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 1 微波干燥灭菌的原理

    微波是一种频率非常高的电磁波，其频率在300MHz至300kMHz之间，波长在1m到1mm之间。电磁波波长大于1m为无线电波，小于1mm为光波。微波在传输过程中遇到不同种类的物质会产生反射、透射和吸收现象，这些现象的强弱则依赖于物质本身的性质。

1.1微波加热灭菌的原理

    通常，一些介质材料由极性分子和非极性分子组成。在微波电磁场的作用下，介质中的极性分子从原来的热运动状态转为跟随微波电磁场的交变而排列取向。例如，采用的微波频率为2 450 MHz，就会出现每秒24亿5千万次交变，分子间就会产生激烈的摩擦。在这一微观过程中，微波能量转化为介质内的热量，使介质温度呈现为宏观上的升高，这就是对微波加热zui通俗的解释。

    微波灭菌的原理是两方面的，它既有热效应灭菌，又有非热效应灭菌，因此它具有双重杀菌功能。微波加热时，细菌体内的蛋白质、核酸成分等分子极性集团，在微波场下高速旋转、振动，一方面加热使细菌蛋白质凝固而死亡；另一方面也可以使蛋白质、核酸变性而死亡。

    利用脉冲调制的微波能进行杀菌试验，可以用较小的温升达到杀菌的目的。这说明微波杀菌不只是热力杀菌，还有非热力致死细菌的能力，这就是所谓的非热效应。根据这个原理，可以在极短的时间内采用高于常规微波场能量密度的数倍或数十倍的脉冲微波能量，不但可以可靠杀死细菌，还可大大降低药品温升，降低设备的能耗。

1.2介质材料与微波场的关系

    微波加热干燥是介质材料自身损耗电磁能量而加热。微波加热的一个基本条件是：物料内有能吸收微波的物质，水是吸收微波很好的介质，所以凡是含水的物质必定会吸收微波。对于金属材料，电磁场不能投入内部而是被反射出来，所以金属材料不能用微波加热。

    有一部分介质虽然是非极性分子组成，但也能在不同程度上吸收微波，其原理可解释为这种物质分子在微波场下发生弹性变形而生热。另一类介质，他们基本上不吸收微波，如聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜塑料和玻璃、陶瓷等，他们能透过微波，而不吸收微波，这类材料可作为加热用的容器或支撑物。

    根据介质材料与微波场之间的相互关系可分为四类：（1）导体，该种物料（如金属）能反射微波，可用于贮存或引导微波，即导体可作为干燥室和波导的材料；（2）绝缘体，也称“无损耗介电体”，几乎所有的绝缘体不反射也不吸收微波，而微波可以穿透绝缘体，因此这些材料（如陶瓷、玻璃、塑料等）可用作微波场中被加热物料的支撑装置；（3）介电体，其特性介于前二者之间，它们中的绝大部分材料可叫做“有损耗介电体”，能不同程度地吸收微波能量，并将之化为热量； （4）铁磁体，它们也吸收、反射和穿透微波，并同微波的磁场分量发生作用，且产生热量，这种材料常作为保护或扼流装置的材料，用来防止微波能量的泄漏。 

    在微波加热中，介质发热程度与微波频率、电磁场强度、介质自身的介电常数和介质损耗正切值等参数有关。在微波加热过程中，还存在一个穿透能力和加热深度问题。什么叫穿透能力？穿透能力就是电磁波穿入到介质内部的本领，电磁波从介质的表面进入并在其内部传播时，由于能量不断被吸收并转化为热，它所携带的能量就随着深入介质表面的距离成指数规律衰减。微波的穿透能力要比红外线大得多，其中915 MHz又比2 450 MHz的微波穿透深度大。

1.3微波加热灭菌对物料的要求

    由于微波加热灭菌是与物料的水分直接相关，因此物料中应含有适量的水分，有报道说，当物料中的水分低于10％时，其灭菌效果不明显。

    微波干燥或灭菌时，物料中的水分应均匀，不宜出现局部的过湿或过干现象，这样可能由于局部的温度升高剧烈，导致物料的部分焦化。

    微波对不同的物料可能会出现的不同的穿透能力，如对水的穿透能力为2～3 cm，因此在物料的干燥或灭菌时，都应采取动态的物料为好，如适宜的搅拌或翻动。

2 微波干燥灭菌在中药生产的应用

2.1药材干燥与杀菌保鲜

    国内已有生产设备可用于中药材的干燥、低温灭菌、防霉、杀菌保鲜等。微波干燥可杀灭微生物和霉菌，并具有消毒作用，使药材达到卫生标准，并能防止药材在贮藏过程中发霉和生虫。使用微波干燥可连续性进行药材的干燥，适用于工业化的生产加工，在干燥的同时进行杀菌，使用本方法灭菌的药材保质期相对较长。

    可用于新鲜中药材杀菌保鲜，微波灭菌由于低温灭菌，未破坏新鲜药材的结构外形，使新鲜药材的保鲜加工方法更*和变得简单易行。对新鲜药材通过微波真空冷冻脱水，可使药材快速干燥，有效成分保留完整，为中药饮片加工提供了新的生产加工方法。

    微波干燥的药材由于在干燥过程中水分加热气化形成一定的压力，可迅速冲破细胞，导致细胞膜破裂，因此药材的提取过程可相对缩短，有效成分的浸出可进一步提高，收膏率亦相应提高。

    在中药材干燥中应用，如微波在胆汁干燥中的应用，传统的胆汁阴干需要12 h的时间，应用微波干燥仅需要15 min；在花类药材干燥中，应用微波-气流干燥技术，首先应用微波对花类药材进行初步干燥，再进行气流干燥，克服了传统干燥法造成的花瓣过度干燥，使花瓣脱落的不足，提高了药材品质；在中药炮制方面，应用微波干燥可以克服传统加热方法火候不易控制的问题，有利于提高产品质量，促进中药现代化，可使炮制药材质地疏松，有效成分溶出率增大，破坏药材中的毒性成分等。