喷雾干燥技术及其在中药制药中的应用

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2、(童海串熬药矢擎中药擘院，上海200032)【攘要l从霎纯形式、千燎枫理研究、工艺优化及发袋趋势等秀蕊禳述了喷雾千燎技术 的研究进展。并对该技术在中药制药领域的应用：谴E行分析岛探讨。【关键递】喷雾予辍；中药制药 喷雾干蠼是翻用雾化器将鑫霪濠体(瓣液)分数为缎小寡漉，势在于爨奔质孛避遽蒸发溶剂形成干燥物质的过程。其中料液可以是溶液、混悬液，乳浊液、膏糊状物，甚至魑熔融钵；干漂产物是餐捩域鬏粒获豹嗣蒋绩雾手漂进程一簸镪捂霾个狳壤：辩液豹雾纯，雾群 与干燥介质按触混台。雾滴的蒸发干燥，干燥产晶与干燥介质的分离“1。喷雾于蠊技来问搬已有上百年的历史。1865年蛋液的喷雾处理，1872年美阔人赛谬尔帕

3、 瑾(Samluel Percy)申请了关予喷雾手燥技术的专利，1888年喷棼：F燥首次商业化嫩尾于 奶粉、葡萄糖的干燥。姐于喷雾千燥具有“瞬时干燥”、“予燥产品质量好“干燥过穰简单” 等特点，明簸饯子其家苄爨方式，爨20整纪三程十年发，该技本羹经羲广泛缝运用予襞I裁 品、洗涤剂、脱水食晶以及化肥、染料、水泥的嫩产。目前常见的速溶咖啡、奶粉、方便食品溺辩等藏燕喷雾干燥得鬟的产品皤。嚷雾干臻在我蕾痰弼的历史较短，最翠是在氆纪五六十年代引入前苏联的喷雾干燥机用于染料和链霉素的干燥2 3。而目前应用也已十分 广泛，遍及了以上所涉及的所有行业，尤其在陶瓷和制药行业，喷雾干燥的应用更为普遍。 目前喷雾干

4、燥成功应用的例子众多，理论研究也比较活跃，国内学者在喷雾干燥的雾化 形式、主要设备及干燥机理仿真与实验研究等方面进行了大量的工作，取得了有益的成果。 但是由于其干燥机理十分复杂、工艺参数和影响产品性状的因素很多，现今理论研究的结果还不能很好地指导喷干燥设备的设计和喷雾干燥技术的应用娩3。 对于中药制药行业，喷雾干燥技术的应用有其独特的作用，简化并缩短了中药提取液到制剂半成品的工艺和时间，提高了生产效率和产品质量。本文就喷雾干燥技术的研究进展进 行综述，对其在中药制备领域中的应用前景进行了分析探讨。为该技术的推广应用和提高中 药制药水平提供借鉴与帮助。1喷雾干燥技术的研究进展喷雾干燥技术的核心是

5、流化技术，具有从流体到固体瞬时干燥的突出优势。其设备般 是由雾化器(喷头)、干燥室、进出气及物料收集回收系统等组成。11雾化形式 不同的雾化器可以产生不同的雾化形式，按照不同的雾化形式可以将喷雾干燥分为气流式雾化、压力式雾化和离心式雾化。气流式雾化利用压缩空气(或水蒸气)高速从喷嘴喷出并与另一通道输送的料液混合， 借助空气(或蒸气)与料液两相间相对速度不同产生的摩擦力，把料液分散成雾滴。根据喷 嘴的流体通道数及其布局，气流式雾化器又可以分为二流体外混式、二流体内混式、三流体 内混式、三流体内外混式以及四流体外混式、四流体二内一外混式等等。气流式雾化器的结 构简单，处理对象广泛，但能耗大。压力式

