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自17世纪中叶胡克用自制的显微镜发现了植物细胞以来，植物科学研究就一直与光学显微镜的发展密切相关。荧光标记和光学切片的发展也大大地加快了我们对组织微观形态、细胞发育、蛋白质定位和植物-微生物相互作用的研究进程，近年亚细胞级分辨率的3D成像技术也有助于研究植物的组织结构及其复杂的生理特性。然而，植物细胞本身的光学不透明特性使观察植物体及其内部组织器官受到极大限制，使成像深度被限制在了50μm左右。相比动物，植物还含有一些光敏色素和芳香族化合物，这些成分也容易被激光激发，从而在成像时产生噪音。组织透明技术结合光学成像和图像处理技术，能够将整个器官或全身快速透明并进行结构和细胞分析，为植物3D成像的发展提供了一个非常有前景的解决方案，能帮助研究人员在更接近自然的状态下观察植物的内部构造，有助于农作物品种改良、内部病虫害检测等，对推进植物学科领域的研究进展具有重要意义。（图1）

图1. 植物组织透明、三维(3D)成像和数据分析流程

时至今日，科学界已经涌现出许多先进的透明化技术，它们各具特色，适合不同领域的研究。植物体由于有细胞壁和叶绿体等特殊组分, 导致光学透明技术在植物中的应用面临很大挑战。植物组织不透明的原因主要有两点：一点是色素对光的吸收，另一点是具有大范围光折射率的细胞组分造成的光散射。为了达到生物样本光学透明的目的, 可以采用化学或物理方法去除样本中的色素和脂类物质从而减少样本对光的吸收和散射,并将样本浸入指定的匹配液中, 以获得均匀的内部折射率匹配。（图2）

图2.植物组织透明化原理

近二十年来，已有大量组织透明技术被开发应用在了植物组织成像领域。目前常用的植物组织透明方法可以分成基于有机溶剂的透明化方法和基于水性溶剂方法。

1．基于有机溶剂的光学透明技术

有机溶剂通常具有高脂溶解能力和高折射率(RI=1.5)的特点, 可使处理样品快速透明化。常见的有机溶剂透明化方法有BABB,3DISCO,uDISCO, vDISCO, PEGASOS等方法。这些方法都需要对样品先进行脱水，然后再用高折射率的试剂对样品进行折射匹配，从而实现样品的组织透明。基于有机溶剂的透明技术相对稳定, 可用于多种不同类型的组织。然而, 使用的有机溶剂大多具有毒性, 脱水过程中组织收缩严重, 以及导致荧光蛋白淬灭, 限制了有机溶剂透明方法的使用, 降低了其利用率。

Visikol for Plant Biology（锘海代理）是2013年Villani等人发明的专为植物样本设计，可替代水合氯醛，快速、易用，样本无需固定前处理，与免疫组化兼容的透明剂。他们将生姜、冬青、罗勒、牛至及拟南芥组织样本分别使用Visikol试剂（折射率为1.4450）和水合氯醛进行透明化处理及显微观察，结果表明Visikol试剂对所有被测组织样本完全可以达到与水合氯醛一样清晰度的成像效果。（图3）

图3. Visikol试剂透明化不同植物组织后显微成像结果：罗勒叶片上有气孔和头状、盾状的腺体的表皮(图1A)和叶肉细胞和叶绿体(图1B)。牛至叶脉上的表皮毛(图1C)、头状油腺细胞(图1D)和盾状油腺细胞(图1E)和叶肉细胞(图1F)。拟南芥根尖分生组织细胞(图1G)和分化木质部(图1H)

Visikol 组织透明化试剂盒

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2．水溶剂性的组织透明化方法

基于有机溶剂的透明技术无法保持荧光蛋白的的荧光以及脱水引起的组织结构的收缩，使基于有机溶剂的透明技术受到了限制。水溶剂性的组织透明化方法则具有荧光基团保护性好，生物相容性好及操作安全的优点。水溶剂性的组织透明化方法包括被动浸泡型、蛋白水化型和水凝胶包埋型三种方法。

硫二甘醇 (TDE) 是一种水溶性低黏度液体, 可以通过水溶液稀释调节折射率的范围。透明植物器官成像方法TOMEI (transparent plant organ method for imaging)就是TDE作为透明化试剂的。动物组织样品在97% TDE溶液中浸泡1–2天后体积变得非常小。而在植物组织中, 用97% TDE处理不会导致植物器官的收缩或膨胀, 植物器官可能因细胞壁的刚性而显示出对高浓度TDE的耐受性。TOMEI法主要包括固定和TDE处理2个步骤。TOMEI-I使用乙酸和乙醇（1：3，1-2h）的混合液固定样本，TOMEI-II使用4%PFA（1h）固定样本。TOMEI-II方法对样品的形态和荧光信号保存相比TOMEI-I要好。除去固定因素，高浓度的TDE（95以上）也会使内源荧光淬灭，而50–70% TDE可以很好的实现植物透明化而且对植物的样本形态和信号保存较好。但是TOMEI依然存在无法完全去除样品色素和荧光信号降低的缺点。2022年发表的iTOMEI技术可以克服TOMEI技术的缺点。iTOMEI技术使用1%PFA固定样本，使用磷酸缓冲液（PH8.0）配制20%的硫代甜菜碱去除植物色素，使用70.4%的碘海醇代替TDE用作折射率匹配试剂（图4）。

(A)

