詳細說明
微波是指頻率為300MHz-300GHz的電磁波，是無線電波中一個有限頻帶的簡稱，即波長在1米（不含1米）到1毫米之間的電磁波，是分米波、厘米波、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．微波量子的能量為1 99×l0 -25～ 1．99×10-22j．微波的性質(zhì) 微波的基本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為穿透、反射、吸收三個特性。對于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收。對于水和食物等就會吸收微波而使自身發(fā)熱。而對金屬類東西，則會反射微波。 一、穿透性 微波比其它用于輻射加熱的電磁波，如紅外線、遠紅外線等波長更長，因此具有更好的穿透性。微波透入介質(zhì)時，由于介質(zhì)損耗引起的介質(zhì)溫度的升高，使介質(zhì)材料內(nèi)部、外部幾乎同時加熱升溫，形成體熱源狀態(tài)，大大縮短了常規(guī)加熱中的熱傳導時間，且在條件為介質(zhì)損耗因數(shù)與介質(zhì)溫度呈負相關關系時，物料內(nèi)外加熱均勻一致。 二、選擇性加熱 物質(zhì)吸收微波的能力，主要由其介質(zhì)損耗因數(shù)來決定。介質(zhì)損耗因數(shù)大的物質(zhì)對微波的吸收能力就強，相反，介質(zhì)損耗因數(shù)小的物質(zhì)吸收微波的能力也弱。由于各物質(zhì)的損耗因數(shù)存在差異，微波加熱就表現(xiàn)出選擇性加熱的特點。物質(zhì)不同，產(chǎn)生的熱效果也不同。水分子屬極性分子，介電常數(shù)較大，其介質(zhì)損耗因數(shù)也很大，對微波具有強吸收能力。而蛋白質(zhì)、碳水化合物等的介電常數(shù)相對較小，其對微波的吸收能力比水小得多。因此，對于食品來說，含水量的多少對微波加熱效果影響很大。 三、熱慣性小 微波對介質(zhì)材料是瞬時加熱升溫，能耗也很低。另一方面，微波的輸出功率隨時可調(diào)，介質(zhì)溫升可無惰性的隨之改變，不存在“余熱”現(xiàn)象，極有利于自動控制和連續(xù)化生產(chǎn)的需要。 微波的產(chǎn)生 微波能通常由直流電或50MHz交流電通過一特殊的器件來獲得?？梢援a(chǎn)生微波的器件有許多種，但主要分為兩大類：半導體器件和電真空器件。電真空器件是利用電子在真空中運動來完成能量變換的器件，或稱之為電子管。在電真空器件中能產(chǎn)生大功率微波能量的有磁控管、多腔速戰(zhàn)速調(diào)管、微波三、四極管、行波管等。在目前微波加熱領域特別是工業(yè)應用中使用的主要是磁控管及速調(diào)管。 微波的熱效應 微波對生物體的熱效應是指由微波引起的生物組織或系統(tǒng)受熱而對生物體產(chǎn)生的生理影響．熱效應主要是生物體內(nèi)有極分子在微波高頻電場的作用下反復快速取向轉(zhuǎn)動而摩擦生熱；體內(nèi)離子在微波作用下振動也會將振動能量轉(zhuǎn)化為熱量；一般分子也會吸收微波能量后使熱運動能量增加．如果生物體組織吸收的微波能量較少，它可借助自身的熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過血循環(huán)將吸收的微波能量(熱量)散發(fā)至全身或體外．如果微波功率很強，生物組織吸收的微波能量多于生物體所能散發(fā)的能量，則引起該部位體溫升高．局部組織溫度升高將產(chǎn)生一系列生理反應，如使局部血管擴張，并通過熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)使血循環(huán)加速，組織代謝增強，白細胞吞噬作用增強，促進病理產(chǎn)物的吸收和消散等．微波的非熱效應 微波的非熱效應是指除熱效應以外的其他效應，如電效應、磁效應及化學效應等．在微波電磁場的作用下，生物體內(nèi)的一些分子將會產(chǎn)生變形和振動，使細胞膜功能受到影響，使細胞膜內(nèi)外液體的電狀況發(fā)生變化，引起生物作用的改變，進而可影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)等．微波干擾生物電(如心電、腦電、肌電、神經(jīng)傳導電位、細胞活動膜電位等)的節(jié)律，會導致心臟活動、腦神經(jīng)活動及內(nèi)分泌活動等一系列障礙．對微波的非熱效應，人們還了解的不很多．當生物體受強功率微波照射時，熱效應是主要的(一般認為，功率密度在在10mW／cm2者多產(chǎn)生微熱效應．且頻率越高產(chǎn)生熱效應的閾強度越低)；長期的低功率密度(1 m W／cm2 以下)微波輻射主要引起非熱效應． 微波加熱的原理 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點磁場作用下，其極性取向?qū)㈦S著外電場的變化而變化。造成分子的運動秀相互摩擦效應，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到微波加熱干燥的目的。微波殺菌的機理 微波殺菌是利用了電磁場的熱效應和生物效應的共同作用的結果。微波對細菌的熱效應是使蛋白質(zhì)變化，使細菌失去營養(yǎng)，繁殖和生存的條件而死亡。微波對細菌的生物效應是微波電場改變細胞膜斷面的電位分布，影響細胞膜周圍電子和離子濃度，從而改變細胞膜的通透性能，細菌因此營養(yǎng)不良，不能正常新陳代謝，細胞結構功能紊亂，生長發(fā)育受到抑制而死亡。此外，微波能使細菌正常生長和穩(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。 微波萃取的原理 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。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。目前，除主要用于環(huán)境樣品預處理外，還用于生化、食品、工業(yè)分析和天然產(chǎn)物提取等領域。在國內(nèi)，微波萃取技術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，細胞內(nèi)部的溫度將迅速上升，從而使細胞內(nèi)部的壓力超過細胞壁膨脹所能承受的能力，結果細胞破裂，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，以加速其熱運動，從而縮短萃取組分的分子由固體內(nèi)部擴散至固液界面的時間，結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)動而引起分子運動的非離子化輻射能，當它作用于分子時，可促進分子的轉(zhuǎn)動運動，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，促使細胞破裂，使細胞液溢出并擴散至溶劑中。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。
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