See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/283055684

Book chapter Spray drying

Data · October 2015

CITATIONS

0READS

2,605

3 authors:

Some of the authors of this publication are also working on these related projects:

Co-encapsulation of omega-3 oil and probiotic bacteria View project

Improving child-nutrition intake by fortifying children’s food with jackfruit seeds proteins and minerals View project

Md Amdadul Haque

Bangabandhu Sheikh Mujibur Rahman Agricultural University

27 PUBLICATIONS   141 CITATIONS   

SEE PROFILE

Yakindra Timilsena

Nu-Mega Ingredients

38 PUBLICATIONS   292 CITATIONS   

SEE PROFILE

Benu Adhikari

RMIT University

288 PUBLICATIONS   4,390 CITATIONS   

SEE PROFILE

All content following this page was uploaded by Yakindra Timilsena on 21 October 2015.

The user has requested enhancement of the downloaded file.

CHAPTER  – 4

Spray DryingM. Amdadul Haque1,Yakindra Prasad Timilsena1 and Benu Adhikari1

Abstract

Spray drying is one of the most preferred methods of converting food andpharmaceutical solutions into powder form. Very high product throughput,hygienic and highly automated process and relatively benign thermal anddehydration stress on products associated with  this process has made  itubiquitous in powder manufacture. Compared to freeze drying, spray dryingis significantly less expensive both in terms of operation and capital costs.In this chapter, key features of spray drying such as underlying operationalprinciple, types of spray nozzles used, the flow pattern of droplets/particlesand  drying  medium  within  the  drying  chamber,  the  particle  formationprocess  of  individual  droplet  are  discussed  in  considerable  detail. Themodelling aspect of a single droplet subjected to spray drying environmenthas  also  been  included.  Finally,  the  most  commonly  consideredcharacteristics of spray dried powders including morphology, crystalline/amorphous nature and solubility are highlighted and discussed.  The contentpresented  in  this  chapter  will  be  very useful  for  practising  engineers,technologists,  researchers  as  well  as  postgraduate  and  undergraduatestudents.

1 Introduction

Drying is one of the oldest technologies of food preservation. It involves removalof water from food materials to lower the free moisture content to an acceptablelevel. The removal of free moisture lowers the water activity and thus preventsthe microbial growth and other moisture mediated deterioration. It substantiallyreduces the packaging, storage and transportation costs and also enables thestorability of product at ambient conditions (Jayaraman and Das Gupta, 1992).As a consequence, several advances in various aspects of drying technologyhave been taken place and some novel and hybrid drying technologies have

Drying Technologies for Foods: Fundamentals & Applications  Pp79-106© Editors, Prabhat K. Nema,Barjinder Pal Kaur,Arun S. Mujumdar, 2015New India Publishing Agency, New Delhi - 110034, India

1School of Applied Sciences, RMIT University, VIC 3001, Australia

80 Drying Technologies for Foods

been developed to improve the efficiency of drying process and to improve theproduct quality and uniformity. Drying technology includes solar drying, cabinetor tray drying, spray drying, fluidized bed drying, foam-mat drying, vacuumdrying and freeze drying and some hybrid drying technologies that combineultrasound and microwave etc.with above mentioned more established dryingmethods (Mothibe et al., 2011).The choice of an appropriate drying methoddepends on the type and characteristics of raw material and the desired attributesof the final product.

2 Spray Drying

Spray  drying  involves  the  atomization  and  drying  (particle  formation)  ofaqueous or organic solutions to produce solid material in a single unit operationusing hot air or inert gas. This technology is suitable for continuous conversionof the above mentioned solutions into dry particulate form. Solutions,emulsions,suspensions, slurries and pastes can be conveniently spray dried provided thatthey  are  pumpable  and  capable  of  being  atomized  (Bankar  et  al.,  2014).Depending  on  the  feed  composition  and  operating  conditions,  the  finalparticulates can be very fine nano-sized powders (210-280 nm), fine powdersin micron size (10-50 m) or agglomerates (up to 3mm) (Gharsallaoui et al.,2007; Jafari et al., 2008). The appearance, flow property, compressibility, bulkdensity, dispersibility, solubility, nutritional value and storage stability of spraydried  powders  depend  on  the  nature  of  the  material  and  the  spray  dryingparameters. One of the most remarkable advantages of the spray drying is itscapacity to process several kinds of materials to produce fairly dried productwith  pre-specified properties. Therefore,  this  technology  is  widely used  inseveral industrial sectors including food, pharmaceutical, biotechnology andchemical industries. Many biological and thermally-sensitive materials suchas milk, fruit juices and pulps, herbal extracts, enzymes, essential oils, aromacompounds and various pharmaceutical drugs have been dried by this process(Filkova et al., 2006). In fruit and vegetable processing, spray drying is usuallysuitable for producing powders from the fruit and vegetable juice or concentrates(Jayasundera et al., 2010).

3 History

The spray drying technology was first  successfully utilized  in 1901 for  theproduction of milk powder from liquid milk (Parihari, 2009). The developmentof nozzle in 1913 for atomization further advanced the spray drying technology(Masters, 1997). The technology was successfully utilized in pharmaceuticalindustries since early 1940s for the production of dry substances and variousexcipients (Ré, 2006). Spray drying has been used in food industry since 1950s

Spray Drying 81

to encapsulate flavour compounds and oils to protect them from loss due tovolatilization and oxidative degradation and thus facilitates handling and furtherprocessing. Due to continuous advances in the technology and the underpinningscience, spray drying has now been established as one of the most convenientmethods of drying of heat-sensitive biological materials such as enzymes andpharmaceutical proteins (Bowen et al., 2013; Donz et al., 2014).

4 Advantages and Disadvantages of Spray Drying

Among  the various  drying methods  employed  in  food and  pharmaceuticalindustries, spray drying is one of the most popular methods and is widely usedto manufacture powders of varying functional properties. The advantages anddisadvantages of this technology are summarized in the ensuing section.

4.1 Advantages

The widespread application of spray drying technology is due to its inherentadvantages. Some of the advantages of this technology are listed below:

i) Drying is instant and produces more or less uniform and spherical particlesfrom nano scale to micron scale sizes with some greater control over sizeand morphology.

ii) It can be easily scaled up. Feed rates can be varied from a few kilogramsper hour to over 100 tons per hour.

iii) The actual spray drying process is very rapid, with the major portion ofevaporation taking place in less than a few seconds. Therefore, the thermaldegradation, denaturation and loss of the nutrients are minimal. It makesthe drying of heat sensitive materials possible with maximum retentionof the active constituents.

iv) Operation is continuous and adaptable to full automatic control.

v) Various designs of the spray dryers are available to meet various productspecifications.

vi) Solutions, slurries, pastes, gels, suspensions and even melts can be spraydried.

vii) Control over the particle size, bulk density, and degree of crystallinity isachievable to a greater extent.

viii) It is reasonably economical, for example, it is 4 to 7 times economicalcompared to freeze drying (Chavez and Ledeboer, 2007).

82 Drying Technologies for Foods

ix) It  also  allows  simultaneous  and  in situ  mixing,  coating,  complexcoacervation and drying of two different feed solutions.

