微波輔助提取技術(shù)

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1、微波輔助提取技術(shù)生命與科學(xué)學(xué)院食品科學(xué)專業(yè)柳佳齊201207033一微波提取技術(shù)的基本原理微波是指頻率在300兆赫至300千兆赫的電磁波，是無線電波中一個(gè)有限頻帶的簡(jiǎn)稱，是分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統(tǒng)稱。微波頻率比一般的無線電波頻率高，通常也稱為“超高頻電磁波”。微波作為一種電磁波也具有波粒二象性。微波的基本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為穿透、反射、吸收三個(gè)特性。對(duì)于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收。對(duì)于水和食物等就會(huì)吸收微波而使自身發(fā)熱。而對(duì)金屬類東西，則會(huì)反射微波。微波提取全稱應(yīng)是微波輔助提取技術(shù)。微波輔助提取又稱微波萃取，是頗具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N新的萃取技術(shù)，是微波和傳統(tǒng)的溶劑提取法相結(jié)

2、合而成的一種提取方法。依據(jù)溶劑極性不同，它可以透過溶劑，使物料直接被加熱，其熱量傳遞和質(zhì)量傳遞是一致的。微波萃取的機(jī)理可從以下3個(gè)方面來分析：①微波輻射過程是高頻電磁波穿透萃取介質(zhì)到達(dá)物料內(nèi)部的微管束和腺胞系統(tǒng)的過程。由于吸收了微波能，細(xì)胞內(nèi)部的溫度將迅速上升，從而使細(xì)胞內(nèi)部的壓力超過細(xì)胞壁膨脹所能承受的能力，結(jié)果細(xì)胞破裂，其內(nèi)的有效成分自由流出，并在較低的溫度下溶解于萃取介質(zhì)中。通過進(jìn)一步的過濾和分離，即可獲得所需的萃取物。②微波所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)可加速被萃取組分的分子由固體內(nèi)部向固液界面擴(kuò)散的速率。例如，以水作溶劑時(shí)，在微波場(chǎng)的作用下，水分子由高速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，這是一種高能量的不穩(wěn)定

3、狀態(tài)。此時(shí)水分子或者汽化以加強(qiáng)萃取組分的驅(qū)動(dòng)力，或者釋放出自身多余的能量回到基態(tài)，所釋放出的能量將傳遞給其他物質(zhì)的分子，以加速其熱運(yùn)動(dòng)，從而縮短萃取組分的分子由固體內(nèi)部擴(kuò)散至固液界面的時(shí)間，結(jié)果使萃取速率提高數(shù)倍，并能降低萃取溫度，最大限度地保證萃取物的質(zhì)量。③由于微波的頻率與分子轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率相關(guān)連，因此微波能是一種由離子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)而引起分子運(yùn)動(dòng)的非離子化輻射能，當(dāng)它作用于分子時(shí)，可促進(jìn)分子的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，若分子具有一定的極性，即可在微波場(chǎng)的作用下產(chǎn)生瞬時(shí)極化，并以24．5億次/s的速度作極性變換運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生鍵的振動(dòng)、撕裂和粒子間的摩擦和碰撞，并迅速生成大量的熱能，促使細(xì)胞破裂，使細(xì)胞液溢

4、出并擴(kuò)散至溶劑中。在微波萃取中，吸收微波能力的差異可使基體物質(zhì)的某些區(qū)域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱，從而使被萃取物質(zhì)從基體或體系中分離，進(jìn)入到具有較小介電常數(shù)、微波吸收能力相對(duì)較差的萃取溶劑中。二微波萃取的工藝流程　微波提取與常規(guī)提取工藝近似，僅在實(shí)施提取的關(guān)鍵點(diǎn)上有自身特點(diǎn)，其工藝流程：選料→清洗→粉碎→浸泡→微波提取→分離→濃縮→干燥→粉化→成品。其操作一般包括以下幾步：（1）將物料切碎，使之更充分地吸收微波能；（2）將物料與適宜的萃取劑混合，置于微波設(shè)備中，接受輻照（關(guān)鍵性的一步）；（3）從萃取相中分離除去殘?jiān)Ｔ趯?shí)際操作中，將切碎的干藥材在溶劑中浸泡適當(dāng)時(shí)間（一般為0.5～1

5、.5h），再進(jìn)入微波提取這一步非常重要。因?yàn)榻?jīng)浸潤(rùn)后的物料，內(nèi)部溶劑量增加，利于更好地吸收微波能，達(dá)到升溫與細(xì)胞破壁的目的。也可使提取時(shí)間縮短，節(jié)約能源。三微波提取設(shè)備微波提取的設(shè)備主要分兩類：一類是微波提取罐，另一類為連續(xù)微波提取線。兩者主要區(qū)別：提取罐是分批處理物料，類似常規(guī)的多功能提取罐；連續(xù)微波提取線是以連續(xù)方式工作的提取設(shè)備。具體參數(shù)一般由設(shè)備生產(chǎn)廠根據(jù)使用廠家的要求設(shè)計(jì)。在我國，目前應(yīng)用于工業(yè)微波機(jī)使用的頻率有兩種：2450MHz和915MHz。使用中，可根據(jù)被加熱材料的形狀、大小，均勻性，含水量及對(duì)物料的穿透深度來選擇。（1）微波罐式提取微波提取罐形式與中藥企業(yè)使用的多功能提取

6、罐形式相同，只是根據(jù)微波的特點(diǎn)，在罐體容積與罐體材料上有很大不同，提取加熱的方式不同。罐式提取的特點(diǎn)是間歇式生產(chǎn)，提取后的藥渣與有用的提取液同時(shí)被不同的管道出料，還需對(duì)料、液進(jìn)行過濾分離，不適合大容量的生產(chǎn)。由于大多數(shù)有機(jī)溶劑具有易燃性，因此生產(chǎn)中應(yīng)格外注意車間的通風(fēng)和反應(yīng)器的密閉，采用防爆電器設(shè)備。用乙醇、乙醚、石油醚做溶劑時(shí)更要倍加小心。1）微波輻射時(shí)間一般微波提取輻照時(shí)間在10～100min之間。對(duì)于不同的物質(zhì)，最佳提取時(shí)間不同，連續(xù)輻照時(shí)間也不可太長(zhǎng)，否則容易引起溶劑沸騰，不僅造成溶劑的極大的浪費(fèi)，而且還會(huì)帶走指標(biāo)產(chǎn)物。2）提取罐材料微波具有穿透、吸收、反射的特性。對(duì)于玻璃、陶瓷、聚

7、四氟乙烯、聚丙烯塑料之類的絕緣體，微波幾乎是光穿透而不被吸收，它們常作為反應(yīng)器的材料。由于這種“透明”特性，在微波工程中也常用絕緣體材料來防止污物進(jìn)入某些要害部位。對(duì)于水和濕性物料或含有極性分子的材料，會(huì)吸收微波能。而對(duì)于金屬材料，微波會(huì)被反射。由于受微波特性的制約，微波提取罐的材料絕大多數(shù)選用無毒、耐高溫、不與藥物材料發(fā)生反應(yīng)的聚四氟乙烯。在微波發(fā)生器（磁控管）外加裝用于屏蔽的金屬材料，保證微波設(shè)備使用安全