噴霧干燥技術(shù)問世已有上百年的歷史。1865年蛋液的噴霧處理，1872年美國人賽謬爾·珀西(Samluel Percy)申請了關(guān)于噴霧干燥技術(shù)的專刊，1888年噴霧干燥商業(yè)化應(yīng)用于奶粉、葡萄糖的干燥。由于噴霧干燥具有“瞬時干燥”、“干燥產(chǎn)品質(zhì)量好”、“干燥過程簡單”等特點，明顯優(yōu)于其它干燥方式，到20世紀(jì)三四十年代，該技術(shù)已經(jīng)被廣泛地運用于乳制品、洗滌劑、脫水食品以及化肥、染料、水泥的生產(chǎn)，目前常見的速溶咖啡、奶粉、方便食品湯料等就是噴霧干燥得到的產(chǎn)品。噴霧干燥在我國應(yīng)用的歷史較短，zui早是在20世紀(jì)五六十年代引入前蘇聯(lián)的噴霧干燥機用于染料和鏈霉素的干燥。而目前應(yīng)用也己十分廣泛，遍及了以上所涉及的所有行業(yè)，尤其在陶瓷和制藥行業(yè)，噴霧干燥的應(yīng)用更為普遍。
對于中藥制藥行業(yè)，噴霧干燥技術(shù)的應(yīng)用有其*的作用，簡化并縮短了中藥提取液到制劑半成品的工藝和時間，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。本文就噴霧干燥技術(shù)的研究進行綜述，對其在中藥制備領(lǐng)域中的應(yīng)用前景進行了分析探討。為該技術(shù)的推廣應(yīng)用和提高中藥制藥水平提供借鑒與幫助。
1 噴霧干燥技術(shù)的研究進展
噴霧干燥技術(shù)的核心是流化技術(shù)，具有從流體到固體瞬時干燥的突出優(yōu)勢。其設(shè)備一般是由霧化器(噴頭)、干燥室、進出氣及物料收集回收系統(tǒng)等組成。
1．1 霧化形式
不同的霧化器可以產(chǎn)生不同的霧化形式，按照不同的霧化形式可以將噴霧干燥分為氣流式霧化、壓力式霧化和離心式霧化。
氣流式霧化利用壓縮空氣(或水蒸氣)高速從噴嘴噴出并與另一通道輸送的料液混合，借助空氣(或蒸氣)與料液兩相間相對速度不同產(chǎn)生的摩擦力，把料液分散成霧滴。根據(jù)噴嘴的流體通道數(shù)及其布局，氣流式霧化器又可以分為二流體外混式、二流體內(nèi)混式、三流體內(nèi)混式、三流體內(nèi)外混式以及四流體外混式、四流體二內(nèi)一外混式等等。氣流式霧化器的結(jié)構(gòu)簡單，處理對象廣泛，但能耗大。
壓力式霧化 利用壓力泵將料液從噴嘴孔內(nèi)高壓噴出，直接將壓力轉(zhuǎn)化為動能，使料液與干燥介質(zhì)接觸并被分散為霧滴。壓力式霧化器生產(chǎn)能力大，耗能??；細(xì)粉生成少，能產(chǎn)生小顆粒，固體物回收率高。
離心式霧化 利用高速旋轉(zhuǎn)的盤或輪產(chǎn)生的離心力將料液甩出，使之與干燥介質(zhì)接觸形成霧滴。離心式霧化器受進料影響(如壓力)變化??；控制簡單。
三種霧化原理的理論研究，主要是圍繞噴霧器關(guān)鍵參數(shù)與霧化性能展開，黃立新等對此有綜述報道。這方面研究將有助于噴霧器性能的改進，也有利于應(yīng)用過程中根據(jù)噴霧料液及其產(chǎn)品要求對霧化器進行選擇。
