婴配乳粉喷雾干燥工艺研究

0 引言

婴幼儿配方乳粉作为出生后 6 至36 月龄婴幼儿的主要营养来源，其配方设计需模拟母乳的能量密度、蛋白脂比例、维矿含量与可消化性结构，对生产过程中的物理结构保留与功能成分活性转化均提出极高要求[1]。喷雾干燥工艺因具备快速脱水、粉体均化与结构成型等特性，已成为乳粉制造的核心环节。在连续热力处理条件下，乳液内部发生多尺度转变，影响粒径分布、水分含量与热敏组分稳定性。为提升干燥效率与产品一致性，需从原料调配、浓缩蒸发、雾化干燥到粉体整形等环节进行系统分析，明确各阶段参数协同关系。本文基于典型婴配乳粉工艺链，对关键流程结构进行详细归纳，探讨喷雾干燥过程中控制要素与成品特性之间的技术关联，形成工程角度的流程描述框架。

1 原料调配

初始配料采用标准化工序，将脱脂乳粉、乳清蛋白液、植物油按比例称量加入主混合槽体，系统设定重量信号闭环校正机制控制精度在±0.2%。混合槽配置变速搅拌机构，转速调控在 60–90rpm 间，物料连续搅拌45分钟避免相分离[2]。温控模块将系统温度稳定维持在55–60℃区间，有效维持脂类液相分布。脂肪部分经板式热交换器预热处理后缓流注入搅拌中心，与蛋白类逐步融合，混合过程中引入微量乳化剂形成初步界面结构。维生素、微量元素类粉末通过双螺杆投料装置分次加载，单次间隔不低于120 秒，采用轴流切割叶片协同扰流结构提高分散度。配置离线式管路样本采集阀，每20 分钟提取代表性液体样本，通过激光粒度分析与流变扫描仪同步检测黏度值、脂球粒径均匀性与液相分布指数。处理结束后物料经两级不锈钢粗细过滤模块过滤，第一段采用200μm 网孔，第二段采用 80μm 高密度金属筛网。最终乳液转入中间暂存罐，开启真空除气系统使液体内溶解气含量降至 0.2% 以下，为浓缩流程提供稳定输入状态。

2 乳液浓缩

中间储罐中的乳液由变频齿轮泵缓慢输送至三效降膜蒸发单元，整套系统采用垂直下行管式结构，热源采用饱和蒸汽热交换控制。进料温度维持在55℃，一效压力约0.095MPa，物料形成连续液膜于内壁下降，蒸发界面保持动态更新。系统流量设定为每小时2.5 吨，依据液体初始固形物浓度在 12%-15%= 间进行蒸发，目标浓度控制至45%[3]。各效之间设有双通路回流支路结构，确保高浓液可控回混，有效维持出口浓度稳定性。蒸发段之间装配金属振膜浓度传感器与折光仪模块，设定每秒采样一次，监测浓缩过程中浓度突变或温度漂移信号，系统自动调节蒸汽压力及真空度配比。真空维持由变频螺杆泵配合水环排气装置共同完成，保持末效蒸发压力在0.025MPa 以下，进一步降低物料热历程总时间。冷凝水经换热板回收用于前段板式预热器，形成蒸汽-热水二级余热利用结构。浓缩末端配有高剪切磁力循环泵，控制出料流速稳定输出至雾化前缓冲罐，过程中设定液面控制阈值区间10cm 内浮动，保障后续雾化段连续供料无间断。设备管壁涂覆防结垢涂层，结合定时喷淋冲洗系统进行周期性界面清洗，整套系统通过PLC 主控单元远程集成至工厂SCADA 平台，支持浓度曲线回溯与操作日志记录分析。