4.2 Disadvantages

Despite  its numerous advantages,this  technology comes with  the  followingdisadvantages.

i) Industrial  spray  dryers,  especially  with  large  capacity,  are  becomingsophisticated in terms of structure and control mechanism. Thus,  theyrequire large initial capital investment.

ii) The  thermal efficiency of spray drying process  is also  relatively poorunless the difference between inlet and outlet temperature is very large(Masters, 1997; Bankar et al., 2014).

iii) In some cases, recovery of the dried powders is difficult and the loss ofproduct occurs due to the escape of fine particles with exhaust air and/orsignificant deposition of the product on the wall of the drying chamber.For example, wall deposition is a major problem in spray drying of sugarand acid-rich products.

iv) Spray  drying  requires  specifically  trained  technical  manpower  forsuccessful operation and maintenance.

5 Working Principle of Spray Drying Process

During spray drying, highly dispersed liquid droplets are brought into contactwith a sufficient volume of hot air to achieve rapid evaporation of solvent sothat the solid particles can be collected. The exhaust air or inert gas laden withmoisture  or  other  solvent  is  allowed  to  escape  the  drying  chamber.  Fig.  1represents the schematic diagram of the spray drying process. The method ofatomization and the arrangement of flow of droplets/particles and the dryingmedium within the drying chamber (co-current, counter-current or mixed mode)are important for minimizing the thermal and dehydration stresses in the product.It is always desirable that the outlet temperature is always held low and thedrying is  achieved as quickly as possible  (Masters, 1997). The evaporativecooling associated with the moisture transfer from droplets to drying mediumkeeps the droplet/particle well below the inlet temperature and even below theoutlet temperature in most of residence time. Therefore, the thermal degradationof even highly heat sensitive materials such as proteins can be minimized inspray drying process (Broadhead et al., 1992).

Spray Drying 83

Spray drying is a mostly convective drying process. There are four fundamentalsteps involved in spray drying (Broadhead et al., 1992; Filkova et al., 2006):(1) Atomization of a liquid feed into fine droplets, (2) Droplet-hot air contact(3) Evaporation of droplet water and (4) Recovery of the powder. In addition,the feedstock is normally concentrated prior to introduction into the spray dryer.The higher solid content in the feed reduces the amount of water (or solvent)that must be evaporated and hence improves  the energy efficiency. Each ofthese steps is described in detail in the subsequent section.

5.1 Atomization

Atomization is the first step in spray drying. It involves atomizing and dispersingthe feed into millions of fine droplets to greatly increase the surface area andthereby to greatly increase the heat and mass transfer (Hede et al., 2008). Weprovided an example (Table 1) of  the extent of  increase  in  the surface areawhen  the  droplet  size  is  successively  decreased.  The  surface  area  of  ahypothetical spherical droplet having a volume of 0.524 m3 and diameter of1m  increases  10,000  times  when  it  is  broken  down  into  uniform sphericaldroplets of 100 micron size (Table 1). The higher the energy applied to achieveatomization, the smaller will be the droplets/particles (Gharsallaoui et al., 2007).Atomization is the most critical step for achieving better operational economyand high product quality. The size distribution of  the liquid droplet and the

Fig. 1: A schematic diagram of a single stage spray dryer

Air exhaust

Cyclone

84 Drying Technologies for Foods

size distribution of the dried powder depend on the type of the atomizers usedand the operating parameters such as rotational speed, pressure drop and flowrate of the liquid substance to be dried (Cheuyglintase, 2009; Masters, 1997).

Table 1: Increase in surface area when the size of droplet is progressively reduced keepingthe volume constant (Calculated values assuming no mass loss during size reduction)

Total volume Diameter Number Surface area Total surface Surfaceof droplets of droplets per droplets of droplets of droplets area ratio(m3) (m2)

0.524 1 m 1 3.14 m2 3.14 1

0.524 1 cm 1106 3.14 cm2 314.16 100

0.524 1 mm 1109 3.14 mm2 3141.59 1,000

0.524 100 m 11012 0.0314 mm2 31415.93 1,0000

0.524 1 m 11018 3.14 m2 3141592.65 1,000,000

Three types of atomizers are commercially available and used in spray dryingoperations. They are:  (a)  Single  fluid pressure nozzle  (b) Two-fluid nozzle(also known as pneumatic atomizer) (c) Rotary atomizer (also known as spinningdisc or centrifugal atomizer). Ultrasonic nozzle is also reported in literature asa novel atomizer (Bittner and Kissel, 1999; Freitas et al., 2004). The choice ofatomizer  type  depends on  the nature  (e.g.  concentration and viscosity) andamount of the feed and the desired characteristics of the dried product (Masters,1997).  For  example,  rotary  atomiser  is  more  suited  for  high  viscosity  andabrasive type of feed.

5.1.1 Single fluid pressure nozzle atomization

The pressure nozzle atomizer has two basic components: a device  to createrotation of feed within the nozzle head and an orifice through which the feed isdischarged as a conical spray (Fig. 2- A). The feed enters into the nozzle underpressure and it exits the nozzle as fine droplets (Broadhead et al., 1992). Thesize of the droplets is determined by the size of the orifice and the operatingpressure. The higher pressure generally results into smaller droplet size. Thedroplets  leave  the atomizer at  an angle of 60o to140o (Shafaee et al.,  2011).Orifice size of the pressure nozzle usually varies within 0.5 to 3.0 mm. As aresult, a single nozzle is limited to somewhere in the order of 750 kg/h of feed,depending on pressure, viscosity, solid content and orifice size. Thus it becomesessential to use multiple pressure nozzles within a drying chamber in industrialspray drying operations in order to meet the desired product throughput. Theoperating pressure  in  industrially  used  pressure  nozzles  ranges  from about1723 kPa to about 68.95 MPa. These atomizers are more commonly used in

Spray Drying 85

spray drying operations in milk, beverages, and food supplement industries.The advantages and disadvantages of pressure nozzles are given below.

Advantages

i) Powder with high bulk density can be achieved

ii) Better powder flowability

iii) Less deposits in the drying chamber

iv) Ability to produce big particles when larger orifice is used

v) When a dual feed/nozzle system is used,  the drying plant can operatecontinuously for extended period of time

vi) Lower installation and operation costs

vii) Relatively high energy efficiency

Disadvantages

i) Difficult to control the spray pattern

ii) Nozzle capacity is the key limitation (multiple nozzles are required)

iii) Higher tendency to clogging

iv) Corrosion and erosion reduces their usable life

v) Difficult to use for high viscosity solutions

5.1.2 Rotary atomization

The rotary atomizer consists of a wheel and radial vanes (Fig. 2- B). The fluidfeed  is  introduced  into  the drying chamber by means of a  spinning disc  orwheel. When  the  feed  is  directed  to  the  wheel  periphery,  the  liquid  feedaccelerates  and  acquires  the  peripheral  speed  of  the  wheel.  The  liquid  isatomized into fine spherical droplets as soon as  the thin film leaves off theedge of the wheel (Broadhead et al., 1992). The rotating wheel also creates anair pumping effect and affects the size distribution of droplets and also causessome degree of aeration in the product. Wheel speed is a critical factor andhigher  speed  at  a  constant  wheel  diameter  and  feed  rate  produces  smallerdroplets (Masters, 1997). The advantages and disadvantages of rotary atomizerare given below.