(B)

图4.不同植物组织透明化方法比较：（A）拟南芥幼苗分别用PBS, TOMEI-II, iTOMEI透明化处理；（B）对用PBS, TOMEI-II, iTOMEI透明化处理后的拟南芥叶片的H2B-GFP表达情况进行成像。

基于对蛋白质进行水化的透明化方法包括样本脱脂和蛋白水化两个步骤。为了保护样品的荧光信号，水性透明化方法使用表面活性剂进行脱脂，表面活性剂的脱脂时间比有机溶剂脱脂时间长。Warner团队使用Triton X、甘油与尿素结合使实现了玉米、苜蓿、烟草（豆属，豌豆属)和豆科植物的根瘤的组织透明化。Kurihara团队对多元醇、表面活性剂和尿素组合的化学试剂筛选后建立起木糖醇、脱氧胆酸钠和尿素相组合的具有高透明效率、多种荧光蛋白信号保护能力并适用多物种多种组织的ClearSee透明化方法。ClearSee在保持荧光蛋白活性的同时, 也降低了叶绿素自发荧光, 打破了植物组织由于叶绿素存在而造成的成像障碍。因此, 研究人员可使用ClearSee进行多色成像, 并获得植物样本中精确的三维结构和特定的基因表达模式。

但是在用ClearSee透明植物样品的时候，会出现部分样品褐化的现象，这是由于ClearSee处理会导致一些富含原花青素衍生物的组织被氧化从而使样品褐化。Daisuke团队通过在ClearSee中添加还原剂亚硫酸钠或者半胱胺盐酸盐可以有效的防止样品褐化，从而建立了ClearSeeAlpha透明化方法，鉴于半胱胺盐酸盐的价格是亚硫酸钠的100倍，故在ClearSeeAlpha中使用亚硫酸钠（图5）。Nagaki团队在ClearSee基础上建立了ePro-ClearSee透明化方法，该法在进行ClearSee透明化以前样品先进行纤维素酶对细胞壁进行酶解，然后再用异丙醇处理增加样品的通透性，从而使样品更加适合进行免疫组化反应。

图5.ClearSeeAlpha可以防止在组织透明化过程中褐色素的形成：CS: ClearSee;CS4: ClearSee+ 2-aminoethanethiol hydrochloride(半胱胺盐酸盐); CS5: ClearSee+ 2- Sodium sulfite (亚硫酸钠)

PEA-CLARITY是在CLARITY技术的基础上发展起来的一种水凝胶包埋型植物透明化方法，该方法通过使用细胞壁降解酶增加细胞壁的通透性, 以及用淀粉水解酶减少淀粉颗粒的光学干扰, 克服了植物因存在细胞壁和淀粉粒而造成的渗透和成像限制，可显著提高叶片组织的透明度。酶处理在不需要对材料进行任何切片的情况下可使抗体能够渗透到整个组织中，在保留细胞结构的同时使蛋白质在完整组织中进行3D定位。通过对荧光蛋白和抗体标记进行光学成像后, 无需对材料进行任何切片即可获取蛋白质或基因在完整组织中的三维定位。但是PEA-CLARITY透明技术也存在局限性, 如糖含量较高的组织在长时间透明过程中可能出现褐变现象, 酶处理后的组织更加脆弱, GFP等荧光蛋白的信号会减弱等。此外, 该方法处理周期较长, 通常需要4–6周才能完成样本透明。

3．其它组织透明化方法

乳酸和水合氯醛是常被用于植物透明化的两种试剂。它们能被用作植物的透明化试剂，主要是因为它们的折射率在1.43左右，折射率是和植物细胞壁的折射率比较接近的。水合氯醛被广泛的应用于植物的组织透明化，它可以对拟南芥的叶片，花朵，角果等各种组织进行透明化，而且还可以与品红，苯胺蓝，GUS等染色试剂联合使用。水合氯醛还可以与希夫试剂联合使用对细胞PI染色（mPS-PI）观察植物的细胞壁。然而水合氯醛具有麻醉性，且会淬灭植物的内源荧光，从而使该试剂在植物透明化上受到了一定的限制。

Shih等人使用不同浓度的氢氧化钠、乳酸、脂质和蛋白质水解酶、水合氯醛、甲苯及各种脂质溶剂对种子进行处理, 研发出一种改进的氢氧化钠-水合氯醛法, 可用于富含脂肪的种胚进行透明化, 该技术已经应用于枫树、油菜、西瓜及向日葵等油脂贮藏量高的种胚透明。

尽管已有多种透明方法成功应用于植物组织和器官的成像及其功能研究, 但现有透明方法应用于大体积样品的整体透明、标记与三维成像等方面仍存在巨大挑战。(1) 较为剧烈的透明化方法可去除细胞内大部分光不透明成分, 获得高度透明样本, 后期结合细胞壁特异性染料或抗体进行荧光标记或免疫标记, 可实现大体积样本内细胞形态与结构分布的荧光示踪。但剧烈的透明化处理可能造成细胞内结构和成分被严重破坏, 难以对亚细胞组分和结构进行标记和后续分析。 (2) 对于已有遗传转化体系且含有荧光标记的植物样本, 可以采用温和透明方法进行透明化处理后进行三维可视化成像, 但样本体积过大所需透明时间较长且会降低组织内部深处荧光信号的强度和对比度。(3) 对于尚未建立遗传转化体系的植物样本, 可以利用抗体免疫标记的方法进行标记与成像, 但仍需根据成像内容和目的选择合适的透明方法,防止透明化造成目标物丢失。(4) 植物的果实和种子等致密大组织材料内糖类、淀粉和脂质等含量较多, 透明方法仍需要进一步优化。总之与动物组织研究相比，植物组织透明化方法的研究仍处于早期阶段。鉴于不同植物器官的脂质、蛋白质和糖成分各不相同，所以植物组织透明化试剂还需要进行进一步系统的筛选。

