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關于烘干工藝影響發酵原料品質你所不知道的那些事

時間:?2020-03-18 13:50??來源:?未知 ??作者:?chinagzsb ??點擊:万濠国际平台 ? 次

  原料通過發酵處理在改善原料品質的基礎上同時具有益生功效,近年來得到飼料行業的廣泛認可,業內人士陸續開展相關工作。發酵原料在使用過程中存在濕料直接應用和烘干后使用的兩種方式,各有優缺點,濕料直接應用存在霉菌污染的風險,需要對設備和工藝進行改造;烘干后使用成本過高,且損失一部分益生物質。濕料應用后期會有專門文章綜述,現在就烘干工藝對發酵原料品質的影響進行綜述,希望能給廣大同行提供參考。
 
  一.烘干設備對發酵原料的品質影響
 
  烘干設備是指通過一定技術手段,干燥物體表面的水分或者其他液體的一系列機械設備的組合。有紫外烘干、紅外烘干、電磁烘干和熱風烘干等方式。適用于發酵行業的是熱風烘干,由此衍生的主流設備有滾筒干燥機、流化床干燥機、管束干燥機、氣流干燥機等。
 
  滾筒干燥機的主體設備是傾斜的回轉圓筒,濕物料從高端進入,干物料從另一端下部收集;熱風從進料端或出料端進入,由另一端上部排出;筒內有固定槳葉揚起物料,使其與熱風充分接觸;熱源一般為熱空氣、高溫煙道氣、水蒸氣等。滾筒干燥機處理能力大,燃料消耗少,干燥成本低。水分蒸發能力一般為30-80kg/m3·h;隨熱風溫度的提高而提高,并隨物料的水分性質而變化。由于滾筒的表面溫度較高,容易出現受熱不均勻,導致物料風味變化或者顏色偏深。因此比較適合于發酵后粘度低、纖維含量高的低附加值的原料烘干,能夠控制進風溫度的滾筒干燥設備較為理想。
 
  流化床干燥機是將粉粒狀、膏狀(乃至懸浮液和溶液)等流動性物料放在多孔板等氣流分布板上,由其下部送入具有相當速度的干燥氣體。當氣體流速一定速度時,氣體由物料顆粒間流過,物料呈懸浮狀,形成氣-固混合床,即流化床,因流化床中懸浮的物料很像沸騰的液體,故又稱沸騰床。對于濕含量40-60%(特殊物料可達90%)的物料能一次干燥成粉粒產品,水分蒸發能力一般為20-40kg/m3·h;流化床物料和熱風接觸充分,熱風溫度可調,能夠較好的烘干物料,但熱效率較低,設備投入大,烘干費用高,適用于附加值高、蛋白含量高、對品相有嚴格要求的原料烘干。
 
  管束干燥機是在與旋轉圓筒內部等長的同心圓內藏式排列1-5列的加熱管,加熱列管間進行傳熱干燥,是間接加熱方式干燥機的代表。干燥機攪拌過程中內置加熱管片直接接觸,傳熱系數大,且傳熱面積也大,熱耗低;干燥物料范圍廣泛,主要為松散物料干燥,處理能力大,水分蒸發量大且可干燥高水分物料;能視不同的物料性質及水分要求對干燥時間進行調整可連續生產、自動化程度高,亦可間隙操作;物料在呈負壓狀態的封閉內腔被干燥,作業環境清潔,無污染,噪音小。缺點是物料直接和加熱列管接觸,物料溫度高,容易糊化,適用于淀粉類型物質干燥。
 
  氣流干燥(閃蒸)是利用高速流動的熱氣流使物料懸浮在其中,具有傳熱系數高,傳熱面積大,干燥時間短等特點。氣流干燥也稱“閃蒸”是固體流態化中稀相輸送在干燥方面的應用。該法是使加熱介質和待干燥固體顆粒直接接觸,并使待干燥固體顆粒懸浮于流體中,因而兩相接觸面積大,強化了傳熱傳質過程,廣泛用于散狀物料的干燥單元操作。有直管氣流干燥、旋風氣流干燥器、脈沖氣流干燥器幾種模式,干燥后的成品從旋風分離器排出,飛粉由旋風除塵器或布袋除塵器得到回收利用。比較適用與容重較低、粒度小的原料干燥,比如麩皮和淀粉。
 
