天然植物源精油作为可持续功能性配料在食品体系中日益受到关注，尤其用于风味增强和异味缓解。本研究探讨了无溶剂微波提取法（SFME）用于获取姜（Zingiber officinale var. officinarum， 大高良姜）精油，该品种是富含萜类化合物的高生物量品种，在食品加工中具有潜在应用价值。SFME应用体积微波加热以加速提取，无需使用有机溶剂，符合绿色提取原则。研究人员采用响应面法（RSM）优化微波功率、样品质量和提取时间，以最大化精油得率并提高能量效率。在优化条件（450 W、100 g和180 min）下，SFME获得的精油得率为2.1%（干基），与常规水蒸气蒸馏（HD）相比，能耗降低了约35%。提取动力学分析采用了假一级、幂律（Power Law）、双曲线（Hyperbolic）和Weibull模型。在中等微波功率下，幂律模型拟合效果最佳（R² = 0.992），而在较高功率下，Weibull模型能更好地表征该系统（R² = 0.996），这表明随着能量输入的增加，主导的提取机制发生了变化。所获精油符合SNI 06-1312-1998标准的理化规格，包括密度0.878 g mL⁻¹，乙醇溶解度1:3，以及水分含量0.25%，表明其适用于食品相关应用。感官评估进一步显示处理样品的鱼腥味有所减轻，支持其作为天然脱臭剂的潜在用途。因此，SFME能够实现快速、无溶剂的提取，并提高能量效率，同时保持精油品质，为将姜源风味修饰剂整合到可持续食品加工体系中提供了一种可行方法。
随着食品体系对天然成分需求的增长，人们对植物源生物活性化合物作为天然调味剂、防腐剂和异味掩蔽组分的兴趣日益浓厚。其中，精油因其多样的化学组成和在食品加工与保鲜中的多功能作用而成为一类关键的天然产物。姜（Zingiber officinale）是最广泛使用的芳香植物之一，其精油富含赋予特征风味、香气和生物活性的萜类化合物。在姜的品种中，大高良姜（Zingiber officinale var. officinarum）因其较大的根茎尺寸、淡黄色以及相对较高的精油得率而尤为突出，使其成为功能食品和天然风味系统工业应用的有吸引力原料。姜精油含有复杂的挥发性成分混合物，如姜烯（zingiberene）、姜黄烯（curcumene）、桉油醇（eudesmol）、姜辣素衍生物（gingerol derivatives）和其他萜类化合物，赋予其辛辣的香气和生物功能。这些成分已被广泛报道具有抗氧化、抗菌和抗炎活性，支持了姜源成分在食品保鲜和风味修饰中的潜在应用。因此，高效且可持续地提取这些生物活性成分已成为开发天然食品成分的关键研究优先事项。精油传统上使用蒸汽蒸馏和溶剂提取等常规技术提取。然而，这些方法通常存在关键局限性，包括提取时间长、能耗高，以及可能降解热敏性挥发性化合物。基于溶剂的提取方法还因溶剂残留、毒性和需要额外纯化及废物管理而引发环境和安全问题。更先进的技术，如微波水蒸气蒸馏（MHD），通过介电加热提高了加热效率，但仍然需要大量水输入和相对较长的提取时间。因此，开发更绿色、更高效的提取技术对于生产用于食品和风味应用的高品质精油变得越来越关键。在新兴技术中，无溶剂微波提取（SFME）因其作为从植物基质中回收挥发性化合物的快速且环境友好型方法而备受关注。SFME将微波加热与常压下的干馏相结合，无需使用有机溶剂或大量水即可提取精油。微波辐照诱导植物组织内部快速加热，促进细胞破裂，并有助于挥发性化合物从生物质基质内的含油结构中释放。这种体积加热机制增强了传热和传质，从而缩短了提取时间并改善了热不稳定香气化合物的保留。SFME过程的性能强烈依赖于关键操作参数，包括微波功率、提取时间和样品质量，必须仔细优化以在保持产品质量的同时最大化提取效率。