Advantages

i) Generally greater flexibility & ease of operation. Can handle high feedrates in a single wheel

86 Drying Technologies for Foods

ii) Does not require high pressure feed system

iii) Negligible blockage problems

iv) Suitable even for abrasive materials

v) Control of droplet size can be achieved with relative ease by adjustingthe wheel speed

Disadvantages

i) Requires larger drying chamber

ii) Higher wall deposition occurs especially when sticky foods are used

iii) Higher installation and operating cost as compared to pressure nozzles

iv) Less energy efficient

v) Cannot be used in horizontal dryers

5.1.3 Two-fluid nozzle atomization

In two-fluid nozzle atomizer (Fig. 2-C), liquid feed and the compressed air (orsteam) are the two fluids which are mixed internally or externally. The energyof the compressed gas is utilized to atomize the liquid. In internal mixing, thedrying air is rotated within the nozzle and comes into the contact with the feedliquid within the nozzle. In case of external mixing, the drying air mixes withthe liquid as soon as the liquid emerges from the nozzle. The spray angle of atwo-fluid atomizer should be such that it provides a good mixing between thetwo fluids which cause the liquid jets to be disintegrated into the gas stream.Capacity to produce very fine droplets and handling highly viscous fluids arethe major advantages of two-fluid nozzle atomizer (Masters, 1968). However,the  cost  of operation  is very  high and  therefore  the  two-fluid  nozzles  aregenerally confined to laboratory scale spray dryers (Broadhead et al., 1992).

Spray Drying 87

Fig. 2:Types  of  atomizers: A.  Pressure nozzle, B.  Rotary  atomizer,  C. Two-fluid  atomizer,D. Ultrasonic atomizer

A = GEANiro (http://www.niro.com/niro/cmsdoc.nsf/webdoc/ndkw5y7gkk)B = Svendsen, G. (1996). Rotary atomizer and a method of operating it: US Patent No. 5518180 A.C = http://www.nubilosa.com/About_Nubilosa/Nozzle/hauptteil_nozzle.htmD = S. Berliner, III Consultant in Ultrasonic Processing (http://berliner-ultrasonics.org/uson-5.html)

5.1.4 Ultrasonic atomization

In recent years ultrasound energy has been used in lieu of pressure or centrifugalforce to generate droplets (Fig. 2–D). In this method, a liquid is placed on arapidly  vibrating  surface  at  ultrasonic  frequencies. At  sufficiently  highamplitude, the liquid spreads becomes unstable and collapses resulting in theformation of very fine droplets. These nozzles are excellent for creating dropletsbelow 50 m. Their application is expected to grow over time (Ré, 2006).

88 Drying Technologies for Foods

5.2 Droplet-hot air contact

The second step of spray drying process is mixing of the atomized dropletswith the heated air (or inert gas) stream which facilitates the evaporation ofwater (or solvent) and produces dried powders. For ideal drying process, thefinal product should be sufficiently dry before contacting the chamber wall sothat almost all the final product could be collected.

The contact of the atomized droplets and the drying medium (air or inert gas)can be brought about  in different ways.  In co-current design (Fig. 3-A) thefeed and the drying medium move within the chamber in the same direction.This arrangement is preferred for drying the heat sensitive materials becausethe wet product comes in contact with the driest medium while the progressivelydried product comes into contact with the progressively cooled drying medium.In this method, the high rate of moisture evaporation enable the temperature ofthe dry product to be considerably lower than that of the air leaving the dryingchamber. In this arrangement, the liquid droplets come into contact with theinlet  temperature of  150oC  -220oC which  causes  instant  evaporation of  thewater so that the air temperature drops down to moderate temperature (typically50oC – 80oC) (Gharsallaoui et al., 2007).

In counter-current design, the atomized droplets and the drying medium enterthe drying chamber from opposite directions (Fig. 3-B). In this process, thehottest  air  comes  in  contact  with  the  driest  particles  which  may  result  inunacceptable heat damage in the product (Masters, 1997). However, the countercurrent method is superior in terms of heat utilization and energy economy.Therefore, a combination of co- and counter-current method is developed toharness the benefits of both the methods of droplet-air contact so that superiorproduct quality can be achieved (Fig. 3-C).

Spray Drying 89

5.3 Evaporation of water or solvent from droplets

When the feed droplets come into the contact with hot air, evaporation of watertakes place and the dry powder particles are produced. During evaporation,the temperature and vapour pressure gradients between the droplets and thedrying medium are established such a way that the heat transfer takes placefrom the drying medium to the droplets while the mass transfer takes placefrom the droplets to the drying medium.

Fig. 3: Schematic diagrams of the methods of contact of air with the droplets

C: Mixed-current flow

A: Co-current flowB: Counter-current flow

Injection

90 Drying Technologies for Foods

When the drying medium and droplets come in contact with each other, heattransfer causes increase of  the droplet  temperature until a constant value  isachieved (in  the vicinity of wet bulb  temperature) where most of water  (orsolvent) evaporates from the droplets. In this condition, the rate of diffusion ofwater (or solvent) from within the droplet to its surface remains almost constantand is equal to the surface evaporation rate. Finally, when the solid content inthe  droplet/particle  increases  to  a  certain  value  (corresponding  to  criticalmoisture content) the effective moisture diffusion decreases significantly. Thedrying rate rapidly decreases with the drying front progressively moves to theinterior of the particle. The effective moisture diffusivity and hence the dryingrate becomes the function of nature and concentration of solid. When the driedparticles exit the drying chamber, their temperature is close to the dryer outlettemperature. In practice, as soon as the hot air contacts the feed droplets, thedrying takes place almost instantaneously and rapid evaporation occurs fromthe surface of each droplet. This rapid evaporation keeps the droplet cool untilthe  dry  state  is  reached. Usually,  drying  times  are  of  the  order  of 5–100  s(Corrigan, 1995).

The nature of the product and air inlet and outlet temperatures play importantrole in the drying process. If higher air inlet temperature is used, the water (orsolvent) evaporation and formation of dry particles occur faster. If the differencebetween the inlet and outlet air temperature is larger, the temperature and vapourpressure gradients will be higher which lead to faster evaporation and particleformation. The drying rate also depends on the surface to volume ratio of theatomized droplets (Table 1). The smaller the droplet size, the higher the surfaceto volume ratio and the faster will be the drying process.

5.4 Recovery of powders

The  final  step  in  the  spray drying  process  is  product  recovery.  It  involvesseparation  of  the  dry  product  from  the  drying  medium  which  is  oftenaccomplished using a cyclone and a bag filter placed outside the drying chamber(Fig. 1). The ease or difficulty of separation of particles from the drying mediumdepends on the density of particles, size of the particles and their settling velocitywithin  the  cyclone.  Larger particles are  collected  at  the base  of  the  dryingchamber while the smaller ones are recovered at the cyclone and the bag filter.

