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微波辐射技术及其应用

  极性分子接受微波辐射的能量后,通过分子偶极的每秒数十亿次的高速旋转产生热效应,这种加热方式称为内加热(相对地,把普通热传导和热对流的加热过程称为外加热)。与外加热方式相比,内加热具有加热速度快、受热体系温度均匀等特点。近年研究发现,在萃取加工和有机化学反应等方面,微波辐射技术均显示出其无与伦比的优越性。
   微波辐射技术在食品萃取工业和化学工业上的发展微波技术的发展可追溯到第二次世界大战中雷达的发明,似乎是雷达的魅力引发了人们对微波工业技术的更大兴趣,在五十年代,利用微波加热食品在美国取到了微波应用的第一个专利权,在六十年代,人们利用微波辐射膨化烟叶,并且成功地应用到工业化生产,从此,微波在工业上的应用价值引起了人们的广泛关注。相继微波辐射技术涉及的领域扩展到:冰冻食品解冻、食品杀菌、面粉食品干燥、干燥肉的温度和脂肪含量的测定、橡胶硬化处理、焦煤处理等等。
  七十年代,美国CEM公司成功地研制出了世界上第一台微波消解设备,由于微波消解可以将矿石等传统消解困难的样品快速消解,而且避免了易挥发物质的损失和环境污染,所以,微波消解很快在欧美、日本、韩国等地受到普遍欢迎,1995年CEM公司的STAR消解系统和MES系统进入中国市场,目前在我国海关和商检部门也有大量应用,但由于其昂贵的价格,普通分析部门只能望而却步。
  微波技术应用于有机化合物萃取的第一篇文献发表于1986年,R.N.Gedye等人将样品放置于普通家用微波炉里通过选择功率档、作用时间和溶剂类型,只需短短的几分钟就可萃取传统加热需要几个小时甚至十几个小时的目标物质。微波辐射技术应用研究的前景再次激发了人们探索的兴趣。
  九十年代初,由加拿大环境保护部和加拿大CWT—TRAN公司携手开发了微波萃取系统MicrowaveAssistedProcess,简称MAP),现已广泛应用到香料、调味品、天然色素、中草药、化妆品和土壤分析等领域,并且于1992年开始陆续取得了美国、墨西哥、日本、西欧、韩国的专利许可。CWT-TRAN公司分别于1996年和1997年两次派专家来中国交流考察,并希望打开中国市场。
  由于微波的频率与分子转动的频率相关连,所以微波能是一种由离子迁移和偶极子转动引起分子运动的非离子化辐射能。当它作用于分子上时,促进了分子的转动运动,分子若此时具有一定的极性,便在微波电磁场作用下产生瞬时极化,并以24.5亿次/s的速度做极性变换运动,从而产生键的振动、撕裂和粒子之间的相互摩擦、碰撞,促进分子活性部分(极性部分)更好地接触和反应,同时迅速生成大量的热能,促使细胞破裂,使细胞液溢出来并扩散到溶剂中。
  传统热萃取是以热传导、热辐射等方式由外向里进行,而微波萃取是通过偶极子旋转和离子传导两种方式里外同时加热。传统热萃取和传统热萃取相比,微波萃取具有以下特点:
  a、质量高,可有效地保护食品中的功能成分;
  b、产量大;
  c、对萃取物具有高选择性;
  d、省时(30s~10min)微波热萃取
  e、溶剂用量少(可较常规方法少50%~90%);
  f、低耗能。
  微波辐射技术在食品萃取工业和化学工业上的应用研究虽然起步只有短短几年的时间,理论上还有待于深一步的研究。但已有的研究成果已足以显示其种种优越性:
  a、反应或萃取快,
  b、产率高,产品质量好,
  c、后处理方便,
  d、安全,
  e、无污染。
  它不仅在理论上是一个很好的研究课题,而且可以预见在未来的工业生产中具有广阔的应用前景。
 

 
 
                                            
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