尽管有这些优势，将SFME应用于大高良姜（Zingiber officinale var. officinarum）仍鲜有报道。大多数现有研究侧重于提取得率或化学成分，而更综合的评估——联系过程优化、提取动力学和能量性能——受到的关注有限。此外，SFME衍生的姜精油的功能特性，特别是其作为天然脱臭剂减轻食品体系中鱼腥味的潜力，尚未得到系统研究。为解决这些局限性，本研究通过整合过程优化、动力学分析和能量评估的综合框架，评估SFME作为大高良姜精油的可持续提取方法。采用响应面法确定最佳操作条件，同时分析提取动力学以阐明潜在机制。进一步根据SNI 06-1312-1998和ISO 3518:2002评估所提精油的理化特性，并通过基于鱼制品的脱臭测试检验其功能性能。这项工作提供了过程优化、动力学分析、能量评估和功能评估的全面整合，为将SFME开发为高效且环境负责的提取技术提供了新的见解。研究结果有助于推动绿色提取过程，并支持开发符合循环经济原则和全球可持续发展目标的可持续生产体系。2. 材料与方法2.1. 原料制备新鲜的大高良姜（Zingiber officinale var. officinarum）根茎购自印尼苏拉巴亚的一家认证本地生产商。根茎在生理成熟期收获，约在种植后7-9个月。手工清洁以去除土壤和纤维残留物，然后切成厚度均匀的2-3 mm薄片，以支持提取过程中均匀的微波加热和传质。制备好的样品密封在聚乙烯袋中，并在5°C下储存以减少酶促氧化和挥发性物质损失。水分含量通过重量法测定，将重复子样品在105°C下干燥至恒重。平均水分含量为85%（湿基）。这种高固有水分含量作为无溶剂微波提取（SFME）的介电加热介质，使过程无需添加水或有机溶剂即可进行。2.2. 无溶剂微波提取装置SFME使用实验室规模微波单元（Electrolux EMM20K22BA；2.45 GHz；最大输出800 W；输入1200 W；220 V）进行。提取系统由1 L硼硅酸盐烧瓶、双颈适配器、Clevenger型分离器和水冷Liebig冷凝器组成，冷凝器温度维持在15 ± 2°C。每批使用新鲜切片的根茎，不添加溶剂。辐照过程中，固有水分吸收微波能，产生内部蒸汽，并促进挥发性油成分的释放和传输到冷凝器。冷凝的馏出物分离成油相和水相，收集上层油层并储存在5°C的琥珀色样品瓶中。研究了微波功率、样品质量和提取时间在300-600 W、100-300 g和140-180 min范围内的影响。对于动力学建模，在0至180 min内监测提取过程，每20 min取样一次。所有实验均进行三次重复。精油得率（Y， %）使用公式（1）基于干物质质量计算。2.3. 实验设计与优化采用Box–Behnken设计（BBD）的响应面法（RSM）评估微波功率（X₁）、样品质量（X₂）和提取时间（X₃）对精油得率的影响。每个变量在三个编码水平（-1, 0, +1）上进行研究，允许在有限实验次数下评估线性、交互和二次效应。最终设计使用的提取时间分别为140、160和180 min对应-1、0和+1水平。BBD设计包含17次实验运行，包括12个析因点和5个中心点，用于估计纯误差并提高模型精度。精油得率（% w/w）用作响应变量。实验数据使用Design-Expert 13软件拟合到二阶多项式模型。进行方差分析（ANOVA）以评估模型显著性和各单独项在p < 0.05时的效应。优化旨在最大化精油得率同时最小化能量输入。2.4. 动力学建模进行动力学建模以描述提取行为并识别不同操作条件下的主导传质特性。评估了常用于微波辅助提取的四种经验模型：假一级、幂律（Power Law）、双曲线（Hyperbolic）和Weibull模型。