喷雾干燥机应用的研究进展

摘要：喷雾干燥技术在我国是一项具发展前景的干燥技术，它能将物料方便快捷地干燥成均一的粉状材料，目前大多数高校和研究所使用的是实验型喷雾干燥机。综述实验型喷雾干燥机的工作原理及应用情况的新进展，在应用方面，主要介绍实验型喷雾干燥机在普通喷雾干燥、微粉化或结构改造以及制备微胶囊方面的具体应用，旨在为实验型喷雾干燥机的应用领域拓展提供理论依据，以提升实验型喷雾干燥
随着现代科技的发展，各行各业对产品原材料的要求越来越高，尤其是粉体材料的制造需求，而喷雾干燥技术就是目前Z常用的物料粉末化干燥方法之一，它可以减少对粉体产品的热效应，保持生物活性。喷雾干燥机的种类较多，但大多数高校和研究所选择实验型喷雾干燥机。其优点为效率高、工序少、节省人力、设备结构相对简单、占地面积小、便捷、产品品质优良。
目前，国内生产的实验型喷雾干燥机主要为离心式喷雾干燥机和双流体喷雾干燥机（即气流式喷雾干燥机）。离心式喷雾干燥的特点是干燥速度快、雾化程度高、设备占地面积相对较大、不易清洗、成本高；双流体喷雾干燥机的特点是体积小巧、不易堵塞、外形美观、控制，玻璃瓶外壁使得试验人员方便研究干燥的过程，可及时调整相应问题，而且所选的高温硼硅的玻璃材质在经过抗静电的处理后可以防止干粉黏壁现象的发生。由于实验室的场地限制、精度要求较高、干燥量不需太多，所以双流体喷雾干燥机是目前实验室的选择，也是被全国各大高校、研究所应用Z多的实验型喷雾干
燥机。8000Y 型小型喷雾干燥仪及:8030Y 型实验型喷雾干燥机是福建农林大学食品科学学院目前应用较多的2 种设备，本文以这类设备为例综述了实验型喷雾干燥机的工作原理及应用情况，旨在提高实验型喷雾干燥机的利用率。
1 工作原理
通过蠕动泵将含有固体成分的液体泵入双流体喷嘴，通过压缩空气将溶液喷射成微小雾滴进入干燥腔。热空气中的小雾滴具有很大比表面积，能够很好地进行热交换使得表面水汽的迅速升华，形成干燥固体颗粒，固体颗粒通过旋风分离器与废气分离后进入收集瓶中。废气则直接排到大气或空气过滤装置[1]。其中，双流体的喷嘴自带有通针，调节通针的频率可以防止喷嘴被堵塞。喷雾颗粒的平均粒径大小可以通过控制压缩空气的流量进行调整。

2 实验型喷雾干燥设备应用情况简介
实验型喷雾干燥机的应用领域广泛，涉及食品产业、制药产业、超微纳米粉体的应用，还有在土壤石油污染的生物修复中也有相应的应用。目前，具体用途主要有普通喷雾干燥、微粉化或结构改造、微胶囊3 种。
2.1 普通喷雾干燥
普通喷雾干燥主要用于大部分纯溶液、胶体溶液、乳浊液，只要Z终干燥产品能表现为均一的固体即可。此法目前已被广泛的应用于各领域的研究中。陈君琛等人[2]为提高大球盖菇漂烫液的营养价值，使用实验型喷雾干燥机对其进行试验。Z终确定其工艺条件是进料的温度为70 ℃，进料量为0.6 L/h，雾化压力为92 MPa，进风温度为172 ℃，此情况下营养精粉的得率为60.26%，含水率为3.2%，抗氧化保留率为83.92%，溶解的时间为65 s。于婷[3]在制备蜂蜜木瓜粉时，运用了实验型喷雾干燥机对物料进行干燥。通过试验改进了它的配方和加工的工艺，Z终确定了其优化工艺参数为压缩空气流量859 L/h，进料量15 mL/min，进风的温度166 ℃。于洋[4]在干燥啤酒的废酵母泥时，为了更好地保护啤酒废酵母泥中的超氧化物歧化酶SOD 活性使用了实验型喷雾干燥机进行试验干燥。其工艺参数为进风量4 320 m3/h，进风温度134 ℃，进料速率3.75 mL/min。龚蜜等人[5]研究了辅料对油菜花粉提取液喷雾干燥的影响。其实验型喷雾干燥机的工艺参数为空气流量50 m3/h，进料量20 mL/min，进口温度150 ℃，正交结果测得Z佳辅料配比为麦芽糊精占油菜花粉提取液固体总量70％，羧甲基纤维素占1％，β- 环糊精为麦芽环糊精1/10。刘晓琳[6]研制王浆蜜粉时，对喷雾干燥技术和冻干技术进行了对比。结果测得，冻干技术所得产品流动性比喷雾干燥所的产品差，其营养价值高于喷雾干燥的产品，但从生产角度看，喷雾干燥更加节能环保，且生产效率高，所以更具优势。其喷雾干燥过程中的操作条件是气体流量为600 L/h，进料流量为20 mL/min，进风温度为160 ℃。此外，苏东晓等人[7-14]使用普通喷雾干燥法进行大球盖菇漂烫液、灵芝蜂蜜粉以及海鲜调味品等方面的实验。此法干燥物料效率高、时间短、产品溶解性和流动性较好，理化性质的变化不显著，所得产品品质较好。
