微波辅助中草药有效成分(白藜芦醇)萃取的物理机制研究

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微波辅助萃取技术是20世纪90年代开始兴起的萃取技术,该技术是提取中草药有效成分最有效的方法,在节省能耗、萃取率高、耗时少、环境污染小等方面有突出优点,特别适合于处理热敏性组分或天然药物的提取。虽然该技术己较成功地在实验室应用于多种中草药的提取,但是,目前的实验研究还处于经验积累的摸索阶段。不同物质成分萃取所需的萃取时间、温度、萃取溶剂、微波功率等萃取参数的获取带有很大的盲目性,一种物质成分的最佳萃取参数无法借鉴应用于另一种物质的萃取。微波辅助萃取过程中的动力学机制的研究很少,特别是微波辅助中草药萃取的物理机制等方面的研究尚未见报道。由于受通信的限制,目前萃取实验所使用的微波频率仅限于915MHz或2450MHz两种民用频率,它们并不是微波提取所有物质的最佳共振频率。因而,微波辅助萃取的有效应用迫切需要通过萃取过程物理机制的研究,建立普适的微波参量与被萃取物质、溶剂分子结构参数和多孔介质结构参数间的关系式。 微波辅助中草药萃取是利用微波与物质相互作用的特点和优点,将微波能应用于中草药有效成分提取的一种萃取技术。微波与物质相互作用中最明显的现象是热效应,在微波辅助萃取过程中起重要作用之一的也就是微波热效应。微波热效应主要用微波吸收系数和微波吸收功率密度来描述。本文首先利用微波在介质中的传播规律,导出了微波吸收系数与溶液复介电常数间的关系式和微波吸收功率密度与物质复介电常数以及空间位置间的关系式。基于微波加热过程中的能量方程,推导出微波辅助萃取过程中溶液的温度变化与微波吸收功率以及溶剂的摩尔热容的关系式。 微波与物质相互作用除了热效应之外还有非热效应的存在。微波协同扩散就是微波非热效应的现象之一。在液体理论和微波与物质相互作用的非热效应的基础上,通过统计物理等理论,作者建立了微波辅助萃取过程中的微波协同扩散通量与微波参量(微波功率、微波场强)、溶剂分子结构参数和有效成分分子物理结构参数间的关系式。 微波辅助萃取微观物理机制的研究主要是从分子的层面研究萃取过程中微波与分子间的相互作用机理。将中草药有效成分分子等效成为电偶极子,利用电偶极子在电磁场中的运动规律,运用统计物理等方法,建立了电偶极子受约束时微波共振吸收频率的方程式。以微波辅助萃取中研究最多的白藜芦醇为代表,研究了白藜芦醇的分子结构,讨论了白藜芦醇分子的转动惯量和电偶极矩的计算。
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