中藥噴霧干燥技術(shù)設備現(xiàn)狀及問題研究

呂 丹* 張艷軍

（江蘇護理職業(yè)學院 藥學與中藥學院）

0 前言

中藥噴霧干燥過程一般用于將中藥制成浸膏或者將溶液制成噴霧原料液，經(jīng)過噴霧干燥短時間內(nèi)將藥液干燥成固體粉末或顆粒，可直接用于制粒、壓片，或制成膠囊等，有效降低了中藥的服用劑量。與傳統(tǒng)中藥干燥流程相比，中藥噴霧干燥大大簡化了工藝流程，降低了產(chǎn)品制造成本，封閉的制造環(huán)境下降低了藥物受到污染的可能性，且減少了環(huán)境污染[1-2]。就干燥后的粉體質(zhì)量而言，噴霧干燥制得的中藥產(chǎn)品顏色較淺、流動性好、含水量低、穩(wěn)定性好、便于生產(chǎn)和儲存。然而由于中藥成分復雜多樣，在中藥噴霧干燥過程中，設備經(jīng)常會出現(xiàn)粘壁問題，且一直沒有被解決。本文根據(jù)文獻進行研究，介紹了噴霧干燥設備現(xiàn)狀，以及中藥噴霧干燥過程中常出現(xiàn)粘壁問題的原因，并探討了改善方法。

1 噴霧干燥設備

目前對噴霧干燥儀器的研究大部分為噴霧干燥和其他技術(shù)的聯(lián)合應用情況，如噴霧-流化床干燥[3]、噴霧-旋流組合干燥[4-5]及微波真空干燥聯(lián)合[6]等，比較不同干燥技術(shù)對中藥噴霧干燥效果的影響及相應的適用范圍。對于噴霧干燥設備里的單個裝置研究較為分散，各種不同改造裝置的研究較為少見。

1.1 噴霧干燥新增裝置

噴霧干燥設備多種多樣，不同設備需要改善的位置不同，趙宏德等[7]在其公司壓力箱式噴霧干燥器進風口處新增了一個冷風圈，解決了因進風口溫度過高而出現(xiàn)的焦粉現(xiàn)象。涂偉等[8]在噴霧干燥塔高處新增了一個取風室用來過濾空氣，從而保證空氣質(zhì)量。何雁等[9]在進氣口增加了一個除濕器來降低水分含量。但濟修等[10]增加了冷凍裝置，使產(chǎn)品流動性更好，提高了微粉藥物的溶解度。沈衛(wèi)忠[11]則采用洗滌回收塔來回收尾氣。

1.2 噴霧干燥內(nèi)部結(jié)構(gòu)

噴霧干燥噴嘴可將原料液分裂霧化，現(xiàn)在噴霧干燥噴頭大多為單噴頭，當生產(chǎn)量過大時，噴霧過程可能出現(xiàn)噴霧不完全、原料液與介質(zhì)熱傳遞不充分、塔內(nèi)溫度升高等問題。劉殿宇[12]提出了多噴頭噴槍結(jié)構(gòu)，其霧化效果更好。噴槍長度對噴霧過程中的霧化效果以及干燥效果有顯著影響。區(qū)家勤等[13]發(fā)現(xiàn)噴槍過長會導致藥液受熱和受力不均勻，使得噴霧方向發(fā)生改變，且黏度大的物料易發(fā)生堵塞，而改善進料管道的進料方式可以平衡管道內(nèi)的壓力，同時增加噴槍的壓力，因此噴霧干燥過程中進料速度的控制至關(guān)重要。李強[14]將進料泵閥座由錐面改造成為球面，提高了閥門的密封性，改善了進料的均勻性。

2 中藥噴霧干燥過程中的問題

2.1 中藥噴霧干燥工藝條件

在2015 版《中國藥典》中，中藥植物油脂、提取物、藥材、飲片、單味藥劑、成方制劑等品種共有2 598種，其中618 種是飲片和藥材，按照規(guī)定，可新鮮加工的中藥材有64 種。可用于噴霧干燥的多種中藥具有不同的化學成分和理化性質(zhì)，因為不同中藥的特性和產(chǎn)品要求不同，其噴霧干燥工藝也不同。中藥產(chǎn)品對噴霧干燥的工藝條件要求很高，溫度、進料量、輔料種類和用量都對中藥的加工質(zhì)量有很大影響。劉慧等[15]研究了在噴霧干燥中不同輔料對五味子粉體吸水性和穩(wěn)定性的改善情況，對比加入幾種輔料的產(chǎn)品質(zhì)量后發(fā)現(xiàn)，加入葡萄糖當量（DE）值小的麥芽糊精制成的產(chǎn)品質(zhì)量最好。為了得到更加優(yōu)質(zhì)的粉體，噴霧干燥常常與其他方法結(jié)合使用，如酶解法與噴霧干燥技術(shù)結(jié)合使用時，可以通過水解改變中藥化學成分來改變中藥的性質(zhì)[16]。