透明化方法可以使组织透明，但要实现组织结构的可视化，还需要合适的成像工具。近年发展起来的光片显微镜就是适合组织透明化成像的工具。光片显微镜技术改变了传统显微镜光源照射方式，在同样信噪比的情况下光片显微镜可以将3D成像速度提高到共聚焦显微镜或双光子显微镜的数十到数百倍，而光毒性减少数十至数百倍。因此光片显微镜技术以低光毒性、高速的三维成像优势而被Nature Methods评选为2014年的年度方法学。但是传统光片显微镜存在对厘米级样本进行微米级或更高分辨率成像时成像效率不高的问题。而平铺光片技术作为一种新型的平面光片照明显微技术，通过对空间光调制器加载不同的相位图实现快速平铺短而薄的光片，从而达到扩大视场且不影响空间分辨率和光学层析能力，可以获取在视野范围内各处成像分辨率均一的高分辨率图像。锘海LS18光片显微镜采用了这种平铺光片技术，克服了传统光片显微镜中空间分辨率、光学层析能力和成像视野大小之间的矛盾，从而获得均匀高分辨率的3D荧光图像，使得3D透明化组织成像在生物医学研究中更加可靠及可行。LS18已经在脑科学、肿瘤学、药物研发、干细胞研究、组织胚胎学、组织病理诊断等各个领域得到了广泛的应用。

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参考文献：

1. Hériché M, Arnould C, Wipf D, Courty PE. Imaging plant tissues: advances and promising clearing practices. Trends Plant Sci. 2022 Mar 23:S1360-1385(21)00349-6.

2. Palmer WM, Martin AP, Flynn JR, Reed SL, White RG, Furbank RT, Grof CPL. PEA-CLARITY: 3D molecular imaging of whole plant organs. Sci Rep. 2015 Sep 2;5:13492.

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4. Villani TS, Koroch AR, Simon JE. An improved clearing and mounting solution to replace chloral hydrate in microscopic applications. Appl Plant Sci. 2013 May 7;1(5): 1300016.

5. 马灵玉,祁晓红, 胡子建, 沈微微, 王广超, 张柏林, 张曦, 林金星. 光学透明技术在植物多尺度成像中的应用[J]. 植物学报, 2022, 57(1):98-110.

