CN105558950A

CN105558950A - 一种制备马铃薯生全粉的方法

Info

Publication number: CN105558950A
Application number: CN201610051339.3A
Authority: CN
Inventors: 窦建鹏; 沈瑾; 成荣敏; 尹惠敏; 徐岩; 吴文福; 张亚秋; 韩峰; 张劲松; 梁清
Original assignee: Changchun Shenyang Electromechanical Co Ltd; Jilin University; Chinese Academy of Agricultural Engineering CAAE
Current assignee: Changchun Shenyang Electromechanical Co Ltd; Jilin University; Chinese Academy of Agricultural Engineering CAAE
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2036-01-26
Also published as: CN105558950B

Abstract

本发明公开了一种制备马铃薯生全粉的方法，包括以下步骤：步骤1、向压榨机内填充氮气，将处理过的马铃薯放入压榨机；步骤2、压柄以20-80次/分的频率压榨马铃薯，将马铃薯压榨成马铃薯泥；步骤3、压榨得到的马铃薯泥用压力泵压入离心干燥塔，马铃薯泥的泵入量为G，水分含量为W_S，温度为t₀，雾化器高速旋转将马铃薯泥雾化成微小液滴，转速为1000-50000转/min；步骤4、向干燥塔内通入干燥气体，气流量为Q，温度为t₁，干燥气体与雾化物进行传质和传热，干燥气体携带水汽从排风管道排出，干燥的马铃薯粉料颗粒从塔底料口排出。本发明制备马铃薯生粉的方法具有色泽浅、方法简单、不使用护色剂、周期短、能耗低等优点。

Description

一种制备马铃薯生全粉的方法

技术领域

本发明涉及马铃薯粉的制备方法。更具体地说，本发明涉及一种利用离心雾化干燥塔制备马铃薯生全粉的方法。

背景技术

马铃薯，俗称土豆，是世界第四大粮食作物，然而鲜马铃薯由于水分含量高不易储存，容易发芽而影响其营养价值。马铃薯全粉属于脱水制品，保持了马铃薯天然的风味和固有的营养价值，是欧美各国一种主要的马铃薯加工方式。现有的马铃薯全粉制备工艺主要为“熟粉”制备工艺，“熟粉”制备工艺中包括高温蒸煮的步骤，这种加工方式必然要消耗较高的能量，增加产品的成本。中国专利201510181378.0公开了一种马铃薯膨化全粉及其制备方法，该发明包括蒸煮的步骤，因此也属于一种马铃薯熟粉的制备工艺。相应的，马铃薯生粉制备工艺不含有高温蒸煮的步骤，工艺流程通常为马铃薯原料→清洗→去皮→切片→护色→干燥→粉碎→过筛→包装贮藏。由于马铃薯加工过程中容易发生酶促褐变和非酶褐变，褐变会影响马铃薯的风味和营养价值，所以制备马铃薯生粉的工艺流程一定要包括护色的步骤，护色的方法是高温漂烫处理或者是使用亚硫酸氢钠、柠檬酸等护色剂(周清贞.马铃薯全粉的制备及其应用的研究，天津科技大学[M]，2010)。生粉加工过程中的高温漂烫处理会改变马铃薯表面的组织形态，影响马铃薯脱水干燥速率，导致干燥时间延长，增加能耗；护色剂的使用会导致马铃薯生粉产生异味，特别是使用含硫的护色剂还可能造成产品中二氧化硫超标的食品安全风险。该文献的生粉制备工艺采用恒温热风干燥的方式制备马铃薯生粉，如果采用较高温度烘干就会存在产品色泽深的问题；如果采用较低温度烘干就会存在烘干时间长，能耗较大的问题。中国专利200410012197.7公开了一种马铃薯生全粉的加工方法，该发明的工艺流程包括原料切丝后进行防褐浸泡，防褐溶液为5‰的柠檬酸溶液，柠檬酸(护色剂)的使用会影响马铃薯的固有味道，同时该专利采用自然低温、冷冻、干燥加工的方法加工生粉，存在生产周期长和生产时间、地点受限的问题。