除了對單種中藥噴霧干燥的最佳工藝進行研究外，許多研究者還對多種中藥配方的工藝條件進行了研究。目前，中藥的應用主要為中藥配方。中藥的配方由多種中藥組成，且其作用相輔相成。對中藥配方顆粒進行研究是研究者們近年來關(guān)注的重點[17]。何文江等[18]應用噴霧干燥技術(shù)對沒藥中藥配方顆粒進行工藝優(yōu)化，通過對干粉含水量和得分率進行考察得到其最佳工藝。

2.2 中藥噴霧干燥粘壁吸濕問題

當噴霧干燥技術(shù)應用于中藥生產(chǎn)后，設備粘壁問題隨之而來。根據(jù)粘壁類型不同，可將其分為三種：半濕物料粘壁、低熔點物料粘壁和干粉粘壁。不同的粘壁類型產(chǎn)生的原因也不同[19]。

2.2.1 粘壁原因

不同種類的中藥性質(zhì)不同，許多中藥中含糖量較高，多種糖類具有較大的黏性，如小分子葡萄糖和果糖。在中藥噴霧干燥前，一般先將中藥進行提取使其變成浸膏，提取的方法包括水提、醇提、酸堿提取、壓榨提取以及打孔吸附樹脂提取等，提取方法對噴霧干燥前的原料物理性質(zhì)有一定影響。噴霧前的提取液濃度（含固量）對噴霧干燥效果有一定影響。提取液含固量過高會導致其流動性差，干燥不均勻且堵塞噴頭；含固量過低會導致物料含水量高，中藥噴霧干燥后粉體吸水黏性變大與中藥自身的吸濕性有關(guān)。

由于噴霧儀器結(jié)構(gòu)、操作工序和安裝步驟等影響，噴霧在沒有完全干燥的情況下就噴灑在干燥塔壁上，導致物料粘在設備內(nèi)壁，其內(nèi)部未干燥而表面已燒焦。在研究有關(guān)噴霧干燥過程的靜電力、空氣流速和儀器內(nèi)部形狀時發(fā)現(xiàn)，這些參數(shù)對物料粘壁具有一定影響。空氣中濕度過大也會使物料黏性增大，收粉過程中容易吸濕[9]。

在噴霧干燥中藥過程中，玻璃化轉(zhuǎn)變過程尤為重要。在噴霧干燥過程的各個階段，樣品狀態(tài)可能出現(xiàn)各種轉(zhuǎn)變（如液態(tài)到橡膠態(tài)或橡膠態(tài)到玻璃態(tài)），若噴霧過程中出現(xiàn)失誤，還會出現(xiàn)橡膠態(tài)到黏流態(tài)和玻璃態(tài)到橡膠態(tài)等轉(zhuǎn)變情況。有研究指出，當樣品玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于軟化點溫度20 ℃時，樣品在噴霧干燥過程中極易出現(xiàn)軟化、結(jié)塊、塌壁等現(xiàn)象[20]。

2.2.2 防止粘壁與吸濕的方法研究

中藥中的部分黏性雜質(zhì)，可以通過提取方式去除，從而減緩設備粘壁現(xiàn)象。各種中藥成分在水中的溶解度不同，因此在實驗中多采用水提煎煮法。經(jīng)過提取后，中藥液中仍有含糖物質(zhì)粘壁，不同種類的中藥所需藥效不同，根據(jù)中藥制品具體要求采用不同的方法提取。卜曉英等[21]將囊荷紅色素大孔吸附樹脂純化后進行噴霧干燥，最終使囊荷紅色素粉指標達到要求。王玉璽等[22]對黃芩、黃芪、牛膝和地膚子不同含固量時的噴霧干燥效果進行了分析，得出含固量增加，其黏度增大，浸膏粉含水量也增加的結(jié)論，選擇合適的含固量可減輕設備粘壁現(xiàn)象。

防止粘壁現(xiàn)象應選擇合適的噴霧干燥部件（如霧化器、干燥塔、旋風分離器等），并將其正確安裝。多數(shù)中藥先加工成浸膏后再進行噴霧干燥，中藥浸膏黏性較大，容易在物料分散后又粘結(jié)在一起，因此較難霧化。不同的物料性質(zhì)不同，因此選擇的霧化器類型也不同，現(xiàn)在常用的霧化器一般可分為3 類：氣流式、壓力式和離心式。低黏度、糊狀物和低磨耗的物料可適用于3 種類型的霧化器，高黏度的物料宜選用氣流式和離心式，高磨耗物料采用離心式霧化器[23]。要減少噴霧的霧滴噴在干燥塔壁上的數(shù)量，首先定期檢查噴嘴的磨損情況并及時更換，且應經(jīng)常觀察其壓力變化情況，保持壓力基本不變，防止噴嘴震動導致粘壁。此霧滴大小應均勻且噴射方向基本一致，安裝時應確保噴嘴中軸線與對應霧滴錐形垂線平行。

