微波干燥与微波灭菌技术在中药生产中的应用

微波是波长很短、频率很高的电磁波，它具有：会产生显著的反射和直线传播、电场的振荡周期极短、穿透能力强、与物质相互作用会产生特定效应等特点。微波的这些特性使其在国防、科研、生产、医疗卫生等领域得到重要应用。而微波技术与其它科学技术相互渗透、彼此结合又不断产生新的应用领域。微波技术在中药生产中的应用正是这种技术应用领域的又一扩展。
微波技术在中药生产过程中的应用主要有萃取、干燥、灭菌及真空脱水等方面，本文就微波干燥和微波灭菌技术在中药生产中的应用作简要介绍。
2微波干燥与微波灭菌一般干燥方法如火焰、热风、蒸汽、电加热等，均为外部加热方法：被干燥的物料表面吸收热量后，通过热传导再渗透至物料内部，使物料升温而干燥。而微波加热干燥则完全不同，它是一种内部加热方法，即微波干燥过程中，湿物料处于振荡周期极短的微波高频电场内，其水分子迅速随高频交变电场方向的交互变化而转动，并产生剧烈的碰撞和摩擦，结果使一部分的微波能量转化为分子运动能，并以热量的形式表现出来，使水的温度升高而离开物料，从而达到干燥的效果。也就是说，微波进入被干燥物料并被吸收后，其能量在物料电介质内部转换成热能。因此，微波干燥就是利用电磁波作加热源，被干燥物料本身是发热体的一种加热方式。
由于微波所具有的特性，微波干燥具有干燥均匀、质量好、速度快、效率高、与其它干燥法相容性好等优点。
微波灭菌是在其热力效应和电磁力效应共同作用下完成的。一方面，微波高频交变电场使细菌受热而出现细胞核浓缩、溶解，细胞缩小、解体，从而达到杀灭细菌的目的。这一现象即为微波灭菌的热力效应。另一方面，在微波交变电磁场中，细菌出现电性质的强烈反应，电容性结构的细胞膜被击穿破裂；同时，细菌赖以生存的离子通道，出现调节功能严重障碍，从而造成细菌死亡。这一现象即为微波灭菌的电磁力效应。在上述热力效应和电磁力效应中，电磁力起着主导作用。与常规的高温灭菌法（如热压灭菌、流通蒸汽灭菌、干热灭菌等）相比，微波用于中药及其制剂的灭菌，均可在较低温度下进行。微波灭菌成品质量好、适用性广；低温操作、安全可靠；高效节能、易实现自动操作和满足环保要求。
3微波干燥与微波灭菌技术的应用由于微波干燥与微波灭菌具有诸多优点，尤其是对热敏性药物的干燥灭菌可在低温下操作，加上微波设备设计的完善，其在中药生产领域的应用越来越广。如中草药原材料的干燥、防霉、灭菌；植物浸提物的干燥；各种结晶物料、粉剂、颗粒剂、片剂、丸剂等中成药的烘干灭菌；注射和静脉滴注用的中药针剂的灭菌；口服液制剂快速低温灭菌；胶囊快速低温灭菌等。应用中充分体现出微波技术应用于中药生产的突出优点。如用微波对中药材甘草、穿心莲，中成药活血丸等的干燥与灭菌，其速度是烘箱的5~12倍，而且成品质量好。
国产系列微波干燥灭菌机，基于高频电磁波与产品及其中细菌的相互作用，充分发挥了微波热力效应和电磁力效应，使被处理产品在快速干燥的同时杀灭其中的细菌。将其用于中药片剂、丸剂、人参、天麻等药材营养品的干燥，灭菌时，与常规干燥及巴氏灭菌设备相比，可在数分钟内就能获得满意的干燥与灭菌效果，不仅清洁卫生、不存在任何污染，而且处理温度低于常规工艺的温度，能保持产品的稳定。
WZDaWHZ系列微波真空干燥设备把微波技术与真空技术结合为一体，避免了一般真空干燥中热能传递困难的问题，从而大大缩短干燥时间、提高产品质量。其工作温度可60*C之间任意设定，广泛应用于对热敏性中药物料的加工处理，使得热敏性药物成分及生物活性物质具有极高的保存率（一般可达95以上）。