发明内容

本发明的一个目的是利用离心雾化干燥塔来制备马铃薯生粉，不仅能实现连续化生产，且大幅度的将干燥时间从3-4小时缩短为10分钟，且实现连续化生产。

本发明还有一个目的是在干燥过程中不使用护色剂，改用氧含量低于1％的气体进行保护，防止马铃薯在干燥过程中氧化从而影响生粉的颜色。

本发明还有一个目的是利用公式计算干燥塔的离心雾化的液滴直径，从而判断塔内干燥阻力，进而增大转速实现有效干燥。

本发明还有一个目的是干燥气体经过滤、干燥后可以循环利用，节省物料。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种制备马铃薯生全粉的方法，包括以下步骤：

步骤1、向压榨机内填充氮气，将处理过的马铃薯放入压榨机；

步骤2、压柄以20-80次/分的频率压榨马铃薯，将马铃薯压榨成马铃薯泥；

步骤3、压榨得到的马铃薯泥用压力泵压入离心干燥塔，马铃薯泥的泵入量为G，水分含量为W_S，温度为t₀，雾化器高速旋转将马铃薯泥分散成液滴，转速v为1000-50000转/分；

D_{0} = k_{0} {(\frac{δ \times d_{0}}{110003 \times e_{L} \times g})}^{\frac{1}{3}}

其中，D₀为雾化液滴的直径；e_L为马铃薯泥的密度；g为重力系数；d₀为雾化器的离心盘喷嘴外径；k₀为雾化控制系数，范围在0.2×10^-4～2.3×10^-3之间；

当液滴分散形成液膜，干燥不完全；

当时，液滴进一步聚集收缩成球状，易出现结块现象；

当液滴直接分裂雾化成小液滴，干燥完全；

当或时，调整转速和马铃薯泥的泵入量G，直至

步骤4、当时，向干燥塔内通入干燥气体，气流量为Q，温度为t₁，干燥气体与雾化物进行传质和传热，干燥气体携带水气从排风管道排出，干燥的马铃薯粉料颗粒从塔底料口排出。

优选的是，所述步骤3中雾化控制系数k₀的计算公式为：

k_{0} = a_{0} \times {(0.93 \times \frac{v}{G \cdot (1 - W_{S})})}^{- 0.79}

其中，G为马铃薯泥的泵入量；W_s为马铃薯泥中水分含量；v为雾化器的转速。

优选的是，所述步骤3中干燥气体的氧气含量低于1％，水分含量低于2％。

优选的是，所述步骤3中雾化器转速v为10000-50000转/分。

优选的是，所述压榨机内氧气含量低于1％，以防止马铃薯在压榨过程中被氧化。

优选的是，所述干燥气体为氮气。

优选的是，所述干燥气体采用垂直向下顺流或混流的方式接触雾化液滴。

优选的是，所述步骤4中干燥气体的温度t₁>t₀且t₁<85℃。

优选的是，所述步骤4中从排风管道排出的气体进行过滤掉裹挟的粉末后，通入固体干燥剂进行干燥，再进入预热器加热后进行循环利用。

本发明至少包括以下有益效果：1、制备的马铃薯生全粉，保持了马铃薯原有的营养成分，具有马铃薯固有的气味，色泽较浅，可用作制备各种食品、保健食品的原料；2、该方法简单、不使用护色剂、环境污染小、生产周期短、能耗低、成本低，适于产地初加工，能够产生巨大的经济效益和环境效益。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是制备马铃薯生粉的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本发明制备马铃薯生全粉的方法为：

实施例1

预处理：挑选新鲜、表面光滑、杂质少、无霉变、芽眼浅的马铃薯为原料，人工进行削皮和清洗。

如图1所示，干燥过程如下：

步骤1、向压榨机101内通入氮气，氮气将压榨机101内的空气排掉，使压榨机内的氧气含量低于1％，此时将预处理的马铃薯放入压榨机；

步骤2、调整压柄频率为80次/分，开启压榨机101压榨马铃薯，将马铃薯压榨成马铃薯泥，马铃薯泥用过滤器102进行过滤，测定马铃薯泥的密度e_L＝0.625×10^-3Kg/m³；

