中药喷雾干燥技术设备现状及问题研究

吕 丹* 张艳军

（江苏护理职业学院 药学与中药学院）

0 前言

中药喷雾干燥过程一般用于将中药制成浸膏或者将溶液制成喷雾原料液，经过喷雾干燥短时间内将药液干燥成固体粉末或颗粒，可直接用于制粒、压片，或制成胶囊等，有效降低了中药的服用剂量。与传统中药干燥流程相比，中药喷雾干燥大大简化了工艺流程，降低了产品制造成本，封闭的制造环境下降低了药物受到污染的可能性，且减少了环境污染[1-2]。就干燥后的粉体质量而言，喷雾干燥制得的中药产品颜色较浅、流动性好、含水量低、稳定性好、便于生产和储存。然而由于中药成分复杂多样，在中药喷雾干燥过程中，设备经常会出现粘壁问题，且一直没有被解决。本文根据文献进行研究，介绍了喷雾干燥设备现状，以及中药喷雾干燥过程中常出现粘壁问题的原因，并探讨了改善方法。

1 喷雾干燥设备

目前对喷雾干燥仪器的研究大部分为喷雾干燥和其他技术的联合应用情况，如喷雾-流化床干燥[3]、喷雾-旋流组合干燥[4-5]及微波真空干燥联合[6]等，比较不同干燥技术对中药喷雾干燥效果的影响及相应的适用范围。对于喷雾干燥设备里的单个装置研究较为分散，各种不同改造装置的研究较为少见。

1.1 喷雾干燥新增装置

喷雾干燥设备多种多样，不同设备需要改善的位置不同，赵宏德等[7]在其公司压力箱式喷雾干燥器进风口处新增了一个冷风圈，解决了因进风口温度过高而出现的焦粉现象。涂伟等[8]在喷雾干燥塔高处新增了一个取风室用来过滤空气，从而保证空气质量。何雁等[9]在进气口增加了一个除湿器来降低水分含量。但济修等[10]增加了冷冻装置，使产品流动性更好，提高了微粉药物的溶解度。沈卫忠[11]则采用洗涤回收塔来回收尾气。

1.2 喷雾干燥内部结构

喷雾干燥喷嘴可将原料液分裂雾化，现在喷雾干燥喷头大多为单喷头，当生产量过大时，喷雾过程可能出现喷雾不完全、原料液与介质热传递不充分、塔内温度升高等问题。刘殿宇[12]提出了多喷头喷枪结构，其雾化效果更好。喷枪长度对喷雾过程中的雾化效果以及干燥效果有显著影响。区家勤等[13]发现喷枪过长会导致药液受热和受力不均匀，使得喷雾方向发生改变，且黏度大的物料易发生堵塞，而改善进料管道的进料方式可以平衡管道内的压力，同时增加喷枪的压力，因此喷雾干燥过程中进料速度的控制至关重要。李强[14]将进料泵阀座由锥面改造成为球面，提高了阀门的密封性，改善了进料的均匀性。

2 中药喷雾干燥过程中的问题

2.1 中药喷雾干燥工艺条件

在2015 版《中国药典》中，中药植物油脂、提取物、药材、饮片、单味药剂、成方制剂等品种共有2 598种，其中618 种是饮片和药材，按照规定，可新鲜加工的中药材有64 种。可用于喷雾干燥的多种中药具有不同的化学成分和理化性质，因为不同中药的特性和产品要求不同，其喷雾干燥工艺也不同。中药产品对喷雾干燥的工艺条件要求很高，温度、进料量、辅料种类和用量都对中药的加工质量有很大影响。刘慧等[15]研究了在喷雾干燥中不同辅料对五味子粉体吸水性和稳定性的改善情况，对比加入几种辅料的产品质量后发现，加入葡萄糖当量（DE）值小的麦芽糊精制成的产品质量最好。为了得到更加优质的粉体，喷雾干燥常常与其他方法结合使用，如酶解法与喷雾干燥技术结合使用时，可以通过水解改变中药化学成分来改变中药的性质[16]。