中藥提取液的噴霧干燥，基本上是以離心式霧化和氣流式霧化為進行的，而后者以小型試驗設(shè)備多見。從霧化的實現(xiàn)而言，壓力式霧化需要高壓泵與較大霧化空間，氣流式霧化能耗又很高，這些都限制了它們的應(yīng)用。相對而言，離心式霧化器技術(shù)要求相對較低，是zui容易實現(xiàn)的。
1．2噴霧干燥機理研究
噴霧干燥的效果影響因素很多，除霧化器外，還有干燥室、進出氣及物料收集回收系統(tǒng)以及整個干燥器系統(tǒng)。國內(nèi)外研究人員進行了噴霧干燥的數(shù)學(xué)模型研究，以期給出干燥室內(nèi)氣體流動狀態(tài)和各種熱力學(xué)參數(shù)的分布信息，這對噴霧干燥器的設(shè)計、優(yōu)化以至干燥效果的提高具有重要意義。吳中華等應(yīng)用氣一粒兩相流理論和計算流體力學(xué)(CFD)，結(jié)合噴霧干燥的特點，建立了模擬噴霧干燥室內(nèi)氣體一顆粒兩相湍流流動的CFD模型，并對實驗室脈動燃燒噴霧干燥過程進行了數(shù)值模擬。其結(jié)果具有詳細(xì)、直觀的特點；模擬得到的噴霧干燥室內(nèi)氣相流場和各種熱力學(xué)參數(shù)的分布信息，可以為噴霧干燥器的設(shè)計，干燥過程的優(yōu)化提供參考。戴命和等進行了噴霧干燥過程的熱力學(xué)建模及仿真，根據(jù)質(zhì)平衡原理、熱平衡原理和牛頓定律推導(dǎo)了逆流噴霧干燥過程的一維雙向靜態(tài)熱力學(xué)數(shù)學(xué)模型；它包括了物料溫度方程、熱風(fēng)溫度方程、顆粒速度方程、熱風(fēng)濕含量方程、物料含水率方程：用MATLAB仿真后，得到了增大空氣量比提高空氣溫度
更具技術(shù)經(jīng)濟性的結(jié)論。
1．3噴霧工藝優(yōu)化
在噴霧干燥的實驗研究方面，康智勇_6 J研究了壓力式噴霧干燥塔噴嘴孔徑對粉料的影響，認(rèn)為大孔徑更適于噴霧顆粒的分布向大顆粒集中。王曉蘭等在工廠大生產(chǎn)條件下研究了噴霧干燥的粉粒分布的影響因素，分析了陶瓷坯料泥漿粘度、含水率、噴霧壓力、噴霧器孔徑與粉粒粒度分布之間的關(guān)系，得出其影響系數(shù)由大至小分別為噴霧器孔徑、壓力、粘度、含水率等。在對農(nóng)藥水分散性顆粒噴霧干燥過程的研究中，楊志生等分析了干燥進氣溫度、進料量對干燥產(chǎn)品的懸浮率、粒子密度、粒子形狀等的影響。
噴霧干燥在越來越廣泛的應(yīng)用過程中，已經(jīng)不于傳統(tǒng)的干燥模式，劉相東等進行了脈動氣流的噴霧干燥研究。利用脈動燃燒產(chǎn)生的高頻脈動為氣流對NaCI溶液進行了噴霧干燥試驗，結(jié)果表明：高溫、高頻振蕩氣流下的噴霧干燥比傳統(tǒng)噴霧干燥的蒸發(fā)速率提高了2．5倍。
1．4噴霧干燥技術(shù)的發(fā)展趨勢
