微波干燥與殺菌的原理

1、微波干燥與殺菌的原理微波；是一種波長極短的電磁波，它和無線電波、紅外線、可見光一樣，都屬于電磁波，微波的頻率范圍從300MH 300KMHZ即波長從1毫米到1米的范圍微波加熱干燥的原理：是利用微波在快速變化的高頻電磁場中與物質分子相互作用， 被吸收而產生熱效應，把微波能量直接轉換為介質熱能，微波被物體吸收后，物體自生發(fā)熱，加熱從物體內部、外部同時開始，能做到里外同時加熱，不同的物質吸收微波的能力不同，其加熱效果也各不相同，這主要取決于物質的介質損耗。水是吸收微波很強烈的物質，一般含有水分的物質都能用微波來進行加熱，快速均勻，達到很好效果。、微波干燥特點:1、干燥速度快。常規(guī)方法如: 蒸汽干燥、

2、電熱干燥、熱風干燥等，由10%含水量脫至1%以下需十幾個小時，采用微波干燥僅需十幾分鐘；由5%含水量脫至1%以下常規(guī)方法需六至七小時，采用微波干燥僅需幾分鐘；由 30%-20%含水量脫至1%以下，常規(guī)方法需二十幾小時，采用微波干燥僅用二十分鐘左右。常規(guī)熱力干燥往往在環(huán)境及設備上存在熱損失，室內環(huán)境溫度高。而微波是直接對物料進行作用，因而沒有額外的熱能耗損, 微波干燥處理均無以上現(xiàn)象。設備能即開即用, 沒有常規(guī)熱力干燥的熱慣性, 操作靈活方便, 微波功率可調, 傳輸速度從零開始連續(xù)可調, 便于操作。2、保持物料原色。由于微波干燥不需要熱傳導，物料自身發(fā)熱，干燥速度快， 接觸物料的溫度大大低于常規(guī)

3、方法，不會造成物料裂變現(xiàn)象。3、流水線作業(yè)，操作環(huán)境好。與常規(guī)方法相比，微波設備不需要鍋爐、復雜的管道系統(tǒng)，煤場和運輸車輛，只要具備水，電基本條件即可。相比而言，一般可節(jié)電30 -50。改善勞動條件，節(jié)省占地面積. 設備的工作環(huán)境低、噪音小，極大地改善了勞動條件，整套微波設備的操作只需2-3 人。 微波干燥設備可以與 上料機、出料輸送機、振動篩、包裝機等設備連接，組成一條流水生產線，這樣大大提高了勞動生產力，車間里沒有粉塵飛揚狀況發(fā)生，符合國家GM葉產標準我公司是國內專業(yè)做工業(yè)微波設備的廠家。經過多年不斷研究開發(fā)，微波干燥設備在化工醫(yī)藥食品添加劑、中間體等物料干燥方面取得良好效果。本公司跟大型

4、微波研究所合作，由微波專家根據(jù)您的物料特性、產量要求設計出專門屬于您公司的設備！保證令您滿意!上海楚尚微波設備有限公司1：微波是什么？答：微波與無線電波、紅外線、可見光一樣都是電磁波，微波是指頻率為300MHz-300KMH的電磁波，即波長在1米到1毫米之間的電磁波。微波頻率比 一般的無線電波頻率高，通常也稱為“超高頻電磁波”。2：微波是怎樣產生的？答：微波能通常由直流或50MH皮流電通過一特殊的器件來獲得。 可以產生微波的器件有許多種，但主要分為兩大類：半導體器件和電真空器件。電真空器件是利用電子在真空中運動來完成能量變換的器件，或稱之為電子管。在電真空器件中能產生大功率微波能量的有磁控管，

5、多腔速調管，微波三、 四極管， 行波管等。在目前微波加熱領域特別是工業(yè)應用中使用的主要是磁控管及速調管。3：微波應用的頻率有那些？答：因為微波應用極為廣泛，特別是通信領域，為了避免相互間的干擾，國際無線電管理委員會對頻率的劃分作了具體規(guī)定。分給工業(yè)、科學和醫(yī)學用的頻率有433 兆赫、 915兆赫、 2450兆赫、 5800兆赫、 22125兆赫， 與通信頻率分開使用。目前國內用于工業(yè)加熱的常用頻率為915 兆赫和2450 兆赫。微波頻率與功率的選擇可根據(jù)被加熱材料的形狀、材質、含水率的不同而定。4：微波加熱的原理是什么？答： 介質材料由極性分子和非極性分子組成，在電磁場作用下，這些極性分子從原