  另外也有采用晾干的模式,容易污染雜菌,適用于西北干燥、日照時間長且遠離污染源區域,還有其他干燥方式如箱式干燥、真空干燥等由于應用較少不再一一列舉。
 
  二.烘干溫度對發酵原料的品質影響
 
  由于烘干設備差異較大,本文中提到的烘干溫度特指烘干過程中物料的溫度,而不是烘干設備的進風溫度或者機體溫度。
 
  烘干溫度對原料的品質改變主要分為原料品質、代謝產物兩個方面,原料本身的改變主要表現在糊化、美拉德反應、蛋白變性等方面,如表1所示,不同原料來源淀粉的最佳糊化溫度有差異,當淀粉加熱到150℃-160℃時會變為黃色,超過該溫度,就會焦化而產生苦味,且原料顏色也會發生改變,這種現象在原料與加熱設備直接接觸的滾筒和管束烘干機上較為常見,通過調整進風溫度或物料通過時間可以實現。
關于烘干工藝影響發酵原料品質你所不知道的那些事
  表1不同原料來源淀粉的最佳糊化溫度
 
  另外蛋白含量較高多,過高的烘干溫度會導致羰基化合物(還原糖類)和氨基化合物(氨基酸和蛋白質)間經過復雜的歷程最終生成棕色甚至是黑色的大分子物質類黑精或稱擬黑素,稱羰氨反應(美拉德反應)。20~25℃氧氣充分時即可發生美拉德反應,每相差10℃,反應速度相差3~5倍,高于80℃時,反應速度迅速。美拉德反應發生后,氨基酸與糖結合造成了營養成分的損失,蛋白質與糖結合,結合產物不易被酶利用,營養成分不被消化,有些條件下可以產生有毒物質。所以高蛋白原料烘干時物料溫度盡量低,采用流化床類的干燥方式有利于發酵蛋白類原料品質提升。當然也有部分商家利用這原理,提高發酵豆粕烘干時物料溫度,加速美拉德反應,從而將豆粕中部分抗原蛋白和糖結合,體現出“低抗原”的產品特點,這種方式十分不可取。
 
  另外在纖維含量高、容重低的原料烘干或者采用直火式烘干設備時尤其要注意粉塵擴散,防止發生火災或爆燃。
 
  烘干溫度過高也會帶來代謝產物的損失,一般意義的代謝產物包括益生菌活菌、有機酸、抑菌物質等,其中乳酸菌、酵母菌對高溫的耐受力較差,普通烘干后存活率低(表2)。
關于烘干工藝影響發酵原料品質你所不知道的那些事
  表2常見益生菌的耐受最高溫度(40%水份,處理10min)
 
  不同有機酸的沸點不同,按總酸計算,80°C物料溫度處理10min(流化床),前后總酸損失為0.1~0.3%(占物料比)。物料溫度越高損失比例越大。
 
  發酵產生的抑菌物質多來源于乳酸菌分泌,根據代謝物其分子結構及熱敏感性,可以分為4類:(1)羊毛硫類細菌素,此類型中的代表是Nisin,能抑制細菌細胞壁合成,具有一定的耐溫性,正常的烘干不會改變其功能;(2)小分子熱穩定肽:分子量小于10kD,靠增加細菌細胞膜通透性,導致細菌死亡,熱穩定性較好,基本不受烘干溫度影響;(3)大分子熱不穩定肽:是一類分子量大于10kD,熱穩定性較差,抑菌譜較窄的肽類。一般在100℃或更低溫度下,30min內即失活;(4)復合型細菌素:這類細菌素含有蛋白以及碳水化合物或內脂基團,組成復雜大分子復合物才具有活性,目前研究較少,對其熱穩定性了解較少。
 
  小結
 
  總體來說,發酵原料的烘干溫度對原料品質影響較大,需要根據原料的不同選擇設備和制定烘干溫度,過高的溫度會帶來原料自身品質的降低,也會帶來不同程度的益生菌、有機酸、抑菌物質的損失。

(責任編輯:chinagzsb)
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