当前位置:首页食品资讯中国食品喷雾干燥技术全攻略：原理、参数调控、故障处理，食品生产实操手册

　　核心提示：在食品、制药、化工行业中，喷雾干燥作为现代主要干燥技术之一，被广泛地使用在不同性质的产品上。通过机械作用，喷雾干燥技术能将需要干燥的物料分散成细得像雾一样的微粒与热空气接触，瞬间将大部分水分除去，从而使得物料中固体物质干燥成粉末。

　　在食品、制药、化工行业中，喷雾干燥作为现代主要干燥技术之一，被广泛地使用在不同性质的产品上。通过机械作用，喷雾干燥技术能将需要干燥的物料分散成细得像雾一样的微粒与热空气接触，瞬间将大部分水分除去，从而使得物料中固体物质干燥成粉末。

　　根据原理不同，喷雾干燥可分为压力喷雾干燥法、离心喷雾干燥法与气流式喷雾干燥法。喷头、干燥器、预热器、气粉分离室、空气滤过器、收集桶、鼓风机等是喷雾干燥的常见组成部分。其工作原理是将待干燥的物料通过雾化器分散成雾样微小液滴，与热空气流进行交换，蒸发掉大量水分，进而得到粉末状或细颗粒状的成品或半成品。

　　喷雾干燥技术由三个部分所组成，第一部分是对料液进行雾化处理，第二部分是使被雾化处理的料液与空气接触，第三部分是使干燥后的粉末与空气分离。

　　干燥速度快：料液经雾化器雾化之后体积增大几千倍，细小雾滴与热空气接触过程中瞬间就可以完成90%～95%以上的水分蒸发量，根据不同形式的设备差异，干燥时间能控制在5～30 s 之内，其干燥过程非常迅速。

　　物料不承受高温、适用于热敏性物料的干燥：在喷雾干燥过程中，物料随与热空气非间接接触，但是大部分热量都用来蒸发料液中的水分，物料的温度不会超过高温空气湿球温度，物料不会因为高温空气影响其质量品质，适用于医药等热敏性物料的干燥。

　　应用于从高级合成物到大宗化学品的多种产品的生产。喷雾干燥技术非常适用于料液固含量在0～60%内物料的干燥，通过改变工艺参数，可以以非常高效的方式生产出符合粉末粒度和形状、密度、分散性、多态性和流动特性等精确粉末特性的复杂粉末。

　　喷雾干燥室的温度通常指热风进入塔内的温度。干燥温度是影响喷雾干燥粉末物理化学性质最重要的因素。较高的干燥温度为干燥室提供更多的热量，这增加了干燥速率并降低了喷雾干燥产品的水分。

　　Kha等指出，喷雾干燥温度从120℃增加到200℃能使干燥粉末中的水从5.29%降低到3.88%。喷雾干燥产品的粒度也取决于干燥器入口温度。干燥温度的升高导致水分蒸发加快，这使得微球更快地形成而只有少数的时间收缩，导致得到的颗粒粒径较大。

　　Tonon等指出，随着入口干燥温度从138℃升高到202℃，巴西莓粉的粒径从13.38ｍ增加到20.11ｍ。类似地，番石榴汁粉末的粒度随着入口温度的增加而显著（ｐ＜1%）增加。喷雾干燥粉末的堆积密度随着温度的升高而降低。较大的颗粒可能内部是中空的，或者由于较高的水蒸发速率而具有多孔性或破碎的结构。通常，多孔或碎片颗粒呈现较低的堆积密度。

　　Chegini等证明，因为水比大多数干燥食品固体的密度更大，所以在较高温度下生产的粉末堆积密度低于在低温下生产的粉末，还观察到具有较小尺寸的粉末颗粒具有较大的堆积密度。

　　喷雾干燥粉末的流动性在某些特定的程度上也受干燥温度的影响，随着温度的升高，流动性会降低。溶解度也是粉末产品的重要质量特性，可直接影响喷雾干燥食品的重构行为。随着喷雾干燥温度从120℃升至160℃，粉末的溶解度增加。