2.2 微粉化或结构改造微粉化或结构改造主要是改变物料的形态，可以对2 种物质进行造粒，这样有利于产品的溶解性和可测性。微粉化的主要优点是可以得到均匀稳定的颗粒大小，提高堆积密度，提高物质的利用率。陈福泉和张本山[15]利用实验型喷雾干燥机改变了玉米原淀粉的形态，增强其理化反应活性，形成非晶颗粒态玉米淀粉。其喷雾干燥的工艺参数是进口的温度为230 ℃，预加热的温度为70 ℃，淀粉乳的质量浓度为150 g/L。汪雷[16]将银杏提取物用实验型喷雾干燥机进行微粉化，结果提高了银杏提取物的溶出度，并加强了其脱脂效果。其喷雾干燥的工艺参数是银杏提取物的溶液流速为20 r/min，进口温度为160 ℃，质量浓度为1.25 g/L。李湘山等人[17]对不同类型泼尼松龙的体系在不同喷雾干燥工艺条件下产生的可以形态进行考察。结果表明，在设备较高温度（150~190 ℃） 的条件下可进行造粒，而在较低温度下（101~140 ℃），基本只是干燥原有的颗粒，没有改变其形态。饶样福[18]制备果蔬微粉片时使用了实验型喷雾干燥机，加入适量的黄原胶、葡萄糖等物质混合造粒。其工艺参数是进风的气压为0.25~0.3 MPa，进口的温度为180~200 ℃，入料温度为60 ℃，出口温度为90~100 ℃，入料质量分数为30％。樊婷等人[19]为提高金银花种有效成分的利用，将金莲花的提取物制备成微粉。其进口温度为80 ℃，进料速率为9 mL/min，雾化气流速度为670 L/h。此法能有效地提高产品溶出度、分散性，在改善生物利用率方面有明显的优势，相比于其他微粉化方法的操作更加简单、经济、安全。
2.3 微胶囊实验型喷雾干燥机可以将物料制成微胶囊或微球，其工艺是将囊心物均匀分散在物料浆液中，再用实验型喷雾干燥机将此混合溶液喷入干燥腔与热空气接触。若囊心物可溶解在其中，即可制成微球；若不溶，则制成微胶囊。这种方法的使用已有几十年的历史，产品被微胶囊包裹后，能够提高产品稳定性，可以抗光照、抗氧化、抗热的能力，易挥发产品的贮藏期可得到延长（如风味物质和香料）。孟宪刚等人[20]以氯化钙、壳聚糖和海藻酸钠为包埋壁材，用实验型喷雾干燥机将面粉改良剂茶多酚制成微胶囊。结果显示，喷雾干燥操作条件是空气流量为750 L/h，进风温度为180 ℃，出风温度为100 ℃，复合壁材比例为海藻酸钠2.5％，壳聚糖为0.8％，氯化钙为4.5％，芯壁材质量比为2∶1，包埋率为73.8％。刘楠楠[21]在制备葱油香精微胶囊时，将复凝聚喷雾干燥的工艺方法进行了优化，利用喷雾干燥法二次包埋葱油香精以提高产品的稳定性。其操作条件是麦芽糊精和阿拉伯胶比例为1∶1，芯材含量为25％，料液浓度为18％，料液温度为50 ℃，进风温度为180 ℃，出风温度为80 ℃。应用此法可得流动性及干燥性优良的粉末微胶囊。刘楠楠[22]用喷雾干燥法来制备芝麻油微胶囊。通过旋转组合试验得到其包埋率高的工艺参数为大豆分离蛋白和阿拉伯胶比例1∶1，芯材含量占固形物含量25％，固形物质含量分数23％，进风温度180 ℃，出风温度80 ℃，进料流量15 mL/min，料液温度50 ℃。李素云等人[23]利用喷雾干燥法，将芥末油进行微胶囊化。他们利用旋转组合试验得出操作条件条件为麦芽糊精与阿拉伯胶比例8∶2，壁材与芯材比例3∶1，固形物含量35％，进料速度15 r/min，进口温度235 ℃，出口温度90 ℃，在此条件下可得到93.1％的包埋率。目前，利用喷雾干燥法制备微胶囊以延长货架期的方法已经被广泛应用。李纲等人[24]曾利用喷雾干燥法将鱿鱼肝油、橄榄汁、大蒜油等产品进行微胶囊化处理。
3 结语
实验型喷雾干燥机目前的应用领域已广泛，且用途日趋多样化。随着社会和科技的快速发展，实验型喷雾干燥机应该加入更多其他新技术的支撑与发展（如超声波技术、微波技术等）。这样不仅能起到节能环保的效果，还能更好地提高产品的品质，将是今后实验型喷雾干燥机改进和升级的研究方向。