6、雾化利用压力泵将料液从喷嘴孔内高压喷出，直接将压力转化为动能，使料液 与干燥介质接触并被分散为雾滴。压力式雾化器生产能力大，耗能小；细粉生成少，能产生小颗粒固体物回收率高。 离心式雾化利用高速旋转的盘或轮产生的离心力将料液甩出，使之与干燥介质接触形成雾滴。离心式雾化器受进料影响(如压力)变化小；控制简单。三种雾化器的比较见表13表1三种雾化器的比较三种雾化原理的理论研究，主要是围绕喷雾器关键参数与雾化性能展开，黄立新等 对此有综述报道。这方面研究将有助于喷雾器性能的改进，也有利于应用过程中根据喷雾料 液及其产品要求对雾化器进行选择。12喷雾干燥机理研究 喷雾干燥的效果影响因素很多，除雾化器外，

7、还有干燥室、进出气及物料收集回收系统以及整个干燥器系统。国内外研究人员进行了喷雾干燥的数学模型研究，以期给出干燥室内 气体流动状态和各种热力学参数的分布信息，这对喷雾干燥器的设计、优化以至干燥效果的提高具有重要意义。吴中华等“1应用气一粒两相流理论和计算流体力学(CFD)，结合喷雾 干燥的特点，建立了模拟喷雾干燥室内气体一颗粒两相湍流流动的CFb模型，并对实验室脉 动燃烧喷雾干燥过程进行了数值模拟。其结果具有详细、直观的特点；模拟得到的喷雾干燥 室内气相流场和各种热力学参数的分布信息，可以为喷雾干燥器的设计，干燥过程的优化提 供参考。戴命和等”1进行了喷雾干燥过程的热力学建模及仿真，根据质平衡

8、原理、热平衡原理和牛顿定律推导了逆流喷雾干燥过程的一维双向静态热力学数学模型；它包括了物料温 度方程、热风温度方程、颗粒速度方程、热风湿含量方程、物料含水率方程；用MATLAB仿 真后，得到了增大空气量比提高空气温度更具技术经济性的结论。I3喷雾工艺优化 在喷雾干燥的实验研究方面，康智勇“1研究了压力式喷雾干燥塔喷嘴孔径对粉料的影响，认为大孔径更适于喷雾颗粒的分布向大颗粒集中。王晓兰等”1在工厂大生产条件下研 究了喷雾干燥的粉粒分布的影响因素，分析了陶瓷坯料泥浆粘度、含水率、喷雾压力、喷雾 器孔径与粉粒粒度分布之间的关系，得出其影响系数由大至小分别为喷雾器孔径、压力、粘 度、含水率等。在对农药

9、水分散性颗粒喷雾干燥过程的研究中，杨志生等”1分析了干燥进 气温度、进料量对干燥产品的悬浮率、粒子密度、粒子形状等的影响。喷雾干燥在越来越广泛的应用过程中，已经不仅限于传统的干燥模式，刘相东等”1进 行了脉动气流的喷雾干燥研究。利用脉动燃烧产生的高频脉动为气流对NaCI溶液进行了喷 雾干燥试验，结果表明：高温、高频振荡气流下的喷雾干燥比传统喷雾干燥的蒸发速率提高了25倍。14喷雾干燥技术的发展趋势 喷雾干燥技术的广泛应用，其优势明显，但其理论仍然落后于实践。突出表现在干燥理论的实践指导性差。干燥动力学、非球形颗粒的干燥模拟、喷雾干燥等领域有待进行深入研 究”3。喷雾干燥热效率低。当进风温度小于

10、150时，其热容量系数较低，为80400Kj1h 11，因而蒸发强度小；一般的气流干燥、流化床干燥的热容量系数则大 于4000Kjm1h1。因此，喷雾额干燥的节能降耗问题就比较突出 ；亚高温喷雾 干燥(进风温度60150C)、常温喷雾干燥(进风温度60。C以下)、降低能耗与多级干燥都 将是今后的研究重点。另外，喷雾干燥技术与具体的应用领域结合还将用于喷雾冷却造犁、 喷雾反应、喷雾吸收、喷雾涂层和喷雾造粒等领域。2喷雾干燥技术在中药制药中的应用喷雾干燥技术在中药制药行业的应用集中体现于喷雾干燥、喷雾制粒方面，其中以干燥 最为主要。21干燥 中药制剂生产的一般工艺仍以产生大量提取液为特征，应用喷雾