除了对单种中药喷雾干燥的最佳工艺进行研究外，许多研究者还对多种中药配方的工艺条件进行了研究。目前，中药的应用主要为中药配方。中药的配方由多种中药组成，且其作用相辅相成。对中药配方颗粒进行研究是研究者们近年来关注的重点[17]。何文江等[18]应用喷雾干燥技术对没药中药配方颗粒进行工艺优化，通过对干粉含水量和得分率进行考察得到其最佳工艺。

2.2 中药喷雾干燥粘壁吸湿问题

当喷雾干燥技术应用于中药生产后，设备粘壁问题随之而来。根据粘壁类型不同，可将其分为三种：半湿物料粘壁、低熔点物料粘壁和干粉粘壁。不同的粘壁类型产生的原因也不同[19]。

2.2.1 粘壁原因

不同种类的中药性质不同，许多中药中含糖量较高，多种糖类具有较大的黏性，如小分子葡萄糖和果糖。在中药喷雾干燥前，一般先将中药进行提取使其变成浸膏，提取的方法包括水提、醇提、酸碱提取、压榨提取以及打孔吸附树脂提取等，提取方法对喷雾干燥前的原料物理性质有一定影响。喷雾前的提取液浓度（含固量）对喷雾干燥效果有一定影响。提取液含固量过高会导致其流动性差，干燥不均匀且堵塞喷头；含固量过低会导致物料含水量高，中药喷雾干燥后粉体吸水黏性变大与中药自身的吸湿性有关。

由于喷雾仪器结构、操作工序和安装步骤等影响，喷雾在没有完全干燥的情况下就喷洒在干燥塔壁上，导致物料粘在设备内壁，其内部未干燥而表面已烧焦。在研究有关喷雾干燥过程的静电力、空气流速和仪器内部形状时发现，这些参数对物料粘壁具有一定影响。空气中湿度过大也会使物料黏性增大，收粉过程中容易吸湿[9]。

在喷雾干燥中药过程中，玻璃化转变过程尤为重要。在喷雾干燥过程的各个阶段，样品状态可能出现各种转变（如液态到橡胶态或橡胶态到玻璃态），若喷雾过程中出现失误，还会出现橡胶态到黏流态和玻璃态到橡胶态等转变情况。有研究指出，当样品玻璃化转变温度大于软化点温度20 ℃时，样品在喷雾干燥过程中极易出现软化、结块、塌壁等现象[20]。

2.2.2 防止粘壁与吸湿的方法研究

中药中的部分黏性杂质，可以通过提取方式去除，从而减缓设备粘壁现象。各种中药成分在水中的溶解度不同，因此在实验中多采用水提煎煮法。经过提取后，中药液中仍有含糖物质粘壁，不同种类的中药所需药效不同，根据中药制品具体要求采用不同的方法提取。卜晓英等[21]将囊荷红色素大孔吸附树脂纯化后进行喷雾干燥，最终使囊荷红色素粉指标达到要求。王玉玺等[22]对黄芩、黄芪、牛膝和地肤子不同含固量时的喷雾干燥效果进行了分析，得出含固量增加，其黏度增大，浸膏粉含水量也增加的结论，选择合适的含固量可减轻设备粘壁现象。

防止粘壁现象应选择合适的喷雾干燥部件（如雾化器、干燥塔、旋风分离器等），并将其正确安装。多数中药先加工成浸膏后再进行喷雾干燥，中药浸膏黏性较大，容易在物料分散后又粘结在一起，因此较难雾化。不同的物料性质不同，因此选择的雾化器类型也不同，现在常用的雾化器一般可分为3 类：气流式、压力式和离心式。低黏度、糊状物和低磨耗的物料可适用于3 种类型的雾化器，高黏度的物料宜选用气流式和离心式，高磨耗物料采用离心式雾化器[23]。要减少喷雾的雾滴喷在干燥塔壁上的数量，首先定期检查喷嘴的磨损情况并及时更换，且应经常观察其压力变化情况，保持压力基本不变，防止喷嘴震动导致粘壁。此雾滴大小应均匀且喷射方向基本一致，安装时应确保喷嘴中轴线与对应雾滴锥形垂线平行。

