喷雾干燥用热气体在几秒内把液体变成粉末，每千克成本低，并且可以连续出料。冷冻干燥则是在真空下于极低温度中通过升华除水，能更好地保留结构和活性，但每千克成本高得多，而且是间歇运行。对大多数产品来说，决定可以归结为一个问题：产品哪怕只是短暂受热，价值是否会下降？如果不会，喷雾干燥通常是更好的选择；如果会，冷冻干燥可能就是唯一可行的办法。
本指南从决定购买的几个因素来比较两者：产品质量、成本、产能、粉末性质和放大。它也涉及单独哪一种都不合适的情形。
背景：两种截然不同的除水方式
两种方法都是把液体或湿物料变成干燥的固体，但物理原理不同。
喷雾干燥把液体雾化成细小的液滴，让它们与热气体接触。每个液滴中的水分在大约几秒内蒸发，液滴变成干燥的颗粒，过程是连续的。完整的机理，请参阅喷雾干燥的工作原理。
冷冻干燥又称冻干，先把产品冻结，再降低压力并施加温和的热量，使冰直接升华为蒸气而不经过液相。产品保持冻结时的结构，留下多孔的固体。这个周期是间歇式的，视物料和装载量，常常要运行数小时到数天。
关键的区别在于除水期间的产品温度。喷雾干燥机中，颗粒含水时表面温度保持在接近湿球温度的水平，这在很短的干燥时间内保护了颗粒，但设备本身是在高气体温度下运行的。冷冻干燥机中，产品在主干燥阶段始终保持冻结。
并排对比
| 因素 | 喷雾干燥 | 冷冻干燥 |
|---|---|---|
| 运行方式 | 连续 | 间歇 |
| 干燥时间 | 每个颗粒数秒 | 每批数小时到数天 |
| 产品温度 | 受热（短时间） | 一次干燥期间保持冻结 |
| 典型粉末形态 | 细粉或颗粒，常为空心球 | 多孔块状物，通常事后研磨 |
| 热敏性活性成分 | 许多都适用，需调整条件 | 可获得的最佳保护 |
| 挥发性香气保留 | 可能有一定损失 | 保留更好 |
| 产能 | 高，可扩展到每天数吨 | 受腔体和周期时间限制 |
| 每千克成本 | 较低 | 高得多 |
| 设备投资与公用工程 | 中等 | 高（真空、制冷、长周期） |
| 进料 | 可泵送的液体 | 液体、膏状物或固体块 |
| 最适合 | 大宗和中等价值的粉末 | 高价值、敏感或有结构要求的产品 |
成本比例因产品和规模差别很大，所以请向任何供应商索取针对您物料的成本模型。一般而言，按每千克除去的水计，冷冻干燥的成本要高得多，因为周期长，而且冷冻和真空都需要能量。
产品质量：各自保护什么
活性与结构
冷冻干燥是生物制品、疫苗、酶、活菌等物料的黄金标准，这类物料的价值取决于蛋白结构或细胞存活率。低温和不存在液态水，使降解降到最低。
喷雾干燥对许多敏感物料仍然可行。益生菌、酶和维生素都在商业化喷雾干燥，通常配合麦芽糊精等保护性载体或其他辅料，并仔细控制出风温度。存活率损失通常比冷冻干燥更高，所以问题在于：在价格差异面前，这点损失是否可以接受。
风味与香气
喷雾干燥使挥发性成分接触热气体，因此可能有一些香气损失。用载体基质包埋可以减少损失，喷雾干燥正是因此被广泛用于香精粉末。冷冻干燥对香气的保留更好，但成本更高。
颗粒性质
喷雾干燥的颗粒通常较小且相当均匀，粒径可以通过雾化器的选择和物料性质来调节。更多内容可阅读我们的喷雾干燥机雾化方式对比。冷冻干燥的物料是多孔块状物，溶解很快，但通常需要研磨才能得到流动性好的粉末。
溶解性与复水
冷冻干燥产品由于开放的多孔结构，复水很快。喷雾干燥的粉末也可以溶解得很好，尤其是经过团聚或速溶化处理的，但颗粒结构更致密。
成本：钱花在哪里
喷雾干燥的成本驱动因素是蒸发负荷、进风温度、热源和规模。由于过程连续、产能高，固定成本被分摊到很大的产量上。关于哪些因素会影响价格，请参阅我们的喷雾干燥机成本指南。
冷冻干燥的成本驱动因素是腔体大小、搁板面积、周期时间、制冷和真空能力，以及每批次的能耗。漫长的一次干燥阶段占用昂贵的设备，所以单台设备的产能很低。
一个简单的比较办法，是算出成品每千克的价值。如果干燥后的产品每千克售价很高，而且受热会损失很大价值，冷冻干燥机的成本就可以说得通。如果产品是大宗配料或中间体，喷雾干燥在经济上几乎总是更胜一筹。
规模与产能
喷雾干燥机的规模从实验室设备到工业设备，蒸发能力可达每小时数百或数千千克水。迅驰干燥的YPG-压力喷雾干燥机和LPG-离心喷雾干燥机系列覆盖从小到大的产能。
冷冻干燥机靠增加搁板面积和腔体容积、或安装多台设备来扩大规模，单台设备的产量要小得多。对于实验室和中试工作，台式冷冻干燥机或中试冷冻干燥机可以让您在投入生产系统之前先制备样品。
决策指南：什么产品选哪种
