ่นฝอย และมีความสำคัญที่สุดในการทำแห้งแบบพ่นฝอย ปัจจัยหนึ่ง.

วัสดุผนังสามารถเพิ่มอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วและผลผลิตในระหว่างการทำแห้งแบบพ่นฝอย และลดความหนืดและการดูดความชื้นของผลิตภัณฑ์ที่เป็นผง วัสดุผนังทั่วไป ได้แก่ กัมอารบิก มอลโตเด็กซ์ตริน เจลาติน แป้ง เพกติน เมทิลเซลลูโลส อัลจิเนต ไตรแคลเซียมฟอสเฟต และส่วนผสมของพวกมัน

การเลือกใช้วัสดุผนังส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการพ่นแห้งและคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของวัสดุแปรรูป วัสดุผนังควรละลายได้สูงในตัวทำละลายในกระบวนการ และมีความสามารถในการขึ้นรูปฟิล์มเพียงพอในการผลิตสารละลายที่มีความหนืดต่ำแม้ที่ความเข้มข้นสูง

สำหรับการทำแห้งแบบพ่นฝอย ต้องมีน้ำหนักโมเลกุลสูงและอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วสูง เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติป้องกันการเกาะติดของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย จะต้องสามารถปกป้องสารประกอบที่ละเอียดอ่อนจากผลกระทบของความร้อน ออกซิเจน แสง ฯลฯ

วัสดุผนังที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการทำแห้งแบบพ่นฝอยคือคาร์โบไฮเดรต

• แป้งและอนุพันธ์ของมัน (แป้ง มอลโตเด็กซ์ตริน เดกซ์ทริน และไซโคลเดกซ์ทริน)

แป้งและอนุพันธ์ของมันมีคุณสมบัติการทำแห้งแบบพ่นฝอยที่ดี เช่น น้ำหนักโมเลกุลสูงและอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วสูง ความสามารถในการละลายสูงในน้ำเย็นที่มีความหนืดต่ำ คุณสมบัติป้องกันการเกาะติด และความสามารถในการผลิตผงที่ค่อนข้างหนาแน่น

อย่างไรก็ตาม แป้งขาดความสามารถในการสร้างฟิล์ม ซึ่งส่งผลเสียอย่างมากต่อประสิทธิภาพในการอบแห้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเก็บรักษาสารประกอบที่ละเอียดอ่อน

• หมากฝรั่ง (หมากฝรั่งอารบิกหรือส่วนผสมของอะคาเซียและคารายา)

เหงือก. เมื่อเทียบกับแป้ง หมากฝรั่งมีความสามารถในการสร้างฟิล์มได้ดีกว่า แต่อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วค่อนข้างต่ำ

• เซลลูโลสและอนุพันธ์ของมัน (เซลลูโลส คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส ฯลฯ)

เซลลูโลสและอนุพันธ์ของเซลลูโลสมีคุณสมบัติในการสร้างฟิล์มและมีฤทธิ์บนพื้นผิวที่ดี แต่ไม่สามารถย่อยได้ง่าย

การรวมกันของแป้งหรืออนุพันธ์ของแป้งและกัมสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของการทำแห้งแบบพ่นฝอยได้ แต่ปริมาณของกัมควรต่ำกว่าปริมาณของแป้งหรืออนุพันธ์ของแป้ง

มีรายงานว่าโปรตีน โดยเฉพาะเวย์โปรตีน มีความสามารถในการสร้างฟิล์มและความสามารถในการกักเก็บสารอาหารได้ดีเยี่ยม และมักใช้ร่วมกับแป้งหรืออนุพันธ์ของแป้ง

ความเร็วในการป้อน

ในกระบวนการทำแห้งแบบพ่นฝอย ความเร็วป้อนเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญ ความเร็วป้อนจะกำหนดเวลาคงอยู่ของวัสดุในห้องอบแห้ง เครื่องแยก และสายพานลำเลียง และยังส่งผลต่อการทำให้เป็นละอองของวัสดุและขนาดของหยดอีกด้วย

อัตราการป้อนโดยทั่วไปขึ้นอยู่กับความเร็วของเครื่องฉีดน้ำ ยิ่งความเร็วของปั๊มสูง อัตราป้อนก็จะยิ่งเร็วขึ้น อย่างไรก็ตาม อัตราป้อนที่สูงขึ้นจะทำให้การถ่ายเทความร้อนช้าลง ทำให้ยากที่หยดจะแห้งสนิทและทำให้เกิดการเกาะผนังได้ง่าย

นอกจากนี้ ความเร็วป้อนที่สูงเกินไปจะทำให้หยดหยดลงในห้องอบแห้งโดยตรง เนื่องจากอากาศร้อนอิ่มตัวแล้ว และหยดละอองความเร็วสูงไม่สามารถทำให้เป็นละอองได้เต็มที่ ส่งผลให้ผลผลิตผงลดลงในที่สุด

อัตราป้อนที่สูงขึ้นส่งผลให้เวลาปฏิสัมพันธ์ระหว่างหยดและอากาศร้อนไม่เพียงพอ ส่งผลให้ปริมาณความชื้นของผงแห้งแบบพ่นฝอยเพิ่มขึ้น

อัตราป้อนสูงเกินไปเป็นการทำงานที่ไม่เหมาะสมซึ่งจำเป็นต้องหลีกเลี่ยงในระหว่างกระบวนการทำแห้งแบบพ่นฝอย ความเร็วป้อนที่สูงเกินไปมักเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้ผงเกาะติดกับผนัง การดูดซับความชื้น และการอุดตันของท่อ นอกจากจะลดผลผลิตผงแล้ว ยังสร้างปัญหาเพิ่มเติมให้กับการทำความสะอาดในสถานที่อีกด้วย