干燥塔类型和喷雾器也应匹配，并流式干燥塔可与3 种雾化器配合使用，与气流式雾化器配合使用时，并流干燥塔结构较高细。逆流式和混合式干燥塔与离心式雾化器不匹配，其结构较低粗。根据旋风分离器工作可知，粘壁现象可能由静电力引起。在喷雾干燥仪器中，粉粒摩擦后会带电，因此需确保设备接地。

在喷雾干燥过程中，不同的工艺条件对中药粘壁现象的影响也不同[24]。如骨痹颗粒复方的喷雾干燥工艺对其药粉吸湿性有一定影响[25]。喷雾干燥常见的影响因素包括进料速率、进出口温度、进风量、雾化压力等。综合考虑中药的相关性质，选择合适的进料速率很重要。进料速率过快会使物料在喷雾过程中干燥不完全，导致中药含水量过高，甚至产生黏连；速率过慢则会延长中药干燥时间，且易导致其烧焦，影响药品质量。进风温度在喷雾干燥过程中至关重要，由于各种中药性质不同，干燥温度也不同，在干燥过程中一般应先确保干燥塔温度均匀后再开始进料，温度高会导致多糖中药黏性增大，且可能破坏其有效成分。通过控制进风量可以控制雾滴大小，适当加大热风量可以干燥雾滴，减缓粘壁现象。稳定的雾化压力可减轻喷头震动带来的雾化偏差，使雾滴大小均匀。

玻璃化转变温度在食品加工中的应用相对更成熟[26-27]。食品喷雾干燥和储存过程也会出现吸湿粘壁现象，这与其玻璃化转变有关。弓志青等[28]针对杨梅喷雾干燥粉玻璃化转变温度对其加工和储存的影响进行了研究。研究表明，玻璃化转变与在干燥中出现的粘壁、塌陷、结块、变色等现象都有关。中药和食品的加工过程具有类似性，如都含有黏性物质（单糖、多糖、有机酸等）。早期就有研究者关注喷雾干燥过程物料的玻璃化转变对产品质量的影响，并对物料形态变化过程的玻璃化转变进行了分析，当干燥温度不断升高并高于玻璃化转变温度后，会使干燥的颗粒表面软化粘壁[29]。控制中药喷雾干燥温度低于玻璃化转变温度对防止粘壁现象很重要，除控制喷雾温度外，提高药品玻璃化转变温度也可以防止粘壁现象。中药喷雾干燥的玻璃化转变温度取决于水分含量、中药的成分结构和相对分子质量等[30]。提高药品玻璃化转变温度可以通过添加大分子辅料来实现。加入多种辅料可以影响中药性质（如中药粉的吸湿性、流动性、可压性等），从而提高产品质量。实际操作时应综合考虑上述影响因素对喷雾干燥工艺辅料的影响，可以通过改善物料的吸湿性，提高物料的软化点，增强提取液的流动性，改善提取液的雾化效果，对易吸湿造成粘壁的成分进行包裹等措施来防止粘壁现象。因辅料在改善中药提取物性质方面起着重要的作用，故其在喷雾干燥过程中的应用尤为重要。重要复方提取物的理化性质较为复杂，通过单一辅料对其进行改性所发挥的作用有限，而通过多种辅料联合应用，利用其不同优势，就可以从多方面共同防止粘壁。鉴于中药成分较为复杂，在整个喷雾干燥工艺的研究过程中，要充分分析和了解物料的性质，通过应用辅料和调整喷雾干燥设备参数来防止粘壁，最终获得科学、合理、可行的喷雾干燥工艺。

3 结论

随着喷雾干燥技术持续进步和完善，在中药实验或生产中出现的问题，也被不断研究攻关。为了适应新物料的生产要求，设备也在不断更新，使其更适合生产的同时减少环境污染。随着中药加工生产产量逐渐增大，改进干燥技术十分重要，如深入研究组合式干燥工艺、开发控制系统等。扩展研究新的技术和领域，对于中药行业发展有重要作用。

大多数厂家和实验室仪器设备将长期使用，改造仪器所花费时间和成本较高。想要得到高质量的干燥粉，要分析复杂的中药性质并结合辅料，调整工艺参数，得到最合理的工艺，从而防止中药粘壁。