3 雾化热解

高浓乳液自缓冲罐出口经动态调压稳流系统进入雾化组件，采用高速旋转离心盘直径为180mm，转速维持在22000rpm，喷液形成锥形液膜边缘喷出形成液滴群体，粒径控制在 35-70μm 之间。雾化区设有径向喷液角度调节机构，允许在 5°至15°间动态微调，有效覆盖干燥腔体中心区域，提高液滴分布均匀度。干燥塔顶部热风入口安装变频轴流送风机，热源由天然气辐射换热器提供，热空气进口温度设定在190–200℃之间，塔体内温差设定最大不超过 8℃，气流路径采用逆流结构，物料在下沉过程中受热迅速失水成壳。塔体高度14m，底径 6m，内部衬层采用镜面304 不锈钢材料，设有可控刮壁器防止粉体附着影响热场分布[4]。中段热交换区设置热成像扫描装置捕捉颗粒运动轨迹与密度变化，图像数据经后端控制器处理后调整喷液速率与风压参数，实现温度-粒径-含水率三参数耦合调节。干燥段内增设颗粒飞行时间监测模块与电容式含湿传感器，实时输出反馈信号用于修正瞬时干燥时间与最终水分限值匹配。粉体进入下段后经双级旋风分离，一级分离出口连接集粉罐，二级出口气流转入过滤净化系统，经板式冷却器温降至45℃再排出。塔内负压控制通过变频引风机配合排气风道压差计闭环控制，维持整个雾化腔体压力在-250Pa 至-400Pa 之间，确保粉体干燥过程稳定高效。最终干粉经螺旋输送装置连续转入下一流程，避免物料残留及回流混扰。

4 成品整形

初步干燥完成的粉体自塔底排料口经密闭软连接进入冷却单元，采用连续流化床结构，冷风系统进风温度设定在 20–25℃之间，流速为0.3–0.5m/s，粉体在气流浮动状态下完成余热散失。出口处配置防凝露装置与露点传感器联动，实现冷却末段湿度闭环调控。冷却后物料输送至筛分模块，使用三层振动筛组构，分级孔径设置为 200μm 、125μm 与80μm，异常粒径被自动剔除至回收箱，经单独管线返回雾化段重新处理。筛选合格粉体落入混料罐体，按设定比例注入微胶囊化的热敏维生素与功能性寡糖，搅拌采用螺旋刮板式结构，转速维持12rpm，混合周期约为18 分钟，粉层高度动态检测以调整添加进度[5]。混合后物料经负压输送系统送入充氮包装装置，封装在铝复合阻隔袋中，制袋压封装置配有热压宽度调节单元与边缘检测传感器，压封温度设定在 160℃。充氮浓度稳定维持在 99% ，氧含量低于 1%。封装完成后进入称重与金属检测通道，设定质量偏差在±1.5g 内自动剔除。尾端通过激光喷码系统赋予生产日期、批号及产品追溯码，实现全过程信息化管理。

5 结语

本文围绕婴配乳粉生产过程中的关键干燥工艺展开流程化剖析，依次构建了原料调配、乳液浓缩、雾化热解与成品整形四个阶段的操作路径，明确各环节在温控、流场、粒径控制与物性稳定方面的执行策略。通过工艺结构优化与设备参数协同调节，实现了对关键变量的有效约束与全过程的动态衔接，形成可复用的工程范式。在后续研究中，可进一步引入多变量建模技术与过程控制算法，构建实时闭环调控系统，并结合能耗分析、热损评估等评价手段推动干燥效率与产品品质的双向提升，实现婴配乳粉制造过程的精细化与智能化升级。

参考文献

[1]张丽娜，蒲志平，彭小雨，等. 强化OPO、LTF 和CPP 对婴配粉蛋白和脂肪消化特性的影响[C]//中国食品科学技术学会第二十届年会论文集. 2023：117-119.

[2]雷霆，孙忱，王潘文，王博，童邦彦，刘少莉，储小军，何光华.模型预测控制技术在婴配乳粉配料优化中应用[J].核农学报，2024，38（8）：1532-1538.

[3]宋苗苗，王军辉.乳液浓度对豆腐柴果胶/乳清浓缩蛋白冷固型乳液填充凝胶理化性质的影响[J].食品工业科技，2025，46（10）：84-92.

[4]黑龙江飞鹤乳业有限公司，飞鹤（镇赉）乳品有限公司，飞鹤（吉林）乳品有限公司，等. 乳粉及乳粉的制备方法：CN202410987585.4[P]. 2024-11-08.

[5]程健博，王石，陈宝库，杨楠，贾新栋，孙立瑞，张筠.不同下落方式及半成品粒径对配方奶粉中维生素A 维生素C 干混均匀性的影响[J].中国乳品工业，2025，53（3）：76-80.