I. Prinsip Teknologi Pengeringan Semprot
Prinsip dasar pengeringan semprot adalah bahan dipompa melalui filter ke alat pengatom di bagian atas pengering semprot. Alat pengatom mendispersikan bahan cair menjadi tetesan. Karena radius tetesan yang kecil, luas permukaan spesifik dan energi bebas permukaan yang besar, dan dispersi yang tinggi, tekanan uap kelembapan pada permukaan tetesan lebih besar daripada kelembapan dalam cairan planar dalam kondisi yang sama. Oleh karena itu, kelembapan menguap dengan sangat cepat, dan produk dikeringkan dengan cepat.
II. Faktor-Faktor Utama yang Mempengaruhi Pengeringan Semprot
① Suhu Masuk dan Keluar
Suhu ruang pengeringan semprot biasanya mengacu pada suhu di mana udara panas masuk ke menara. Suhu pengeringan adalah faktor terpenting yang memengaruhi sifat fisikokimia bubuk hasil pengeringan semprot. Suhu pengeringan yang lebih tinggi memberikan lebih banyak panas ke ruang pengeringan, yang meningkatkan laju pengeringan dan mengurangi kadar air produk hasil pengeringan semprot. Meningkatkan suhu pengeringan semprot dari 120°C menjadi 200°C mengurangi kadar air dalam bubuk kering dari 5,29% menjadi 3,88%. Ukuran partikel produk hasil pengeringan semprot juga bergantung pada suhu masuk pengering. Suhu pengeringan yang lebih tinggi menyebabkan penguapan air yang lebih cepat, menyebabkan mikrosfer terbentuk lebih cepat tanpa waktu yang cukup untuk menyusut, sehingga menghasilkan ukuran partikel yang lebih besar.
Saat suhu pengeringan masuk meningkat dari 138°C menjadi 202°C, ukuran partikel bubuk acai berry meningkat dari 13,38 μm menjadi 20,11 μm. Demikian pula, ukuran partikel bubuk jus jambu biji meningkat secara signifikan (p < 1%) dengan meningkatnya suhu masuk. Kepadatan curah bubuk hasil pengeringan semprot menurun seiring dengan meningkatnya suhu. Partikel yang lebih besar mungkin berongga di dalamnya atau memiliki struktur berpori atau terfragmentasi karena laju penguapan air yang lebih tinggi. Secara umum, partikel berpori atau terfragmentasi menunjukkan kepadatan curah yang lebih rendah.
Karena air lebih padat daripada sebagian besar padatan makanan kering, bubuk yang dihasilkan pada suhu yang lebih tinggi memiliki kepadatan curah yang lebih rendah daripada yang dihasilkan pada suhu yang lebih rendah; ukuran partikel yang lebih kecil juga diamati memiliki kepadatan curah yang lebih tinggi.
Kemudahan mengalir bubuk hasil pengeringan semprot juga dipengaruhi sampai batas tertentu oleh suhu pengeringan; seiring dengan meningkatnya suhu, kemudahan mengalir menurun. Kelarutan juga merupakan karakteristik kualitas penting dari produk bubuk, yang secara langsung memengaruhi perilaku pembentukan ulang makanan hasil pengeringan semprot. Saat suhu pengeringan semprot meningkat dari 120℃ menjadi 160℃, kelarutan bubuk meningkat.
② Bahan Dinding Zat yang kaya gula, seperti jus buah dan sayuran, sulit dikeringkan semprot secara langsung tanpa agen enkapsulasi. Bahan dinding adalah polimer yang mengenkapsulasi bahan aktif selama proses pengeringan semprot, menjadikannya salah satu faktor terpenting dalam pengeringan semprot.
Bahan dinding dapat meningkatkan suhu transisi kaca dan hasil dalam pengeringan semprot, serta mengurangi viskositas dan higroskopisitas produk bubuk. Bahan dinding umum meliputi gom arab, maltodekstrin, gelatin, pati, pektin, metilselulosa, alginat, dan trikalsium fosfat serta kombinasinya.
Pilihan bahan dinding terutama bergantung pada tujuan pengeringan semprot dan sifat fisikokimia bahan yang diproses. Bahan dinding harus sangat larut dalam pelarut proses, memiliki kemampuan pembentukan film yang cukup, dan menghasilkan larutan dengan viskositas rendah bahkan pada konsentrasi tinggi. Untuk pengeringan semprot, bahan harus memiliki berat molekul tinggi dan suhu transisi kaca tinggi untuk meningkatkan sifat anti-lengket produk akhir. Bahan tersebut juga harus mampu melindungi senyawa sensitif dari panas, oksigen, dan cahaya.
Bahan pelapis dinding yang umum digunakan untuk pengeringan semprot adalah karbohidrat, terutama:
1) Pati dan turunannya (pati, maltodekstrin, dekstrin, dan siklodekstrin);
2) Gom (gom arab atau campuran gom arab dan eritrilina krista-galli);
3) Selulosa dan turunannya (selulosa, karboksimetil selulosa, dan hidroksipropil metil selulosa, dll.).