喷雾干燥机 摘要：随着喷雾干燥机技术的日益完善，以及人们对于食品方面的严格要求，该技术在食品工业凸显重要作用。本文综述了喷雾干燥系统、其分类特点及在食品工业中运用。对未来该技术在各个领域中的运用进行了相应的展望。 关键字：喷雾干燥；分类；食品工业 喷雾干燥机技术的研究始于19世纪初期，在世界上已有一百多年的历史。早在 1865年，La Mont提出了用喷雾干燥方法来处理蛋品，这种由液态经雾化和干燥在极短时间内直接变成固体粉末的过程，在20世纪取得了长足的进展。而喷雾干燥技术在我国起步较晚，早是在20世纪50年代从前苏联引进喷雾干燥机用于染料的喷雾干燥 [1-2] 。目前，喷雾干燥技术已日渐成熟，在食品工业中的应用也越来 越广泛，如用于奶粉[3]、乳清粉[4]、豆奶粉[5]、蛋粉、果汁粉、速溶咖啡[6]等的生产。喷雾干燥机技术具有蒸发面积大、干燥速度快、物料温度低、易于连续化生产等特点，在食品干燥中显示出很强的优越性。它使许多有价值但不易保存的物料得以大大延长保质期，使一些物料便于包装、贮存和运输。同时，也简化了一些物料的加工工艺[7]。近几年来，喷雾干燥机技术在固体饮料中的应用也日益广泛，如草莓粉、乳粉、南瓜粉、番茄粉及各种植物蛋白fen 的加工等。本文阐述了喷雾干燥技术的分离及特点，同时综述了喷雾技术在食品工业的运用，为进一步利用该技术及对其改进提供一些参考。 1喷雾干燥技术及分类 1.1喷雾干燥技术 喷雾干燥是以单一工序将溶液、乳浊液、悬浮液和浆状物料加工成粉状、颗粒状、空心球或团粒状干燥产品的一种干燥方法[8]，主要
是利用雾化器将料液分散成细小的雾滴，并在热干燥介质中迅速蒸发溶剂形成干粉产品的过程。一般喷雾干燥阶段为料液雾化、雾群与热干燥介质接触混合、雾滴的蒸发干燥、干燥产品与干燥介质分离。料液的形式可以是溶液、悬浮液、乳浊液等经泵可以输送的液体形式，干燥所得产品可以是粉状、颗粒状或经过团聚的[9]。与传统的干燥方法相比，喷雾干燥机技术有很多优点，其干燥速度快，时间短(3～10 s)，特别适合于热敏性物料的干燥；干燥过程瞬间完成，可由液体直接得到干燥产品，避免了干燥过程中造成粉尘飞扬；无需蒸发、结晶、固液机械分离等操作；产品具有良好的分散性和溶解性，能极大地保留原料本身的色、香、味和营养成分；生产过程简单，操作控制方便。但喷雾干燥方法也有一些不易克服的缺点，如动力消耗大、传热系数低导致热效率低；干燥器的体积大、操作弹性小，易发生粘壁现象等 [10-11] 。 1.2喷雾干燥系统 喷雾干燥系统包括空气加热系统、供料系统、热风分配系统、雾化和干燥系统、回收系统以及控制系统等。[12] 1.2.1加热系统 工业性的喷雾干燥设备的空气加热形式很多，如蒸汽加热、电加热、导热油加热、燃煤热风炉、燃气热风炉和燃油热风炉等。实验室用的喷雾干燥器由于干燥所需空气量很少，所以选用了电加热，这样使得设备更紧凑，温度调控便利，而且所需的电耗也少。此外，为了满足生化产品的卫生要求及工艺参数的可调性，加热系统则包括空气过滤器、电加热器和调压加热等控制装置。 1.2.2供料系统 工业性生产的喷雾干燥设备的供料系统一般采用螺杆泵加调节装置。而微型喷雾干燥器选用医用蠕动泵，可满足小流量、可调节的要求。 1.2.3热风分配系统 工业性生产的小型喷雾干燥机设备的热风分配系统采用DAR型、DHS型或直通型，根据雾化方式进行选择，通常对于JT-8000Y喷嘴型式雾化的采用直通型热风分配器。对于二流体喷嘴雾化方式 ,采用改进型直通型热风分配器。 1.2.4雾化系统 本系统包括空气压缩机、雾化器、压缩空气的流量调节等。雾化器包括压力式、二流体及离心式三种。空气压缩机采用增氧泵型，流量调节用转子流量计。 1.2.5干燥系统 干燥系统主要指干燥室和相关的管路、控制等。干燥室采用耐热玻璃作为干燥室直筒(250 mm×300 mm)，便于观察，且直观性好，下部采用不锈钢锥体连接，锥体角度不同于工业性生产的喷雾干燥设备的锥体 55°或60°，采用30°锥体以有利于干粉的卸落和增加一定的干燥流程。在干燥室的进出口管道上装有温度检测及显示仪表。 在食品料滴表面形成的饱和蒸汽膜迅速进行蒸发，蒸发温度近似等于干燥空气的湿球温度。所设计的干燥室可提供有效的料滴逗留时间，使料滴在不发生热降解的情况下被彻底干燥。从喷雾干燥器排出的产品温度近似等于25～30℃, 低于干燥空气排出口的温度。在蒸发阶段,雾化形成的料滴分布也是可变的，主要取决于产品要求的外观形状。 1.2.6回收系统 本系统包括旋风分离器、 增氧泵及产品收集器等。工业性生产喷雾干燥设备(JT-8000Y小型喷雾干燥机)的回收系统一般有旋风分离器、 湿式洗涤器和袋滤器等。一般采用两种方式进行物料的有效回收：两处排出，即从干燥室底部和旋风分离器排出；一处排出, 即粉料与干燥空气一起从干燥室排出再经旋风分离器回收。 2喷雾干燥分类 2.1按微粒化方法分类[13] 已知溶液在喷雾干燥时，其表面积越大，则干燥速度越快，所以，为了增大被gan燥溶液的表面积，必须使溶液微粒化，这是喷雾干燥非常关键的问题，微粒化的方法有三种，即压力小型喷雾干燥机、离心小型喷雾干燥机和气流小型喷雾干燥机。因气流喷雾在食品工业中较少采用，故此处只做简要概述。 2.1.1压力喷雾干燥机 2.1.1.1压力喷雾干燥原理 利用高压泵使料液的压力达到（200大气压），对于高粘度物料的高压泵可达300-400大气压。在一定的初速度下以切线方向进入喷咀的旋转室中,使料液形成旋转运动。而聚化成直径在10-20微米的雾状微粒喷入干燥室，由于同热空气直接接触，进行热交换和水分的传递，其表面水分迅速蒸发，在很短的时间内被gan燥成球状颗粒，沉降千室底。旋转速度与旋涡半径成反比,故喷成的液雾呈空心园锥形。

