微波（真空）干燥（灭菌）中值得共同探讨的几个问题（二）—

长期以来，工业上用于干燥的热源一般是蒸汽、电加热、传热方式大多是热风或热风循环或热辐射。由于干热空气的穿透能力很弱又不均匀，而且空气的比热低，它是一种不变的传热物体。此外，热的传递方式是由外向里，而内部水分的蒸发传递方式则是从里向外。因此，热阻增加，所需热量多、时间长。热能利用率仅30%左右。

微波干燥是含湿（水或其他溶媒）物料在外加交变电磁场（即微波，一种波长在lm~0.1mm，频率915MHz或2540MHz的电磁波）作用下，无论是极性分子还是非极性分子均反复极化，随着外加电场频率的提高，偶极子反复极化的运动越激烈。水分子是一种极性分子在正负电场中反复极化，反复地变动与转动，产生剧烈的碰撞与摩擦，将微波能转化成热能，物料本身被加热，水分由物料内部被迅速蒸发而干燥。对于一定介质，所吸收的功率与电源频率和电场强度成正比。其传热方式是由里到外，热量传递方向与水分蒸发（由里向外）方向一致。而且，通电即瞬间加热，不产生热阻。故能量利用率可达80％，而传统方法仅30％左右，热效率提高2.67倍。由此可见，微波干燥是一种行之有效的节能技术，值得广泛推广应用。

微波真空干燥技术是微波技术与真空技术相结合的一种转型技术。它兼备微波与真空干燥的一系列优点。在常规真空干燥中，由于真空条件下对流传热难以进行，只有依靠热传导的方式给物料提供热能，干燥速度缓慢、效率低、并且温度难以控制。微波加热是一种辐射加热，是微波与物料直接发生作用，使其内外同时加热，无需通过对流或传导来传递热量。将微波技术与真空技术结合起来，使干燥过程既具有高效率又具有低压隔绝氧气的特点，使得这一技术非常适合于忌氧的产品及各种热敏性物质的干燥。微波真空干燥对物料中热敏感性成分及生物活性物质具有极高的保存率，一般可达90%~95％，成品品质间接达到冻干产品指标。其原因主要因微波真空干燥时间较冻干周期大大缩短。另外，对于植物浸膏采用微波真空干燥也十分适合。因为，浸膏类性状粘绸，常温干燥不仅干燥时间长，而且容易爆沸溢盘，严重影响产品质量，通常常温干燥一批干燥时间12~16小时，而微波真空干燥则45分钟至1小时，干燥温度60~70℃。它也适合热敏性的抗菌素产品和具有生物活性的生物产品干燥，对于高营养成分的保健食品也十分适用。

因微波加热对象直接对物料，物质本身是发热体，不存在热阻，又是在真空状态下，水或溶剂传质较易，而且水分蒸发方向与热量传递方向一致，操作上启动电流即刻加热，关闭电源即停止加热，温度调节则可通过功率密度控制。当含水率高时，物料、水的蒸发温度接近当时真空度的水蒸发温度。一般当工作真空度在0.098~0.099MPa时，其对应的水的蒸发温度约20~25℃。当物料中的游离水已基本蒸发，即进入减速干燥阶段，随着物质分子与水分子亲和力的变化，物料温度明显上升，物料愈干则温升越快，此时需调整微波功率以控制温度，防止影响产品质量。不同的产品，有不同的质量标准，即不同的含水量及其有效成分含量，也就是不同的干燥终点。例如：含蛋白质较高的物质，其干燥温度终点为40-45℃。对于不同的物料，其初始湿含量和产品终点含水量不同、物料的粘稠度不同、有效成分可耐的最高温度不同，也就是不同成分的物料其干燥曲线不同，现在，国内外推出的微波真空干燥器都采用PCL程序控制。但干燥曲线都是生产企业自己摸索。若能通过试验以后，绘制出不同产品的干燥曲线，将可方便用户，也是节约能源的有效途径。应提醒注意，并非水或溶剂是唯一吸收微波，也并非物料不吸收微波。只有导体以一种特殊的形式用于传播以及反射微波能量，而且是介质材料。它具有吸收、穿透和反射微波的性能，在微波加热过程中，被处理的介质材料以不同程度吸收微波能量，故称有耗介质，尤其是含水、盐和脂肪的药品、食品以及其他物质（含生物物质）都属于有耗介质，在微波场下都能不同程度地吸收微波能量并将其转化为热能。