噴霧干燥技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其優(yōu)勢明顯，但其理論仍然落后于實踐。突出表現(xiàn)在干燥理論的實踐指導(dǎo)性差。干燥動力學(xué)、非球形顆粒的干燥模擬、噴霧干燥等領(lǐng)域有待進行深入研究。噴霧干燥熱效率低。當(dāng)進風(fēng)溫度小于150 0(；時，其熱容量系數(shù)較低，為80～400Kj·m-1·h-1·℃-1，因而蒸發(fā)強度??；一般的氣流干燥、流化床干燥的熱容量系數(shù)則大于4000Kj·m-1·h-1-℃-1。因此，噴霧干燥的節(jié)能降耗問題就比較突出；亞高溫噴霧干燥(進風(fēng)溫度60～150℃)、常溫噴霧干燥(進風(fēng)溫度60℃以下)、降低能耗與多級干燥都將是今后的研究重點。另外，噴霧干燥技術(shù)與具體的應(yīng)用領(lǐng)域結(jié)合還將用于噴霧冷卻造型、噴霧反應(yīng)、噴霧吸收、噴霧涂層和噴霧造粒等領(lǐng)域。
2噴霧干燥技術(shù)在中藥制藥中的應(yīng)用
2．1 干燥
中藥制劑生產(chǎn)的一般工藝仍以產(chǎn)生大量提取液為特征，應(yīng)用噴霧干燥技術(shù)可以將提取液的濃縮、干燥、粉碎甚至制粒一步完成，避免了傳統(tǒng)蒸發(fā)操作與減壓干燥工藝耗時長、干燥質(zhì)量差的缺點，大大提高了生產(chǎn)效率，同時又能相對提高干燥成品的質(zhì)量，噴霧干燥的中藥提取物為粉末狀或顆粒狀，較傳統(tǒng)干燥成品的流動性好、含水量小、質(zhì)地均勻、溶解性能好，可以直接供片劑、顆粒劑、膠囊劑的成型。
中藥提取液的噴霧干燥研究，一般以進出熱風(fēng)溫度、風(fēng)壓、風(fēng)速、供噴霧料液相對密度及其噴霧輔料為參數(shù)，以干燥成品含水量、吸濕性以及指標(biāo)成分含量為評價指標(biāo)。其主要結(jié)論基本一致，即噴霧干燥時，中藥提取液的相對密度多在1．1 5～1．20之間；進風(fēng)溫度多在150℃以上(150℃～ 200℃)，屬高溫噴霧干燥；而對干燥成品指標(biāo)影響的主要因素則一般認(rèn)為是浸膏比重及風(fēng)溫。熱力學(xué)仿真結(jié)論表明，風(fēng)溫、顆粒溫度及速度、密度、濕含量是噴霧干燥的主要影響因素。因此，對一般中藥提取液的噴霧干燥是否可以考慮：將噴霧料液和進風(fēng)含濕(水)量差、溫度、流量作為噴霧干燥的工藝操作參數(shù)，將干燥成品含水量、粒度及其分布、吸濕性、流動性、均勻性等一般指標(biāo)和成分指標(biāo)作為噴霧干燥的工藝評價參數(shù)；在此基礎(chǔ)上針對不同提取液的性質(zhì)選用不同輔料，進行實驗以使干燥成品達(dá)到設(shè)計要求。
2．2 制粒
噴霧干燥技術(shù)用于造粒有多種方式，一是噴霧干燥后再沿用傳統(tǒng)的濕法或干法制顆粒法，后者即為常用的“噴霧干燥—干壓制粒法“（常州科創(chuàng)噴霧干燥設(shè)備有限公司產(chǎn)品ＦＰＬ廣譜噴霧干燥制粒機）；較之更進一步的則是直接的“噴霧造粒“，即所謂的“一步制?！?。但從嚴(yán)格意義上講，“沸騰造?！?，即為“流化床—噴霧造粒”，該技術(shù)是在引入流化態(tài)的微小顆粒(淀粉、糖粒、結(jié)晶)的基礎(chǔ)上，噴入中藥提取液并使之在顆粒母核的表面上干燥，進而形成較大顆粒，通過顆粒的分層生長或團聚生長zui終得到干燥的產(chǎn)品。
