粉體的制備大致有固相法、液相法和氣相法三種。其中液相法是原料在分子水平上的混合，產物的尺寸和形貌可控，是目前實驗室和工業上廣泛采用的制備粉體的方式。然而，顧名思義液相法是在液體狀態下通過化學反應制取所需粉體的，后續還必須經過干燥處理。在眾多干燥方法中，噴霧干燥法拼憑借耗時短、干燥產品性質穩定、連續、可擴展等突出優勢脫穎而出。

自1865 年最初用于蛋白處理后，噴霧干燥過程機理不斷的被深入研究，如今不僅可以發揮其傳統的干燥脫水功能，還可通過控制工藝條件并結合其他先進技術，開發了多種新型的噴霧干燥技術，能夠有效地控制顆粒的粒徑、形態、孔隙率、形態等理化性質，彌補了粉體粒徑較大、產率低和能耗高等傳統噴霧干燥技術的缺陷，在眾多領域都有廣闊的應用前景。今天，我們來看看有哪些新型噴霧干燥技術。

一、冷凍噴霧干燥技術——應用于多孔顆粒的制備干燥技術

冷凍噴霧干燥機（來源：上海喬楓實業有限公司）

冷凍噴霧干燥技術（spray freeze drying，SFD）是將冷凍干燥和噴霧干燥結合起來的一種非常規干燥技術，主要由低溫噴霧裝置和冷凍干燥裝置組成，與常規的噴霧干燥技術一樣，SFD技術也是先將漿料霧化成細小的液滴來增大液態物料的表面積，以此加強后一階段的傳質速率，不同的是，其并不適用熱空氣將其液滴蒸發干燥，而是用液氮等冷卻介質把霧滴瞬間凍結成冰顆粒，再通過干燥技術，在真空狀態下使凍結的冰顆粒水分升華，干燥成粉體。

基于這種原理，SFD不僅可以與噴霧干燥一樣制備出尺寸分布良好、產品粒徑小的粉體，同時還因為溶液中的水份在凍干過程中在顆粒內部留下微小孔道，增加了顆粒的比表面積，從而獲得生物活性更高、分散性更好的多孔顆粒，大大提高了產品的潤濕性、溶解度以及空氣動力學性能。另外，由于全程都是在低溫狀態下進行的，并不會破壞原料的性質，特別適用于干燥高熱敏性物料。

SFD制備的蛋白樣品（來源：山東愛博科技貿易有限公司）

目前在醫藥領域，SFD技術被廣泛研究用于鼻腔、表皮和肺部給藥等，極高的溶出度和穩定性有利于人體對難溶性藥物的吸收。在食品領域，SFD技術在生產高活性益生菌細胞、具有揮發性化合物的飲料粉、高質量奶粉及其他粉類食品上有很大的發展空間，能更有效地鎖住食物的風味。但當前SFD技術缺乏針對單一或多種產品的中大型設備，阻礙了大規模工業化生產，研制工業用中大型設備將是今后噴霧冷凍干燥設備研制的發展趨勢。

二、過熱蒸汽噴霧干燥技術——更節能環保的噴霧干燥方式

當液體在有限的密閉空間中蒸發時，液體分子通過液面進入上面空間，成為蒸汽分子。隨著蒸發的進行，空間中蒸汽分子的密度不再增大，處于飽和狀態，此時的蒸汽稱為飽和蒸汽，當飽和蒸汽繼續加熱時，蒸汽溫度繼續上升，稱為過熱蒸汽。過熱噴霧干燥技術就是利用過熱蒸汽來干燥物料的，由于過熱蒸汽的溫度通常遠高于物料中水分的沸點，這意味著即使蒸汽中含有一定量的水分，它的高溫仍能夠為干燥提供足夠的熱能，且過熱蒸汽的高溫度與物料的相對低溫度之間存在顯著的溫度差，在物料與過熱蒸汽接觸時，其中的水分會自然地向高溫的過熱蒸汽遷移，迅速升華為水蒸氣，達到干燥的目的。

過熱蒸汽的形成

與傳統熱風噴霧干燥技術相比，過熱蒸汽噴霧干燥以蒸汽作為干燥介質，設備排出的廢氣全部是蒸汽，對環境無污染且無爆炸風險，還可以利用冷凝的方法回收蒸汽的潛熱再加以利用，因而熱效率高。并且由于蒸汽的熱容量要比熱空氣大，干燥介質的消耗量大幅減少，故單位熱耗很低，節能效果顯著。在干燥性能上，由于過熱蒸汽干燥不會發生氧化反應，故干燥后的物料還能很好的保持物料原本的化學性質。

過熱蒸汽閉路循環噴霧干燥機（來源：常州力馬干燥科技有限公司）

隨著人們對食品質量要求的逐漸提高，過熱蒸汽具備的高溫殺菌功能也使得科研人員對過熱蒸汽噴霧干燥技術在食品工業的應用寄予了很大的希望，針對高熱敏性的物質，還可通過降低壓強的方法降低干燥溫度，保證產品質量，更加適應高熱敏性物質干燥的同時，還能使物料充分翻滾，從而實現更徹底的干燥。

三、納米噴霧干燥技術——納米級顆粒的干燥制備

納米噴霧干燥機（來源：來亨科技（北京）有限公司）

納米噴霧干燥技術同樣也是采用噴霧干燥的基本原理，但在結構上有所差異，主要包括高頻振動霧化噴頭、層流加熱系統及高壓靜電收集器。工作時，高頻振動霧化噴頭上下振動，料液可以從微孔中噴出形成具有精確大小的微滴氣霧，在層流加熱系統中，空氣透過多孔金屬泡沫板加熱后，會在噴霧干燥器內的分布非常均勻，避免了局部過熱或過冷的現象，實現顆粒的快速、均勻干燥。在顆粒收集部分，傳統噴霧干燥器是利用重力沉降收集所需粉體，通常粒徑在微米級，且產率約為30～50%。而納米噴霧干燥儀采用了星狀電極(負極)和圓筒狀電極(正極)組成的高壓靜電收集器。利用靜電，納米噴霧干燥器能夠收集300nm～5μm的顆粒，產率也達到了90%以上，實現了高效率的細微顆粒回收。

納米噴霧干燥機結構示意圖

納米級噴霧干燥技術主要應用于納米級顆粒藥物制備領域，相比于微米級顆粒藥物，納米級藥物比表面積大，藥物溶出速率和生物利用度高，因此納米噴霧干燥技術尤其適用于難溶性藥物以及具有緩控釋與靶向功效的納米?；蚣{米復合微球的制備。同時，傳對于熱敏感的材料或產品，層流加熱通常更安全，因為它減少了溫度梯度，操作條件更溫和，降低了熱應力的風險，是制備價格昂貴的蛋白質、多肽類、單克隆抗體等生物大分子藥的理想技術。

小結

隨著對噴霧干燥技術的機理不斷深入研究，結合其他技術的新型噴霧干燥技術不斷涌現，這些新型技術不但具備噴霧干燥技術本身固有的耗時短、干燥產品性質穩定、連續等優勢，還具備一些獨特的自身優勢，如形成多孔顆粒的冷凍噴霧干燥技術、更低耗環保的過熱蒸汽噴霧干燥技術以及用于納米顆粒干燥的納米噴霧干燥技術等，隨著對工業用中大型設備的研制這些技術在食品、醫藥、化工等領域都展現了廣闊的前景。它們為提高產品質量、效率和可持續性提供了有力支持，也為新材料和新產品的研發提供了新的可能性。

粉體圈Corange 整理

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