6 Droplet Drying and Modelling

In droplet drying process the formation of particles from a solution is mostlythe  kinetic  processes  due  to  short  time  frame. The  vapour  pressure  andtemperature gradients within a drying droplet and the drying medium are the

Spray Drying 91

key driving forces for the mass transfer from, and heat transfer to the droplet.The increasing research interest on spray drying kinetics is motivated by theneed for fundamental understanding of the drying phenomena both at dropletand particulate  levels. During  the  last decades, growing attention has beengiven to theoretical and experimental studies of single droplet drying to betterunderstand the drying behaviour of droplets within the spray drying chamber.To understand the physics of the drying droplets/particles in the spray dryingprocess, the following modelling approaches are available in the literature.

i) Characteristic drying rate curve (CDRC) modelling

ii) Distributed parameter modelling

iii) Reaction engineering approach (REA) modelling

6.1. Characteristic drying rate curve (CDRC) modelling approach

The CDRC  model  is  a  semi-empirical  approach which  uses  a  small  set  ofsimplified equations and allows fast computation and is shown to work wellfor small particles (Keey, 1992). This model does not consider the temperatureand moisture distribution within drying droplets/particles mathematically butempirically lumps the effect of such distributions. This has subsequently beenfound to be useful for scaling up the results of drying kinetics obtained fromsingle droplets to large scale spray dryers (Langrish and Kockel, 2001). In thismodelling  approach,  the  first  drying  stage  is  simplified  by  analogy  withevaporation of a small pure water droplet. The falling rate period is determinedby using relative decrease in dying rate compared to at the critical moisturecontent  which  may  or  may  not  be  linear.  The  critical  moisture  content  isdetermined through separate experiments and depends on the characteristicsof the solid component and the drying conditions (temperature, relative humidityand velocity of drying medium) (Chen and Putranto, 2013).

6.2. Distributed parameter modelling approach

This model considers the moisture and temperature gradients with the droplets/particles during drying and uses set of partial and ordinary differential equations.Due  to  fairly  low Biot Number  (heat),  the  temperature  gradient within  thedroplet/particle  is usually  neglected. Due  to  large Biot  Number  (mass)  themoisture gradient within the droplet/particle is considered. This approach ofmodelling was used to predict the moisture and temperature profiles (Lin andChen, 2006; Adhikari et al., 2003;  2005), expansion and loss of volatiles (Hechtand King, 2000) and surface stickiness (Adhikari et al., 2007) in single dropletssubjected to convective drying. However, the solution of the partial differential

92 Drying Technologies for Foods

equations  used  in  this  modelling approach  is  difficult  due  to  continuouslyreceding evaporation front within the droplet in the falling drying rate period(Mezhericher et al., 2007). To be realistic, there is need of a priori informationon how and how long the droplet/diameter decreases. Nevertheless, when theeffective moisture diffusivity, desorption isotherm, thermal conductivity valuesand air-side properties are  available,  this modelling approach has shown  topredict the experimental data with good accuracy (Adhikari et al., 2007).

6.3. REA modelling

The REA modelling approach is shown to provide good agreement betweenmodel predictions and the experimental data. This approach also does not requirea priori  information on the moisture diffusivity and sorption  isotherm. Thesorption isotherm related information is obtained by reverse engineering. Theordinary differential equations predicting moisture content and droplet/particletemperature histories can be conveniently solved with less computing resources.The mass transfer rate is determined as a function of vapour concentrations atthe droplet interface and in the drying medium. The vapour concentration atthe interface is related to its saturation value with the help of a fractionalitycoefficient. This fractionality coefficient is expressed by using Arrhenius-typeequation using apparent activation energy (AAE) and droplet temperature. Thismodelling approach also needs an empirical correlation between the partialvapour density at  the droplet surface and  the mean moisture content of  thedroplet. This correlation has to be determined experimentally for each materialas a function of moisture content.  The REA approach, despite its simplicity, isproven  to  be  quite  accurate  in  modelling  drying  behaviour  of  number  ofmaterials (Putranto et al., 2011; Haque et al, 2013a). In this model, the massand heat transport equations are resolved as follows (Chen and Xie, 1997).

Mass balance:

bvsatv

vms T

RT

EAh

dt

dXm ,, )()exp( (1)

T

Ahdt

dXm

RTEsatv

bvm

s

v,

,

1

ln

(2)

Spray Drying 93

bbv

v XXfE

E

,

(3)

bbbv RHRTE ln, (4)

where, ms is the dry solid mass of the sample (kg), X is the average moisture

content on dry basis (kg kg-1), t is time (s), hm is the mass transfer coefficient

(m s-1) and A is the surface area of the droplet/particle (m2). v,b

 is the watervapor concentration in the drying medium (kg m -3). Similarly, R is the universalgas constant  (J mol-1K-1), T is  the  temperature of  the droplet/particle beingdried (K) and 

v, satis saturated vapor concentration. E

v is the ‘correction factor’

represents the additional difficulty to remove moisture from the material whenit is not free water or water activity is not 1. E

v,b is the equilibrium activation

energy representing the maximum reachable Ev,b

in a certain drying condition,X

e is the equilibrium moisture content (kg kg-1), RH

b is the relative humidity of

drying air and Tb is the temperature of the drying medium (oK).

Energy balance

vsbpd Hdt

dXmTThA

dt

dTmC )( (5)

where, m is the mass of the droplet/particle (kg), Cpd

 is the specific heat capacityof droplet/particle (J kg-1 K-1), h is the heat transfer coefficient (Wm-2 K-1) andH

v is the latent heat of vaporization of water (J kg-1).

It is essential that the predictions made using the above equations are validatedwith the experimental data. The moisture content and temperature histories ofdroplets measured using a single droplet dryer (SDD) have been used to validatethese model predictions (Lin and Chen, 2002; Adhikari et al., 2007; Haqueet al., 2013a). A schematic diagram of SDD is shown in Fig. 4. This equipmentuses clean and dry air to dry the droplets. The flow rate of the air is controlledby using a  rotameter or mass flow controller. The  temperature of  the air  iscontrolled by using a proportional-integral-derivative (PID) controller.  Thedroplets are suspended on the tip of a very thin (0.1-0.2 mm in diameter) glassfilament. Small changes in temperature and droplet/particle mass can be trackedand recorded by the thermocouples and load cell, respectively. A digital cameratogether with magnifying tube  is attached  to the  instrument  to observe andrecord changes in morphology of the drying droplet. The air temperature, droplettemperature, droplet mass and morphology can be recorded in the computer asa function of time as desired. The moisture and temperature histories of 10%

94 Drying Technologies for Foods

(w/v) -lactalbumin at drying air temperature of 80oC were measured usingthe SDD instrument. The prediction of these two profiles using REA modelling(equations 1 and 5) was carried out. As shown in Fig. 5, the REA modellingfollows the experimental data fairly accurately.

a Air supply regulator g Load cellb Silica gel column h Video camerac Molecular sieve column i Thermocoupled Flow regulator j Air exhauste Heater k Computerf Drying chamber

Fig. 4: A  schematic  diagram  of  single  droplet  dryer  hanged  with  sample  droplets  inthe drying chamber.

Fig. 5: Experimental and predicted temperature (T) and moisture content, MC, (X) profiles of-lactalbumin (10% w/v) droplet during drying at 80oC for 600 s.

