調味料マイクロ波抽出タンク

マイクロ波抽出の原理、メカニズム

マイクロ波抽出の原理はマイクロ波場において、マイクロ波を吸収する能力の違いによって、基体物質のある領域または抽出システム中のある成分が選択的に加熱され、それによって抽出された物質が基体またはシステムから分離され、誘電率が小さく、マイクロ波吸収能力が相対的に悪い抽出剤に入ることができる。マイクロ波抽出は設備が簡単で、適用範囲が広く、抽出効率が高く、再現性がよく、時間を節約し、試薬を節約し、汚染が小さいなどの特徴がある。現在、主に環境サンプルの前処理のほか、生物化学、食品、工業分析、天然産物抽出などの分野に使用されている。

マイクロ波抽出のメカニズムは以下の通りである3次のように分析します。

①マイクロ波放射過程は高周波電磁波が抽出媒体を透過して材料内部の微小管束と腺細胞系に到達する過程である。マイクロ波エネルギーを吸収することで、細胞内部の温度が急速に上昇し、細胞内部の圧力が細胞壁膨張に耐えられる能力を超え、結果として細胞が破裂し、その内の有効成分が自由に流出し、より低い温度で抽出媒体に溶解する。さらなる濾過と分離により、必要な抽出物を得ることができる。

②マイクロ波による電磁場は、抽出された成分の分子が固体内部から固液界面へ拡散する速度を加速させることができる。例えば、水を溶媒とする場合、マイクロ波場の作用下で水分子は高速回転状態から励起状態に変化し、これは高エネルギーの不安定な状態である。その際、水分子または気化して抽出成分の駆動力を強化するか、あるいは自身の余分なエネルギーを放出して基底状態に戻り、放出されたエネルギーは他の物質の分子に伝達され、その熱運動を加速させ、抽出成分の分子が固体内部から固液界面に拡散する時間を短縮し、その結果、抽出速度を数倍に高め、抽出温度を低下させ、抽出物の品質を最大限に保証することができる。

③マイクロ波の周波数は分子回転の周波数と関連しているため、マイクロ波エネルギーはイオン移動と双極子回転によって分子運動を引き起こす非イオン化放射エネルギーであり、分子に作用すると分子の回転運動を促進することができ、分子が一定の極性を持っていれば、マイクロ波場の作用下で瞬時分極を発生し、24．5億回／sの速度を極性変換運動とし、結合の振動、引裂き、粒子間の摩擦と衝突、そして迅速に大量の熱エネルギーを生成し、細胞の破裂を促し、細胞液を溢れさせ、溶媒中に拡散させるマイクロ波抽出において、マイクロ波を吸収する能力の違いにより、基体物質のある領域または抽出システム中のある成分を選択的に加熱することができ、それにより、抽出された物質を基体またはシステムから分離し、より小さな誘電率を持ち、マイクロ波吸収能力が比較的に悪い抽出溶媒に入れることができる。

マイクロ波抽出の特徴と関連応用

マイクロ波とは波長が1～1000ミリメートル、周波数は300～300000MHzのの電磁波です。赤外線と電波の間にあります。従来の抽出過程におけるエネルギーの蓄積と浸透過程は不規則な方法で発生する,抽出の選択性が悪い。限られた選択性は、溶媒の性質を変えるか、溶媒抽出の時間を長くすることによってしか得られない,前者は溶解能力と拡散係数の両方によって制限される,選択面が狭い;後者は抽出効率と速度を大幅に低下させた。