应辩证客观地理解微波加热的均匀性，所谓均匀是在厚度均匀并在微波穿透深度的范围内，而且功率密度达到相应要求的情况下，否则，就会出现不均匀的。故非有些厂家宣传的绝对均匀。因而均匀是相对于传统的干燥方法而言。微波的穿透深度受磁控管的输出频率高低，即微波的波长的影响。其不仅影响加热的均匀性，而且也影响灭菌效果。

当然，从原理上，对一部分物料微波是整体加热，热量产自于含水物料的内部，而非微波加热的方式是由外向里热传导，因而体现其均匀性的一面。当我们观察整个加热腔时，微波以多个模式在腔内形成谐振，微波形成的模式越多，加热则愈均匀。但形成模式的数目受腔体尺寸、形状、藕合口位置及数量、物料多少及厚度、含湿量等等诸多因素的影响。但可以对上述因素进行优化组合以改善其不少于加热的均匀性要求。但要做到微波在各点所取得完全一致的加热温度是不可能的。从另一角度分析，微波在谐振腔内来回反射，无论如何还存在波峰相对密集的区域与波节相对密集的区域，电场能量不可能完全一致，因而在腔内存在温度热点与冷点为改善其效果，所以腔内的料盘采用回转运动。

由于微波加热系含水物质受交变电场的作用而剧烈振荡相互摩擦产生“内热”，没有热阻。药品生产中如抗生素、维生素、生物制品等类产品以及中药膏剂、粉剂、颗粒剂、中药材的人参、鹿茸、灵芝、当归等贵重中药饮片、保健营养食品等等，这些产品中含有效成分均为热敏性成分，高温易分解破坏，降低药品的疗效和营养价值。过去，采用常规干燥或常规真空干燥；前者温度高、时间长、导致有效成分分解破坏严重、产品质量差。后者，虽然温度可降低，但仍然未完全摆脱时间长的弊端，严重影响产品质量。众所周知，随着压力的降低，其沸点也相应降低。如在海拔高度4m的地面，在1个大气压（0.1MPa）时水的沸点100℃。而在0.073大气压（7.37MPa）下，水的沸点为40℃。常规真空干燥、若干燥一批浸膏一般需12~16小时，最多达24小时。而且可能出现爆沸，设备利用率低。采用微波真空干燥一般60~70℃，甚至可低至50℃左右，时间仅45分钟至1小时，最长低于90分钟，并且干燥时间短、加热温度低。因此，有效成分受破坏很少，药品的疗效、保健品的营养价值得到大幅度提高。例如：成都中医药大学采用微波干燥与传统的阴干法干燥胆幸，前者时间仅15min而后者要用12多小时，待干后测定红外谱，其图谱完全相似，时间缩短12小时。

在中药炮制中应用微波干燥技术、中药饮片经炮制入药是中医用药的一大特点，而炮制加工多需加热处理。由于传统加热（直火、电热）方法开始火候不易控制，尤其是直火加热，生产环境差，严重影响产品质量。微波干燥技术应用于饮片炮制这是中药生产技术的一大突破，促进中药生产现代化。可以利用微波真空设备（或不开真空）作为炮制或饮片干燥之用。

应用微波干燥以后的饮片，药物纤维结构疏松、细胞破裂，用于粉碎成颗粒或粉末，将其用于煎药提取，其有效成分溶解量增加所产生的疗效大幅度提高，同时，可破坏毒性成分。据悉，总生物碱，微波炮制附子相对损失较少，毒性双醋型乌头碱则明显降低。经研究分析微波炮制对附子药理作用的影响，急性毒性大小依次为：生附子＞白附子香港炮附子＞微波炮制附子的强型作用，对于低钙任氏液中，以微波炮制附子作用最强，除从药理角度分析微波真空干燥对于提取物可以达到灭菌要求所规定的指标，饮片则可完全符合药理规定的卫生要求，除满足微生物指标外，还可彻底杀灭虫、卵、螨等生物微生物污染，可以达到GMP所规定质量标准，所以，微波真空干燥技术，己广泛应用于医药、生物制品、营养食品。