步骤3、马铃薯泥用压力泵103压入离心干燥塔108的雾化器109，马铃薯泥的泵入量为G＝125kg/h，水分含量W_S为68％，温度为t₀为22℃，开启雾化器109，转速设定为15000转/分，雾化器高速旋转离心得到的液滴的粒径D₀为：

雾化控制系数k₀为：

k_{0} = a_{0} \times {(0.93 \times \frac{v}{G \cdot (1 - W_{S})})}^{- 0.79}

其中，k₀为雾化控制系数，无因次；a₀为常数，为1.13Kg^-0.79/r^-0.79；G为马铃薯泥的泵入量，kg/h；W_s为马铃薯泥中水分含量，v为雾化器的转速，r/h。

经计算得到雾化控制系数k₀＝4.36×10^-4，将其带入下列公式：

D_{0} = k_{0} {(\frac{δ \times d_{0}}{110003 \times e_{L} \times g})}^{\frac{1}{3}}

其中，D₀为雾化液滴的直径，单位为m；δ为马铃薯泥的表面张力，0.034kg/s²；e_L为马铃薯泥的密度，单位为Kg/m³；g为重力加速度，单位为9.81m/s²；d₀为雾化器的离心盘外径，为0.14m；

根据经验临界液滴粒径临界液滴粒径用于判断液滴干燥程度：

当雾化干燥塔内马铃薯泥被离心拉成许多丝状液体线，丝状液体线相互粘连形成液膜，增大干燥气体的运动阻力，使干燥不完全；

当时，雾化干燥塔内马铃薯泥被离心拉成许多丝状液体线，随着数量的增加，液丝变粗并在分散盘边缘断裂，受表面张力作用收缩成球状大液滴，液滴粒径较大，液滴外部经干燥气体干燥而板结，内部越靠近核心越不容易干燥，出现结块现象；

当液滴直接分裂雾化成小液滴，干燥完全；

经计算得到雾化液滴的直径D₀＝8.38×10^-6m，此时之间，易出现结块现象。

步骤4、此时，将经过滤器104过滤后的干燥氮气用压力泵105泵入加热器106，加热至温度t₁为73℃，氮气经过气体分布器110后从顶部进入干燥塔108，此时，氮气通入流量为Q为6000kg/h、水分含量为1.2％，氮气采用垂直顺流式干燥方式，干燥氮气与雾化物进行传质和传热，使雾化液滴的温度升高，其内水分吸热变成水汽从而使马铃薯泥迅速干燥成粉料颗粒，干燥气体携带水汽从排风管道排出，干燥的马铃薯粉料颗粒从塔底料口排出，从料口干燥后的粉料颗粒进行观察，粉料中有球状颗粒，颗粒经粉碎后观察发现，其内部分未干燥完全，与步骤3的公式判断的结果一致，需要增大转速或减小马铃薯泥的进料量使其充分干燥。

实施例2

根据实施例1，为提高干燥效果调整转速，其他工艺条件不变。

如图1所示，干燥过程如下：

步骤3、马铃薯泥用压力泵103压入离心干燥塔108的雾化器109，马铃薯泥的泵入量为G＝125kg/h，水分含量W_S为68％，温度为t₀为22℃，开启雾化器109，转速设定为30000转/分，雾化器高速旋转离心得到的液滴的粒径D₀为：

雾化控制系数k₀为：

k_{0} = a_{0} \times {(0.93 \times \frac{v}{G \cdot (1 - W_{S})})}^{- 0.79}

经计算得到雾化控制系数k₀＝2.52×10^-4，将其带入下列公式：

D_{0} = k_{0} {(\frac{δ \times d_{0}}{110003 \times e_{L} \times g})}^{\frac{1}{3}}

