改善易吸湿粉体流动性的研究进展

刘苑琳，张凤兵，柳志杰，刘政芳*

1. 湖北工业大学生物工程与食品学院（武汉 430064）；2. 安琪酵母股份有限公司（宜昌 443003）

粉体是由多种小颗粒物质组成的集合体。多数粉体中含一些有机成分，如粉状中药提取物、粉状酵母抽提物等会表现出特殊的物理性质，如易吸湿性和较大的比表面积，进而流动性变差，黏度增加，凝聚，结块，影响最终产品品质[1-2]。在易吸湿粉体研究中，各化学成分含量和品质变化备受关注，然而这些成分含量很低，对其监控难度较大[3]。在实际生产过程中，更多采用粉体的物理性质来间接反映粉体品质变化，如可压性、吸湿性、黏性等，然而这些物理性质最终可通过粉体流动性表征[4-5]。粉体流动性是其性能重要指标，提高粉体流动性，对其生产工艺、运输、储存和填充具有重要意义。因此，对易吸湿粉体流动性研究非常有必要。

1 影响粉体流动性的因素

影响粉体流动性的因素很多，可分为环境因素（如温度、湿度等）和粉体自身因素（如粉体粒径、表面状态、形态等）。

1.1 温度

随着温度升高，粉体流动性呈现先增加后降低趋势。这是因为在低温下，粉体颗粒的致密度随着温度升高而增加；温度过高时，粉体附着力增加[6-7]。

1.2 水分

随着粉体水分增加，粉体流动性具有先极缓慢降低再缓慢降低最后快速降低趋势：粉体干燥时，颗粒之间的静电相互作用导致颗粒彼此吸引并结合；粉体含水量低时，水分子被吸附在颗粒表面上，并且吸附水对粉体流动性几乎没有影响；粉体含水量高时，吸附水周围会形成一层薄膜水，并且对颗粒之间的相对运动具有很大的影响；含水量超过最大分子结合水时，粉体流动性将迅速恶化并且整体流动性丧失[8]。

1.3 粒度

粒径越小，比表面积越大，静电作用和分子吸引力越强，并且颗粒之间发生吸附、聚集和粘结的可能性越大，便会影响粉体流动特性[9-10]。

1.4 形态

即使粉体粒径大小相等，不同形态粉体也具有不同的流动性。球形颗粒具有最佳流动性，因为它们具有最小接触面积；片状或枝状颗粒表面的不规则颗粒之间存在大量剪切力和平面接触点，因此具有较差流动性[11]。

1.5 粉粒间相互作用

粉粒间的摩擦和内聚性质对粉体流动性有一定的影响。对于不同粉体粒径和形态，摩擦和内聚性对粉体流动性的影响也不同。颗粒较大时，颗粒之间内聚力远小于体积力，此时，颗粒形态是关键因素；颗粒很小时，颗粒之间内聚力远大于体积力，此时，颗粒之间的内聚力是关键因素[12]。

2 改善粉体流动性的措施

针对影响粉体流动性的因素，国内外学者对改善易吸湿粉体流动性开展研究。

2.1 粉体表面改性

改性技术是通过物理或化学方法来改变粉体的表面或界面物理化学性质（如表面原子层的结构或官能团，极性和带电性质）以改善粉体性能的一项技术。

2.1.1 物理改性

物理改性技术主要是改变粉体粒子形态和大小，改变的方法如Comilling表面包裹技术得到普遍应用。表面包覆技术又称为表面涂层或涂覆技术，通过物理方法或者范德华力使改性剂与粉体粒子相连接，而不会引起其他化学反应，此类改性剂主要有超分散剂、表面活性剂等，常用方法有机械磨压和混合、粉末沉积等[13-14]。余艳宏等[15]研究纳米SiO2对中药浸膏粉流动性的影响，将7种浸膏粉中分别加入1%的纳米SiO2，并用Comil粉碎整粒机进行处理，比较处理前后粉体指标变化；结果发现，改性处理后样品的休止角等指标都得到显著性改善，流动性能得到明显提高；分析其原因发现，纳米SiO2粒子与浸膏粉体粒子的粒径比较小时，SiO2粒子被粉体分子间作用力吸附，构成核-壳式（包覆式）的牢固结构。

由于物理表面改性技术具有工艺简单、产品效果良好、生产率高且不改变化学结构等优点而被广泛采用，其中通过分散、撞击等机械法使改性剂紧密粘附在主体粒子表面是表面包覆改性的关键，但表面改性剂比表面积较大，容易出现团聚而影响包覆效果[16]。曾荣贵等[17]将1%疏水性纳米级二氧化硅加入到穿心莲浸膏粉中，分别采用不同工艺制成药粉，分别研究各粉体流动特性指标变化；结果表明，3种工艺都能改善浸膏粉体综合性能，其中先分散再经高速搅拌制得的粉体流动性最好，吸湿性最差，且所得粒子表面二氧化硅含量更高。