　　富含糖的物质，如果汁和蔬菜汁，很难在没有包埋剂的情况下直接喷雾干燥，而壁材就是在喷雾干燥过程中包埋活性成分的聚合物，是喷雾干燥中最重要的因素之一。

　　壁材在喷雾干燥中能大大的提升玻璃化转变温度和产率，并降低粉末产品的黏性和吸湿性。常见的壁材有阿拉伯树胶、麦芽糊精、明胶、淀粉、果胶、甲基纤维素、藻酸盐和磷酸三钙及其组合等。

　　壁材的选择主要根据喷雾干燥的目的和加工材料的物理化学性质。壁材应高度溶于工艺溶剂，有充足的成膜能力，即使在高浓度下也能产生低黏度溶液。对于喷雾干燥，它们一定要有高分子量和高玻璃化转变温度，以改善最终产品的抗黏性。它们一定要能保护敏感化合物免受热、氧和光等的影响。

　　淀粉及其衍生物拥有非常良好的喷雾干燥性能，例如，高分子量和高玻璃化转变温度，在低黏度的冷水中高度可溶，具有抗黏性还可以产生相对致密的粉末。然而，它们的成膜能力比较差，这对于干燥效率尤其是敏感化合物的保存十分不利。

　　与淀粉相比，树胶具备比较好的成膜能力，但玻璃化转变温度相比来说较低。纤维素及其衍生物拥有非常良好的成膜特性和表面活性，但不易消化。淀粉或淀粉衍生物和树胶的组合能改善喷雾干燥的性能，但树胶的含量应低于淀粉或淀粉衍生物。

　　有报道指出，蛋白质，特别是乳清蛋白，具备优秀能力的成膜能力和营养保留能力，经常与淀粉或淀粉衍生物一起使用。

　　在喷雾干燥过程中，进料速度是重要影响因素之一。进料速度决定物料在干燥室、分离器和输送机中的停留时间，同时还影响着物料雾化以及液滴的大小。进料速度基本上取决于雾化器的速度，泵速越高，进料速度越快。但是，较高的进料速度会使热量传递变慢，使得液滴难以充分干燥，轻易造成粘壁现象。

　　此外，Ｔｏｎｏｎ等观察到了液滴直接滴落在干燥室内的现象，这是由于在高料液流速下物料雾化不完全，导致产率降低。较高的进料速度导致液滴和热空气之间只有少数的作用时间，增加了喷雾干燥粉末的水分；另外，较短的接触时间会导致传热和传质效率降低，并导致最终产品中的水分含量较高。

　　随着喷雾干燥过程机理不断的被深入研究和喷雾干燥技术在各行各业中被普遍的使用，本文从近几年国内外喷雾干燥研究成果着手，介绍了此领域最新的研究进展。

　　自从1964 年Werly 等提出喷雾冷冻干燥技术以来该技术在所有的领域内获得了较快的发展，喷雾冷冻干燥是喷雾技术与冷冻技术相结合的一种独特的干燥技术，喷雾冷冻干燥技术首先通过液氮等冷却介质把雾滴冻结成冰颗粒，再通过干燥技术把冻结的冰颗粒脱水干燥成粉体。

　　喷雾冷冻干燥获得的颗粒形态优于喷雾干燥和冷冻干燥，能够得到尺寸分布良好的雾滴，同时，溶液中的水份在冻干过程中在颗粒内部留下微小孔道，这些微孔结构的形成增加了颗粒的比表面积，大幅度的提升了产品的润湿性和溶解度，由于在低温下进行干燥，非常适合于高热敏性物料的干燥，该技术目前已在食品和医药研发领域获得了广泛的应用。

　　为提高阿奇霉素的水溶性和生物利用度，Adeli 等利用喷雾冷冻干燥技术制备了阿奇霉素固体分散体，分析发现，喷雾冷冻干燥技术制备的阿奇霉素的溶出速率高于常规喷雾干燥技术制备的药物的溶出速率，且使用喷雾冷冻干燥法制备的药物的溶出度比常规方法制备药物提高了8.9 倍。

　　Jae-Young Her 等尝试使用喷雾冷冻干燥法制备获得了存活率高达97.7%的一种益生菌粉，且该益生菌粉具有很大的比表面积。

　　S.PadmaIshwarya 等对喷雾冷冻干燥技术在可溶性咖啡的理化指标和香气品质进行了评价，根据结果得出，与使用喷雾干燥与冷冻干燥技术加工的咖啡相比，喷雾冷冻干燥法加工的咖啡保留了特有的低沸芳香化合物的香气品质，拥有非常良好的流动性和速溶性，与同种类型的产品相比具有较大的竞争优势。