产量-时间数据使用Microsoft Excel 2024中的非线性最小二乘回归拟合到每个模型。使用决定系数（R²）、误差平方和（SSE）和均方根误差（RMSE）评估模型性能。具有最高R²和最低SSE及RMSE的模型被认为最适合表征提取动力学。2.5. 化学与理化分析2.5.1. 理化特性根据SNI 06-1312-1998和ISO 3518:2002测定提取精油的理化特性。评估的参数包括25°C下的密度、水分含量、折射率、颜色、气味以及在70%乙醇中的溶解度（1:3， v/v）。使用比重瓶测量密度，通过卡尔费休滴定法测定水分含量，使用阿贝折射仪在25°C下测量折射率。乙醇溶解度基于溶液澄清度进行目视评估。2.5.2. 气相色谱-质谱（GC–MS）表征使用配备5977A质谱检测器的Agilent 7890B气相色谱系统分析SFME提取精油的挥发性成分，配备HP-5MS色谱柱（30 m × 0.25 mm × 0.25 µm）。使用氦气作为载气，流速为1 mL min⁻¹。柱温箱初始温度在50°C保持3分钟，然后以4°C min⁻¹升至250°C。进样口和检测器温度维持在250°C，电子电离在70 eV下进行。通过将保留指数和质谱与NIST和Wiley数据库中的谱库进行比对来鉴定化合物。相对组成报告为总离子流图的峰面积百分比。2.6. 脱臭应用与感官评估使用新鲜鱼片作为模型食品体系评估大高良姜精油的脱臭潜力。感官分析由24名半训练评审员（包括熟悉感官评估程序的研究生和实验室人员）进行。测试前，评审员接受了关于评分标准和评估程序的标准化指导。鱼片样品在受控实验室条件下制备，分为三组：对照组（不添加精油）、0.05%精油组和0.10%精油组（以鱼重量为基准）。精油均匀涂抹在样品表面，并在固定处理期间达到平衡。所有样品在评估前于4 ± 1°C储存。每种处理制备三份重复。感官评估在独立的隔间中进行，受控条件温度为22-25°C，中性光照。样品用随机三位数编码并以随机顺序呈现以减少偏差。评审员评估鱼腥味强度和整体香气接受度。鱼腥味强度在六点序数量表上评分，其中0表示没有鱼腥味，5表示非常强烈的鱼腥味。香气接受度使用九点喜好度量表评估，范围从1（非常不喜欢）到9（非常喜欢）。评审员被要求闻每个样品并在结构化的评估表上记录他们的反应。样品之间提供水以减少感官疲劳。感官数据使用单因素方差分析（ANOVA）进行分析，随后进行Tukey事后检验，显著性水平设定为p < 0.05。所有评审员自愿参与并在评估前提供知情同意。感官测试根据机构指南进行。3. 结果与讨论3.1. 工艺参数对精油得率的影响微波辅助提取的效率强烈受到操作条件的影响，如微波功率、提取时间和样品质量。这些参数影响热产生、细胞壁破裂、挥发性化合物的扩散以及提取过程中热不稳定成分的稳定性。因此，需要适当控制提取条件，以在最大限度提高精油回收率的同时，将热降解和挥发损失降至最低。在本研究中，评估了微波功率、提取时间和样品质量对姜精油得率的影响，以确定最适合微波辅助提取（MAE）的提取条件。3.1.1. 微波功率和提取时间对精油得率的影响微波辅助提取（MAE）通过在植物组织内部直接产生热量来提高精油回收率。微波能与极性分子相互作用，引起快速加热、细胞破裂和挥发性化合物更快的释放。然而，过高的功率可能导致过热、挥发损失或热敏性油成分降解。图1(a)显示了微波功率和提取时间对姜精油得率的影响。在所有功率水平下，得率在提取初期急剧增加，然后在约100-120分钟后放缓。这种模式表明大部分易于获取的油在初始阶段释放，而进一步的提取受到扩散和可提取化合物耗尽的限制。微波功率对提取得率有明显影响。在450 W、180分钟条件下获得了最高得率约2.1%，表明该功率水平提供了足够的细胞破裂而没有过度的热损失。