经计算得到雾化液滴的直径D₀＝4.84×10^-6m，此时从而判断干燥完全，确定在此工艺条件下进行干燥。

步骤4、将经过滤器104过滤后的干燥氮气用压力泵105泵入加热器106，加热至温度t₁为73℃，氮气经过气体分布器110后从顶部进入干燥塔108，此时，氮气通入流量为Q为6000kg/h、水分含量为1.2％，氮气采用垂直顺流式干燥方式，干燥氮气与雾化物进行传质和传热，使雾化液滴的温度升高，其内水分吸热变成水汽从而使马铃薯泥迅速干燥成粉料颗粒，干燥气体携带水汽从排风管道排出，干燥的马铃薯粉料颗粒从塔底料口排出，从料口干燥后的粉料颗粒进行观察，粉料干燥完全，偶尔有球状颗粒。

实施例3

根据实施例2，其他工艺条件相同，仅将马铃薯泥的泵入量G增大至200kg/h，研究次条件下的干燥效果。

如图1所示，干燥过程如下：

步骤3、马铃薯泥用压力泵103压入离心干燥塔108的雾化器109，马铃薯泥的泵入量为G＝200kg/h，水分含量W_S为68％，温度为t₀为22℃，开启雾化器109，转速设定为30000转/分，雾化器高速旋转离心得到的液滴的粒径D₀为：

雾化控制系数k₀为：

k_{0} = a_{0} \times {(0.93 \times \frac{v}{G \cdot (1 - W_{S})})}^{- 0.79}

经计算得到雾化控制系数k₀＝3.66×10^-4，将其带入下列公式：

D_{0} = k_{0} {(\frac{δ \times d_{0}}{110003 \times e_{L} \times g})}^{\frac{1}{3}}

经计算得到雾化液滴的直径D₀＝6.21×10^-6m，此时从而判断干燥完全，确定在此工艺条件下进行干燥。

步骤4、将经过滤器104过滤后的干燥氮气用压力泵105泵入加热器106，加热至温度t₁为73℃，氮气经过气体分布器110后从顶部进入干燥塔108，此时，氮气通入流量为Q为6000kg/h、水分含量为1.2％，氮气采用垂直混流式干燥方式，干燥氮气与雾化物进行传质和传热，使雾化液滴的温度升高，其内水分吸热变成水汽从而使马铃薯泥迅速干燥成粉料颗粒，干燥气体携带水汽从排风管道排出，干燥的马铃薯粉料颗粒从塔底料口排出，从料口干燥后的粉料颗粒进行观察，粉料干燥完全，偶尔有球状颗粒。

比较实施例2和3，转速相同的情况下，将马铃薯泥的泵入量G从125kg/h增大到200kg/h，马铃薯生粉的干燥效果相同，但产量上升，单位质量的马铃薯生粉的能耗降低，由此可见，在此工艺条件下，转速设定为30000转/分，马铃薯泥的泵入量G为200kg/h时，干燥效果好且能耗较低。

实施例4

根据实施例3，其他工艺条件相同，仅将马铃薯泥的泵入量G进一步增大至250kg/h，研究此条件下干燥效果。

如图1所示，干燥过程如下：

步骤3、马铃薯泥用压力泵103压入离心干燥塔108的雾化器109，马铃薯泥的泵入量为G＝250kg/h，水分含量W_S为68％，温度为t₀为22℃，开启雾化器109，转速设定为30000转/分，雾化器高速旋转离心得到的液滴的粒径D₀为：

雾化控制系数k₀为：

k_{0} = a_{0} \times {(0.93 \times \frac{v}{G \cdot (1 - W_{S})})}^{- 0.79}

D_{0} = k_{0} {(\frac{δ \times d_{0}}{110003 \times e_{L} \times g})}^{\frac{1}{3}}

经计算得到雾化液滴的直径D₀＝7.41×10^-6m，此时之间，易出现结块现象。

步骤4、此时，将经过滤器104过滤后的干燥氮气用压力泵105泵入加热器106，加热至温度t₁为73℃，氮气经过气体分布器110后从顶部进入干燥塔108，此时，氮气通入流量为Q为6000kg/h、水分含量为1.2％，氮气采用垂直混流式干燥方式，干燥氮气与雾化物进行传质和传热，使雾化液滴的温度升高，其内水分吸热变成水汽从而使马铃薯泥迅速干燥成粉料颗粒，干燥气体携带水汽从排风管道排出，干燥的马铃薯粉料颗粒从塔底料口排出，从料口干燥后的粉料颗粒进行观察，粉料中有球状颗粒，颗粒经粉碎后观察发现，其内部分未干燥完全，与步骤3的公式判断的结果一致，需要增大转速或减小马铃薯泥的进料量使其充分干燥。其中，从排风管道107排出的气体进入过滤器104过滤掉裹挟的粉末后，通入固体干燥剂进行干燥，再用压力泵105泵入加热器106，以便于循环利用气体。