　　过热蒸汽喷雾干燥技术是利用过热蒸汽温度高于相应压力下对应饱和温度的特点直接把过热蒸汽与物料接触而达到物料干燥目的，与传统热风干燥技术相比，过热蒸汽比热容量高、使用量小且干燥速度快，具有热效率高，干燥品质好，无氧化和爆炸等风险，节约能源的效果显著等特点。

　　张志辉等采用热空气和过热蒸汽干燥法制备了粉末，根据结果得出，与热空气喷雾干燥相比，过热蒸汽喷雾干燥法粉末橡胶表面存在许多均匀微孔，相对分子质量保持较好。

　　V. V.Sidorchuk 等分别采取了热空气和过热蒸汽喷雾干燥法制备微球形气溶胶，结果发现，与热空气喷雾干燥相比，过热蒸汽喷雾干燥法能够得到尺寸更均匀的微粒。

　　nggun Park 等对热空气与过热蒸汽相结合干燥的节约能源的效果进行了评价，根据结果得出，热空气喷雾干燥处理节约能源的效果为46%～51%，而热空气与过热蒸汽相结合干燥的节约能源的效果为77%～82%。

　　纳米级喷雾干燥技术主要使用在于纳米级颗粒药物制备领域，相比于微米级颗粒药物，纳米级药物比表面积大，药物溶出速率和生物利用度高，因此纳米喷雾干燥技术非常适合于难溶性药物的制备领域。

　　瑞士Buchi 公司开发研制的B90 型纳米喷雾干燥器可以直接制备粒径在0.3～0.5m 颗粒药物，纳米级喷雾干燥设备由高频振动雾化器，层流加热器及高压静电收集器等部分构成。

　　在纳米喷雾干燥器中，液体流经电驱动的振动网状雾化器雾化成细小的液滴，在干燥室中进行干燥以产生固体颗粒，最后由静电干粉收集器分离收集。

　　传统的喷雾干燥技术一般都会采用压力式雾化器把液体雾化并与热空气接触干燥后经旋风分离器收集固体颗粒，产率约为30～50%，而纳米级喷雾干燥器采用高压静电收集器收集固体颗粒，产率可达90%以上。

　　周扬等采用纳米喷雾干燥技术制备了载药量为30%、收率高达89%、吸湿性良好的生地黄低聚糖微粉。

　　TaoranWan 等采用纳米喷雾干燥技术制备了固体脂质纳米粒和纳米结构脂质载体，并通过创新的纳米喷雾干燥技术将所得的脂质胶体颗粒转化为固体粉末，获得的固体粉体呈聚集状，球形粉体细小、均匀。

　　另外，针对喷雾干燥塔内的物料燃烧和爆炸现象，还可采取一些措施最好能够降低损失，如在干燥室顶部装爆炸放气阀；在干燥室安装若干活门，在压力上升到某个地步时自动打开；在干燥室设计时就考虑到爆炸的可能性而将室壁加厚等。

　　适当减少进料量；适当提高热风的进口和出口温度；在开始喷雾时， 流量要小， 逐步加大， 调节到适当时为止；检查管道是否堵塞， 调整物料固形物含量， 保证料液的流动性。

　　其一，喷雾干燥机物料中含有杂质，在过滤时没有过滤掉，处理方法是对空气过滤器进行全方位检查，过滤网依据情况进行更换；

　　其二，物料料液的纯度不高，处理方法是对料液进行抽样检测，把料液中的杂质过滤掉；

　　1） 喷头的清洗和保养不当引起的喷盘内附有残留物质或主轴产生弯曲和变形；

　　如果旋风分离器出现一些明显的异常问题，或者除尘性能低，就易发生跑粉现象。针对此现状，前者解决办法是对旋风分离器进行全方位检查，查看是不是有缺口，以及气密性是否完好；后者处理方法是适当增加二级除尘。

　　技术人员表示，一般而言，喷雾干燥机的雾化盘和轴承是产生噪音的主要部位，所以用户假如发现设备噪音大，应对这两个部位进行全方位检查，主要是看雾化盘是否处于平衡状态、轴承工作是不是正常以及润滑油的添加是不是正确，假如发现有损坏，应立即修理或更换。

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