1 微波干燥滅菌的原理

    微波是一種頻率非常高的電磁波，其頻率在300MHz至300kMHz之間，波長在1m到1mm之間。電磁波波長大于1m為無線電波，小于1mm為光波。微波在傳輸過程中遇到不同種類的物質(zhì)會產(chǎn)生反射、透射和吸收現(xiàn)象，這些現(xiàn)象的強弱則依賴于物質(zhì)本身的性質(zhì)。

1.1微波加熱滅菌的原理

    通常，一些介質(zhì)材料由極性分子和非極性分子組成。在微波電磁場的作用下，介質(zhì)中的極性分子從原來的熱運動狀態(tài)轉(zhuǎn)為跟隨微波電磁場的交變而排列取向。例如，采用的微波頻率為2 450 MHz，就會出現(xiàn)每秒24億5千萬次交變，分子間就會產(chǎn)生激烈的摩擦。在這一微觀過程中，微波能量轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱量，使介質(zhì)溫度呈現(xiàn)為宏觀上的升高，這就是對微波加熱zui通俗的解釋。

    微波滅菌的原理是兩方面的，它既有熱效應(yīng)滅菌，又有非熱效應(yīng)滅菌，因此它具有雙重殺菌功能。微波加熱時，細菌體內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸成分等分子極性集團，在微波場下高速旋轉(zhuǎn)、振動，一方面加熱使細菌蛋白質(zhì)凝固而死亡；另一方面也可以使蛋白質(zhì)、核酸變性而死亡。

    利用脈沖調(diào)制的微波能進行殺菌試驗，可以用較小的溫升達到殺菌的目的。這說明微波殺菌不只是熱力殺菌，還有非熱力致死細菌的能力，這就是所謂的非熱效應(yīng)。根據(jù)這個原理，可以在極短的時間內(nèi)采用高于常規(guī)微波場能量密度的數(shù)倍或數(shù)十倍的脈沖微波能量，不但可以可靠殺死細菌，還可大大降低藥品溫升，降低設(shè)備的能耗。

1.2介質(zhì)材料與微波場的關(guān)系

    微波加熱干燥是介質(zhì)材料自身損耗電磁能量而加熱。微波加熱的一個基本條件是：物料內(nèi)有能吸收微波的物質(zhì)，水是吸收微波很好的介質(zhì)，所以凡是含水的物質(zhì)必定會吸收微波。對于金屬材料，電磁場不能投入內(nèi)部而是被反射出來，所以金屬材料不能用微波加熱。

    有一部分介質(zhì)雖然是非極性分子組成，但也能在不同程度上吸收微波，其原理可解釋為這種物質(zhì)分子在微波場下發(fā)生彈性變形而生熱。另一類介質(zhì)，他們基本上不吸收微波，如聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜塑料和玻璃、陶瓷等，他們能透過微波，而不吸收微波，這類材料可作為加熱用的容器或支撐物。

    根據(jù)介質(zhì)材料與微波場之間的相互關(guān)系可分為四類：（1）導(dǎo)體，該種物料（如金屬）能反射微波，可用于貯存或引導(dǎo)微波，即導(dǎo)體可作為干燥室和波導(dǎo)的材料；（2）絕緣體，也稱“無損耗介電體”，幾乎所有的絕緣體不反射也不吸收微波，而微波可以穿透絕緣體，因此這些材料（如陶瓷、玻璃、塑料等）可用作微波場中被加熱物料的支撐裝置；（3）介電體，其特性介于前二者之間，它們中的絕大部分材料可叫做“有損耗介電體”，能不同程度地吸收微波能量，并將之化為熱量； （4）鐵磁體，它們也吸收、反射和穿透微波，并同微波的磁場分量發(fā)生作用，且產(chǎn)生熱量，這種材料常作為保護或扼流裝置的材料，用來防止微波能量的泄漏。 

    在微波加熱中，介質(zhì)發(fā)熱程度與微波頻率、電磁場強度、介質(zhì)自身的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗正切值等參數(shù)有關(guān)。在微波加熱過程中，還存在一個穿透能力和加熱深度問題。什么叫穿透能力？穿透能力就是電磁波穿入到介質(zhì)內(nèi)部的本領(lǐng)，電磁波從介質(zhì)的表面進入并在其內(nèi)部傳播時，由于能量不斷被吸收并轉(zhuǎn)化為熱，它所攜帶的能量就隨著深入介質(zhì)表面的距離成指數(shù)規(guī)律衰減。微波的穿透能力要比紅外線大得多，其中915 MHz又比2 450 MHz的微波穿透深度大。

1.3微波加熱滅菌對物料的要求

    由于微波加熱滅菌是與物料的水分直接相關(guān)，因此物料中應(yīng)含有適量的水分，有報道說，當(dāng)物料中的水分低于10％時，其滅菌效果不明顯。

    微波干燥或滅菌時，物料中的水分應(yīng)均勻，不宜出現(xiàn)局部的過濕或過干現(xiàn)象，這樣可能由于局部的溫度升高劇烈，導(dǎo)致物料的部分焦化。

    微波對不同的物料可能會出現(xiàn)的不同的穿透能力，如對水的穿透能力為2～3 cm，因此在物料的干燥或滅菌時，都應(yīng)采取動態(tài)的物料為好，如適宜的攪拌或翻動。

2 微波干燥滅菌在中藥生產(chǎn)的應(yīng)用

2.1藥材干燥與殺菌保鮮

    國內(nèi)已有生產(chǎn)設(shè)備可用于中藥材的干燥、低溫滅菌、防霉、殺菌保鮮等。微波干燥可殺滅微生物和霉菌，并具有消毒作用，使藥材達到衛(wèi)生標準，并能防止藥材在貯藏過程中發(fā)霉和生蟲。使用微波干燥可連續(xù)性進行藥材的干燥，適用于工業(yè)化的生產(chǎn)加工，在干燥的同時進行殺菌，使用本方法滅菌的藥材保質(zhì)期相對較長。

    可用于新鮮中藥材殺菌保鮮，微波滅菌由于低溫滅菌，未破壞新鮮藥材的結(jié)構(gòu)外形，使新鮮藥材的保鮮加工方法更*和變得簡單易行。對新鮮藥材通過微波真空冷凍脫水，可使藥材快速干燥，有效成分保留完整，為中藥飲片加工提供了新的生產(chǎn)加工方法。

    微波干燥的藥材由于在干燥過程中水分加熱氣化形成一定的壓力，可迅速沖破細胞，導(dǎo)致細胞膜破裂，因此藥材的提取過程可相對縮短，有效成分的浸出可進一步提高，收膏率亦相應(yīng)提高。

    在中藥材干燥中應(yīng)用，如微波在膽汁干燥中的應(yīng)用，傳統(tǒng)的膽汁陰干需要12 h的時間，應(yīng)用微波干燥僅需要15 min；在花類藥材干燥中，應(yīng)用微波-氣流干燥技術(shù)，首先應(yīng)用微波對花類藥材進行初步干燥，再進行氣流干燥，克服了傳統(tǒng)干燥法造成的花瓣過度干燥，使花瓣脫落的不足，提高了藥材品質(zhì)；在中藥炮制方面，應(yīng)用微波干燥可以克服傳統(tǒng)加熱方法火候不易控制的問題，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，促進中藥現(xiàn)代化，可使炮制藥材質(zhì)地疏松，有效成分溶出率增大，破壞藥材中的毒性成分等。