改善易吸濕粉體流動性的研究進展

劉苑琳，張鳳兵，柳志杰，劉政芳*

1. 湖北工業大學生物工程與食品學院（武漢 430064）；2. 安琪酵母股份有限公司（宜昌 443003）

粉體是由多種小顆粒物質組成的集合體。多數粉體中含一些有機成分，如粉狀中藥提取物、粉狀酵母抽提物等會表現出特殊的物理性質，如易吸濕性和較大的比表面積，進而流動性變差，黏度增加，凝聚，結塊，影響最終產品品質[1-2]。在易吸濕粉體研究中，各化學成分含量和品質變化備受關注，然而這些成分含量很低，對其監控難度較大[3]。在實際生產過程中，更多采用粉體的物理性質來間接反映粉體品質變化，如可壓性、吸濕性、黏性等，然而這些物理性質最終可通過粉體流動性表征[4-5]。粉體流動性是其性能重要指標，提高粉體流動性，對其生產工藝、運輸、儲存和填充具有重要意義。因此，對易吸濕粉體流動性研究非常有必要。

1 影響粉體流動性的因素

影響粉體流動性的因素很多，可分為環境因素（如溫度、濕度等）和粉體自身因素（如粉體粒徑、表面狀態、形態等）。

1.1 溫度

隨著溫度升高，粉體流動性呈現先增加后降低趨勢。這是因為在低溫下，粉體顆粒的致密度隨著溫度升高而增加；溫度過高時，粉體附著力增加[6-7]。

1.2 水分

隨著粉體水分增加，粉體流動性具有先極緩慢降低再緩慢降低最后快速降低趨勢：粉體干燥時，顆粒之間的靜電相互作用導致顆粒彼此吸引并結合；粉體含水量低時，水分子被吸附在顆粒表面上，并且吸附水對粉體流動性幾乎沒有影響；粉體含水量高時，吸附水周圍會形成一層薄膜水，并且對顆粒之間的相對運動具有很大的影響；含水量超過最大分子結合水時，粉體流動性將迅速惡化并且整體流動性喪失[8]。

1.3 粒度

粒徑越小，比表面積越大，靜電作用和分子吸引力越強，并且顆粒之間發生吸附、聚集和粘結的可能性越大，便會影響粉體流動特性[9-10]。

1.4 形態

即使粉體粒徑大小相等，不同形態粉體也具有不同的流動性。球形顆粒具有最佳流動性，因為它們具有最小接觸面積；片狀或枝狀顆粒表面的不規則顆粒之間存在大量剪切力和平面接觸點，因此具有較差流動性[11]。

1.5 粉粒間相互作用

粉粒間的摩擦和內聚性質對粉體流動性有一定的影響。對于不同粉體粒徑和形態，摩擦和內聚性對粉體流動性的影響也不同。顆粒較大時，顆粒之間內聚力遠小于體積力，此時，顆粒形態是關鍵因素；顆粒很小時，顆粒之間內聚力遠大于體積力，此時，顆粒之間的內聚力是關鍵因素[12]。

2 改善粉體流動性的措施

針對影響粉體流動性的因素，國內外學者對改善易吸濕粉體流動性開展研究。

2.1 粉體表面改性

改性技術是通過物理或化學方法來改變粉體的表面或界面物理化學性質（如表面原子層的結構或官能團，極性和帶電性質）以改善粉體性能的一項技術。

2.1.1 物理改性

物理改性技術主要是改變粉體粒子形態和大小，改變的方法如Comilling表面包裹技術得到普遍應用。表面包覆技術又稱為表面涂層或涂覆技術，通過物理方法或者范德華力使改性劑與粉體粒子相連接，而不會引起其他化學反應，此類改性劑主要有超分散劑、表面活性劑等，常用方法有機械磨壓和混合、粉末沉積等[13-14]。余艷宏等[15]研究納米SiO2對中藥浸膏粉流動性的影響，將7種浸膏粉中分別加入1%的納米SiO2，并用Comil粉碎整粒機進行處理，比較處理前后粉體指標變化；結果發現，改性處理后樣品的休止角等指標都得到顯著性改善，流動性能得到明顯提高；分析其原因發現，納米SiO2粒子與浸膏粉體粒子的粒徑比較小時，SiO2粒子被粉體分子間作用力吸附，構成核-殼式（包覆式）的牢固結構。

由于物理表面改性技術具有工藝簡單、產品效果良好、生產率高且不改變化學結構等優點而被廣泛采用，其中通過分散、撞擊等機械法使改性劑緊密粘附在主體粒子表面是表面包覆改性的關鍵，但表面改性劑比表面積較大，容易出現團聚而影響包覆效果[16]。曾榮貴等[17]將1%疏水性納米級二氧化硅加入到穿心蓮浸膏粉中，分別采用不同工藝制成藥粉，分別研究各粉體流動特性指標變化；結果表明，3種工藝都能改善浸膏粉體綜合性能，其中先分散再經高速攪拌制得的粉體流動性最好，吸濕性最差，且所得粒子表面二氧化硅含量更高。