Spray Drying 95

7 Modelling of Spray Dryer

Although spray drying technology is widely used in industry, the understandingof droplet trajectory, modelling of mass, heat and momentum transfer processeswithin a spray dryer is still limited to the researchers and dryer manufacturers(Patel and Chen, 2007). Fast drying process, presence of millions of dropletsat any time and complex flow pattern of air drying medium within the chambermake it very difficult to track or observe the spray drying process. However,the recent development of computational fluid dynamics (CFD) modelling toolsand  increased computing power has made it  possible  to  simulate  the  spraydrying process (Dalmaz et al., 2007; Huang et al., 2004; Fletcher et al., 2006).CFD simulations make it possible to simulate events and conditions within thedrying chamber which is not possible by traditional computational spread sheets(Langrish et al., 2004; Woo et al., 2013). CFD modelling tool is able to takeinto account the actual air flow pattern especially at the air inlet region, is ableto accommodate the  internal swirling and also can identify the areas wherelarge number of particles are deposited (Woo et al., 2013). Equations (6) to(10) are the main equations used in CFD software (Norton and Sun, 2006).

Conservation of mass

+ = 0 (6)

Conservation of momentum

( )+ = − + + + (7)

Conservation of energy

( )+ − λ = (8)

= 1− − (9)

= (10)

where, µ is the velocity component (m s-1), t is the time (s), x is the dimensionof Cartesian coordinate (m), ρ is the density (kg m-3), p is the pressure (Pa), δis  the  Kroneckor  delta,  µ is  the  dynamic  viscosity  (kg  m-1  s-1),    g is  theacceleration due to gravity (m s-2), C

a is the specific heat capacity (W kg-1 K-1),

T is the temperature (K),  is the thermal conductivity (W m-1 K-1), ST is the

heat sink or source (W m-3),  is the thermal expansion coefficient (K-1), R is

96 Drying Technologies for Foods

the gas constant (J kmol-1 K-1), Wa is the molecular weight of air (kg kmol-1).

The subscripts i, j are the Cartesian coordinate indexes, ref stands for referenceand a stands for air.

8 Application of Spray Drying

Spray drying is very commonly and widely used in the dairy industry. The rawmilk  first  goes  through  various  unit  operations  such  as  pasteurization,microfiltration and evaporation depending on requirement to increase the milksolid content. This concentrated milk is spray dried to convert into the powder.Milk protein concentrates, whey protein isolates and concentrates are producedthrough spray drying.

Spray drying is also used to produce fruits and vegetables powders such asmango powder, tomato powder and pineapple powder. In addition spray dryingis also used to produce plant protein powders such as peanut protein concentrate(Yu et al., 2007) and lentil protein isolate (Joshi et al., 2011).

Due to high throughput, hygienic and closed loop operation and ability to dryheat  sensitive products,  spray drying is being used  to microencapsulate thefunctionally important but unstable compounds. In this process a wall or coatis formed around the particle which successfully protects the unstable product(Yep et al., 2002). The antioxidant capability of flavonoids can also be betterprotected by spray drying based encapsulation (Sansone et al., 2011). The film/skin or coat forming materials such as gums and proteins are used to coat theunstable core (Krishnan et al., 2005; Bylaite et al., 2001). Spray drying is alsoused to produce dry capsules of omega-3 fatty acids. For example, Eratte et al.(2014)  first  produced  liquid  microcapsules  of omega-3  fatty  acid  throughcomplex coacervation and finally used spray drying to convert  these  liquidcapsules  into powder. Fig. 6 presents  a schematic diagram of encapsulatedparticles where the unstable core is coated by wall material. Spray drying isalso used to microencapsulate food colours (Jime´ nez-Aguilar et al., 2011)and food flavours (Couto et al., 2012).

Fig. 6: Schematic diagram of encapsulated core in shell material produced through spray drying.

Solution of wallmaterial

Core

High speed stirrer

Spray drying

Encapsulated particles

Core

Walmaterial

Spray Drying 97

9 Spray Drying and The Quality of Products

The environment around the atomized droplets normally remains more of lesssaturated during atomization. Although the inlet air enters the chamber at veryhigh  temperature,  the  drop  temperature  remains  close  to  the  wet  bulbtemperature due to evaporative cooling. As the drying progresses, the increasedsolid content reduces the diffusion of water from the droplet surface and thedroplet temperature starts increasing. Towards the end of drying, the temperatureof the particles reaches close to the outlet air temperature. It is suggested thatdue  to  recirculation of  some particles  their  residence  time  is  longer.  It wasobserved that about 2-10 min was required to recover the all dried powdersfrom the drying chamber (Jeantet et al., 2008; Gianfrancesco, 2009; Schmitzet al., 2011). The injurious effect of spray drying on the bioactive compoundsdepends on the sensitivity of  the biomolecules  to heat, composition of feedand spray drying conditions.  In a slow convective drying process requiringlonger  time  (e.g.  single  droplet  drying),  it  was  found  that  the  hydrophobicgroup of  the whey protein -lactoglobulin  is most sensitive  to denaturationcompared to α-lactalbumin and bovine serum albumin (Haque et al., 2014a).The secondary structural features (-helix, -sheet, -turn and random coil)of whey protein isolate  (WPI) were altered significantly when spray dryingwas carried out at 180o/80oC (inlet/outlet) (Table 2). Anandharamakrishnan etal. (2007) conducted series of experiments applying different drying conditionsand feed concentrations to observe the effect of spray drying on WPI. Theyreported that the denaturation of WPI increased by many factors such as highoutlet temperature, high retention time and high solid content in feed. Moreover,the extent of damage to proteins also depends on the structural configuration.For  example,  the  proteins  which  have more hydrophobic  residues  (such  asvaline and isoleucine) and contain more disulfide bonds (such as bovine serumalbumin) are generally more stable during drying (Abdul-Fattah et al., 2007;Haque et al., 2013b).

Table 2: The  composition  (%)  of  secondary  structural  elements of  control  and  spray driedwhey protein isolate (WPI).

Sample                                                             Secondary structural elements (%)

-sheet Random coil -helix -turn

Control WPI 43.0 0.00 22.8 34.2

Spray dried (180/80oC) WPI 38.6 20.7 21.0 19.7

98 Drying Technologies for Foods

10 Prevention of Damage of Heat Sensitive Materials

It is suggested that the thermal, interfacial and dehydration stresses are the mainstresses experienced by droplets during convective drying (Maa and Hsu,1997;Haque et al., 2014b). Measures should be put in place to minimise these stressesto protect the biomolecules from drying induced damage. The process based andmaterial based approaches are normally introduced to mitigate the effect of drying.In the process based approach,mild drying conditions are used to minimise thedamage due to drying (Anandharamakrishnan et al., 2007). In the material basedapproach protectant solids such as sugars (e.g. lactose, trehalose, sucrose) andsurfactants are incorporated in the feed before drying. The sugars protect thebiomolecules by converting  themselves  into glassy solids and occupying  thespace vacated by the evaporating solvent (Bellavia et al., 2011). The surfactantspreferentially cover the air-droplet interface and minimise the interface relatedstresses (Maa et al., 1998).