实施例5

根据实施例4，其他工艺条件相同，仅将转速增大至36000转/分，研究此条件下干燥效果。

如图1所示，干燥过程如下：

步骤3、马铃薯泥用压力泵103压入离心干燥塔108的雾化器109，马铃薯泥的泵入量为G＝250kg/h，水分含量W_S为68％，温度为t₀为22℃，开启雾化器109，转速设定为36000转/分，雾化器高速旋转离心得到的液滴的粒径D₀为：

雾化控制系数k₀为：

k_{0} = a_{0} \times {(0.93 \times \frac{v}{G \cdot (1 - W_{S})})}^{- 0.79}

经计算得到雾化控制系数k₀＝3.78×10^-4，将其带入下列公式：

D_{0} = k_{0} {(\frac{δ \times d_{0}}{110003 \times e_{L} \times g})}^{\frac{1}{3}}

经计算得到雾化液滴的直径D₀＝6.412×10^-6m，此时从而判断干燥完全，确定在此工艺条件下进行干燥。

步骤4、将经过滤器104过滤后的干燥氮气用压力泵105泵入加热器106，加热至温度t₁为73℃，氮气经过气体分布器110后从顶部进入干燥塔108，此时，氮气通入流量为Q为6000kg/h、水分含量为1.2％，氮气采用垂直混流式干燥方式，干燥氮气与雾化物进行传质和传热，使雾化液滴的温度升高，其内水分吸热变成水汽从而使马铃薯泥迅速干燥成粉料颗粒，干燥气体携带水汽从排风管道排出，干燥的马铃薯粉料颗粒从塔底料口排出，从料口干燥后的粉料颗粒进行观察，粉料干燥完全，偶尔有球状颗粒。其中，从排风管道107排出的气体进入过滤器104过滤掉裹挟的粉末后，通入固体干燥剂进行干燥，再用压力泵105泵入加热器106，以便于循环利用气体。

实施例6

根据实施例5，其他工艺条件相同，将马铃薯泥的泵入量G增大至300kg/h，研究此条件下干燥效果。

如图1所示，干燥过程如下：

步骤3、马铃薯泥用压力泵103压入离心干燥塔108的雾化器109，马铃薯泥的泵入量为G＝300kg/h，水分含量W_S为68％，温度为t₀为22℃，开启雾化器109，转速设定为36000转/分，雾化器高速旋转离心得到的液滴的粒径D₀为：

雾化控制系数k₀为：

k_{0} = a_{0} \times {(0.93 \times \frac{v}{G \cdot (1 - W_{S})})}^{- 0.79}

D_{0} = k_{0} {(\frac{δ \times d_{0}}{110003 \times e_{L} \times g})}^{\frac{1}{3}}

经计算得到雾化液滴的直径D₀＝7.99×10^-6m，此时之间，易出现结块现象。

实施例7

根据实施例6，其他工艺条件相同，将转速增大至50000转/分，研究此条件下干燥效果。

如图1所示，干燥过程如下：

步骤3、马铃薯泥用压力泵103压入离心干燥塔108的雾化器109，马铃薯泥的泵入量为G＝300kg/h，水分含量W_S为68％，温度为t₀为22℃，开启雾化器109，转速v设定为50000转/分，雾化器高速旋转离心得到的液滴的粒径D₀为：

雾化控制系数k₀为：

k_{0} = a_{0} \times {(0.93 \times \frac{v}{G \cdot (1 - W_{S})})}^{- 0.79}

经计算得到雾化控制系数k₀＝3.37×10^-4，将其带入下列公式：

D_{0} = k_{0} {(\frac{δ \times d_{0}}{110003 \times e_{L} \times g})}^{\frac{1}{3}}