摘要：喷雾干燥技术在我国是一项具发展前景的干燥技术，它能将物料方便快捷地干燥成均一的粉状材料，目前大多数高校和研究所使用的是实验型喷雾干燥机。综述实验型喷雾干燥机的工作原理及应用情况的新进展，在应用方面，主要介绍实验型喷雾干燥机在普通喷雾干燥、微粉化或结构改造以及制备微胶囊方面的具体应用，旨在为实验型喷雾干燥机的应用领域拓展提供理论依据，以提升实验型喷雾干燥
随着现代科技的发展，各行各业对产品原材料的要求越来越高，尤其是粉体材料的制造需求，而喷雾干燥技术就是目前Z常用的物料粉末化干燥方法之一，它可以减少对粉体产品的热效应，保持生物活性。喷雾干燥机的种类较多，但大多数高校和研究所选择实验型喷雾干燥机。其优点为效率高、工序少、节省人力、设备结构相对简单、占地面积小、便捷、产品品质优良。
目前，国内生产的实验型喷雾干燥机主要为离心式喷雾干燥机和双流体喷雾干燥机（即气流式喷雾干燥机）。离心式喷雾干燥的特点是干燥速度快、雾化程度高、设备占地面积相对较大、不易清洗、成本高；双流体喷雾干燥机的特点是体积小巧、不易堵塞、外形美观、控制，玻璃瓶外壁使得试验人员方便研究干燥的过程，可及时调整相应问题，而且所选的高温硼硅的玻璃材质在经过抗静电的处理后可以防止干粉黏壁现象的发生。由于实验室的场地限制、精度要求较高、干燥量不需太多，所以双流体喷雾干燥机是目前实验室的Z优选择，也是被国内各大高校、研究所应用Z多的实验型喷雾干
燥机。8000Y 型小型喷雾干燥仪及:8030Y 型实验型喷雾干燥机是福建农林大学食品科学学院目前应用较多的2 种设备，本文以这类设备为例综述了实验型喷雾干燥机的工作原理及应用情况，旨在提高实验型喷雾干燥机的利用率。
1 工作原理
通过蠕动泵将含有固体成分的液体泵入双流体喷嘴，通过压缩空气将溶液喷射成微小雾滴进入干燥腔。热空气中的小雾滴具有很大比表面积，能够很好地进行热交换使得表面水汽的迅速升华，形成干燥固体颗粒，固体颗粒通过旋风分离器与废气分离后进入收集瓶中。废气则直接排到大气或空气过滤装置[1]。其中，双流体的喷嘴自带有通针，调节通针的频率可以防止喷嘴被堵塞。喷雾颗粒的平均粒径大小可以通过控制压缩空气的流量进行调整。

2 实验型喷雾干燥设备应用情况简介
实验型喷雾干燥机的应用领域广泛，涉及食品产业、制药产业、超微纳米粉体的应用，还有在土壤石油污染的生物修复中也有相应的应用。目前，具体用途主要有普通喷雾干燥、微粉化或结构改造、微胶囊3 种。
2.1 普通喷雾干燥
普通喷雾干燥主要用于大部分纯溶液、胶体溶液、乳浊液，只要Z终干燥产品能表现为均一的固体即可。此法目前已被广泛的应用于各领域的研究中。陈君琛等人[2]为提高大球盖菇漂烫液的营养价值，使用实验型喷雾干燥机对其进行试验。Z终确定其工艺条件是进料的温度为70 ℃，进料量为0.6 L/h，雾化压力为92 MPa，进风温度为172 ℃，此情况下营养精粉的得率为60.26%，含水率为3.2%，抗氧化保留率为83.92%，溶解的时间为65 s。于婷[3]在制备蜂蜜木瓜粉时，运用了实验型喷雾干燥机对物料进行干燥。通过试验改进了它的配方和加工的工艺，Z终确定了其优化工艺参数为压缩空气流量859 L/h，进料量15 mL/min，进风的温度166 ℃。于洋[4]在干燥啤酒的废酵母泥时，为了更好地保护啤酒废酵母泥中的超氧化物歧化酶SOD 活性使用了实验型喷雾干燥机进行试验干燥。其工艺参数为进风量4 320 m3/h，进风温度134 ℃，进料速率3.75 mL/min。龚蜜等人[5]研究了辅料对油菜花粉提取液喷雾干燥的影响。其实验型喷雾干燥机的工艺参数为空气流量50 m3/h，进料量20 mL/min，进口温度150 ℃，正交结果测得Z佳辅料配比为麦芽糊精占油菜花粉提取液固体总量70％，羧甲基纤维素占1％，β- 环糊精为麦芽环糊精1/10。刘晓琳[6]研制王浆蜜粉时，对喷雾干燥技术和冻干技术进行了对比。结果测得，冻干技术所得产品流动性比喷雾干燥所的产品差，其营养价值高于喷雾干燥的产品，但从生产角度看，喷雾干燥更加节能环保，且生产效率高，所以更具优势。其喷雾干燥过程中的Z优操作条件是气体流量为600 L/h，进料流量为20 mL/min，进风温度为160 ℃。此外，苏东晓等人[7-14]使用普通喷雾干燥法进行大球盖菇漂烫液、灵芝蜂蜜粉以及海鲜调味品等方面的实验。此法干燥物料效率高、时间短、产品溶解性和流动性较好，理化性质的变化不显著，所得产品品质较好。
2.2 微粉化或结构改造微粉化或结构改造主要是改变物料的形态，可以对2 种物质进行造粒，这样有利于产品的溶解性和可测性。微粉化的主要优点是可以得到均匀稳定的颗粒大小，提高堆积密度，提高物质的利用率。陈福泉和张本山[15]利用实验型喷雾干燥机改变了玉米原淀粉的形态，增强其理化反应活性，形成非晶颗粒态玉米淀粉。其喷雾干燥Z优的工艺参数是进口的温度为230 ℃，预加热的温度为70 ℃，淀粉乳的质量浓度为150 g/L。汪雷[16]将银杏提取物用实验型喷雾干燥机进行微粉化，结果提高了银杏提取物的溶出度，并加强了其脱脂效果。其喷雾干燥的Z优工艺参数是银杏提取物的溶液流速为20 r/min，进口温度为160 ℃，质量浓度为1.25 g/L。李湘山等人[17]对不同类型泼尼松龙的体系在不同喷雾干燥工艺条件下产生的可以形态进行考察。结果表明，在设备较高温度（150~190 ℃） 的条件下可进行造粒，而在较低温度下（101~140 ℃），基本只是干燥原有的颗粒，没有改变其形态。饶样福[18]制备果蔬微粉片时使用了实验型喷雾干燥机，加入适量的黄原胶、葡萄糖等物质混合造粒。其工艺参数是进风的气压为0.25~0.3 MPa，进口的温度为180~200 ℃，入料温度为60 ℃，出口温度为90~100 ℃，入料质量分数为30％。樊婷等人[19]为提高金银花种有效成分的利用，将金莲花的提取物制备成微粉。其进口温度为80 ℃，进料速率为9 mL/min，雾化气流速度为670 L/h。此法能有效地提高产品溶出度、分散性，在改善生物利用率方面有明显的优势，相比于其他微粉化方法的操作更加简单、经济、安全。
2.3 微胶囊实验型喷雾干燥机可以将物料制成微胶囊或微球，其工艺是将囊心物均匀分散在物料浆液中，再用实验型喷雾干燥机将此混合溶液喷入干燥腔与热空气接触。若囊心物可溶解在其中，即可制成微球；若不溶，则制成微胶囊。这种方法的使用已有几十年的历史，产品被微胶囊包裹后，能够提高产品稳定性，可以抗光照、抗氧化、抗热的能力，易挥发产品的贮藏期可得到延长（如风味物质和香料）。孟宪刚等人[20]以氯化钙、壳聚糖和海藻酸钠为包埋壁材，用实验型喷雾干燥机将面粉改良剂茶多酚制成微胶囊。结果显示，喷雾干燥操作条件是空气流量为750 L/h，进风温度为180 ℃，出风温度为100 ℃，复合壁材比例为海藻酸钠2.5％，壳聚糖为0.8％，氯化钙为4.5％，芯壁材质量比为2∶1，包埋率为73.8％。刘楠楠[21]在制备葱油香精微胶囊时，将复凝聚喷雾干燥的工艺方法进行了优化，利用喷雾干燥法二次包埋葱油香精以提高产品的稳定性。其操作条件是麦芽糊精和阿拉伯胶比例为1∶1，芯材含量为25％，料液浓度为18％，料液温度为50 ℃，进风温度为180 ℃，出风温度为80 ℃。应用此法可得流动性及干燥性优良的粉末微胶囊。刘楠楠[22]用喷雾干燥法来制备芝麻油微胶囊。通过旋转组合试验得到其包埋率高的工艺参数为大豆分离蛋白和阿拉伯胶比例1∶1，芯材含量占固形物含量25％，固形物质含量分数23％，进风温度180 ℃，出风温度80 ℃，进料流量15 mL/min，料液温度50 ℃。李素云等人[23]利用喷雾干燥法，将芥末油进行微胶囊化。他们利用旋转组合试验得出Z优操作条件条件为麦芽糊精与阿拉伯胶比例8∶2，壁材与芯材比例3∶1，固形物含量35％，进料速度15 r/min，进口温度235 ℃，出口温度90 ℃，在此条件下可得到93.1％的包埋率。目前，利用喷雾干燥法制备微胶囊以延长货架期的方法已经被广泛应用。李纲等人[24]曾利用喷雾干燥法将鱿鱼肝油、橄榄汁、大蒜油等产品进行微胶囊化处理。
3 结语
实验型喷雾干燥机目前的应用领域已广泛，且用途日趋多样化。随着社会和科技的快速发展，实验型喷雾干燥机应该加入更多其他新技术的支撑与发展（如超声波技术、微波技术等）。这样不仅能起到节能环保的效果，还能更好地提高产品的品质，将是今后实验型喷雾干燥机改进和升级的研究方向。

