去除水分是食品生產(chǎn)的基本工藝，可以說(shuō)是僅次于蒸煮的第二大重要環(huán)節(jié)，兩者都用于穩(wěn)定和保存固體、奶粉和一些流體食品。
水分總有部分殘留，并對(duì)食品造成影響，而這個(gè)問(wèn)題由干燥機(jī)負(fù)責(zé)解決，食品加工商可以通過(guò)多種選擇達(dá)到預(yù)期效果。通常來(lái)說(shuō)，干燥是一個(gè)能源密集的加工過(guò)程，會(huì)對(duì)產(chǎn)品的外觀和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值造成一定的破壞。用的成本獲取穩(wěn)定的干燥效果是當(dāng)下一個(gè)持續(xù)的研發(fā)重點(diǎn)，目前已取得相當(dāng)大的進(jìn)展。
微波真空干燥的個(gè)商業(yè)應(yīng)用是在上世紀(jì)80年代。每一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新的經(jīng)歷都伴隨著痛苦，和電力相比成本更高昂的天然氣對(duì)微波干燥技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了一定阻力。然而低壓微波與凍干技術(shù)的能源表現(xiàn)大相徑庭，其中一種被稱為輻射能量真空（REV）的技術(shù)早在2008年投入應(yīng)用，并逐漸開(kāi)始贏得工業(yè)領(lǐng)域的支持。
今年八月，一家牛肉干產(chǎn)品制造商JackLink成為目前新一家與溫哥華的EnWave公司簽署授權(quán)協(xié)議，并對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行評(píng)估的食物加工商。威斯康星州的Minong肉制品加工廠拒絕討論干燥對(duì)已經(jīng)可以長(zhǎng)期保質(zhì)的產(chǎn)品的價(jià)值何在，但他們對(duì)“各種創(chuàng)新休閑食品”表現(xiàn)出濃厚興趣。然而這兩家與EnWave存在財(cái)務(wù)關(guān)系的剛起步的公司正在進(jìn)一步推進(jìn)長(zhǎng)保質(zhì)期的奶酪休閑食品，這類產(chǎn)品很早就在Costco和Kroger等零售渠道獲得了成功。
水電是太平洋西北地區(qū)幾種能源的一個(gè)重頭，憑借這一點(diǎn)，EnWave可以宣稱自己的低碳足跡，至少該公司所有的設(shè)備都在本土市場(chǎng)運(yùn)行。因?yàn)樵谡婵窄h(huán)境下，沸點(diǎn)降低了一半，微波能量去除了水分但不會(huì)破壞食品的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。
冷凍干燥工藝也可以采用真空，但耗時(shí)相對(duì)更長(zhǎng)，能耗也更多。EnWave公司副總裁BrentCharleton解釋說(shuō)，其主要原因是食品會(huì)發(fā)生多相位的變化。輻射能量真空可以實(shí)現(xiàn)同樣的加工效果，但在時(shí)間和成本上更理想，非常接近空氣對(duì)流干燥。產(chǎn)品被裝入到載體中通過(guò)干燥機(jī)，就像食品被放在家用微波爐里的轉(zhuǎn)盤(pán)上一樣。
華盛頓的NutraDried是一家由EnWave和Enwave董事控股的投資集團(tuán)共同擁有的加工商，成立于去年，主要生產(chǎn)Moon品牌的奶酪。近，他們用一臺(tái)100千瓦的設(shè)備代替了JackLink等使用的10千瓦的系統(tǒng)。
“10千瓦的設(shè)備對(duì)于我們而言或多或少像一條測(cè)試線。我們的產(chǎn)品目前已進(jìn)入了近100家商店，需要更大的設(shè)備�！盢utraDried的首席執(zhí)行官AlanWhittecker解釋說(shuō)。這臺(tái)新的大設(shè)備的產(chǎn)能約為450磅的低含水量（通常小于1%）的新鮮奶酪，保質(zhì)期為12個(gè)月，不添加任何防腐劑或其它添加劑，但具有絕妙的奶酪味道，他說(shuō)。從去年12月2日開(kāi)始，這臺(tái)大容量干燥機(jī)正式開(kāi)始出貨。
奶酪中的水分在蒸發(fā)時(shí)被空氣取代，產(chǎn)品發(fā)生膨脹，像月球上的巖石，Whittecker解釋說(shuō)，這就是產(chǎn)品被命名為Moon的靈感來(lái)源�！八目诟蟹浅０�，不像海綿，很接近凍干奶酪�！彼f(shuō)。烘烤可以生產(chǎn)保質(zhì)期穩(wěn)定的奶酪，“但幾乎沒(méi)有任何口感和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值可言�！睉敉鈵�(ài)好者通常是車(chē)打、豪達(dá)以及杰克辣椒奶酪的消費(fèi)群體，通常2盎司包裝的零售價(jià)為4.99美元。