2.1.2 化学改性

化学改性是指利用改性剂与粉体粒子之间发生的化学反应，使粉体性能得到有效改变的方法，此法在食品原料和中药学等领域研究相对深入。

Jiang等[18]按照不同添加比例将共聚维酮（PVPS630）加到馨月舒提取物中再经喷雾干燥制剂；结果发现，PVP-S630可有效改善实验样品的流动性能，该结论与张继睿等[19]的结论相互印证。刘佳佳等[20]将不同改性剂（聚乙二醇1000、泊洛沙姆188和月桂醇硫酸镁）添加到骨痹颗粒浸膏粉的水提醇中间体中，经喷雾干燥制剂，利用核磁共振技术研究改性前后粉体吸湿性能变化；结果发现，经过改性后的粉体流动性能和抗吸湿性能均得到显著性提高；分析原因为表面改性剂通过亲水基团与粉体粒子相结合，而其疏水基则暴露在外，从而改性粒子的吸湿性得到有效的降低，其粉体流动性显著增强。狄留庆等[21]将不同表面改性剂分别加入到黄芪浸膏粉的乙醇溶液中，经过干燥、粉碎和过筛后得到粉体，分析改性前后粉体性能的改善情况；结果发现，不同改性剂均能有效改善粉体性能，其中7%丙烯酸树脂和5%硬脂酸对改善黄芪浸膏粉的粉体性能效果更显著。

2.2 载体的应用

2.2.1 选用合适载体

针对粉体的自身特性，选用合适的载体或者助流剂可在一定程度上改善粉体的易吸湿性和流动性。蒋艳荣等[22]研究疏水型二氧化硅（AEROSIL R972）作为助流剂对馨月舒喷雾粉体性质带来的影响；结果表明，加入5%的AEROSIL R972能明显改善粉体综合性能；分析其原因，AEROSIL R972属于多孔性材料，可优先吸附粉体间的水分，同时其表面还连接有疏水性的甲基基团，此外二氧化硅被吸附在粒子表面可改善粉体的表面粗糙度，从而降低粉体间相互作用力。富志军等[23]选用风湿灵胶囊内容物作为模型，分别研究中药粉体中常用的几种辅料对其性能的改善情况；结果发现，乳糖组的实验样品在前期具有较低吸湿率和较好流动性，但后期则表现出较强黏性，而微晶纤维素组的实验样品仍可持续保持粉体状态；该结论与李铜铃等[24]的结论具有一致性。

2.2.2 改善载体性能

根据载体特点，可有针对性地对其性能进行改善，改善单一载体或者助流剂缺陷。严红梅等[25]将微晶纤维素（MCC）和单硬脂酸甘油酯（GMS）先后经过混合、乳化和喷雾干燥等操作，将MCC-GMS复合体加入到不同中药浸膏粉中进行混合，综合分析各粉体性能的改善情况；结果表明，处理后的辅料能显著地改善各粉体的综合性能，效果明显优于单独使用MCC作辅料；分析原因：GMS的亲水基可能和MCC的羟基结合，其疏水基团则向外部伸展，从而降低MCC吸湿性能，有效改善粉体综合性能。张晨萌等[26]以不同比例的乳糖和微晶纤维素制成预混辅料，测定预混辅料与不同药物混合后粉末的休止角等指标；结果发现，预混料可显著地改善药物粉体流动性，而这一结论可与杨红[27]的试验结果相印证。

2.3 其他方法

针对粉体特性和实际需求，选用合适的工艺也能较显著地改善其吸湿性和流动性。Chen等[28]研究挤压滚圆法与热熔包衣相结合对中药提取物防潮的效果，用96∶4的硬脂酸和聚乙二醇6000混合物包裹微丸时，其防潮效果比常用的Opadry AMB涂层系统更好。改善易吸湿性粉体流动性的研究主要集中在中药浸膏粉等方面，但也有食品领域的研究，如为了改善粉状调味品的吸湿问题，通常加入玉米淀粉和麦芽糊精等作为填充料，或者采用造粒等工艺。仇耀芳等[29]将玉米淀粉先后采用辛烯基琥珀酸酯化和Al2(SO4)3交联处理，对处理前后的样品进行相关指标评价；结果发现，与原淀粉相比，处理后淀粉的疏水性和流动性都得到显著提高。侯左荣等[30]分析不同品牌鸡精产品，总结发现，粒子硬度大的鸡精，其吸湿性较差，流行性较好。

3 结语

现有粉体研究中对粉体化学成分的变化关注更多，而对其吸湿性、流动性等物理性质研究还不够，特别是具有广泛表征意义的流动性研究。随着化学和食品等多学科交叉发展，利用表面改性技术并寻求新填充辅料等技术，易吸湿粉体物理性能差的问题得到一定程度解决，但仍有很多难题亟待突破，随着学者的深入研究，易吸湿粉体问题有望逐步解决，促进医药、食品等行业发展。