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微波萃取机的技术原理及应用

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微波萃取机的技术原理及应用
时间:2020年10月27日 阅读: 96 次

一、微波萃取的原理微波萃取是高频电磁波穿透萃取媒质,到达被萃取物料的内部,微波能迅速转化为热能使细胞内部温度快速上升,当细胞内部压力超过细胞壁承受能力,细胞破裂,细胞内有效成分自由流出,在较低的温度下溶解于萃取媒质再通过进一步过滤和分离,便获得萃取物料。在微波辐射作用下被萃取物料成分加速向萃取溶剂界面扩散,从而使萃取速率提高数倍,同时还降低了萃取温度,最大限度保证萃取的质量。从原理上说,传统的溶剂提取法,如浸渍法、渗滤法、回流提取法、连续回流提取法等,均可加入微波进行辅助提取,从而成为高效提取方法。二、微波萃取的特点
1、高选择性 因为微波只对极性分子进行选择性加热,整个萃取过程由微波辐射能穿透介质,到达物料的内部,使基质内部温度迅速上升,增大萃取成分在介质中的溶解度,然后微波在产生的电磁场加速了目标物向溶剂的扩散,因此,对天然产物活性成分有很强的选择性溶出,活性成分分子极性越强,选择性越高。
2、高效性 在同一对象提取中,采用传统方法需要几小时至十几小时,超声提取法也需半小时到一小时,而微波提取只需几秒到几分钟即可完成,并且目标成分提取率更高,可见,微波提取速率提高了几十至几百倍,甚至几千倍,大大缩短了萃取时间。
3、加热均匀 常规加热,为提高加热速度,就需要升高加热温度,容易产生外焦内生现象。微波加热的物体各部位通常都能均匀渗透电磁波,产生热量,因此均匀性大大改善。
4、节物、节能、环保的优越性 微波萃取由于微波功率较小且辐射时间短,是传统方法能耗的几十分之一,甚至几百乃至几千分之几。这是因为,微波浸取可以使固液浸取过程得到明显的强化,它的浸取效率要比传统方法的浸取效率高得多。另一方面它又由于受溶剂亲和力的限制较小,可供选择的溶剂较多,在选择无毒或低毒溶剂的同时还可减少其用量。由此可见,该技术暨节约物耗、能耗,又做到绿色环保。
三、微波萃取的主要影响因素
1、破碎度 与传统提取方法一样,被提取物经过适当破碎,可以增大接触面积,有利于萃取过程的进行。
2、分子极性 在微波场中,极性分子受微波的作用较强。若目标组分为极性分子,则比较容易扩散。在天然产物中,完全非极性的分子是比较少的,物质的分子或多或少会存在一定的极性,绝大多数天然产物的分子都会受到微波电磁场的作用,因而均可用微波来协助提取。
3、溶剂 溶剂的选用十分重要,适宜的溶剂可提取出所需要的组分,若溶剂选用不当,则不一定能获得理想的提取效果。
4、浓度差 浓度差是被提取组分扩散与传质的前提,没有浓度差或浓度差很小,提取过程就不能进行。传统提取工艺中设法提高浓度差的种种工艺手段同样适用于微波提取过程。
5、温度 在微波提取过程中,由于存在微波作用下的分子运动,因而温度不需要与传统提取工艺过程中的一样高。此外,微波提取的时间很短,因而可降低被提取成分因受热而发生破坏的危险,并可降低能耗。
6、搅拌 在微波萃取过程中,搅拌同样可提高溶质组分由固体表面向溶剂主体扩散的速率,且微波可加快溶质组分在固体内部的迁移速度,即可提高固体内部的传质速率,因而提取速度更快,提取效率更高。
综上所述,微波提取的要点:①被提取物需经适当粉碎;②必须存在一定的浓度差;③选用适当的溶剂;④保持一定的温度;⑤给予提取过程一定的时间;⑥适当的搅拌。此外,微波功率和辐射时间对提取效率具有明显的影响,功率越高,提取的效率越高。四、微波萃取的方法与操作流程微波萃取一般按以下几个步骤进行:
(1) 挑选物料,然后进行预处理:清洗、切片或混合,以便充分的吸收微波能;
(2) 将物料和合适的萃取剂混合,放置于微波设备中,接受微波辐射;
(3) 从萃取相中分离滤去残渣;
(4) 获得目标产物。
工业微波萃取流程目前报道的微波萃取方法一般有三种:常压法、高压法、连续流动法。而微波加热体系有密闭式和敞开式两类。
1、常压法 常压法一般是指在敞开容器中进行微波萃取的一种方法,其设备主要是直接使用普通家用微波炉或用微波炉改装成的微波萃取设备,通过调节脉冲间断时间的长短来调节微波输出能量,目前国内外大部分的研究都采用这种设备。
2、高压法 高压法是使用密闭萃取罐的微波萃取法,其优点是萃取时间短,试剂消耗少。高压法的装置一般要求为带有功率选择,有控制温度、压力和时间的设备。一般由聚四氟乙烯材料制成专用密闭容器作为萃取罐,它能允许微波自由通过、耐高温高压且不与溶剂反应。
3、连续流动法 连续流动法是指萃取溶剂连续流动而样品随之流动或固定不动的一种微波萃取体系。
五、微波萃取的展望及研究方向尽管微波萃取技术取得了很大发展,并日趋完善,但在实际应用中仍存在一些不足之处。如微波泄漏是微波装置普遍存在的问题而且大部分的装置还处在实验室研究阶段或是小试或是中试。再次,由于微波萃取法是利用物质在外加电场的作用下分子发生极化,快速定向转动而发生剧烈碰撞和相互摩擦引起发热,短时间内产生很大的能量,从而促使有效成分的快速溶出和释放,因此它对提取设备要求较高。这在一定程度上阻碍微波萃取技术的发展,所以对于微波装置的研究是其方向之一。此外,可以将微波技术与其他技术如超声技术有效的结合起来以进一步提高微波萃取设备的功能,也是今后的一个重点研究方向。
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