“這是相對(duì)昂貴的休閑食品，”華盛頓的NutraDriedCreations公司首席執(zhí)行官JohnGibb指出。NutraDriedCreations主要銷(xiāo)售私人標(biāo)簽的新鮮奶酪產(chǎn)品，散裝品牌為Ferndale，包裝品牌為Blaine。Gibb公司在西北區(qū)域推出了Munchies品牌，專門(mén)在Costco銷(xiāo)售。基于良好的銷(xiāo)售業(yè)績(jī)，他預(yù)計(jì)Kirkland版本的奶酪小食將于今年亮相。
精簡(jiǎn)的工程設(shè)計(jì)
設(shè)備的衛(wèi)生設(shè)計(jì)是加工商和OEM商的前沿和核心，但存在著相當(dāng)大的混亂，特別是低含水量食品的應(yīng)用。通常索取報(bào)價(jià)時(shí)就存在問(wèn)題，有些食品企業(yè)在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)時(shí)不一定匹配自己的具體應(yīng)用，其結(jié)果是工程設(shè)計(jì)過(guò)度，產(chǎn)生額外的成本。
創(chuàng)新和運(yùn)營(yíng)卓越聯(lián)盟提出了一項(xiàng)名為“同一個(gè)聲音”（OneVoice）的倡議，其目的就是為了理解設(shè)計(jì)上存在的差距，幫助OEM商更規(guī)范化，從而降低設(shè)備成本。不久前，“同一個(gè)聲音”的工程和解決方案團(tuán)隊(duì)針對(duì)工業(yè)干燥機(jī)開(kāi)發(fā)了一款衛(wèi)生級(jí)設(shè)備，負(fù)責(zé)加工帶糖衣和其它調(diào)味料涂層的谷物即食食品。
“當(dāng)時(shí)我們正在著手研究谷物食品干燥機(jī)的研發(fā)工作，同時(shí)我也是‘同一個(gè)聲音’干燥機(jī)標(biāo)準(zhǔn)指南的制定小組成員之一�！北笨_來(lái)納州布勒Aeroglide公司食品安全經(jīng)理SteveBlackowiak回憶說(shuō)。高等和常規(guī)衛(wèi)生等級(jí)、干濕的不同應(yīng)用都會(huì)對(duì)該公司谷物干燥機(jī)的具體工程設(shè)計(jì)帶來(lái)直接影響。同時(shí)，設(shè)計(jì)還會(huì)體現(xiàn)食品企業(yè)對(duì)低含水量產(chǎn)品的理解，這種理解推動(dòng)Aeroglide考慮一些定制方案。例如，嬰兒顆粒食品和固體寵物食品，這兩類都屬于高衛(wèi)生等級(jí)，需要固體深度清洗，因此所采用的衛(wèi)生設(shè)計(jì)原理相同。
食品加工設(shè)備的衛(wèi)生指導(dǎo)原則非常完備，針對(duì)肉類和家禽的是AMI，針對(duì)乳制品的是3A，針對(duì)烘焙食品的是BISQ，這些對(duì)OEM商而言容易造成困惑，從而對(duì)每一家食品企業(yè)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)有所混淆�！澳悴荒軐�(duì)低含水量產(chǎn)品干燥設(shè)備采用3A標(biāo)準(zhǔn)，否則會(huì)因?yàn)檫^(guò)度設(shè)計(jì)造成成本劇增。”Blackowiak指出。
通過(guò)將ConAgra、Kellogg和MOM（原先的Malt-O-Meal）等大買(mǎi)家集合起來(lái)共同開(kāi)發(fā)統(tǒng)一的指導(dǎo)原則，布勒Aeroglide設(shè)計(jì)了五款包括谷物干燥機(jī)在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)干燥機(jī)模型，對(duì)于個(gè)別買(mǎi)家只需要適度修改。
食品安全，生產(chǎn)化和能源效率是Ceres的設(shè)計(jì)目標(biāo)。直接傳動(dòng)風(fēng)機(jī)替代了舊款干燥機(jī)的皮帶和滑輪，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了三大設(shè)計(jì)目標(biāo)，風(fēng)機(jī)效率更高，更容易清洗，清洗時(shí)間也更短。谷類食品加工商的實(shí)踐證明，干燥機(jī)清洗耗時(shí)為8-14小時(shí)。Ceres可以在兩小時(shí)內(nèi)完成清洗，為客戶增加了6-12小時(shí)的開(kāi)機(jī)時(shí)間。單室設(shè)計(jì)顯著提升了氣流速度，讓工程師能夠?qū)⒃O(shè)備的占地面積縮小4/5，而產(chǎn)量約為每小時(shí)8,800磅。此外，無(wú)鏈?zhǔn)絺魉蜋C(jī)不需要側(cè)面導(dǎo)軌，能夠更好的利用CIP（仍需要部分手工清洗）。