能对速冻至-18*C以下的医药制品如人参、鹿茸等进行升华干燥的WZLD系列微波真空冷冻干燥设备，是把微波技术与真空冷冻干燥技术结合为一体的新型设备，其加工周期是常规方式的1/10~1/3，能好地保持药物原有的色、味、形和营养成分。
德国L.B.Bohle机械工程公司研宄开发的、带有干燥气体喷流的加热真空干燥装置的VAGAS系列单锅式一步造粒机，就是在微波干燥基础上，通过夹套层送入流动加热气体进行一步制粒。VAGAS技术实际上是微波干燥技术、部分流化技术和真空干燥技术三者的有机结合，其特点之一是由于微波作用而增加了新的热源，使得该方法与纯真空干燥方法相比，可节省25~50的干燥时间。
将微波干燥与微波灭菌技术应用于中药生产时，对干燥与灭菌设备的选型要综合考虑多方面因素，如中药材或物料特性、产品质量要求、生产方式与规模、能源利用、环境保护等，以选择能适合实际生产条件和满足具体要求的设备。
如选用连续传动隧道式微波干燥设备可对中药材等大宗物料进行高速高效的连续化生产。
4应用微波干燥与微波灭菌的注意点微波干燥和微波灭菌技术应用于中药生产的前景是诱人的，但系统的设计和使用过程应根据被处理产品的不同而变化，并且有一系列严格的要求。
4.1药物料的尺寸微波有穿透性，可以干燥相对较大的物料，但这并不意味着对物料的大小是没有限制。事实上，随着微波干燥过程的进行，内部温度会高于外部，物料体积越大，其内外温度梯度就越大，内部的热传导不能平衡微波所产生的温度差，那么，内部温度就可能显著高于外部显示的温度而影响物料的性状。因此，除非出于物料本身的要求，物料应预先处理成较小粒状或片状。对于圆球状产品，其直径不宜超过20mm；对于片状或块状产品，厚度不宜超4.2药物料的性状对于一些粉末状产品，当被堆积在一起时，需要特别关注料层的内外温差，这一温差必须设法消除，否则将会影响干燥或灭菌效果。如果对液体或膏状物料进行处理，物料可能会产生沸腾或体积膨胀，这会引起不必要的物料损失或物料污染，此时应配备消除起泡系统。
4.3系统的GMP要求药品生产质量管理规范GMP贯穿于整个药品生产过程，是对成品质量保证的一个重要手段。因此将微波技术应用于中药原料或制剂的干燥、灭菌时，除考虑微波系统本身的结构要求之外，还要考虑设备进出料容易，内部结构无死角、无交叉污染，易于操作、检验和维护，以及就地清洗（cleaninplace，简称CIP）和就地灭菌（sterilizationinplace，简称SIP）等。系统的设计尤其在一些特殊部位，既要满足微波能有效馈送，又要保证该结构及其选材符合GMP要求。如物料容腔与微波腔要相互独立，其材料不吸收微波；与药物料接触的部件材料具有化学稳定性、无腐蚀、不粘药物、不与药物或溶剂发生反应等。
4.4系统的安全性微波干燥、微波灭菌系统的安全性包括系统本身运行的安全性和对周围环境的安全性。微波的驻波系数是反映微波设备性能和运行效率的重要指标，与系统的加热腔尺寸、形状、耦合口位置、物料的介电常数、物料多少及其分布有关，需要将驻波比调节到适当的大小以保障系统的正常运行。必须注意的是，操作中不能空载运行，腔内也不应有金属物体进入，否则在耦合口附近或在腔内会产生很大驻波，影响干燥灭菌效果。另一方面，微波干燥、灭菌系统运行时，必须严格防止微波泄漏、设置屏蔽，保障不干扰其它生产工作过程。
5结束语随着我国改革开放的深入及加入WTO，中药生产按照GMP规范的要求越来越高，这就需要我们不断研宄新技术、新设备，促进我国中医药产业的发展。微波干燥和微波灭菌，具有效率高、成品质量好、能耗经济、自动化程度高等优点，但其在我国中药生产中的应用还只处于开始阶段，有着很大潜力，在医药工业突飞猛进和我国大力发展中药生产的形势下，它必将进一步发挥巨大的优势。