6、來的隨機分布狀態(tài)轉向依照電場的極性排列取向。而在高頻電磁場作用下，這些取向按交變電磁的頻率不斷變化，這一過程造成分子的運動和相互摩擦從而產生熱量。 此時交變電場的場能轉化為介質內的熱能，使介質溫度不斷升高，這就是對微波加熱最通俗的解釋。5：微波殺菌的機理是什么？答：微波滅菌的機理在于，細菌、成蟲與任何生物細胞一樣，是由水、蛋白質、核酸、 碳水化合物、脂肪和無機物等復雜化合物構成的一種凝聚態(tài)介質。其中水是生物細胞的主要成分，含量在 7585%,因為細菌的各種生理活動都必須有水參與才能進行，而細菌的生長繁殖過程，對各種營養(yǎng)物的吸收是通過細胞膜質的擴散、 滲透和吸附作用來完成的。在一定強度微波場的作

7、用下，物料中的蟲類和菌體也會因分子極化馳豫，同時吸收微波能升溫。由于它們是凝聚態(tài)物質，分子間的作用力加劇了微波能向熱能的能態(tài)轉化。從而使體內蛋白質同時受到無極性熱運動和極性轉動兩方面的作用，使其空間結構變化或破壞，而使蛋白質變性。蛋白質變性后，其溶解度、粘度、 膨脹性、 滲透性、 穩(wěn)定性都會發(fā)生明顯的變化，而失去生物活性。另一方面，微波能的非熱效應在滅菌中起到了常規(guī)物理滅菌所沒有的特殊作用。也是造成細菌死亡的原因之一。6：微波的穿透能力如何？答： 穿透能力就是電磁波穿入到介質內部的本領，電磁波從介質的表面進入并在其內部傳播時，由于能量不斷被吸收并轉化為熱能，它所攜帶的能量就隨著深入介質表面的距

8、離，以指數(shù)形式衰減。透射深度被定義為：材料內部功率密度為表面能量密度的1/e或36.8%算起的深度D,微波的加熱深度比紅外加熱大得多，因為微波的波長是紅外波長的近千倍。紅外加熱只是表面加熱，微波是深入內部加熱。7：什么叫微波的選擇性加熱?答： 不同性質的物料對微波的吸收損耗不同，即選擇性加熱的特點，這對干燥過程有利。 因為水分子對微波的吸收損耗最大，所以含水量高的部位，吸收微波功率多于含水量較低的部位，從而干燥速率趨一致。8：微波加熱為什么稱之為內部加熱方式?答：常規(guī)加熱（如火焰、熱風、電熱、蒸汽等）都是利用熱傳導、對流、熱輻射將熱量首先傳遞給被加熱物的表面，再通過熱傳導逐步使中心溫度升高（即

9、常稱的外部加熱） 。它要使中心部位達到所需的溫度，需要一定的熱傳導時間，而對熱傳導率差的物體所需的時間就更長。微波加熱則屬于內部加熱方式，電磁能直接作用于介質分子轉換成熱，且透射性能使物料內外介質同時受熱，不需要熱傳導， 而內部缺乏散熱條件，造成內部溫度高于外部的溫度梯度分布，形成驅動內部水分向表面滲透的蒸汽壓差，加速了水份的遷移蒸發(fā)速度。特別是對含水量在30%以下的食品，速度可數(shù)百倍的縮短，在短時間內達到均勻干燥。9：各種物質對微波的吸收能力如何？答： 微波加熱是介質材料自身損耗電場能量而發(fā)熱。而不同介質材料的介質常數(shù) r和介質損耗角正切值tg 6是不同的，故微波電磁場作用下的熱效應也不一樣

