冷凍噴霧干燥技術及其在三個領域的應用

冷凍噴霧干燥技術是一種非常規干燥技術，它結合了噴霧干燥和冷凍干燥的優點。近年來在食品、醫藥、材料等領域得到了廣泛的應用。完整的冷凍噴霧干燥設備不僅可以生產出高質量的干燥產品，還可以用來研究不同物料的干燥過程。

自1948年首次應用冷凍噴霧干燥技術研究蛋白質顆粒表面積以來，Benson已經發展了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生產亞微米粉末產品，表明冷凍噴霧干燥技術已發展到生產階段。1989年陳祖堯等人首次采用SFD法制備了Ba-Y-Cu-O系復合氧化物超細粉體；1994年，該技術申請了歐洲專利；1998年，MAA等人首次提出用SFD技術制備蛋白質微球；2006年，實現了常壓冷凍干燥代替真空冷凍干燥，降低了SFD技術的能耗。經過半個多世紀的發展，SFD技術逐漸成熟。

典型的SFD結合了噴霧技術和冷凍干燥技術，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液滴。在噴霧過程中，低溫液體泵用于將儲存容器中的低溫液體添加到收集容器中。

（2）凍結

在低溫流體或氣體（空氣、液氮以上的低溫氮氣等）的作用下，上述液滴能迅速冷卻和凍結，形成冰凍的冰粉。收集容器底部裝有磁力攪拌器，連續攪拌液體，使樣品均勻凍結。

（3）干燥

低溫液體揮發后，利用冷凍干燥裝置對冷凍粉末進行干燥，最終得到粉末干燥成品。

1、制藥領域

SFD技術生產的藥物具有生物活性高、溶解度好、粒徑可控等特點，是醫藥領域研究的熱點。因此，SFD技術被廣泛應用于鼻腔、表皮和肺部給藥。

鼻腔給藥要求：鼻腔給藥顆粒的空氣動力學直徑應為4.8~23μm；表皮給藥的空氣動力學直徑應為40~70μm，在m范圍內。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，發現SFD法制備的高胰島素具有高穩定性，適合皮膚給藥。

2、食品領域

SFD技術廣泛應用于生產高活性益生菌細胞、含揮發性化合物的飲料粉、優質奶粉和其他粉狀食品。由于生產過程在低溫下進行，這是保護高揮發性風味化合物的有效方法。王峰等人比較了熱風干燥、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紫山藥粉制備的影響。SFD粉末可以生產出質量更高的紫色粉末。