| 您的产品 | 通常选择 | 原因 |
|---|---|---|
| 牛奶、乳清、咖啡、茶、大宗食品配料 | 喷雾干燥 | 成本低、产量大 |
| 香精、精油、包埋活性成分 | 喷雾干燥 | 载体包埋保护挥发成分 |
| 陶瓷浆料、颜料、洗涤剂基料、化学品 | 喷雾干燥 | 目标是颗粒大小和流动性，而不是保存 |
| 药物分散体和吸入粉末 | 喷雾干燥 | 颗粒工程 |
| 疫苗、生物制品、敏感酶、活菌 | 冷冻干燥 | 活性和存活率决定价值 |
| 香气重要的高价值提取物 | 冷冻干燥，或先试验喷雾干燥 | 质量溢价可能抵得上成本 |
| 必须保持固体形状的产品 | 冷冻干燥 | 喷雾干燥得到的总是粉末 |
| 不确定或处于临界 | 在小规模上两种都试 | 先测量损失再选择 |
对于上述适合喷雾干燥的情形，请参阅我们的喷雾干燥乳粉、速溶咖啡和制药喷雾干燥指南。
比较每千克成本的实用方法
取两个候选产品，对每个都问同样的四个问题。
- 1.一千克成品粉末能卖多少钱？大宗食品配料与高价值植物活性成分，处在价格差异极大的两个区间。
- 2.产品短暂受热会损失多少价值？如果答案是“没有”或“百分之几”，喷雾干燥就是默认选择；如果答案是“大部分”，冷冻干燥就是候选。
- 3.每千克粉末需要除去多少水？固含量 20% 的进料，每千克固体带有四千克水，每一千克都必须蒸发或升华。水越多，能耗和周期时间的差异就越重要。
- 4.您每年需要多大的产量？每年几百千克，可能适合一台小型冷冻干燥机；每年数百吨，就是喷雾干燥机的范围。
把答案写下来，请供应商按这些条件报价。如果供应商说不清每千克成本如何随固含量和产量变化，说明他们没有为您的情况建过模。
两者并用
有些产品会经过两种工艺。液体可能先在实验室规模冷冻干燥，制备参考样品，等配方和工艺参数确认后，再喷雾干燥用于商业化生产。还有的产品先喷雾干燥成粉末，再经团聚或制粒以改善流动性和溶解性。
如果您的产品是高价值提取物，也可以试验保护性载体能否让喷雾干燥达到您的质量目标。这种试验往往比认定必须冷冻干燥要便宜。
应避免的常见错误
因为听起来更温和，就默认选冷冻干燥。对不怕热的产品，您是在为不需要的质量支付高额溢价。
没有核实耐热性就选喷雾干燥。如果活性成分在某个温度以上就会失活，哪怕短暂受热也可能太多。请用小试验确认。
比较设备价格，而不是每千克成本。真正重要的，是每千克成品的总成本，包括能耗、人工、收率和周期时间。
忽视您需要的粉末。如果下一道工序需要粒径明确、流动性好的粉末，喷雾干燥可以直接给您；冷冻干燥得到的块状物需要研磨，这会增加一道工序，还可能使产品接触水分。
跳过放大检验。实验室冷冻干燥的周期不能直接对应到生产周期，实验室喷雾干燥的结果也不总能放大。中试数据可以降低风险。我们的中试喷雾干燥机指南说明了中试应该测量什么。
结论
当您需要连续、低成本的工艺来生产粒径可控的粉末，而且产品能承受短时受热时，就用喷雾干燥。当活性、结构或香气决定产品价值，而且每千克的售价能覆盖成本时，就用冷冻干燥。如果不明确，就用您的物料两种都试，比较实测的质量和每千克成本。
下一步：申请中试，用您自己的物料做喷雾干燥试验。我们的测试中心提供收费试验，并给出进风和出风条件、粉末性质和收率的报告。
常见问题
喷雾干燥比冷冻干燥便宜吗？
是的，几乎在所有情况下都是。喷雾干燥连续且产能高，每千克成本低得多。冷冻干燥要在真空和制冷下运行很长的间歇周期，使每千克的设备投资和运行成本都更高。
哪种方法保留的营养和活性更多？
冷冻干燥通常对活性和香气的保留更好，因为产品始终保持冻结。喷雾干燥在调好载体和温度后，对许多营养成分和益生菌也能做得很好，只是损失比冷冻干燥更高。
喷雾干燥能用于热敏性产品吗？
往往可以。液滴含水时温度比气体低，而且干燥只需几秒。采用较低的进风温度、使用载体并仔细控制出风温度，可以保护许多热敏性物料。损失多少，要通过试验确认。
两种方法各得到什么样的粉末？
喷雾干燥得到细粉或颗粒状粉末，常为空心球形颗粒。冷冻干燥得到多孔块状物，通常需要研磨才能成为流动性好的粉末。
实验室冷冻干燥机的结果能放大到生产吗？
不能直接放大。周期时间和条件会随装载量和搁板结构而变化。把实验室结果当作参考，在确定生产设备之前先在中试规模上确认。
制药产品选哪种更好？
取决于产品。冷冻干燥是许多疫苗和生物制品的标准做法。喷雾干燥则用于颗粒工程，例如无定形固体分散体和吸入粉末。
如果拿不准，怎么决定？
两种方法各做一次小试验，比较活性、粉末性质和估算的每千克成本。中试为收费服务，您可以通过联系页面申请。