10、。由極性分子所組成的物質，能較好地吸收微波能。水分子呈極強的極性，是吸收微波的最好介質，所以凡含水分子的物質必定吸收微波。另一類由非極性分子組成，它們基本上不吸收或很少吸收微波，這類物質有聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜等、塑料制品和玻璃、陶瓷等，它們能透過微波，而不吸收微波。這類材料可作為微波加熱用的容器或支承物，或做密封材料。在微波場電中，介質吸收微波功率的大小P正比于頻率f、電場強度E的平方、介電常數(shù)er和介質損耗正切值tg 6。即：P = 2兀f?E2? r?V?tg 610：微波的脫水效率如何？答：理論上每千瓦小時微波電能可使1.39 公斤的水汽化，由于線路損耗及腔體效率等因素，實際

11、效果為0.8-1.1公斤 /千瓦小時。用戶可根據(jù)待處理材料初始與最終含水量之差及產量的要求來估算所需的微波功率。微波干燥殺菌機理微波是指頻率300 兆赫至 300 千兆赫的電磁波。在微波電磁場作用下，介質中的極性分子從原來的熱運動狀態(tài)轉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2450 兆赫， 就會出現(xiàn)每秒24.5 億次交變，產生激烈的磨擦而生熱。 在這一微觀過程中，微波能量轉化為介質內熱能，使介質溫度呈現(xiàn)為宏觀上的升高。 物料即能從外部到內部同時均勻發(fā)熱而干燥脫水，消毒殺毒。微波具有熱效應和非熱效應雙重殺菌作用。微波熱效應殺菌的機理，由水、 蛋白質、 核酸、碳水化合物、脂肪和

12、無機物等復雜化合物構成的生物細胞是一種凝結構發(fā)生變化或破壞蛋白質變性，影響其溶解度、黏度、 膨脹性、 穩(wěn)定性， 從而失去生物活性。微波非熱效應殺菌機理：微波作用能改變生物性排列聚合狀態(tài)及其運動規(guī)律，而且微波場感應的離子流，會影響細胞膜附近的電荷分布，導致膜的屏障作用受到損傷，影響Na-K泵的功能，產生膜功能障礙，從而干擾或破壞細胞的正常新陳代謝功能，導致細菌生長抑制，停止或死亡。另外，細胞中的核糖核酸（RNA）和脫氧核糖核酸（DNA在微波場力作用下可導致氫鍵有松弛、斷裂或重組，誘發(fā)基因突變或染色體畸變，從而影響其生物活性的改變、延緩或中斷細胞的穩(wěn)定遺傳和增殖。簡單地說，微波殺菌、保鮮是微波熱效

13、應共同作用結果。微波的熱效應主要起快速升溫殺菌作用；而非熱效應則使微生物體蛋白質和生亙活性物質變異，從而喪失活力或死亡。因此微波殺菌溫度低于常規(guī)方法，一般情況下，常規(guī)方法殺菌溫度要求在100攝氏度以上，時間十幾分鐘至幾十分鐘，而微波殺菌溫度僅70-90 攝氏度， 時間為幾分鐘。微波殺菌保鮮的特點1、時間短、速度快常規(guī)熱力殺菌是通過熱傳導，對流或輻射等方式將熱量從食品表面?zhèn)髦羶炔?，要達到殺菌溫度，往往需要較長時間。微波殺菌是微波能與食品及其細菌等微生物直接相互作用，熱效應與非熱效應共同作用，過到快速升溫殺菌目的，處理時間大大縮短，各種物料的殺菌作用一般在3-5 分鐘。2、低溫殺菌保持營養(yǎng)成分和傳

14、統(tǒng)風味微波殺菌是通過特殊熱和非熱的效應殺菌，與常規(guī)熱力殺菌比較，能在比較低的溫度和較短的時間獲得所需的消毒殺菌效果。一般殺菌溫度在75-80 攝氏度， 就能達到效果，此外微波處理食品能保留更多的營養(yǎng)成分和色、香、 味、 形等風味，具有膨化效果。如常規(guī)熱力處理的蔬菜保留的維生素C是46%-50 % ,而微波處理是60%-90%;常規(guī)加熱豬肝維生素 A保持率為58%,而微波加熱為84%。3、節(jié)約能源常規(guī)熱力殺菌往往在環(huán)境及設備上存在熱損失，而微波是直接對食品進行作用，因而沒有額外的熱能耗損。相比而言，一般可節(jié)電30 -50。4、均勻徹底常規(guī)熱力殺菌是從物料表面開始，然而通過熱傳導至內部，存在內外溫