11、干燥技术可以将提取液的浓缩、干燥、粉碎甚至制粒一步完成，大大提高了生产效率，同时又能相对提高干燥成品 的质量。喷雾干燥的中药提取物为粉末状或颗粒状，较传统干燥成品的流动性好、含水量小、 质地均匀、溶解性能好，可以直接供片剂、颗粒剂、胶囊剂的成型。31中蘩提取液韵喷雾千潦磷究，一般馥避滋热菇瀑寝、风磊、风遽、骰喷雾誊滚福对密嶷 及其喷嚣辅料为参数，氍平燥戏晶禽水量、旌湿经以及指标残分含璧为评价辫标黼”。其主 要结论基本致，即喷雾干燥时，中药提取液的相对密度多在115-120之间；避风温度多在150以上(150-200C)，餍薅温唼雾于燥；聪对于爆成品指标影赜的奎攫因素则 般认为是浸聱比重及风湿。

12、热力学仿真1结论表明风温、颗粒漱度投速发、密度、湿食 量魑璞嚣于潦躲主要影臻陵素。嚣就，霹一般中菱绳鞭渡豹溪嚣予燎是否哥娃考虑：褥喷棼 辩渡氍避最禽澄承)鳖麓、滢嶷、流量俸为喷雾子潆的工艺擞棒参数。将予嫒裁鑫含承懿、 粒麓及其分布、吸湿性、流动毪、均匀性等般指标和成分指标作为喷雾干燥的工艺评价貉 数；在此基础上针对不同摄取液的性质选用不间辅料，进行实验以使干缀成晶达到设计簧求。22制粒 蟥雾予燥技术躅于造粒有多秘方式，一是喷雾予爨爱霉漆用簧绕的淫法或平法剿颗粒法，震饕即埯卷耀的“唆爨于燥一千攫剃粒法”；较之更遴步的噩墓邈整接瓣“搂雾造粒”，即所谓的“步制粒”。键扶严格意义上讲，“沸瓣造粒”，鞠

13、为“流纯廉喷雾造粒”，该技术琵在弓；入流仡态的徽小颗粒(淀耪、糖粒、鳐晶)的纂础上，鲼入中药提取液并使之在 颗粒母棱的袭霹上干燥，进而彤成较大颗粒，通过颗粒的分层生长或团聚生长最终得到干燥的产品。 流他喷雾制粒是嵝雾予嫌剃粒瓣主流，其主要操作工装参数为雾化程度(空气嫒力)、鬏辍母棱蔽嶷、避出风溢凄、巯鬟等粥1；投颥较母核能番谶续移入移癀，讶分为闯敲武鞴 连续式嚣穗类鹫。予才潦“1麓萁梳理谶行了研究，分析了鹣液流速、过藕气流速度、雾化 空气流速以及喷嘴高度等对颗粒成长速率的影响；证实了流化喷雾制粒过程中颗粒的分层生长岛国聚生长桃理。 从现行的域粒方法赣，挤压制粒、滚转制牲、快速搅拌制粒鸟溅化喷雾

14、造牲相比，屡毒甥显其毫宠港牲，霹双将串蓊撬凝滚甄戳体鬏挺裁登一步竞藏，盈其有囊璧皇鹃镜势。当 然，毂巢能够羌溪；|入鬏粒母棱嚣囊接唆雾干燥铡粒。粼萄搿残解决串蓊提毅渡浓缩、予燎、 粉碎、翎粒的一步化工艺技术难题。刘朝系等“黏通过装鬟改进制威了自动喷雾干燥制粒装 置，该装置由鞭来的一次瞬雾改进为两次喽雾，W；【宜接将中药摄取液千漂潮靛。但迸步 的研究和应阁尚未见更多报道。23嚷雾手燥在中药豢l舞孛鲤其德应用方式除干燥、制粒外，喷雾干燥技术在中药及其提取物的制各上，例如挥发油微囊的制备”221。另外，喷雾包衣技术也可以看作为喷雾干燥技术的应用之一。24中药喷雾干燥技术应用的问题与展望 喷雾干燥是中