经计算得到雾化液滴的直径D₀＝5.713×10^-6m，此时从而判断干燥完全，确定在此工艺条件下进行干燥。

将实施例1-7实验条件的实验条件为：马铃薯泥的水分含量W_S为68％，温度t₀为22℃的条件下进入干燥塔，干燥塔雾化器的离心盘外径d₀为0.14m，干燥氮气温度t₁为73℃，流量为Q为6000kg/h、水分含量为1.2％，干燥氮气采用垂直混流式或垂直顺流式干燥方式，研究不同马铃薯泥的泵入量和雾化器转速的条件下的干燥效果，结果汇总于表一；

表一、干燥实验结果汇总表

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7
								进料量	125	125	200	250	250	300	300
转速	15000	30000	30000	30000	36000	36000	50000
								干燥效果	未完全干燥	完全干燥	完全干燥	未完全干燥	完全干燥	未完全干燥	完全干燥

根据表一可见，在马铃薯泥的泵入量相同的条件下，增大转速能够使干燥效果更好；在雾化器转速相同的条件下，相应的减小马铃薯泥的泵入量，能够使马铃薯泥干燥完全。综上所述，考虑干燥的能耗和产量，本离心雾化干燥塔在马铃薯泥的水分含量W_S为68％，温度t₀为22℃的条件下进入干燥塔，干燥塔雾化器的离心盘外径d₀为0.14m，干燥氮气温度t₁为73℃，流量为Q为6000kg/h、水分含量为1.2％，干燥氮气采用垂直混流式或垂直顺流式干燥方式的条件下，最佳马铃薯泥的泵入量为250kg/h，雾化器的转速为36000转/分，热能利用率最高。

如上所述，本发明具有如下有益效果：1、制备的马铃薯生全粉，保持了马铃薯原有的营养成分，具有马铃薯固有的气味，色泽较浅，可用作制备各种食品、保健食品的原料；2、该方法简单、不使用护色剂、环境污染小、生产周期短、能耗低、成本低，适于产地初加工，能够产生巨大的经济效益和环境效益。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.一种制备马铃薯生全粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：

D_{0} = k_{0} {(\frac{δ \times d_{0}}{110003 \times e_{L} \times g})}^{\frac{1}{3}}

当液滴分散形成液膜，干燥不完全；

当时，液滴进一步聚集收缩成球状，易出现结块现象；

当液滴直接分裂雾化成小液滴，干燥完全；

当或时，调整转速和马铃薯泥的泵入量G，直至

2.如权利要求1所述的制备马铃薯生全粉的方法，其特征在于，所述步骤3中雾化控制系数k₀的计算公式为：

k_{0} = a_{0} \times {(0.93 \times \frac{v}{G \cdot (1 - W_{S})})}^{- 0.79}

3.如权利要求2所述的制备马铃薯生全粉的方法，其特征在于，所述步骤3中干燥气体的氧气含量低于1％，水分含量低于2％。

4.如权利要求1所述的制备马铃薯生全粉的方法，其特征在于，所述步骤3中雾化器转速v为10000-50000转/分。

5.如权利要求1所述的制备马铃薯生全粉的方法，其特征在于，所述压榨机内氧气含量低于1％，以防止马铃薯在压榨过程中被氧化。

6.如权利要求4所述的制备马铃薯生全粉的方法，其特征在于，所述干燥气体为氮气。

7.如权利要求1-6中任一项所述的制备马铃薯生全粉的方法，其特征在于，所述干燥气体采用垂直向下顺流或混流的方式接触雾化液滴。

8.如权利要求1-6中任一项所述的制备马铃薯生全粉的方法，其特征在于，所述步骤4中干燥气体的温度t₁>t₀且t₁<85℃。

9.如权利要求1-6中任一项所述的制备马铃薯生全粉的方法，其特征在于，所述步骤4中从排风管道排出的气体进行过滤掉裹挟的粉末后，通入固体干燥剂进行干燥，再进入预热器加热后进行循环利用。