15、差。為了保持食品風味，縮短處理時間。往往食品內部沒有達到足夠溫度而影響殺菌效果。由于微波肯有穿透作用，對食品進行整體處理時，表面和內部同時受到作用，所以消毒殺菌均勻徹底。5、便于控制微波干操殺菌處理，設備能即開即用，沒有常規(guī)熱力殺菌的熱慣性，操作靈活方便，微波功率可調，傳輸速度從零開始連續(xù)可調，便于操作。6、設備簡單，工藝先進與常規(guī)方法相比，微波設備不需要鍋爐、復雜的管道系統(tǒng)，煤場和運輸車輛，只 要具備水，電基本條件即可。7、善勞動條件，節(jié)省占地面積設備的工作環(huán)境低、噪音小， 極大地改善了勞動條件，整套微波設備的操作只需2-3 人。制藥行業(yè)的干燥裝置我國加入世貿組織（WTO）是機遇也是挑戰(zhàn)。以

16、制藥行業(yè)來說產量大、價格低是優(yōu)勢， 但出口藥品除質量指標以外，還要由進口國或國際公認的機構對該藥品的生產過程（包括接觸藥品的設備）進行檢查，符合有關規(guī)定和要求方可出口。我國現(xiàn)行實施的規(guī)范是國家藥品監(jiān)督局1998 年修訂的藥品生產質量管理規(guī)范及藥品生產管理規(guī)范附錄。上述規(guī)范及附錄已由國家經貿委醫(yī)藥行業(yè)信息中心于1999年10月匯集于藥品GM耿證一書中，該書同時收入了美國現(xiàn)行藥品 生產質量管理替代規(guī)范（CGMP）1998版和日本藥品生產質量管理規(guī)范1990 版。對于制藥裝備，國家經貿委中國制藥裝備行業(yè)協(xié)會也于2000 年 1 月編刊了制藥裝備實施GMP旨南 ,2000年9月上海醫(yī)藥設計院等還在滬召

17、開了 “制 藥機械GMF&術宣講會”，探討執(zhí)行新版本藥品生產質量管理規(guī)范以及實施 制藥機械GMPT審中心檢測等相關事宜，會議的主要內容已經刊行。中國制藥設 備行業(yè)協(xié)會又于2001年8月編印了制藥裝備實施 GMPff技術、新產品信息文集，文集除收入我國現(xiàn)行GMPC件外，還對制藥裝備驗證、制藥用水驗證、若 干制藥及制劑設備對GMP勺要求作了闡述。用于醫(yī)藥生產的各種干燥裝置都必須符合GMP( Good Manu facturingPractice 縮寫)的有關要求，其目的是要保證藥品生產質量整批均一，以及不存在積料等。同時各該設備還必須達到可以原位清洗(Cleaning in Place,-CIP)

18、 、原位滅菌(Sterilizing in Place, - SIP) 要求；對直接接觸藥品的設備材質也有要求，一般情況下用316不銹鋼； 進入干燥系統(tǒng)的熱空氣須經精密過濾，1 m3空氣中學0.5的塵埃粒子不得超過3500個，活微生物數(shù)1。藥品的干燥根據(jù)不同的性狀和要求，大致可采用下述兩類方法：一類是從水溶液直接噴霧干燥成為顆粒，如鏈霉素、慶大霉素等；另一類是溶液經結晶、過濾后將結晶物進行干燥，對于熱敏性藥物(如若干生物制劑等)可選用冷凍干燥。那些結構復雜不易清洗或滅菌的干燥形式，則不能應用于藥品的干燥。2 對噴霧干燥的要求2 1 霧化裝置噴霧干燥的霧化裝置一般有離心式、壓力式以及氣流式。離心

