موسسه پژوهشی علوم و صنایع غذایی >آزمایشگاه ها

خشک کن پاششی

خشک کردن با اسپری یک روش شناخته شده در تولید ذرات است که شامل تبدیل یک مایع به ذرات خشک شده، با بهره گیری از محیط خشک کن گرم می باشد [1]. اولین گزارش از خشک کن پاششی مربوط به سال 1860 بوده و یک دستگاه خشک کن پاششی اولیه توسط ساموئل پرسی در ایالات متحده در سال 1872 به ثبت رسید [1و 2].

از زمان اولین معرفی این تجهیز، درطول زمان روش خشک کردن پاششی از نظر طراحی عملیاتی و کاربردهای آن بهبود یافت. در واقع دستگاه های خشک کن پاششی اولیه فاقد کارایی فرآیند و ایمنی بودند. پس از غلبه بر این مسائل، خشک کردن پاششی به روشی جذاب برای اهداف صنایع غذایی تبدیل گردید که در نهایت در دهه 1920 در تولید شیر خشک استفاده شد و این کاربرد به عنوان یکی از مهمترین کاربردهای آن تا به امروز می باشد. تکامل خشک کردن با اسپری مستقیماً تحت تأثیر جنگ جهانی دوم قرار گرفت، جایی که نیاز به کاهش وزن و حجم غذا و سایر مواد قابل حمل ضروری بود [3و 4]. در نتیجه، خشک کردن با اسپری، به خصوص در تولید محصولات لبنی به یک معیار صنعتی تبدیل شده است. در دوره پس از جنگ، روش خشک کردن با اسپری به پیشرفت خود ادامه داد و به صنایع داروسازی، شیمیایی، سرامیک و پلیمر راه یافت [4و 5].

مکانیسم خشک کردن با اسپری بر اساس حذف رطوبت خوراک با استفاده از یک فضای گرم است. فرآیند را می توان با سه مرحله اصلی (اتمیزه کردن، تبدیل قطره به ذره و جمع آوری ذرات) شرح داد، اگرچه برخی از نویسندگان از چهار یا چند مرحله جزئی برای توصیف آن با جزئیات بیشتر استفاده می کنند [3و 6]. محلول به یک اتمایزر پمپ می شود که خوراک مایع را به قطرات تبدیل می کند. سپس، قطرات به داخل یک محفظه محتوی گاز خشک کن که در آن تبخیر رطوبت رخ می دهد وارد شده و منجر به تشکیل ذرات خشک می شود. در نهایت با استفاده از یک ابزار مناسب، ذرات خشک شده از محیط خشک کن جدا شده و در یک مخزن جمع آوری می شوند. همه این مراحل، همراه با شرایطی که در آن فراوری انجام می شود، نقش تعیین کننده ای در عملکرد مکانیسم خشک کردن با اسپری و همچنین در خواص ذرات نهایی دارند [1و 4].

پارامترهاي بحرانی در خشک کن پاششی

براي هر نوع محصول پارامترهاي فرایند باید بر اساس خصوصیات پیش بینی شده براي پودر مورد نیاز بهینه گردد [7].

الف) دماي هوای ورودي: هرچقدر دماي هوا در ورودي بیشتر باشد تبخیر رطوبت سریعتر صورت می گیرد اما پودر در معرض درجه حرارت بالاتر قرار خواهد گرفت که ممکن است خواص فیزیکوشیمیایی مواد حساس به حرارت دچار تغییر کردد.

 ب) درجه حرارت هواي خروجی: هواي خروجی، اندازه تجهیزات بازیابی و جمع آوري پودر را مشخص می کند. هر چه درجه حرارت بالاتر باشد اندازه تجهیزات بازیابی پودر و فضاي اشغال شده بزرگتر خواهد بود. همچنین دماي هواي خروجی، رطوبت نهایی پودر را کنترل می کند.

 ج) ویسکوزیته: ویسکوزیته بالا، مانع از شکل گیري صحیح قطـرات می گـردد. همچنین بـا کاهش ویسکوزیته، انـرژي و فشار کمتـري بـراي شکل گیـري اسپري مورد نیاز است.

د) محتواي جامد (غلظت): در صورت بالا بودن محتواي جامد (بالاي 30 درصد) براي حفظ ریزسازي مناسب و اطمینان از تشکیل صحیح قطره، باید دقت کافی بعمل آید.

ه) کشش سطحی: افزودن مقدار کمی سورفکتانت می­تواند به میزان قابل توجهی کشش سطحی را کاهش دهد و در نتیجه قطرات در یک الگوي اسپري گسترده تر، اندازه قطرات کوچکتر، و سرعت بالاتر ایجاد می گردد.

و) دماي محلول: با افزایش درجه حرارت نمونه، خشک کردن محلول راحت تر صورت می گیرد چون از پیش مقداري انرژي براي سیستم تامین شده است.

ز) فراریت حلال: فراریت بالا در هر فرایند خشک کردن مطلوب است. اگرچه از حلال هاي محدودي در این فرایند می توان استفاده کرد. در بسیاري از موارد، این انتخاب حلال محدود به آب است.

ح) جنس نازل: اکثرا از فولاد ضدزنگ ساخته می شود. با این حال، نازل کاربید تنگستن با مقاومت به سایش خوب و مقاومت در برابر خوردگی بسیار عالی براي بسیاري از مواد در دسترس می باشد [3و 7].

مراجع

[1] Cal K, Sollohub K. Spray drying technique. I: Hardware and process parameters. Journal of Pharmaceutical Sciences. 2010; 99(2), 575-586.

[2] Anandharamakrishnan C. Spray Drying Techniques for Food Ingredient Encapsulation. John Wiley & Sons; 2015.

[3] Patel R, Patel M, Suthar A. Spray drying technology: An overview. Indian Journal of Science and Technology. 2009; 2(10), 44-47.

[4] Ortega-Rivas E, Juliano P, Yan H. Food Powders: Physical Properties, Processing, and Functionality. Springer Science & Business Media; 2006.

[5] Vehring R, Foss WR, Lechuga-Ballesteros D. Particle formation in spray drying. Journal of Aerosol Science. 2007; 38(7), 728-746.

[6] Nandiyanto ABD, Okuyama K. Progress in developing spray-drying methods for the production of controlled morphology particles: From the nanometer to submicrometer size ranges. Advanced Powder Technology. 2011; 22(1), 1-19.

[7] Gohel C. M., ParikhK. R., NagoriS. A., BariyaH. S., GandhiV. A., ShroffS. Met al . Spray Drying: A Review, Pharmainfo.net, 1013, [online] article review available at athttp://www.pharmainfo.net/reviews/spray-drying-review (10 January 2012).