摘 要: 喷雾干燥技术被广泛应用在许多工业生产领域中, 本文从工艺、机理、产品的质量和节能等几个方面对喷雾干燥在生物质资源加工利用中的发展状况进行了概述, 发现研究过程中尚存在着一些问题, 如由于高进气温度使产品质量下降; 在干燥室或工艺管中发生产品粘壁; 系统能效低及生物制品中活性物质被破坏等, 亟需在工艺及设备等方面改进和提高, 因此很有必要对喷雾干燥技术进行更深入的研究。
喷雾干燥是以单一工序将溶液、乳浊液、悬浮液和浆状物料加工成粉状、颗粒状、空心球或团粒状干燥产品的一种干燥方法。喷雾干燥技术的研究始于20世纪初期, 距今已有100 多年的历史。起初, 这种技术主要用于脱脂奶粉的制造, 并在食品工业中应用, 随着喷雾干燥技术的不断成熟, 其应用范围也逐渐扩展, 目前这项技术在国内外的许多行业都已得到了广泛的应用, 例如在食品工业中用于奶粉[ 1] 、乳清粉[ 2] 、豆奶粉[ 3] 、蛋粉、果汁粉[ 4- 5] 、速溶咖啡[ 6] 等的生产中, 另外, 在其它行业如化学[ 7- 8] 、医药[ 9- 10] 、造纸[ 11] 、陶瓷[ 12] 、化肥[ 13] 、冶金[ 14] 、洗涤剂[ 15 ] 、环保[ 16] 、生物质活性物质[ 17- 19] 等工业生产中也被采用。自然界中生物质资源广泛, 提取对人类健康有保健作用的有益成分, 制作成各种粉状或颗粒状易于保存的产品是当前发展的重要方面。喷雾干燥正是生物质资源加工利用工艺的必要组成部分。在林化行业中, 浓缩单宁液、歧化松香皂膏、木工胶黏剂等均可通过雾化干燥完成。王静等[ 4] 用喷雾干燥工艺对枣进行加工处理, 不但保存了枣的营养价值, 而且为枣产品的品种多样化提供了一种途径。陈宜芳等[ 20] 通过对喷雾干燥后的鱼浆蛋白fen营养成分进行分析, 将得到数据与鱼粉数据相比较, 寻找差距点, 对喷雾干燥第5期张彩虹, 等: 喷雾干燥在生物质资源加工利用中的研究进展 47工艺进行优化。尽管在生物质资源加工利用中喷雾干燥技术无论是从深度上还是从广度上都得到了巨大的发展, 但仍然有其不足之处, 如受生物质物料的多样性及各物料差异性、干燥产品不同质量要求的影响, 工艺不仅要随物料变动而且复杂性也会不同,所以在生物质资源加工利用中喷雾干燥工艺研究仍是全qiu各国科研人员的重要研究内容; 又如大部分喷雾干燥装置的热效率在30% ~ 70% 之间[ 21] , 所以提高喷雾干燥在生物质资源加工利用中的热利用率也是研究的重要方面。鉴于喷雾干燥技术的深入研究对生物质资源的开发与利用都具有现实意义, 本文就喷雾干燥技术在生物质资源中的发展程度进行了分析和综述, 同时对未来的发展趋势作了展望。
1 在生物质资源加工利用中喷雾干燥的机理研究
1. 1 雾化器性能和雾化机理的研究
雾化器是把液体雾化成细小雾滴的核心装置, 其性能好坏直接影响产品质量和技术经济指标。在生产中, 往往会出现大颗粒没有干透、小颗粒已经过干的现象。因此, 雾化器满足生产工艺要求, 既保证料液的分散度, 又能把粒径变化控制在Z小限度。母福生等[ 22] 从理论上推导喷雾干燥技术中雾化器流量、雾化角各自的关系公式, 基于空气动力干扰学说推导出雾化后液滴平均直径的理论公式, 找出它们内在联系, 并通过相关实验数据进行验证。郝文生等[ 23] 对离心雾化的成因作了详细的分析, 得出液滴的3种形成方式: 直接分裂成液滴、丝状割裂成液滴、膜状分裂成液滴。虞子云[ 24] 通过对二流体外混、二流体内混、三流体内混和三流体内外组合混等4种类型气流喷嘴在不同的喷嘴几何尺寸、料液物性、操作条件下的雾化试验比较和分析, 指出了各种喷嘴的适用场合, 例如, 二流体内混式喷嘴能耗Z小,是水及物性接近于水的大多数低黏度物料雾化的适用喷嘴; 三流体内混式喷嘴能耗比二流体内混式大, 适合在高黏度物料场合使用。
1. 2 喷雾干燥中气流与微粒的运动及相对运动
喷雾干燥系统是一个多输入多输出的复杂系统, 时间长, 损失较大, 试验成本较高。随着计算机技术的发展, 使得模拟喷雾干燥这个复杂过程成为可能。Langrish 等[ 25] 结合喷雾干燥的特点,建立了模拟食品在喷雾干燥室内气体-颗粒两相湍流流动的模型。应用计算流体力学对干燥器内食品干燥的气-粒两相流运动进行了模拟, 研究了食品喷雾干燥中器壁沉积颗粒的成因, 得出减少器壁沉积率的适宜条件: Z大喷射锥度60b和Z大量的涡流进气62b。Huang等[ 26] 应用计算流体力学对麦芽糊精在离心雾化器和压力管雾化器的喷雾干燥性能作了比较研究, 模拟结果显示两种雾化器产生不同的颗粒尺寸分布和雾化样式, 得到的颗粒轨迹展示了不同的温度、流量和干燥特性, 为在一种喷雾干燥腔内实现多种生物质物料喷雾干燥的可行性研究提供了素材。虽然CFD应用已日渐广泛, 但是CFD 的模型验证需要更多的试验数据支持, 而在生物质资源加工利用中喷雾干燥环境很难取得良好的测试数据, 使得CFD技术在生物质物料喷雾干燥中的应用还有待于进一步提高。