19、式霧化器其離心盤的傳動軸分處干燥室內外，防止軸封之細粒脫落比較困難；壓力式霧化系統(tǒng)其料液要經過高壓泵壓送，運作時活塞與缸體的磨擦及連桿的密封都會影響料液之潔凈。比較之下氣流霧化因霧化用的空氣以及料液在進塔之前均可先經潔凈過濾，濾除其所夾帶之顆粒( 包括細菌) ，故而比較適宜藥品干燥。尼羅公司從1996年開始改用氣流霧化來噴干藥品。2 2 料液及霧化用壓縮空氣的過濾噴干前的料液在引入噴塔之前應經 0.3的微孔膜過濾；霧化用壓縮空氣在經微孔膜過濾之前還應將其所夾帶之油、水先行去除。2 3熱空氣熱空氣源自大氣，所夾帶塵粒等的數(shù)量較多，而且流量大；加熱后溫度要求達到140以上，加熱器在運轉中會剝落顆粒

20、。為此，熱空氣過濾系統(tǒng)應按照熱空氣溫度要求來考慮，開發(fā)出能耐溫耐久長期高效運轉的空氣過濾器。2 4 干燥產品的送出在干品的排出口周圍要用潔凈空氣保護，以防周圍環(huán)境的塵?；螂s物混入干燥產品無菌噴霧干燥。3 結晶狀藥物的干燥結晶狀藥物的干燥，除了結晶工序嚴格要求無菌、無雜外， 干燥過程也嚴格要求無菌。最早多采用真空烘箱，但干燥速度慢，干燥箱不易清洗，現(xiàn)基本上已改用回轉真空干燥機。近年來國外已推出一種結晶過濾干燥聯(lián)合機， 簡稱“三合一”機。 另外， 還有一種將藥物在結晶設備中結晶以后連同母液一并送入“過濾洗滌干燥”聯(lián)合機中處理的系統(tǒng)，也稱“三合一”機。3 1 回轉真空干燥器回轉真空干燥器的器身為圓形

21、，兩頭為錐體，中部有二懸軸用以支撐器身，并起著連接真空伸出管及熱水進出管路的作用。20 世紀 80年代初為華北制藥廠青霉素干燥取代真空干燥箱，開發(fā)研制了此種裝置，重點解決了二懸軸的同心度(軸端跳動量0.01mm)訶題以及固定的真空引出管與旋轉軸之間的原位清洗(CIP) 與原位滅菌(SIP) 問題。 此外還配套了可在真空下回收蒸發(fā)溶劑的低溫冷凝器。該裝置已在醫(yī)藥行業(yè)獲得了推廣，其中福州抗菌素廠采用該機型已于1985年通過美國FDA的GMP僉證。在雙軸回轉真空干燥器的基礎上又開發(fā)了單軸型回轉真空干燥機，即由單使器身留在無菌區(qū)而將傳動系統(tǒng)移至無菌區(qū)以外。從結構上實現(xiàn)了傳動軸、真空引出管、加熱用水進出

22、管路的同軸化。此種形式也將獲得廣泛使用。雙錐形回轉真空干燥機流程3 2 三合一機 結晶過濾干燥三合一機 此種三合一機可將母液送入器內完成結晶過程，結晶后再行過濾與干燥。為了防止結晶在過濾網(wǎng)下方析出，故設計成器身可180轉動。在結晶階段可將器身轉至濾網(wǎng)在上；結晶完成后轉180，使濾網(wǎng)在下，開始過濾。中間有可伸降之攪拌器，分別用于結晶過程的攪拌以及過濾階段的壓平濾層和干燥階段的翻動濾餅層。槳葉中也設有加熱介質通道，以提高干燥速度。 過濾洗滌干燥三合一機 采用此種裝置時，結晶需在結晶罐中進行。 結晶完成后再輸入此機進行過濾，過濾后再注入洗滌液并利用攪拌裝置進行充分洗滌，然后再過濾，最后進行脫水干燥。由于物料是在結晶以后送入器中，設在下部的濾網(wǎng)可以截留晶體，因此器身可以不作180旋動，簡化了結構。干燥