11 Physical Characteristics of Spray Dried Powders

The physical characteristics of spray dried powders such as particle shape andsize, bulk density and crystalline/amorphous nature have important impact onproduct quality. These physical characteristics regulate the ease or difficultyof handling, transportation and reconstitution of the powder. A good degree ofcontrol over  these powder characteristics can be achieved by adjusting theformulation of feed and operating conditions of spray dryer. Some importantphysical characteristics of spray dried powder  are discussed  in  the ensuingsections.

11.1 Surface morphology

Spray drying normally produces spherical particle. However, this shape canchange depending on the nature of the feed, concentration of solid in the feedand drying conditions. Depending on the formulation of feed and dryer operatingparameters, spray dried particles can be hollow, inflated, distorted, shrivelledand  could  have  folded  surface.  The  scanning  electron  microscope  (SEM)micrographs shown in Fig. 7 presents the particle morphology of spray driedMilk protein concentrate (MPC) (15%, w/w) at 180oC/90oC (inlet/outlet). Ascan be seen in the figure, the overall appearance of the particles is spherical.However, numerous wrinkles/surface folds and blowholes are visible on theparticle surface. This implies that there was formation of thick skin around thesurface  of  the  protein-rich  particles  and  due  to  internal  vaporization  andexpansion the particles become hollow. Due to development of resistive skinon the particle surface the internal water vapour of the particle could not freely

Spray Drying 99

diffuse, which yielded outward pressure on  the skin. This pressure resultedinto formation of folds and blowholes on the surface.

Fig. 7: Scanning electron microscopic (SEM) micrograph of milk protein concentrate powderspray dried at 180oC inlet and 90oC outlet temperature.

11.2 Bulk and particle density

Increased concentration of solids in feed increases the powder particle density(Walton and Mumford, 1999). Higher drying temperature causes inflation orballooning of the particles. Particularly, this is common to skin or crust formingmaterials. This phenomenon decreases  the bulk density of  the powder. Theother factors such as feed flow rate and residual moisture content also affectthe  bulk  density.  The  feed  viscosity  influences  the  manner  and  speed  ofatomization and residence time of particle and ultimately affects the bulk andparticle densities of the produced powder. It was observed that higher flowrate of the atomizing compressed air and the higher pressure across the nozzleproduced smaller particle size and resulted into higher bulk density of tomatopowder (Goula and Adamopoulos, 2005). If higher amount of air is incorporatedduring the rotary atomization, both the particle and bulk density of the resultantpowder are expected to decrease.

100 Drying Technologies for Foods

11.3 Crystalline/amorphous nature

Stickiness  of  powder  surface  especially  in  sugar  and  acid-rich  foods  addsdifficulty in the spray drying due to deposition of powders on the dryer wall(Adhikari et al., 2003). Normally spray drying produces amorphous powders(Chiou  et  al.,  2008).  These  authors  suggested  that  partial  or  completecrystallisation of the powder can reduce the powder stickiness. On the otherhand, Jayasundera et al. (2010) reported that the deposition of sucrose on thedryer wall was so severe that no powder was recovered in the absence of dryingaids.  They  also  found  that  addition  of  only  0.5%  (w/w)  protein  (Sodiumcaseinate) produced essentially amorphous sucrose powder and at  recoveryrate of >82%. The incorporation of surface-active proteins in sugar-rich foodsgreatly minimises  the  stickiness problem. Hence,  it  can  be  argued  that  thecrystallinity in spray dried powders depends not only on nature of the materialsbut also on the drying conditions, feed concentration and residual moisturecontent of the powder. The characteristics of the sugars and  carrier materialsused in spray drying of mango concentrate was found to affect the  crystallinebehaviour of the resultant powder remarkably (Cano-Chauca et al., 2005). Theseauthors  suggested  that  mixing  of  12%  (w/w)  cellulose  and  waxy  starchindividually or together produced crystalline mango powder. Interestingly, useof same amount of maltodextrin as a drying aid produced amorphous mangopowder.

11.4 Solubility of spray dried powders

Solubility is one of the key indicators of quality of spray dried powders. Easeof  reconstitution  makes  the product  attractive  for  use  in  households  or  asingredient in food formulations. The amorphous powders have better solubility;however, they are less stable during processing and storage (Chiou et al., 2008).The concentration and characteristics of carriers or drying aids used duringspray drying, for example gum Arabic and cellulose, also affect the solubilityof the powders (Yousefi et al., 2011). These authors spray dried pomegranatejuice using different carriers at different concentrations and showed that thejuice mixed with maltodextrin  and gum Arabic  yielded amorphous powderand hence resulted into better solubility. On the other hand, the use of waxystarch  as  carrier  produced partially crystalline  powder  with  less  solubility.Besides, outlet  temperatures of >80oC and high feed concentration  (>20%)negatively affected the solubility of whey protein powder due to aggregationof proteins (Anandharamakrishnan et al., 2008). A higher residual moisturecontent in powders was also found to take longer time to dissolve tomato powderin water (Goula and Adamopoulos, 2005).

Spray Drying 101

Concluding Remarks

In this chapter the fundamentals of spray drying technology and its applicationin producing food powders have been discussed in considerable detail. Severalimportant physical characteristics of  the spray dried powders  such as bulk/particle  density,  crystalline/amorphous  nature  and  solubility  have  beenoverviewed. This chapter also briefly discussed about the effect of spray dryingstresses on the structure and denaturation of bio macromolecules, especiallyproteins.The material and process based methods  to minimise  the effect ofthese stresses have also been discussed. The modelling approaches of massand heat transfer in a single droplet level have been overviewed briefly. Althoughthe spray drying technology has been used in producing food powders for morethan a half century, many aspects of this technology are still poorly understood.It is essential to understand and model the mass, heat and momentum transferin the spray drying process incorporating as many droplets/particles as possiblein  the  simulation. The development  of  more  user  friendly  CFD  simulationtogether  with  the  development  of  robust  and  validated  mass,  heat  andmomentum transport models (e.g, distributed parameter) would broaden theapplication of this technology to highly sensitive food materials such as proteinsand antioxidants.

References

Abdul-Fattah, A.M.,  Kalonia, D.S.  and  Pikal,  M.J.  (2007).  The challenge  of drying methodselection  for  protein  pharmaceuticals:  product  quality  implications.  Journal  ofPharmaceutical Sciences, 96: 1886-1916.

Adhikari, B., Howes, T., Bhandari, B.R. and Troung, V. (2003). Surface stickiness of drops ofcarbohydrate  and  organic  acid  solutions  during  convective  drying:  Experiments  andmodeling. Drying Technology, 21 (5): 839–873.

Adhikari, B., Howes, T., Lecomte, D. and Bhandari, B.R. (2005). A glass transition temperatureapproach  for  the prediction of  the surface stickiness of a drying droplet during spraydrying. Powder Technology, 149: 168-179.

Adhikari, B., Howes, T. and Bhandari, B.R. (2007). Use of solute fixed coordinate system andmethod of lines for prediction of drying kinetics and surface stickiness of single dropletduring convective drying. Chemical Engineering and Processing, 46: 405-419.