在300 W下，较低的能量输入减缓了油的释放。在600 W下，较低的得率可能是由挥发、局部过热或热敏化合物的降解引起的。因此，在测试条件下，450 W是最合适的微波功率。3.1.2. 样品质量和提取时间对精油得率的影响图1(b)显示了样品质量和提取时间对姜精油得率的影响。对于所有样品质量，得率随时间增加，但最终得率随样品质量增加而降低。100 g样品在180分钟时得率最高，超过2%，而200 g和300 g样品分别产生约1%和低于1%的得率。较高样品质量下较低的得率可能是由于微波穿透性降低、加热不均匀、溶剂接触有限以及更大的传质阻力。较大的固体负载量也可能限制混合并在提取容器内产生温度梯度。相反，100 g样品允许更均匀的微波暴露和更好的挥发性化合物向溶剂扩散。这些结果表明，应与提取时间和微波功率一起优化样品质量，以在保持精油品质的同时获得高得率。3.2. 提取动力学与模型解释分析了无溶剂微波提取（SFME）期间随时间变化的精油得率，使用了四种常用的动力学模型，即假一级、幂律（Power Law）、双曲线（Hyperbolic）和Weibull模型。这些模型用于描述不同微波功率水平下提取得率与时间之间的关系。拟合参数和统计指标总结于表1中，而实验数据与模型预测的比较如图2所示。需要强调的是，本研究中应用的动力学模型是对提取行为的经验性表示，而不是对潜在物理机制的直接描述。因此，给定模型有前景的统计性能反映了其再现观察到的提取曲线的能力，而不是为特定传质机制提供决定性证据。尽管如此，可以基于观察到的趋势提出一些定性解释。在较低和中等微波功率水平（300–450 W）下，提取曲线似乎与受扩散影响的精油释放一致，这可以合理地由幂律模型近似。在较高的微波功率（600 W）下，Weibull模型描述的S形提取曲线可能表明初始释放更快，然后更慢地接近平衡。这种行为在先前微波辅助提取的研究中已有报道，可能与微波诱导的内部加热和植物组织内的水分驱动传输有关。然而，由于本研究未进行植物基质的结构观察，这些解释应被视为指示性而非决定性的机制结论。另一个重要观察是，最佳拟合的动力学模型不一定对应于产生最高精油产量的条件。在本研究中，最高油得率（2.1%）是在450 W下获得的，而Weibull模型在600 W下提供了最佳的统计拟合。这一差异突出了动力学模型适用性与过程性能之间的区别，因为动力学建模主要旨在描述提取动力学，而不是最大化得率。实验提取曲线呈现出特征性的S形趋势，包括三个明显阶段：得率的初始快速增加、提取速率适中的过渡阶段，以及随着可用油耗尽而接近饱和的最终阶段。类似的提取曲线已在涉及芳香植物基质的微波辅助提取系统中报道。表1显示，在300 W下，双曲线模型与实验数据拟合最佳，具有最高的决定系数（R² = 0.9947），其次是幂律模型（R² = 0.9918）。这一结果表明在低微波功率下的提取过程被油得率的逐渐增加随后较慢的提取阶段很好地描述。300 W下的低能量输入可能导致了适度的细胞破裂，因此精油的释放主要受从内部植物组织向表面的扩散控制。在450 W下，幂律模型与实验数据吻合度最高（R² = 0.9767），尽管双曲线和Weibull模型也显示出相当的拟合度。幂律模型的指数值（n = 1.1243）表明提取速率在早期阶段增加，然后随着可用油分减少而减慢。这种行为可能与450 W下更强的内部加热和更有效的含油细胞破裂有关。这一结果与在该功率水平下获得的较高油得率一致，表明450 W提供了足够的提取能量而没有过度的热损失。在600 W下，Weibull模型给出了最高的R²值（0.9962），表明在高微波功率下最准确地描述了提取曲线。