流化噴霧制粒是噴霧干燥制粒的主流，其主要操作工藝參數(shù)為霧化程度(空氣壓力)、顆粒母核粒度、進出風(fēng)溫度、風(fēng)量等；按顆粒母核能否連續(xù)移入移出，可分為間歇式和連續(xù)式兩種類型。于才淵對其機理進行了研究，分析了料液流速、過剩氣流速度、霧化空氣流速以及噴嘴高度等對顆粒成長速率的影響；證實了流化噴霧制粒過程中顆粒的分層生長與團聚生長機理。
從現(xiàn)行的造粒方法看，擠壓制粒、滾轉(zhuǎn)制粒、快速攪拌制粒與流化噴霧造粒相比，后者明顯具有*性，可以將中藥提取液至固體顆粒成型一步完成，且具有質(zhì)量上的優(yōu)勢。當(dāng)然，如果能夠無需引入顆粒母核而直接噴霧干燥制粒，則可*解決中藥提取液濃縮、干燥、粉碎、制粒的一步化工藝技術(shù)難題。劉明樂等通過裝置改進制成了自動噴霧干燥制粒裝置，該裝置由原來的一次噴霧改進為兩次噴霧，可以直接將中藥提取液干燥制粒。但進一步的研究和應(yīng)用尚未見更多報道。
2．3 噴霧干燥在中藥制藥中的其他應(yīng)用方式
除干燥、制粒外，噴霧干燥技術(shù)在中藥及其提取物的制備上，例如揮發(fā)油微囊的制備。另外，噴霧包衣技術(shù)也可以看作為噴霧干燥技術(shù)的應(yīng)用之一。
2．4 中藥噴霧干燥技術(shù)應(yīng)用的問題與展望
噴霧干燥是中藥制藥工業(yè)中較為常用的*技術(shù)之一，應(yīng)用越來越廣泛，但也存在著一些迫切需要解決的問題：中藥提取液噴霧干燥時的粘壁與干燥產(chǎn)品吸潮問題；難于處理粘度較大的浸膏；熱敏感物料在噴霧干燥時的氧化問題；中藥提取液是否能夠真正實現(xiàn)直接噴霧制粒；以及噴霧干燥熱效率低，設(shè)備龐大結(jié)構(gòu)要求高等問題。然而，從以上討論中我們可以看到，通過理論研究，解決這些問題是有可能的：l、粘壁問題是噴霧干燥時出現(xiàn)的老問題，不僅僅出現(xiàn)在中藥的噴霧干燥過程中，問題的出現(xiàn)與被干燥物的性質(zhì)有關(guān)，如半濕物料粘壁、低熔點物料粘壁、粉末吸附以及霧化器與干燥室的結(jié)構(gòu)不良等，因此*可以采取針對措施予以解決，如增加助噴劑、旋壁風(fēng)清掃裝置等；2、中藥噴霧干燥的主要優(yōu)勢在于快速的脫水作用，而對于一些高粘度的物料(稠膏、濾餅等)其水分含量并不是很大，雖然可以用氣流式噴霧干燥器干燥，但*可以采用針對性更強的“閃蒸干燥器”、“熱噴射氣流干燥機“進行干燥與粉碎；3、對于“熱敏性”問題更應(yīng)該用實驗來驗證，一般認(rèn)為噴霧干燥時物料的實際溫度并不高，盧忠東_2 3_實驗已證明含易氧化成分Vc的物料在高溫噴霧干燥(進風(fēng)溫度大于150℃)前后的含量無顯著性差異；當(dāng)然，如果確實存在氧化問題，可以針對解決之，如采用亞高溫噴霧干燥，甚至可以使用“惰性載體噴霧干燥”。對于其他一些問題，文中已有論述。相信充分發(fā)揮優(yōu)勢，噴霧干燥技術(shù)在中藥制藥行業(yè)是大有用武之地的。