Anandharamakrishnan,  C.,  Rielly,  C.D.  and  Stapley,  A.G.F.  (2008).Loss  of  solubility  of-lactalbumin and -lactoglobulin during the spray drying of whey proteins. LWT-FoodScience and Technology, 41: 270-277.

Anandharamakrishnan, C., Rielly, C.D. and Stapleya, A.G. F. (2007). Effects of process variableson the denaturation of whey proteins during spray drying. Drying Technology, 25(5):799-807.

 Bankar,  S.K.,  Chaudhari, A.V.,  Mahale,  N.B.  and  Chaudhari,  S.R.  (2014). A  review  onorodispersible tablets prepared using spray dried sustained release microparticles. Journalof Advanced Drug Delivery, 1(2): 82-95.

102 Drying Technologies for Foods

Bellavia, G., Giuffrida, S., Cottone, G., Cupane, A. and Cordone, L.  (2011). Protein  thermaldenaturation and matrix glass transition in different protein-trehalose-water systems. TheJournal of Physical Chemistry B, 115: 6340-6346.

Bittner, B. and Kissel, T. (1999). Ultrasonic atomization for spray drying: a versatile techniquefor  the  preparation  of  protein  loaded  biodegradable  microspheres.  Journal  ofMicroencapsulation, 16(3): 325-341.

Bowen, M., Turok, R. and Maa, Y.F. (2013). Spray drying of monoclonal antibodies: investigatingpowder-based biologic drug substance bulk storage. Drying Technology, 31(13-14): 1441-1450.

Broadhead, J, Edmond Rouan, S. K. and Rhodes, C.T. (1992). The spray drying of pharmaceuticals.Drug Development and Industrial Pharmacy, 18(11-12): 1169-1206.

Bylaite, E., Venskutonis, P. R. and Mapdbieriene, R. (2001). Properties of caraway (CarumcarviL.) essential oil encapsulated into milk proteinbased matrices. European Food Researchand Technology, 212: 661–670.

Cano-Chauca, M., Stringheta, P.C., Ramos, A.M. and Cal-Vidal, J. (2005).Effect of the carrierson  the  microstructure  of  mango  powder  obtained  by  spray drying  and  its  functionalcharacterization. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 6: 420 – 428.

Chavez, B.E. and Ledeboer, A.M. (2007). Drying of probiotics: optimization of formulation andprocess to enhance storage survival. Drying Technology, 25 (7-8): 1193–1201.

Chen,  X.  D. and  Putranto, A.  (2013).  Modelling Drying Processes: A Reaction  EngineeringApproach. Cambridge University Press, New York, USA, pp-20.

Chen, X.D. and Xie, G.Z. (1997). Fingerprints of the drying behaviour of particulate or thin layerfood materials established using a reaction engineering model. Transactions of the Instituteof Chemical Engineers part C: Food and Bio-product processing, 75: 213-222.

Cheuyglintase, K. (2009). Spray drying of fruit juice with vegetable fibre as a carrier. Universityof Canterbury, Christchurch, New Zealand,URI: http://hdl.handle.net/10092/3101.

Chiou, D., Langrish, T.A.G. and Braham, R. (2008). Partial crystallization behavior during spraydrying:simulations and experiments. Drying Technology, 26: 27–38.

Corrigan, O. I. (1995). Thermal analysis of spray dried products. Thermochimicaacta, 248: 245-258.

Couto, R.O., Conceicao, E.C., Chaul, L.T., Oliveira, E.M.S., Martins, F.S., Bara, M.T.F., Rezende,K.R., Alves, S.F. and Paula, J.R. (2012). Spray-dried rosemary extracts: Physicochemicaland antioxidant properties. Food Chemistry 131: 99–105.

Dalmaz,  N.,  Ozbelge,  H.O.,  Eraslan, A.N.  and  Uludag, Y.  (2007).Heat  and  mass  transfermechanisms  in drying  of  a  suspension  droplet:  a  new  computational  model.  DryingTechnology, 25(2): 391-400.

Donz, E., Boiron, P. and Courthaudon,  J.L.(2014). Characterization of  industrial dried wheyemulsions at different stages of spray-drying.Journal of Food Engineering, 126:190-197.

Eratte, D., Wang, B., Dowling, K., Barrow, C.J., Adhikari, B. P. (2014). Complex coacervationwith whey protein  isolate and gum arabic for the microencapsulation of omega-3 richtuna oil.Food & Function. DOI:10.1039/C4FO00296B

Filkova, I., Huang, L.X. and Mujumdar, A.S. (2006). Industrial spray drying systems. In A. S.Mujumdar (Ed.), Handbook of Industrial Drying, 3rd ed. CRC Press, pp. 215-256

Fletcher, D.F., Guo, B., Harvie, D.J.E., Langrish, T.A.G., Nijdam, J.J. and Williams, J. (2006).What is important in the simulation of spray dryer performance and how do current CFDmodels perform? Applied Mathematical Modelling, 30(11): 1281–1292.

Spray Drying 103

Freitas, S., Merkle, H.P. and Gander, B. (2004). Ultrasonic atomisation into reduced pressureatmosphere—envisaging  aseptic  spray-drying  for  microencapsulation.  Journal  ofControlled Release, 95(2): 185-195.

Gharsallaoui, A., Roudaut, G., Chambin, O., Voilley, A. and Saurel, R. (2007). Applications ofspray-drying  in microencapsulation of food  ingredients: An overview. Food ResearchInternational, 40(9): 1107-1121.

Gianfrancesco, A.  (2009).  Spray  drying  engineering:  Particle  stickiness  in  relation  withagglomeration. Dissertation; AgroParisTech; Massy; 2009.

Goula, A.M. and Adamopoulos, K.G. (2005). Spray drying of tomato pulp in dehumidified air:II. The effect on powder properties. Journal of Food Engineering, 66: 35–42.

Haque, M. A., Aldred, P., Chen, J., Barrow, C. and Adhikari, B. (2014a). Drying and denaturationcharacteristics of -lactalbumin, -lactoglobulin and bovine serum albumin in a convectivedrying process. Journal of  Agricultural and  Food Chemistry, 62 (20): 4695–4706.

Haque, M.A. and Adhikari, B.  (2014b). Drying and denaturation of proteins  in  spray dryingprocess.In A. S. Mujumdar  (Ed.),  Handbook of  Industrial Drying, 4th Ed.CRC  Press,Taylor and Francis group, NW, USA, pp 971-984.

Haque, M. A., Putranto, A., Aldred, P., Chen, J. and Adhikari, B. (2013a). Drying and denaturationkinetics of whey protein  isolate  (WPI) during convective air  drying process.   DryingTechnology, 31: 1532-1544.

Haque, M.A., Aldred. P., Chen, J., Barrow, C.J. and Adhikari, B. (2013b). Comparative study ofdenaturation of whey protein isolate (WPI) in convective air drying and isothermal heattreatment processes. Food Chemistry, 141: 702-711.

Hede, P.D., Bach, P. and Jensen, A. D. (2008). Two-fluid spray atomisation and pneumatic nozzlesfor fluid bed coating/agglomeration purposes: A review. Chemical Engineering Science,63(14): 3821-3842.

