粉质产品的粉尘很高以及流动性较差,这些特性使其在定量输送和使用时都存在很多问题。而这些问题都可以在使用流化床造粒技术之后得到明显的改善。
在许多领域中,粉质产品的附聚造粒能带来不少的好处。而今天的流化床工艺是粉质产品造粒时最合适的工艺技术。例如,速溶食品的生产就采用了流化床技术。在流化床中,原材料能够很好地混合,粉质产品的微小颗粒相互碰撞。在喷嘴喷洒适量的液体之后,微小的雾滴在微小颗粒之间搭起了相互连接的桥梁,在毛细管凝聚力和表面张力的作用下微小颗粒相互吸附、凝聚在一起。流化床热传导较好,材料输送能力较强,这保证了喷洒的液体能够快速蒸发掉。其结果是生成了表面粗糙的颗粒,改变了原来粉质颗粒的性质,例如流动性变好、大大地降低了具有吸附性能的静电以及形成毛细管的颗粒表面结构。其中,毛细管的表面结构能够改善颗粒的溶解性能。这些良好的特性都可以通过控制流化床的过程参数实现。
关键性粘结
除了颗粒碰撞之外,流化床气流速度、颗粒的大小和密度对颗粒的粘结都有着重要的意义和影响。除了自然界产生的力(分子间作用力又被称为范德华力和静电力)之外,颗粒材料的粘结力会对附聚造粒造成一定的影响。通过不同的粘结机制可以调整颗粒材料的粘结力,化学粘结、溶解物质的固化和结晶,液桥以及毛细管液相的干燥。通过粘结键结合的颗粒非常稳定,造出的颗粒在生产和存放过程中断裂和粉解的可能性都大大减少了。这也就使得速溶产品有着非常好的特性,例如很好的流动性、溶解性以及无粉尘。
根据不同的附聚造粒特性,可以使用不同的排污液。最简单的就是用水作为喷雾液,避免使用其他的添加剂。若用水附聚粘结时的粘合力不够,则需要考虑使用粘结剂。所使用的粘结剂必须符合食品添加剂法律法规的要求和规定。所使用的粘结剂与粉质原材料之间应有相互作用,并能生成稳定的粘合物。粘结剂例如多糖、明胶或者粉质原材料,一般情况下它们能够提高颗粒的粘度,在室温下形成稳定的粘合物。对于即冲即饮的速溶食品,所使用的喷雾液应有较高的粘度,以便使造出的颗粒有着较大的内部结构,有更好的即时属性,从而具有更好的速溶性。粘结剂溶液的集中度越高,液桥的粘合力就越大,从而可以生成较大的颗粒。
颗粒的形成过程
流化床设备主要由供气室、造粒室、喷雾装置和过滤系统等部分组成。送入流化床中的粉质原材料在向上吹送的热气流中保持悬浮状态,直到在喷雾液体的作用下达到希望的颗粒内核为止。较小的内核可以在压力式内过滤系统的作用下重新被送回流化床中进行造粒。每次送入流化床的流量很小,并受到了严格的定量控制,以避免较高气流流速时颗粒间的相互摩擦带来的磨蚀。当流化床中的颗粒超过了流态化点时,就会均匀流动,就会开始喷洒喷雾液。喷入的粘合剂在热空气中很快的蒸发掉。通过不停的相互膨胀、相互接触,在流化床不断的喷雾作用下颗粒不断附聚,并在不断的撞击下结构越来越紧凑,逐步积累变大最终形成所需要的颗粒。最后,这些达到要求特性的产品按批次排空,或者按照连续输出的方式送出流化床。
通常情况下,附聚造粒的过程可以按照喷雾方式分为两种。最常使用的是由一个或者多个喷雾嘴从上向下在流化床上喷雾的顶喷技术。这种逆流造粒技术可能使造粒过程的湿度更大,因此可以造出较大的颗粒。
若使用的喷雾嘴是从下向上喷雾(底喷技术)时,可能会因喷雾压力过大而有部分雾滴喷洒到流化层之外,与通过的粉质微粒没有相互碰撞和接触,这一过程相当于喷雾干燥。这样就会生成微细的粉质产品和较小的内核。喷雾方式的选择对颗粒的硬度、密度、重量等特性有着重要的影响。
在奶制品生产中的应用
以奶制品生产企业中从实验室规模的试验设备到按比例放大的试验样机直至最后大批量生产时的生产设备为例说明这些参数对最终产品(奶粉)性质的影响。目标是生产脂肪含量26%的奶粉,奶粉颗粒内核的尺寸较小,平均直径为900μm;堆积密度为250g/L和500g/L两种。在规定的保质期内奶粉的残留湿度小于3%。
试验性生产是在Glatt公司的试验设备和符合食品生产要求的生产设备上进行的。在实验室设备试验结果的基础上,把试验得到的参数和数据换算成生产设备所需的参数和数据。但喷雾压力不能简单按比例放大,而需要在第一次试生产中进行验证。在本例中,实验室试验的批量为5kg,生产批量为300kg。产品的性质可以在确定合适的压力和空气流量后重复再现。提高原料奶粉的输入量可以提高产品的堆积密度,提高悬浮层高度可以得到更加紧实的产品,但这可能延长产品的溶解性能,但在本例中不存在这种情况。
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