干燥塔類型和噴霧器也應匹配，并流式干燥塔可與3 種霧化器配合使用，與氣流式霧化器配合使用時，并流干燥塔結(jié)構(gòu)較高細。逆流式和混合式干燥塔與離心式霧化器不匹配，其結(jié)構(gòu)較低粗。根據(jù)旋風分離器工作可知，粘壁現(xiàn)象可能由靜電力引起。在噴霧干燥儀器中，粉粒摩擦后會帶電，因此需確保設備接地。

在噴霧干燥過程中，不同的工藝條件對中藥粘壁現(xiàn)象的影響也不同[24]。如骨痹顆粒復方的噴霧干燥工藝對其藥粉吸濕性有一定影響[25]。噴霧干燥常見的影響因素包括進料速率、進出口溫度、進風量、霧化壓力等。綜合考慮中藥的相關(guān)性質(zhì)，選擇合適的進料速率很重要。進料速率過快會使物料在噴霧過程中干燥不完全，導致中藥含水量過高，甚至產(chǎn)生黏連；速率過慢則會延長中藥干燥時間，且易導致其燒焦，影響藥品質(zhì)量。進風溫度在噴霧干燥過程中至關(guān)重要，由于各種中藥性質(zhì)不同，干燥溫度也不同，在干燥過程中一般應先確保干燥塔溫度均勻后再開始進料，溫度高會導致多糖中藥黏性增大，且可能破壞其有效成分。通過控制進風量可以控制霧滴大小，適當加大熱風量可以干燥霧滴，減緩粘壁現(xiàn)象。穩(wěn)定的霧化壓力可減輕噴頭震動帶來的霧化偏差，使霧滴大小均勻。

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在食品加工中的應用相對更成熟[26-27]。食品噴霧干燥和儲存過程也會出現(xiàn)吸濕粘壁現(xiàn)象，這與其玻璃化轉(zhuǎn)變有關(guān)。弓志青等[28]針對楊梅噴霧干燥粉玻璃化轉(zhuǎn)變溫度對其加工和儲存的影響進行了研究。研究表明，玻璃化轉(zhuǎn)變與在干燥中出現(xiàn)的粘壁、塌陷、結(jié)塊、變色等現(xiàn)象都有關(guān)。中藥和食品的加工過程具有類似性，如都含有黏性物質(zhì)（單糖、多糖、有機酸等）。早期就有研究者關(guān)注噴霧干燥過程物料的玻璃化轉(zhuǎn)變對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，并對物料形態(tài)變化過程的玻璃化轉(zhuǎn)變進行了分析，當干燥溫度不斷升高并高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度后，會使干燥的顆粒表面軟化粘壁[29]?？刂浦兴巼婌F干燥溫度低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度對防止粘壁現(xiàn)象很重要，除控制噴霧溫度外，提高藥品玻璃化轉(zhuǎn)變溫度也可以防止粘壁現(xiàn)象。中藥噴霧干燥的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度取決于水分含量、中藥的成分結(jié)構(gòu)和相對分子質(zhì)量等[30]。提高藥品玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可以通過添加大分子輔料來實現(xiàn)。加入多種輔料可以影響中藥性質(zhì)（如中藥粉的吸濕性、流動性、可壓性等），從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。實際操作時應綜合考慮上述影響因素對噴霧干燥工藝輔料的影響，可以通過改善物料的吸濕性，提高物料的軟化點，增強提取液的流動性，改善提取液的霧化效果，對易吸濕造成粘壁的成分進行包裹等措施來防止粘壁現(xiàn)象。因輔料在改善中藥提取物性質(zhì)方面起著重要的作用，故其在噴霧干燥過程中的應用尤為重要。重要復方提取物的理化性質(zhì)較為復雜，通過單一輔料對其進行改性所發(fā)揮的作用有限，而通過多種輔料聯(lián)合應用，利用其不同優(yōu)勢，就可以從多方面共同防止粘壁。鑒于中藥成分較為復雜，在整個噴霧干燥工藝的研究過程中，要充分分析和了解物料的性質(zhì)，通過應用輔料和調(diào)整噴霧干燥設備參數(shù)來防止粘壁，最終獲得科學、合理、可行的噴霧干燥工藝。

3 結(jié)論

隨著噴霧干燥技術(shù)持續(xù)進步和完善，在中藥實驗或生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，也被不斷研究攻關(guān)。為了適應新物料的生產(chǎn)要求，設備也在不斷更新，使其更適合生產(chǎn)的同時減少環(huán)境污染。隨著中藥加工生產(chǎn)產(chǎn)量逐漸增大，改進干燥技術(shù)十分重要，如深入研究組合式干燥工藝、開發(fā)控制系統(tǒng)等。擴展研究新的技術(shù)和領域，對于中藥行業(yè)發(fā)展有重要作用。

大多數(shù)廠家和實驗室儀器設備將長期使用，改造儀器所花費時間和成本較高。想要得到高質(zhì)量的干燥粉，要分析復雜的中藥性質(zhì)并結(jié)合輔料，調(diào)整工藝參數(shù)，得到最合理的工藝，從而防止中藥粘壁。