1. 3 雾滴的干燥速率以及产品的形状
雾滴的干燥速率与雾滴的分布直接有关, 大量生产实践表明, 生物质产品粉体颗粒粒度分布受如下工艺参数影响: 料液浓度、进料速率、温度、雾化方式、干燥介质流量、气液接触方式以及溶剂和溶质的性质等。喷雾干燥所得的生物质产物一般为球形颗粒, 但由于工艺参数控制不当往往会导致颗粒变形, 如空心球、中空的环形、椭球形或苹果形。黄立新等[ 7, 27] 通过分析生物质物料在整个喷雾干燥阶段中的温度和颗粒状态变化, 研究了生物质物料的玻璃化转变特性和产品质量与干燥工艺参数的关系, 从而为提高雾滴的干燥速率和得到合格的产品形状提供了理论根据。对于生物质物料, 由于产品的天然和生物质特性, 使得对于干燥过程的要求更加严格, 不当的干燥工艺将直接降低产品的品质, 如色、香、味、活性有效成分等, 因此, 对干燥工艺研究不断提出新的挑战。
2 在生物质资源加工利用中喷雾干燥系统的工艺研究喷雾干燥工艺是一种涉及到传热、传质、流体力学、机械工程、自动化技术等多学科的系统工程,在生物质资源加工利用中工艺的稳定状态主要受以下几个因素影响: 处理的物料不同; 干燥产品的要求不同; 干燥时间的显著差异; 干燥过程中的物48 生 物 质 化 学 工 程 第 42卷理变化、化学变化、传质传热过程变化不同; 干燥所需热量输入方式不同; 控制方式不同等[ 21] 。国内外众多科研工作者也正是基于这些差异进行研究, 从而优化其工艺, 提高效益, 如在食品行业中, 黄立新等[ 17] 根据溶液固含量的不同对改性食用微晶纤维素溶液进行二流体和高速旋转盘式喷雾干燥试验, 研究了改性食用微晶纤维素的喷雾干燥特性, 从而获得了改性食用微晶纤维素经济运行的优化喷雾干燥工艺条件: 热空气进口温度160 ~ 170 e , 出干燥塔的空气温度85 ~92 e , 料液含固量为12%, 料液温度为60 e , 雾化方式采用二流体雾化; 获取细粉的优化喷雾干燥工艺条件: 热空气进口温度170 e , 出干燥塔的空气温度90 e , 料液含固量2%, 料液温度60 e , 雾化方式采用高速旋转盘式。Chen 等[ 19]根据类胡萝卜素粉的稳定性对类胡萝卜素粉的生产工艺进行了研究, 得出的工艺条件: 进料的固体含量15% , 进气温度135~ 145 e , 出气温度90~100 e 。另外在医药[ 28] 、造纸[ 29] 、饲料[ 20] 等生物质资源加工利用行业都有喷雾干燥工艺及其工艺条件优化的大量研究。当前在生物质资源加工利用工艺研究中另一个重要方向是微胶囊工艺研究, 就是将从生物质资源中提取的有效成分通过喷雾干燥技术制成微胶囊制剂。这一技术可防止制剂中有效成分氧化、水解和挥发, 可掩盖不佳气味, 还可以提高其稳定性和生物利用度以及降低刺激性、毒性及不佳反应。微胶囊技术在中药fang面的应用尤多, 如可起到缓释作用, 延长药wu释放时间, 以减少服药次数; 还可以制成靶向制剂, 定向作用于患病部位。喷雾干燥制备微胶囊的方法有两种, 即流化床喷雾干燥和液滴喷雾干燥, 其中液滴喷雾干燥是微胶囊制备中常用的方法, 它是直接将囊心物与囊材的混合液通过雾化器分散成雾滴, 在热气流中迅速蒸发干燥形成微胶囊的方法。这种喷雾干燥法Z适于亲油性液体物料的微胶囊化, 芯材的憎水性越强, 包埋效果越好。近几年来国内外许多研究人员从事生物质资源加工利用的微胶囊工艺研究, 如孙厚良[ 30] 对喷雾干燥技术制备微胶囊过程中的乳化液配置及相关喷雾干燥工艺参数对微胶囊化过程的影响作了详细的阐述, 认为壁材的多样性和核材的多样性, 还有乳化液的制备及喷雾干燥过程中的参数多元性, 使喷雾干燥制备微胶囊过程工艺相当复杂, 重视壁材、核材、进料速率、浓度、温度和进、排风温度等各种影响因数才能获得良好的微胶囊产品。Berto lin i等[ 18] 通过喷雾干燥技术用阿拉伯胶包裹单萜, 改变工艺参数研究其产品稳定性。

