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微波設(shè)備的原理特點

2021-10-08 10:40:33

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  我們將從以下幾個方面介紹一下微波設(shè)備的特點:

  微波加熱:

  微波是頻率在300兆赫到300千兆赫的電波,被加熱介質(zhì)物料中的水分子是極性分子。它在快速變化的高頻電磁場作用下,其極性取向?qū)㈦S著外電場的變化而變化。造成分子的運(yùn)動秀相互摩擦效應(yīng),此時微波場的場能轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能,使物料溫度升高,產(chǎn)生熱化和膨化等一系列物化過程而達(dá)到微波加熱干燥的目的。

  微波殺菌:

  微波殺菌是利用了電磁場的熱效應(yīng)和生物效應(yīng)的共同作用的結(jié)果。微波對細(xì)菌的熱效應(yīng)是使蛋白質(zhì)變化,使細(xì)菌失去營養(yǎng),繁殖和生存的條件而死亡。微波對細(xì)菌的生物效應(yīng)是微波電場改變細(xì)胞膜斷面的電位分布,影響細(xì)胞膜周圍電子和離子濃度,從而改變細(xì)胞膜的通透性能,細(xì)菌因此營養(yǎng)不良,不能正常新陳代謝,細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能紊亂,生長發(fā)育受到抑制而死亡。此外,微波能使細(xì)菌正常生長和穩(wěn)定遺傳繁殖的核酸[RNA]和脫氧核糖核酸[DNA],是由若干氫鍵松弛,斷裂和重組,從而誘發(fā)遺傳基因突變,或染色體畸變甚至斷裂。

  微波萃?。?/strong>

  利用微波能來提高萃取率的一種最新發(fā)展起來的新技術(shù)。它的原理是在微波場中,吸收微波能力的差異使得基體物質(zhì)的某些區(qū)域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱,從而使得被萃取物質(zhì)從基體或體系中分離,進(jìn)入到介電常數(shù)較小、微波吸收能力相對差的萃取劑中;微波萃取具有設(shè)備簡單、適用范圍廣、萃取效率高、重現(xiàn)性好、節(jié)省時間、節(jié)省試劑、污染小等特點。除主要用于環(huán)境樣品預(yù)處理外,還用于生化、食品、工業(yè)分析和天然產(chǎn)物提取等領(lǐng)域。在國內(nèi),微波萃取技術(shù)用于中草藥提取這方面的研究報道還比較少。

  微波萃取的機(jī)理可從以下3個方面來分析: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,在微波場的作用下,水分子由高速轉(zhuǎn)動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài),這是一種高能量的不穩(wěn)定狀態(tài)。此時水分子或者汽化以加強(qiáng)萃取組分的驅(qū)動力,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,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)動而引起分子運(yùn)動的非離子化輻射能,當(dāng)它作用于分子時,可促進(jìn)分子的轉(zhuǎn)動運(yùn)動,若分子具有一定的極性,即可在微波場的作用下產(chǎn)生瞬時極化,并以24.5億次/s的速度作極性變換運(yùn)動,從而產(chǎn)生鍵的振動、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)、微波吸收能力相對較差的萃取溶劑中。

  微波解凍:

  微波解凍是使凍品整體加熱升溫,溫度由冷凍溫度(-19~-22 C 以下)回升到接近冰點溫度(0~-4 C左右)。微波解凍設(shè)備具有凍物料整體回溫、回溫溫度梯度小,即溫度均勻性好且需時間短,以及溫升速率易控制等特點。這些特點使凍品解凍達(dá)到較理想狀態(tài)。

  1、凍品能整體加熱回溫,減少了凍品的解凍層之間溫度不均勻性,不存在如常規(guī)法解凍時凍品出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象;

  2、解凍過程所需時間短,細(xì)菌等微生物不易繁殖生長。

  3、微波加熱無熱慣性。凍物料溫升速率由微波輸出功率大小,或者說微波供能速率控制,相互具有同步性。

  4、微波解凍的最終溫度一般選擇在-2─-4 C為宜,此時凍品無滴水,也能用刀切割加工。

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