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微波萃取设备原理

 
   微波萃取设备,也就是我们常说的微波提取设备,是指用微波能加热与样品相接触的溶剂,将所需化合物从样品基体中分离,进入溶剂中的一种微波设备。这种设备已广泛应用于食品、生物样品及环境样品的分析与提取,并逐渐朝工业化的方向发展。
一、微波萃取设备的机理:
微波是频率在300MHZ至300GHZ之间的电磁波,它具有波动性、高频性、热特性和非热特性四大基本特性。常用的微波频率为2450MHZ。微波加热是利用被加热物质的极性分子(如H2O、CH2Cl2等)在微波电磁场中快速转向及定向排列,从而产生撕裂和相互摩擦而发热。传统加热法的热传递公式为:热源→器皿→样品,因而能量传递效率受到了制约。微波加热则是能量直接作用于被加热物质,其模式为:热源→样品→器皿。空气及容器对微波基本上不吸收和反射,从根本上保证了能量的快速传导和充分利用。
   微波可选择性加热不同极性分子和不同分子的极性部分,从而使其从中分离,进入到介电常数较小、微波吸收能力相对较差的溶剂中,从而有效成分被提取。
二、 微波萃取设备的优点:
1、加热均匀,且热效率较高。微波萃取时没有高温热源,因而可消除温度梯度,且加热速度快,物料的受热时间短,因而有利于热敏性物质的萃取;
2、试剂用量少,节能,污染小;
3、微波萃取不存在热惯性,因而过程易于控制;
4、微波萃取无需干燥等预处理,简化了工艺,减少了投资;
5、微波萃取的处理批量较大,萃取效率高,省时。与传统的溶剂提取法相比,可节省50%~90%的时间;
6、微波萃取的结果不受物质含水量的影响,回收率较高;
7、 微波萃取的选择性较好。由于微波可对萃取物质中的不同组分进行选择性加热,因而可使目标组分与基体直接分离开来,从而可提高萃取效率和产品纯度;
三、影响微波萃取设备的因素:
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。
  因此,在使用时要注意几点: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。
   微波萃取设备提取的成分已涉及生物碱类、蒽醌类、黄酮类、皂苷类、多糖、挥发油、色素等,并慢慢有用于中试生产的设备出现:一为微波提取罐;另一类为连续微波萃取设备。我们相信,一旦这些设备应用于生产,必将对食品、香料业、传统制药业带来冲击,并加速他们的发展!
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