15、药制药工业中较为常用的先进技术之一，应用越来越广泛，但也存在着一些迫切需要解决的问题：中药提取液喷雾干燥时的粘壁与干燥产品吸潮问题：难于处理粘 度较大的浸青；热敏感物料在喷雾干燥时的氧化问题：中药提取液是否能够真正实现直接喷 雾制粒；以及喷雾干燥热效率低，设备庞大结构要求高等问题。然而，从以上讨论中我们可 以看到，通过理论研究，解决这些问题是有可能的：1、粘壁问题是喷雾干燥时出现的老问 题，不仅仅出现在中药的喷雾干燥过程中，问题的出现与被干燥物的性质有关。如半湿物料 粘壁、低熔点物料粘壁、粉末吸附以及雾化器与干燥室的结构不良等，因此完全可以采取针 对措施予以解决，如增加助喷剂、旋壁风清扫装置等

16、：2、中药喷雾干燥的主要优势在于快 速的脱水作用，而对于一些高粘度的物料(稠膏、滤饼等)其水分含量并不是很大，虽然可 以用气流式喷雾干燥器干燥，但完全可以采用针对性更强的“闪蒸干燥器”、“热喷射气流干燥机”进行干燥与粉碎；3、对于“热敏性”问题更应该用实验来验证，一般认为喷雾干燥 时物料的实际温度并不高，卢忠东23 3实验已证明含易氧化成分Vc的物料在高温喷雾干燥 (进风温度大于150C)前后的含量无显著性差异；当然，如果确实存在氧化问题，可以针 对解决之，如采用亚高温喷雾干燥，甚至可以使用“惰性载体喷雾干燥”。对于其他一些问 题，文中已有论述。相信充分发挥优势，喷雾干燥技术在中药制药行业是大

17、有用武之地的。参考文献 1】黄立新，王宗濂，唐金鑫我国喷雾干燥技术研究及进展J化学工程200129(02)：5【2】刘广文喷雾干燥实用技术大全M北京：中国轻工业出版社200112，5，21 f33潘永康现代干燥技术M 北京：化学工作出版社，1998486，323【4】吴中华刘相东喷雾干燥过程的CFD模型J中国农业大学学报，2002，7(2)：41 5】戴命和孙宁黄金标喷雾干燥过程的热力学建模及仿真J桂林电子工业学院学报，2001，21(4)：47【6】康智勇压力式喷雾干燥塔喷嘴孔径对粉料的影响J佛山陶瓷，2001，(6)：19【7】王晓兰，刘智刚喷雾干燥粉料粒度分布的影响因素探讨J佛山陶瓷，2

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20、备藿香油等挥发油微囊的实验研究J中成药，1994，16(8)：22I】樊敏伟挥发油微囊化与囊材的选用研究J上海医药，1997，(4)：25 221谭龙色，武伟t杨连生喷雾干燥法制各肉桂醛微胶囊工艺条件的研究J华南师范大学学报(自然科学版)，2001，(4)：8423卢忠东喷雾干燥工艺对野刺梨汁中易氧化成分Vc的影响【J】基层中药杂志，2001，1 5(1)：29Spray drying technique and its applications in Pharmaceutics of ChineseMateriaKey words：Spray Draying，Pharmaceutics of

21、Chinese Materia MedicaAbstract：Because ofthe advantages of Spray Drying Technique，it is adopted in awidely fields， this article overviews the domestic research progresses of Spray Draying Techniques in recent years，focuses on the form of atomization，the nature of spray-draying，the optimization of procedure and the trend of the techniqueThen it