2.1.2 化學改性

化學改性是指利用改性劑與粉體粒子之間發生的化學反應，使粉體性能得到有效改變的方法，此法在食品原料和中藥學等領域研究相對深入。

Jiang等[18]按照不同添加比例將共聚維酮（PVPS630）加到馨月舒提取物中再經噴霧干燥制劑；結果發現，PVP-S630可有效改善實驗樣品的流動性能，該結論與張繼睿等[19]的結論相互印證。劉佳佳等[20]將不同改性劑（聚乙二醇1000、泊洛沙姆188和月桂醇硫酸鎂）添加到骨痹顆粒浸膏粉的水提醇中間體中，經噴霧干燥制劑，利用核磁共振技術研究改性前后粉體吸濕性能變化；結果發現，經過改性后的粉體流動性能和抗吸濕性能均得到顯著性提高；分析原因為表面改性劑通過親水基團與粉體粒子相結合，而其疏水基則暴露在外，從而改性粒子的吸濕性得到有效的降低，其粉體流動性顯著增強。狄留慶等[21]將不同表面改性劑分別加入到黃芪浸膏粉的乙醇溶液中，經過干燥、粉碎和過篩后得到粉體，分析改性前后粉體性能的改善情況；結果發現，不同改性劑均能有效改善粉體性能，其中7%丙烯酸樹脂和5%硬脂酸對改善黃芪浸膏粉的粉體性能效果更顯著。

2.2 載體的應用

2.2.1 選用合適載體

針對粉體的自身特性，選用合適的載體或者助流劑可在一定程度上改善粉體的易吸濕性和流動性。蔣艷榮等[22]研究疏水型二氧化硅（AEROSIL R972）作為助流劑對馨月舒噴霧粉體性質帶來的影響；結果表明，加入5%的AEROSIL R972能明顯改善粉體綜合性能；分析其原因，AEROSIL R972屬于多孔性材料，可優先吸附粉體間的水分，同時其表面還連接有疏水性的甲基基團，此外二氧化硅被吸附在粒子表面可改善粉體的表面粗糙度，從而降低粉體間相互作用力。富志軍等[23]選用風濕靈膠囊內容物作為模型，分別研究中藥粉體中常用的幾種輔料對其性能的改善情況；結果發現，乳糖組的實驗樣品在前期具有較低吸濕率和較好流動性，但后期則表現出較強黏性，而微晶纖維素組的實驗樣品仍可持續保持粉體狀態；該結論與李銅鈴等[24]的結論具有一致性。

2.2.2 改善載體性能

根據載體特點，可有針對性地對其性能進行改善，改善單一載體或者助流劑缺陷。嚴紅梅等[25]將微晶纖維素（MCC）和單硬脂酸甘油酯（GMS）先后經過混合、乳化和噴霧干燥等操作，將MCC-GMS復合體加入到不同中藥浸膏粉中進行混合，綜合分析各粉體性能的改善情況；結果表明，處理后的輔料能顯著地改善各粉體的綜合性能，效果明顯優于單獨使用MCC作輔料；分析原因：GMS的親水基可能和MCC的羥基結合，其疏水基團則向外部伸展，從而降低MCC吸濕性能，有效改善粉體綜合性能。張晨萌等[26]以不同比例的乳糖和微晶纖維素制成預混輔料，測定預混輔料與不同藥物混合后粉末的休止角等指標；結果發現，預混料可顯著地改善藥物粉體流動性，而這一結論可與楊紅[27]的試驗結果相印證。

2.3 其他方法

針對粉體特性和實際需求，選用合適的工藝也能較顯著地改善其吸濕性和流動性。Chen等[28]研究擠壓滾圓法與熱熔包衣相結合對中藥提取物防潮的效果，用96∶4的硬脂酸和聚乙二醇6000混合物包裹微丸時，其防潮效果比常用的Opadry AMB涂層系統更好。改善易吸濕性粉體流動性的研究主要集中在中藥浸膏粉等方面，但也有食品領域的研究，如為了改善粉狀調味品的吸濕問題，通常加入玉米淀粉和麥芽糊精等作為填充料，或者采用造粒等工藝。仇耀芳等[29]將玉米淀粉先后采用辛烯基琥珀酸酯化和Al2(SO4)3交聯處理，對處理前后的樣品進行相關指標評價；結果發現，與原淀粉相比，處理后淀粉的疏水性和流動性都得到顯著提高。侯左榮等[30]分析不同品牌雞精產品，總結發現，粒子硬度大的雞精，其吸濕性較差，流行性較好。

3 結語

現有粉體研究中對粉體化學成分的變化關注更多，而對其吸濕性、流動性等物理性質研究還不夠，特別是具有廣泛表征意義的流動性研究。隨著化學和食品等多學科交叉發展，利用表面改性技術并尋求新填充輔料等技術，易吸濕粉體物理性能差的問題得到一定程度解決，但仍有很多難題亟待突破，隨著學者的深入研究，易吸濕粉體問題有望逐步解決，促進醫藥、食品等行業發展。