Huang, L., Kumar, K. and Mujumdar, A.S. (2004). Simulation of a spray dryer fitted with arotary disk atomizer using a three-dimensional computional fluid dynamic model.DryingTechnology, 22(6): 1489-1515.

Jafari, S. M., Assadpoor, E., Bhandari, B. and He, Y. (2008).Nano-particle encapsulation of fishoil by spray drying.Food Research International, 41(2): 172-183.

Jayaraman,  K.S.  and  Das  Gupta,  D.K.  (1992).  Dehydration of  fruits  and  vegetables-recentdevelopments in principles and techniques.Drying Technology, 10(1): 1-50.

Jayasundera, M., Adhikari, B. P., Adhikari, R. and Aldred, P. (2010).The effect of food-gradelow-molecular-weight  surfactants and  sodium caseinate on spray drying of sugar-richfoods.Food Biophysics, 5:128–137

Jeantet, R., Ducept, F., Dolivet, A., Mejean, S. and Schuck, P. (2008). Residence time distribution:A tool to improve spray-drying control. Dairy Science & Technology, 88(1): 31–43.

Jime´ nez-Aguilar, D.M., Ortega-Regules, A.E., Lozada-Ramý´rez, J.D., Pe´rez-Pe´rez, M.C.I.,Vernon-Carter, E.J. and Welti-Chanes, J. (2011). Color and chemical stability of spray-dried blueberry extract using mesquite gum as wall material. Journal of Food Compositionand Analysis, 24: 889–894.

Joshi, M., Adhikari, B., Aldred, P., Panozzo, J.F. and Kasapis, S. (2011). Physicochemical andfunctional properties of lentil protein isolates prepared by different drying methods. FoodChemistry, 129: 1513–1522.

Keey, R.B. (1992). Drying of loose and particulate materials. Hemisphere Publishing: New York.

Krishnan, S., Kshirsagar, A. C. and Singhal, R. S. (2005).The use of gum arabic and modifiedstarch in the microencapsulation of a food flavoring agent. Carbohydrate Polymers, 62:309–315.

104 Drying Technologies for Foods

Langrish, T.A.G., Williams, J. and Fletcher, D.F. (2004). Simulation of the effects of inlet swirlon gas flow patterns  in a pilot-scale spray dryer. Chemical Engineering Research andDesign, 82: 821-833.

Langrish, T.A.G., and Kockel, T.K. (2001).The assessment of a characteristic drying curve formilk powder for use in computational fluid dynamics modelling. Chemical EngineeringJournal, 84: 69-74.

Lin,  S.X.Q.  and  Chen,  X.D.  (2002).  Improving  the  glass-filament  method  for  accuratemeasurement of drying kinetics of liquid droplets.Trans IChemE, 80(4): 401-410.

Lin, S.X.Q. and Chen, X.D. (2006). A model for drying of an aqueous lactose droplet using thereaction engineering approach.Drying Technology,24: 1329–1334.

Maa, Y.F. and Hsu, C.C. (1997).Protein denaturation by combined effect of shear and air-liquidinterface.Biotechnology and Bioengineering 54: 503-512.

Maa, Y.F.,  Nguyen,  P.T.  and  Hsu,  S.W.  (1998).Spray-drying of  air–liquid  interface sensitiverecombinant  human growth hormone.Journal  of Pharmaceutical Sciences,  87(2):152-159.

Masters, K. (1997). Spray Dryers. In C. G. J. Baker (Ed.), Industrial drying of foods. London,UK: Blackie Academic and Professional.

Masters, Keith.  (1968). Spray Drying—The Unit Operation Today.  Industrial & EngineeringChemistry, 60(10), 53-63.

Mezhericher, M., Levy and A., Borde,  I. (2007). Theoretical drying model of single dropletscontaining insoluble or dissolved solids.Drying Technology, 25: 1025-1032.

Mothibe, K. J., Zhang, M., Nsor-atindana, J. and Wang, Y.C. (2011). Use of ultrasound pretreatmentin  drying  of  fruits:  drying  rates,  quality  attributes,  and  shelf  life  extension,  DryingTechnology, 29(14): 1611-1621.

Norton, T. and Sun, D. (2006). Computational fluid dynamics (CFD) - an effective and efficientdesign  and  analysis  tool  for  the  food  industry: A  review.  Trends  in  Food Science  &Technology, 17: 600-620.

Parihari, A. (2009). Performance study of spray dryer using various salt solutions.Master Thesis,National Institute of Technology, Rourkela.

Patel, K.C. and Chen, X.D. (2007). Production of spherical and uniform-sized particles using alaboratory ink-jet spray dryer. Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering, 2: 415–430.

Putranto, A., Chen, X.D., Xiao, Z. and Webley, P.A. (2011). Simple, accurate and robust modellingof various systems of drying foods and biomaterials: A demonstration of the feasibility ofthe reaction engineering approach (REA). Drying Technology, 29: 1519-1528.

Ré, Maria-Inês. (2006). Formulating drug delivery systems by spray drying. Drying Technology,24(4): 433-446.

Sansone, F., Picerno, P., Mencherini, T., Villecco, F., D’Ursi, A.M., Aquino, R.P. and Lauro,M.R. (2011). Flavonoid microparticles by spray-drying: Influence of enhancers of thedissolution rate on properties and stability. Journal of Food Engineering, 103: 188–196.

Schmitz, I., Gianfrancesco, A., Kulozik, A., U. and Foerst, P. (2011).Kinetics of Lysine Loss inan  Infant  Formula  Model  System  at Conditions Applicable  to  Spray Drying.  DryingTechnology, 29: 1876–1883.

Shafaee, M., Banitabaei, S. A., Esfahanian, V. and Ashjaee, M. (2011). An investigation on effectof geometrical parameters on spray cone angle and droplet size distribution of a two-fluidatomizer. Journal of Mechanical Science and Technology, 25(12): 3047-3052.

Spray Drying 105

Walton,  D.E.  and Mumford, C.J.  (1999).  Spray Dried  Products- Characterization  of ParticleMorphology. Transactions of the Institute of Chemical Engineers part A, 77: 21-38.

Woo, M.W. and Bhandari, B. (2013). Spray drying for food powder production. In B. Bhandari(Ed.),Handbook  of  food  powders.Woodhead  Publishing  Limited,  Cambridge,  UK,pp 29-56.

Yep, Y.L.,  Li,  D.,  Mann,  N.J.,  Bode,  O.  and  Sinclair, A.J.  (2002).  Bread  enriched  withmicroencapsulated tuna oil  increases plasma docosahexaenoic acid and total omega-3fatty acids in humans.Asia Pacific Journal of Clinical Nutrition, 11(4): 285-291.

Yousefi, S., Emam-Djomeh, Z. and Mousavi, S.M. (2011). Effect of carrier type and spray dryingon  the physicochemical  properties of  powdered  and  reconstituted  pomegranate  juice(PunicaGranatum L.). Journal of Food Science and Technology, 48(6): 677–684.

Yu, J., Ahmedna and M. Goktepe, I. (2007). Peanut protein concentrate: Production and functionalproperties as affected by processing. Food Chemistry, 103: 121–129.

����

View publication statsView publication stats