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微波萃取(Microwave assisted extraction,MAE)是20世纪90年代兴起的萃取技术,与传统的萃取方法相比,具有快速高效,耗能低,后处理方便,污染小等优点。近年来,中药技术有了进一步发展,在提取中药有效成分过程中微波萃取技术的应用引起了国内外众多学者的关注。目前人们只是从实验层次认识到微波能够强化萃取过程,对于其强化机理还没有统一和深入的了解。本文从“能量公设”出发,利用广义场协同理论对微波强化萃取中药有效成分的场协同机理进行分析。
本文首先从熵平衡方程和熵产生本质出发,介绍了非平衡热力学中热力学力和热力学流的定义,然后从“能量公设”出发,介绍了广义场协同理论中对热力学力和热力学流的定义,明确了一种不可逆过程与一种流和共轭的力直接相关,其它的非共轭力对流的作用只能通过传递系数起一种协同作用。在一种流与其共轭的力直接发生关联的前提下,从广义场协同和能量守恒定律两方面出发,推导出外场作用下扩散传质推动力的一般表达式,并分别以重力场和超声波场这两种外场外场作用为例,说明传质推动力表达式的具体形式。
中药中的有效成分被萃取出来有四个步骤,其中内部扩散是速度控制步骤。作者根据实际的扩散情况,把溶质内扩散细分为两个步骤:一、目标分子穿过细胞壁后溶解在溶剂中,这一步属于溶质分子在溶液中的扩散;二、溶剂化的溶质分子穿过各个细胞向外扩散,最后扩散至颗粒表面,这一步属于溶质分子在固体中的扩散。根据这两个扩散步骤,对其进行叠加,建立了实际扩散过程中溶质分子的内扩散模型。
作者建立了微波场作用下中药有效成分的扩散物理模型,并分析了微波强化萃取的场协同机理。结果表明,微波场的存在不仅可以加速扩散过程,而且能够提高萃取物浓度。通过控制微波的频率ω,可以对中药有效成分分子的运动进行控制,从而加速有效成分的扩散过程。