噴霧冷凍

傳統的凍乾操作是在真空下進行，但真空並不是冰升華所必需的唯一條件，古代北歐的海盜利用乾寒冷空氣，在自然條件下也可以冷凍食品。單粒子噴氣凍乾技術結合現代製冷工藝和乾燥技術在大氣壓下也可以實現冷凍乾燥。

噴霧冷凍乾燥作為一種新型顆粒製備技術，產品具有尺寸可控、多孔、速溶、流動性好等優點。該技術在醫藥、食品、化工等行業生產獨特產品的優勢。

基本介紹

• 中文名：噴霧冷凍
• 外文名：Spray frozen
• 套用：乾燥

技術簡介

性能特點

單粒子噴霧冷凍乾燥機組：價格低、乾燥快、性能穩定。

目的

冷凍乾燥是將被冷凍的原料在高真空下直接氣化驅除水分。通常需要的乾燥時間長，去除水分的效率低，耗能大，設備昂貴，工藝成本高。因此改進原有凍乾設備和工藝，提高幹燥效率，降低生產成本是冷凍乾燥技術發展的主要趨勢之一。

原理

急速冷凍：利用自主研發的射流器，將原料液霧化成霧滴，與-70℃的氣體逆流混合瞬間接觸，實現單獨粒子的急速凍結；

通氣乾燥：被冷凍成單獨粒子的物料，在-20℃氣體的作用下形成流化狀態進行一級乾燥，達到要求的粒子進入二級實現氣流乾燥，將冷凍和現代多種乾燥方式融合為一體；

產品形態影響

霧化過程對顆粒形態的影響

影響霧化結果的因素有很多，如物料的類型、輔助材料的添加、噴嘴類型等。Costantino 等比較了不同霧化條件對顆粒尺寸及穩定性的影響。本節只討論霧化器的影響。霧化器是得到初始液滴的關鍵部件，目前套用的形式多種多樣，新式的噴嘴能夠最佳化液滴進而顆粒的分布。對於噴霧冷凍最好的霧化器是能夠生成單一分散性顆粒的霧化器。這種產生規則粒徑分布的霧化器一般是在外力的作用下實現的，常用的外力有剪下力、靜電排斥力以及對液體加壓等。Niwa 等利用藤崎電機株式會社（Fujisaki Electric）開發的四流體噴嘴來製備SFD 多孔微顆粒，是二流體噴嘴製得顆粒比表面積的3～4 倍，可以實現不同組分原料的預混。

凍結過程對顆粒形態的影響

凍結過程就是霧化液滴中水分在低溫環境中迅速凍結形成冰晶，冰晶的形態決定著最終顆粒的形態。根據凍結速度，凍結過程可以分為快速凍結和慢速凍結兩種。快速凍結冰晶沒有足夠的時間長大呈現蜂窩狀結構，最終顆粒的形態多是帶有空洞連續結構，形成的冰晶對分子的破壞小而且顆粒的微結構均勻，但乾燥過程的升華速率小。而慢速凍結冰晶有充分的時間長大呈現樹枝狀，而顆粒的最終形態多為片狀，形成的冰晶粗大，對分子膜的破壞大，顆粒的微結構不均勻且比表面積大，但其乾燥過程的升華速率大。耿縣如等研究了單個液滴的凍結過程，用數值模擬的方法研究了液滴大小、氣流速度和環境溫度對凍結過程的影響，結果表明液滴越大，凍結所需的形核時間和完全固化時間越長，凍結過程隨氣體流速的增大和環境溫度的降低而縮短。

凍結過程對顆粒形態的影響主要目的就是要提高產品的性能，例如，減少蛋白質物料的活性損失、提高難溶藥物的溶解性、最佳化吸入性顆粒的粒徑分布、增強脂質體作為載體的穩定性、強化疫苗活性及均化無機材料的性能等。目前最常用的凍結方式是：①在液氮中（−196 ℃）直接凍結；②直接在低溫環境中凍結（−60～−80 ℃）；③先在低溫環境中凍結（−45 ℃左右）或者液氮中凍結，接著在低溫環境中（−20 ℃左右）保持幾個小時；④在過冷板面上（<−5 ℃）凍結。

優點

1、 凍乾是在低溫下乾燥的，不會使蛋白質產生變性，但可使微生物等失去生物活力。這對於那些熱穩定性能差的生物活性製品、生物化學類製品、基因工程類製品和血液製品等的乾燥保存特別適用。

2、 由於是低溫乾燥，使物質中的揮發性成分和受熱變性的營養成分和芳香成分損失很小，因此是化學製品、藥品和食品的優質乾燥方法。

3、 在低溫乾燥過程中，微生物的生長和酶的作用幾乎無法進行，從而能最好地保持物質原來的性狀。

4、 乾燥後體積、形狀基本不變，物質呈海綿狀，無乾燥，復水時與水的接觸面大，能迅速還原成原來的形狀。

5、 冷凍過程與空氣隔絕，因此可防止氧化。

6、 能除去物質中95%～99.5%的水分，製品的保存期長。

噴氣凍乾的套用：生物製品、微生物和藻類製品、生物標本、生物組織、高級營養品、中草藥方面。