マイクロ波加熱はその特殊性のため、以下の特徴と関連応用がある：

1.高選択性マイクロ波は極性分子だけを選択的に加熱するため、抽出過程全体がマイクロ波放射エネルギーによって媒体を貫通し、材料の内部に到達し、基質内部温度を急速に上昇させ、抽出成分の媒体中の溶解度を増大させ、その後マイクロ波は発生した電磁場において目標物の溶媒への拡散を加速させた、そのため、天然産物活性成分に対して強い選択性溶出があり、活性成分分子の極性が強いほど、選択性が高い。マイクロ波抽出プロセスの核心は脱着と拡散の直列制御プロセスである、脱着と拡散の速度は抽出過程の速度を決定した。多くの人はマイクロ波支援強化抽出過程をマイクロ波に帰結して細胞破裂を招いたが、実際には、細胞破裂は主に有効成分の拡散を強化したものである。他の量が変わらない場合、抽出時間とマイクロ波電力の増加に伴い、抽出濃度が増加し、すなわち分解量が増加し、開始時の分解量は時間の増加に伴い急速に増加し、その後の時間の増加に伴い変化しない。解吸量はマイクロ波電力の増大とともに増加した。また、マイクロ波場において、変位分極が同じであるか、変位分極がステアリング分極に対して無視されると、極性分子物質は非極性分子物質よりも多くのエネルギーを得て、マイクロ波は極性分子物質の抽出により有効である。焦淑清は伝統的な溶媒浸漬法と比べ、マイクロ波技術により紅花羊蹄甲花中の色素を抽出し、時間を節約し、操作が便利な色素抽出率が高いなどの特徴がある、マイクロ波破細胞と溶媒抽出を結合する方法を用いて高山紅景天カルス組織中の紅景天配糖体を抽出し、薬剤を1分間マイクロ波処理した後、室温で水抽出した10分、紅景天配糖体を十分に抽出することができ、伝統的な抽出方法と比べて、前者は時間が短く、加熱する必要がなく、抽出液中の不純物が少ないなどの利点がある、マイクロ波を用いて葛根中の総フラボノイド、葛根素を抽出した結果、抽出効率が明らかに向上し、抽出時間が明らかに短縮され、有効成分の得率が顕著に向上した、などのマイクロ波抽出技術を用いてサンザシ多糖類を抽出した結果、抽出率は伝統的な抽出法の10．05%から16．07%であり、抽出時間は3時間に短縮20分;マイクロ波抽出技術を用いて車前子多糖類を抽出し、水抽出法と比較した結果、抽出時間はそれぞれ65 年代、、および30分、抽出率はそれぞれ1．867％ 、1．764%であり、マイクロ波抽出法の抽出時間が最も短く、目標物に対する選択性すなわち抽出率が最も高いことがわかる。エタノールを溶媒として土茯苓の総フラボノイドを抽出し、抽出時間、マイクロ波出力、エタノール濃度、固液比と抽出温度による土茯苓の総フラボノイド抽出率への影響を通じて、マイクロ波補助抽出土茯苓の総フラボノイドの抽出率は93．2%で、従来の加熱抽出法より高い17．4％。

2.高効率性同じ対象の抽出において、伝統的な方法を採用するには数時間から十数時間が必要であるが、マイクロ波抽出は数秒から数分で完成でき、しかも目標成分の抽出率はより高く、マイクロ波抽出速度は数十から数百倍、さらに数千倍向上し、抽出時間を大幅に短縮したことがわかる。比較試験の結果、溶媒浸漬法と比較して、マイクロ波法による紅花羊蹄甲花中の色素抽出時間は20時間に減少30秒、色素含有量が近く、抽出率が向上した、において、この方法は伝統的な浸出法と比べて、大きな優位性があり、主に抽出時間を節約し、製品葉緑素抽出率が伝統的な抽出方法より向上したことを示している20％左右。

3.節物、省エネ、環境保護の優越性マイクロ波抽出はマイクロ波の電力が小さく、放射時間が短いため、伝統的な方法のエネルギー消費の数十分の1、甚だしきに至っては数百乃至数千分の数である。これは、マイクロ波浸出は固液浸出過程を明らかに強化することができ、その浸出効率は従来の方法の浸出効率よりずっと高いからである。一方、それはまた溶媒親和性の制限が小さいため、選択可能な溶媒が多く、無毒または低毒溶媒を選択すると同時にその使用量を減らすことができる。このことから、この技術は物的消費、エネルギー消費を節約し、またグリーン環境保護を実現している。マイクロ波技術を用いてアルブチンを抽出し、抽出時間を大幅に短縮し、溶媒を節約し、しかも高い抽出率を得た中で結論を得た：マイクロ波抽出法と還流抽出法は新鮮なショウガを抽出し、抽出した6-ショウガフェノールの含有量は類似しているが、マイクロ波抽出法で得られたショウガ抽出物には6-ショウガフェノールの純度はとても高くて、還流抽出法を用いて抽出するのに用いた時間は長くて、効率は低くて、操作は面倒で、得られたショウガ抽出物の中6-ジンジャーフェノールは純度が低く、不純物が多い。マイクロ波抽出法は抽出効率と省エネの面で還流抽出法より優れていることを説明する。

4.均一な通常加熱を加熱し、加熱速度を高めるためには、加熱温度を上昇させる必要があり、コークス内発生現象が発生しやすい。マイクロ波で加熱された物体の各部位は通常、電磁波を均一に浸透させ、熱を発生させることができるため、均一性は大幅に改善される。