冷凍噴霧干燥技術(shù)及其在三個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用

冷凍噴霧干燥技術(shù)是一種非常規(guī)干燥技術(shù)，它結(jié)合了噴霧干燥和冷凍干燥的優(yōu)點(diǎn)。近年來在食品、醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。完整的冷凍噴霧干燥設(shè)備不僅可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的干燥產(chǎn)品，還可以用來研究不同物料的干燥過程。

自1948年首次應(yīng)用冷凍噴霧干燥技術(shù)研究蛋白質(zhì)顆粒表層積以來，Benson已經(jīng)發(fā)展了70多年，并取得了一些具有代表性的研究成果。例如，1964年，Werly利用冷凍噴霧干燥技術(shù)生產(chǎn)亞微米粉末產(chǎn)品，表明冷凍噴霧干燥技術(shù)已發(fā)展到生產(chǎn)階段。1989年陳祖堯等人首次采用SFD法制備了Ba-Y-Cu-O系復(fù)合氧化物超細(xì)粉體；1994年，該技術(shù)申請(qǐng)了歐洲專利；1998年，MAA等人首次提出用SFD技術(shù)制備蛋白質(zhì)微球；2006年，實(shí)現(xiàn)了常壓冷凍干燥代替真空冷凍干燥，下降了SFD技術(shù)的能耗。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，SFD技術(shù)逐漸成熟。

典型的SFD結(jié)合了噴霧技術(shù)和冷凍干燥技術(shù)，主要由低溫噴霧裝置和冷凍干燥裝置組成。SFD工藝示意圖如圖1所示，一般包括三個(gè)步驟：霧化、冷凍和干燥。

（1）霧化

霧化裝置用于將要干燥的液體霧化成細(xì)液滴。在噴霧過程當(dāng)中，低溫液體泵用于將儲(chǔ)存容器中的低溫液體添加到收集容器中。

（2）凍結(jié)

在低溫流體或氣體（空氣、液氮以上的低溫氮?dú)獾龋┑淖饔孟拢鲜鲆旱文苎杆倮鋮s和凍結(jié)，形成冰凍的冰粉。收集容器底部裝有磁力攪拌器，連續(xù)攪拌液體，使樣品均勻凍結(jié)。

（3）干燥

低溫液體揮發(fā)后，利用冷凍干燥裝置對(duì)冷凍粉末進(jìn)行干燥，最終得到粉末干燥成品。

1、制藥領(lǐng)域

SFD技術(shù)生產(chǎn)的藥物具有生物活性高、溶解度好、粒徑可控等特色，是醫(yī)藥領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。因此，SFD技術(shù)被廣泛應(yīng)用于鼻腔、表皮和肺部給藥。

鼻腔給藥要求：鼻腔給藥顆粒的空氣動(dòng)力學(xué)直徑應(yīng)為4.8~23μm；表皮給藥的空氣動(dòng)力學(xué)直徑應(yīng)為40~70μm，在m范圍內(nèi)。表皮給藥可顯著提高藥物的生物利用度。Heiko schiffter等研究了高胰島素載量無針彈道藥物緩釋顆粒的可行性，發(fā)現(xiàn)SFD法制備的高胰島素具有高穩(wěn)定性，適合皮膚給藥。

2、食品領(lǐng)域

SFD技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)高活性益生菌細(xì)胞、含揮發(fā)性化合物的飲料粉、優(yōu)質(zhì)奶粉和其他粉狀食品。由于生產(chǎn)過程在低溫下進(jìn)行，這是保護(hù)高揮發(fā)性風(fēng)味化合物的有效方法。王峰等人比較了熱風(fēng)干燥、噴霧干燥、真空冷凍干燥和冷凍噴霧干燥干燥等干燥方法對(duì)紫山藥粉制備的影響。SFD粉末可以生產(chǎn)出質(zhì)量更高的紫色粉末。

3、材料領(lǐng)域

近年來，冷凍干燥法制備無機(jī)納米粉體的應(yīng)用越來越廣泛。采用冷凍干燥法制備了不同粒徑的納米顆粒。大多數(shù)研究人員認(rèn)為，冷凍干燥法制備的納米粉體具有粒徑均勻、純度高、無硬團(tuán)聚、比表層積大、粒徑小等特色。冷凍噴霧干燥干燥是一種比米粉制備更有效的方法。