中国粉体网讯 喷雾冷冻干燥（spray freeze drying，SFD）技术属于一种非常规干燥技术，结合了喷雾干燥和冷冻干燥的优点，起初应用于产品价值较高的生物医药产业，近几年在食品、医药、材料等领域都有了广泛的应用。功能齐全的喷雾冷冻干燥设备不仅能够生产出质量高的干燥产品，还能够用于研究不同物料的干燥工艺。
一、SFD技术的发展
自1948年Benson等首次利用喷雾冷冻技术研究蛋白质粒子表面积以来，该技术已有70多年的发展历程，获得了一些具有代表意义的研究成果。例如：1964年，Werly等利用喷雾冷冻技术制得亚微粉状产品，标志着喷雾冷冻技术已发展到用于生产产品的阶段；1989年，陈祖耀等最先借助SFD方法制备了Ba-Y-Cu-O体系复合氧化物超细粉；1994年该项技术申报了欧洲专利；1998年，Maa等首次提出应用SFD技术制备蛋白质微球；2006年，实现了常压冷冻干燥替代减压冷冻干燥，降低了SFD技术的能耗。经过半个多世纪的发展，SFD技术正在逐步走向成熟。
二、SFD技术的原理
典型的SFD联合了喷雾技术和冷冻干燥技术，主要由低温喷雾装置和冷冻干燥装置组成。SFD过程示意图见图1，一般包含雾化、冻结和干燥3个步骤。
（图片来源：但济修等.喷雾冷冻干燥技术及其在难溶性药物微粒化中的应用）
（1）雾化
利用雾化装置把需要干燥的液体雾化成为细小的雾滴。在喷雾过程中，使用低温液体泵将储存容器中的低温液体加到收集容器中。
（2）冻结
上述雾滴在低温的流体或气体(空气、液氮上方的低温氮气等)作用下能快速冷却和冻结，形成冻结的冰粉。收集容器底部安装磁力搅拌器不断搅拌液体，从而使样品冻结均匀。
（3）干燥
待低温液体挥发后，使用冷冻干燥装置，对上述冻结粉末进行干燥，最终获得粉末状的干燥成品。
三、SFD技术的特点
四、SFD技术应用现状
4.1医药领域
采用SFD技术生产的药品具有生物活性高、溶性好、粒径可控等特点，而这些特点正是医药领域研究学者研究的重点，因此，SFD技术被广泛研究用于鼻腔、表皮和肺部给药等。
鼻腔给药要求对于鼻腔给药颗粒的空气动力学直径应为4.8~23μm；而对于表皮给药，空气动力学直径应在40~70μm范围内。表皮给药能明显提高药物生物利用度。HeikoSchiffter等人研究了高胰岛素载药量无针弹道药物缓释微粒的可行性，发现SFD法制备的高胰岛素具有很高的稳定性，适用于皮肤给药。
（图片来源：pixabay）
SFD技术在制剂中有着广泛的应用。该法制得的药物颗粒具有密度低、疏松多孔、粒径适中等特点，有利于肺部沉积，较传统喷雾干燥法制品表现出更好的空气动力学性能。同时，这类药物颗粒能提高溶出度，有利于难溶性药物的吸收。J.Y.Her等使用SFD法制备了优化的卡那霉素，该工艺制备的抗菌药物的气动粒径约为3.58μm，抗菌活性为95.7%～98.4%。颗粒的高孔隙率很明显，更适合用于肺部。
4.2食品领域
SFD技术被广泛应用于生产高活性益生菌细胞、具有挥发性化合物的饮料粉、高质量奶粉及其他粉类食品，由于生产过程在低温下进行，是保护高挥发风味化合物的一种有效方法。王锋等人对比了热风干燥、喷雾干燥，真空冷冻干燥和喷雾冷冻干燥等干燥方式对紫淮山制备粉体的影响，SFD制粉能够得到综合品质更高的紫淮山全粉。
（图片来源：pixabay）
4.3材料领域
近几年，冻干法制备无机纳米粉的应用越来越广，利用冻干法制备出了不同粒径的纳米粒子，研究者大都得出冻干法制备的纳米粉具有粒径均匀，纯度高，无硬团聚，比表面积大，粒径小等特性。喷雾冷冻干燥较传统冷冻干燥在制备纳米粉体方面是更行之有效的一种方法。
BalaP.C.等人以16nm的初生粒径氧化钇稳定氧化锆纳米粉体悬浮液进行喷雾冷冻干燥，研究冻结过程对粉体的影响。结果表明喷雾冷冻干燥后的纳米粉体，具有更好的流动性和多孔结构。
小结：
虽然SFD制备的产品具有很多优良特性，但该技术仍然存在较多的局限性，还不能实现规模化生产。另外，随着SFD技术的应用推广，对设备的要求也越来越高，但是SFD设备目前还主要停留在实验室，可用于工业生产的中试型和大型设备发展较慢，在一定程度上限制了喷雾冷冻干燥技术的发展。
参考来源：
1、杨杰，彭润玲等. 喷雾冷冻干燥技术与设备发展现状
2、但济修，岳鹏飞等. 喷雾冷冻干燥技术及其在难溶性药物微粒化中的应用
3、王珏，朱壮志等. 喷雾冷冻干燥技术及其在吸入制剂中的应用
（中国粉体网编辑整理/青黎）
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