会议简介

由于植物细胞具有细胞壁、叶绿体等独有的细胞结构，其广泛存在的自发荧光使得科学家在进行植物学研究时，染料选择变得很受局限，同时很容易观察到假象并产生误判。加上植物无法像动物一样通过运动来规避环境或病虫害的胁迫，在其生长发育过程中会分化出很多形态各异的组织或细胞结构，用于适应环境的变化。不同的结构预示着不同的功能，如何分离出这些特定形态的组织或细胞进行功能研究也是植物学研究中的一大挑战。

本次研讨会，将邀请行业内专家共同探讨激光共聚焦和激光显微切割技术在植物单细胞组学中的研究进展。

6月16日 9:30 ~ 11:00

会议日程

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大会专家

龙艳萍

南方科技大学  博士

毕业于中国科学院遗传与发育生物学研究所。现为南方科技大学生物系研究助理教授。

研究领域：

1.同源重组的表观调控机制。2. 单细胞测序技术开发。

石磊

应用工程师

现任职于徕卡显微系统，负责高端宽场、共聚焦显微成像的应用支持工作，在生命科学研究的显微成像领域中具有丰富经验。

刘婷

SCIEX中国

高级应用流程经理

毕业于沈阳药科大学&军事医学科学院，主要研究方向为临床前药代动力学；2004年开始使用LC-MS/MS, 拥有丰富质谱应用经验；在高分辨质谱、常规分辨三重四极杆质谱、常规分辨离子阱质谱，差分离子淌度和MicroLC应用上有丰富的经验。

在药物研究方面，参与过2个一类新药的临床前药代动力学研究工作；代谢组学方面，在临床代谢组学、暴露代谢组学有较丰富的经验；脂质组学方面，非靶脂质研究流程、上千种脂质化合物定量方法等；在Analytical and Bioanalytical Chemistry，Journal of Chromatography B，Biomedical Chromatography，frontiers in pharmacology 等期刊发表文章。