材料科學(xué)更深入的理解也為干燥機(jī)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了革命性的改進(jìn)。布勒的瑞士同事們推出的一款意面干燥機(jī)Ecothermatik是近的一個(gè)典型案例。為了更好控制玻璃化轉(zhuǎn)變，這些科學(xué)家對(duì)面團(tuán)的淀粉——蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，尋找橡膠性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛泊酄顟B(tài)的關(guān)鍵點(diǎn)。結(jié)果表明，與Buhler之前的模型相比，Ecothermatik可以節(jié)省40%的熱能，以及10%的電費(fèi)。
在德國(guó)科隆舉辦AnugaFoodTe展會(huì)上同期召開(kāi)了資源效率研討會(huì)，干燥機(jī)是這次會(huì)議的熱點(diǎn)話題。該展會(huì)每三年舉辦一次，在2012年展會(huì)上干燥機(jī)也是關(guān)注焦點(diǎn)。Ecothermatik在當(dāng)時(shí)被授予了國(guó)際食品技術(shù)獎(jiǎng)，該獎(jiǎng)項(xiàng)用于表彰“幫助食品生產(chǎn)商改進(jìn)工藝的創(chuàng)新技術(shù)”。
與大容量常規(guī)干燥機(jī)（2,750磅/小時(shí)）相比，新系統(tǒng)降低整體運(yùn)營(yíng)成本達(dá)30%。預(yù)干燥機(jī)和主干燥機(jī)不是簡(jiǎn)單的排出潮濕空氣，而是將空氣通過(guò)熱交換器進(jìn)行熱循環(huán)。因?yàn)橐饷婺茉诟虝r(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，因此總干燥時(shí)間縮短了20-25%，干燥機(jī)的占地面積也有所減少。
去除水分是食品生產(chǎn)的基本工藝，可用于保存奶粉等食品
新鮮粉末的干燥
噴霧干燥是食品工業(yè)能耗源之一。GEAProcessEngineering的代表相信，2013年恒天然在新西蘭Darfield工廠使用的噴霧干燥機(jī)是目前世界上的一臺(tái)噴霧干燥設(shè)備，該設(shè)備每小時(shí)產(chǎn)能可達(dá)30噸（66,000磅）。
另一臺(tái)同等產(chǎn)能的設(shè)備將于今年投產(chǎn)。GEA在丹麥的代表拒絕就恒天然的設(shè)備發(fā)表評(píng)論，但他們指出，利用流體動(dòng)力學(xué)（CFD）可以計(jì)算腔室的尺寸，深入了解玻璃化轉(zhuǎn)變過(guò)程。得益于此，近年來(lái)大型噴霧干燥機(jī)能耗降低了5-10%。
“在過(guò)去的10年中，每臺(tái)干燥機(jī)負(fù)責(zé)的產(chǎn)品種類更少，不間斷加工時(shí)間更長(zhǎng)，通常以一周7天，每天24小時(shí)運(yùn)行，奶粉生產(chǎn)線的性能因此得到了顯著提升�！奔夹g(shù)部副總裁ThorvaldUllum在一封郵件中寫(xiě)道。在那樣的生產(chǎn)模式下，只有產(chǎn)品不符合規(guī)格才需要啟停設(shè)備或更換產(chǎn)品。
流體動(dòng)力學(xué)幫助GEA優(yōu)化干燥室的尺寸和形狀，減少所需要的空氣量。蒸發(fā)器冷卻水的回收利用可對(duì)主干燥機(jī)的空氣進(jìn)行預(yù)熱，進(jìn)一步降低能耗。“如今設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間非常長(zhǎng)，這是個(gè)非常大的優(yōu)勢(shì)，尤其是對(duì)設(shè)備維護(hù)周期計(jì)劃得非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪切┕S。”他補(bǔ)充道。部分干燥機(jī)的運(yùn)作“非常接近百的效率”。
大多數(shù)設(shè)備的改進(jìn)效果通常以漸進(jìn)式展現(xiàn)，但運(yùn)用流體動(dòng)力學(xué)等設(shè)計(jì)工具能更好地理解食物本身的相位變化，幫助干燥機(jī)供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)性能和能耗上的重大進(jìn)步。