Weibull参数β = 1.7946表明了一种非线性提取模式，在提取初期快速释放油，然后在较长提取时间后进入较慢阶段。这种行为可能是由于强烈的微波加热，在提取开始时加速了细胞破裂和挥发性释放。然而，在高功率下长时间暴露也可能促进挥发性化合物的挥发或降解，导致与450 W相比最终得率降低。最佳拟合的动力学模型随微波功率而变化。双曲线模型在300 W下最合适，幂律模型在450 W下最合适，Weibull模型在600 W下最合适。这种变化表明提取机制随微波强度而变化，从低功率下以扩散主导的释放转变为高功率下更快速和非线性的提取。因此，使用多个动力学模型比依赖单一模型对所有操作条件提供了对SFME行为更清晰的描述。3.3. 使用Box–Behnken设计进行优化采用Box–Behnken设计（BBD）的响应面法（RSM）优化了无溶剂微波提取（SFME）条件，以最大化大高良姜（Zingiber officinale var. officinarum）的精油得率。研究的因素是微波功率（A， W）、样品质量（B， g）和提取时间（C， min）。选择BBD是因为它能以有限的实验次数有效估计二次效应。共进行了17次运行，包括五个中心点，如表S2所示。3.3.1. 方差分析（ANOVA）ANOVA结果（表S4）证实了二次模型的显著性，F值为22.73，p = 0.0002。在模型项中，样品质量（B）、质量-时间交互作用（BC）以及二次项A²、B²和C²显著影响油得率（p < 0.05）。相比之下，微波功率（A）、提取时间（C）以及AB和AC交互作用不显著（p > 0.05）。失拟项检验不显著（p = 0.1171），表明模型充分代表了实验数据，残差变异主要由随机实验误差引起。3.3.2. 回归方程编码变量的二次回归方程为：得率=1.85−0.0399A−0.5961B−0.0398C+0.0418AB+0.0252AC−0.0674BC−0.4780A²−0.2889B²−0.0459C²，其中A、B和C分别代表微波功率、样品质量和提取时间。负的线性和二次系数表明过度的操作条件降低了油得率，可能是由于过热、水分损失、微波穿透受限和热敏化合物降解。正的AB和AC交互项表明功率与样品质量或提取时间的适度组合增强了介电加热和油扩散，而不会引起严重的热降解。3.3.3. 响应面可视化与解释从二次回归模型生成了三维响应面图和等高线图，以评估微波功率、样品质量和提取时间的组合效应对精油得率的影响。弯曲的表面证实了油得率对提取变量的非线性响应，并支持使用二次模型。如图3所示，油得率随提取时间和微波功率增加直至达到一个最佳区域。在中等微波功率（约450 W）下观察到最高得率，结合较长的提取时间。进一步增加微波功率并未提高得率，并可能由于挥发损失、局部过热或热敏油成分降解而降低提取效率。等高线模式表明工艺变量之间存在交互作用。在较短的提取时间下，仅增加微波功率不足以实现高得率，而较长的提取时间仅在与合适的微波功率结合时才有效。此外，较低的样品质量有利于较高的油回收率，可能是因为较小的固体负载量允许更好的微波穿透、更均匀的加热和更低的传质阻力。该响应面分析表明，通过平衡微波功率、提取时间和样品质量，实现了SFME的最佳性能。在测试条件下，中等微波功率、较长的提取时间和较低的样品质量提供了最大化精油得率同时最小化可能的热降解的最有利区域。3.4. 理化品质与化学成分在优化SFME条件下获得的精油符合SNI 06-1312-1998和ISO 3518:2002标准，证实了良好的理化品质。该油呈淡黄色，水分含量低（0.25%），密度为0.878 g mL⁻¹。GC-MS分析鉴定出超过25种挥发性化合物，主要为姜烯（28.6%）、β-倍半水芹烯（14.3%）、莰烯（8.4%）和姜烯酮（7.9%）。