Pati dan turunannya menunjukkan sifat pengeringan semprot yang baik, seperti berat molekul tinggi dan suhu transisi kaca tinggi, kelarutan tinggi dalam air dingin dengan viskositas rendah, sifat anti-lengket, dan kemampuan untuk menghasilkan bubuk yang relatif padat. Namun, kemampuan pembentukan filmnya buruk, yang merugikan efisiensi pengeringan, terutama untuk pengawetan senyawa sensitif.
Dibandingkan dengan pati, gom memiliki kemampuan pembentukan film yang lebih baik, tetapi suhu transisi kaca yang relatif lebih rendah. Selulosa dan turunannya memiliki sifat pembentukan film dan aktivitas permukaan yang baik, tetapi tidak mudah dicerna. Kombinasi pati atau turunan pati dan gom dapat meningkatkan kinerja pengeringan semprot, tetapi kandungan gom harus lebih rendah daripada pati atau turunan pati.
Protein, terutama protein whey, memiliki kemampuan pembentukan film dan retensi nutrisi yang sangat baik dan sering digunakan bersamaan dengan pati atau turunan pati.
③ Laju Umpan
Laju umpan adalah salah satu faktor penting yang memengaruhi pengeringan semprot. Ini menentukan waktu tinggal material di ruang pengeringan, pemisah, dan konveyor, dan juga memengaruhi atomisasi material dan ukuran tetesan. Laju umpan pada dasarnya bergantung pada kecepatan atomisasi; semakin tinggi kecepatan pompa, semakin cepat laju umpan. Namun, laju umpan yang tinggi memperlambat perpindahan panas, sehingga sulit bagi tetesan untuk mengering sepenuhnya dan mudah menyebabkan adhesi dinding.
Selain itu, tetesan dapat menetes langsung ke ruang pengering karena atomisasi yang tidak sempurna pada laju aliran umpan yang tinggi, sehingga mengurangi hasil. Laju aliran umpan yang tinggi mengakibatkan waktu kontak yang tidak cukup antara tetesan dan udara panas, meningkatkan kadar air pada bubuk yang dikeringkan dengan semprotan; selain itu, waktu kontak yang lebih pendek menyebabkan efisiensi perpindahan panas dan massa yang berkurang, sehingga menghasilkan kadar air yang lebih tinggi pada produk akhir.
III. Masalah Umum dan Perbaikan pada Menara Pengering Semprot
Masalah 1: Langkah-langkah Pencegahan Ledakan
1) Pilih jenis menara pengering yang tepat;
2) Pasang peralatan pemadam kebakaran selama perancangan dan pembuatan menara pengering;
3) Gunakan material yang halus pada permukaan peralatan yang bersentuhan dengan material untuk mencegah pengendapan material;
4) Pasang filter udara yang tepat untuk mencegah gas buang berdebu masuk ke pemanas gas ruang pengering;
5) Bersihkan filter udara secara teratur, termasuk membilasnya;
6) Periksa secara teratur area yang rentan terhadap pembentukan endapan selama pengoperasian;
7) Periksa secara teratur semua komponen listrik dan mekanik;
8) Untuk pengeringan semprot sentrifugal, bagian yang berputar harus beroperasi dengan lancar dan diperiksa secara berkala;
9) Pasang perangkat pentanahan elektrostatik;
10) Jaga kebersihan semua komponen pengering secara menyeluruh.
Selain itu, untuk meminimalkan kerugian jika terjadi pembakaran dan ledakan material di dalam menara pengering semprot, tindakan dapat diambil, seperti memasang katup ventilasi ledakan di bagian atas ruang pengering; memasang beberapa katup di ruang pengering yang secara otomatis terbuka ketika tekanan mencapai tingkat tertentu; dan menebalkan dinding ruang untuk memperhitungkan kemungkinan ledakan selama perancangan ruang pengering.
Kesalahan 2: Bubuk basah menempel pada dinding bagian dalam menara utama
1) Laju umpan terlalu tinggi, mencegah penguapan yang cukup;
2) Pemanasan ruang pengering yang tidak cukup sebelum penyemprotan dimulai;
3) Laju aliran umpan diatur terlalu tinggi pada awal penyemprotan;
4) Bahan cair yang ditambahkan tidak stabil.
Metode perbaikan:
Kurangi laju umpan secara tepat; Tingkatkan suhu masuk dan keluar udara panas secara tepat; pada awal penyemprotan, laju aliran harus rendah dan secara bertahap ditingkatkan hingga sesuai; periksa penyumbatan pada pipa, sesuaikan kandungan padatan material, dan pastikan fluiditas material cair.
Kesalahan 3: Kebocoran bubuk yang parah dan tingkat pemulihan produk yang rendah
Jika pemisah siklon mengalami malfungsi atau memiliki kinerja penghilangan debu yang rendah, kebocoran bubuk kemungkinan akan terjadi. Untuk yang pertama, solusinya adalah memeriksa pemisah siklon untuk celah dan memastikan kekedapannya; untuk yang kedua, solusinya adalah menambahkan pengumpul debu sekunder secara tepat.