与水蒸气蒸馏相比，SFME由于较短的提取时间和较低的热暴露，更好地保留了含氧和热不稳定化合物。使用NIST库相似指数≥80%检测到总计171个色谱峰。鉴定的化合物与报道的姜精油成分一致。色谱图显示了轻馏分和重馏分，包括含氧单萜和倍半萜。主要的萜类化合物包括β-芹子烯（2.36%）、β-芹子醇（0.45%）和桉油醇（0.27%），它们有助于香气持久性和生物活性。单萜类如芳樟醇、香茅醇和香叶醇增添了清新的柑橘香气。SFME产生了化学成分丰富且生物活性化合物得以保留的精油，证实了其作为绿色提取方法的有效性。总萜类化合物分为几类，包括萜类醛（35.2%），倍半萜烃（31.0%），含氧单萜（19.4%）和含氧倍半萜（10.1%）。次要基团包括非萜类含氧化合物、萜类酯和单萜烃。总体而言，该油主要由萜类醛和倍半萜烃组成，这可能有助于其特征性的香气轮廓。3.5. 功能应用：异味脱除3.5.1. 异味中和机制海产和淡水产品中的鱼腥异味主要由挥发性胺类引起，如三甲胺（TMA）和二甲胺（DMA），它们通过蛋白质降解和微生物活动形成。通过无溶剂微波提取（SFME）获得的大高良姜精油（GGEO）含有富萜化合物，包括姜烯、β-倍半水芹烯、香叶醛和橙花醛，这些化合物通过物理化学和感官机制有助于脱臭。姜烯和其他倍半萜可能通过疏水相互作用和香气掩蔽效应降低对鱼腥味的感知，而醛类化合物如香叶醛和橙花醛可能与胺类发生可逆相互作用，有助于暂时抑制异味化合物。此外，挥发性单萜迅速富集顶空，而倍半萜提供更持久的辛辣-柑橘香气，从而产生平衡的脱臭效果。总体而言，GGEO脱臭可能与减少气味物质分配、与胺的可逆相互作用以及愉快芳香化合物的感官掩蔽有关。3.5.2. 脱臭性能评估在鱼片和基于海洋的鱼糜制品中评估了GGEO的脱臭性能。在低浓度（0.05-0.10% w/w）下，与未处理样品相比，GGEO将鱼腥味强度降低了约30-45%，同时增强了清新、辛辣和柑橘类香气特征。感官评估显示，鱼腥味强度呈浓度依赖性降低，从对照组的3.42 ± 0.83降至0.05% EO组的1.67 ± 0.87和0.10% EO组的0.42 ± 0.75。分布分析也证实了评审员一致地向较低气味评分转变，表明具有稳健的脱臭性能。EO处理后香气接受度提高，0.05% EO组得分最高（4.04 ± 2.21），其次是0.10% EO组（3.54 ± 2.48），而对照组为1.88 ± 1.22。这些结果表明，中等EO浓度在脱臭效率和香气偏好之间提供了最佳平衡。与常用的脱臭精油如柠檬草、卡菲尔酸橙叶和丁香油相比，GGEO显示出有竞争力的性能，同时由于其较温和的香气轮廓而产生较少的风味掩盖。这些发现支持GGEO作为一种通过无溶剂提取工艺生产的、有前景的清洁标签脱臭剂。感官结果表明，添加EO有效降低了鱼腥味，同时提高了香气接受度。0.10% EO处理提供了最强的脱臭效果，而0.05% EO提供了最高的接受度得分。因此，0.05% EO可被视为实际应用的首选浓度，因为它在不产生过度香气掩盖的情况下显著减少了异味。感官响应分析显示，EO处理将响应从高强度鱼腥味转移到低强度。对照组以高分为主，表明异味感知持续强烈。在0.05% EO下，响应转向中等分数，显示出部分脱臭。在0.10% EO下，大多数响应集中在0-1分，表明鱼腥味几乎完全抑制。因此，EO不仅降低了平均气味强度，还降低了高强度响应的频率，证实了其一致的脱臭效果。3.6. 与传统提取方法的比较将SFME与水蒸气蒸馏（HD）、蒸汽蒸馏（SD）和基于溶剂的提取在得率、提取时间、能耗、溶剂使用和环境影响方面进行了比较。该比较突出了SFME的过程强化潜力及其与绿色提取原则的相关性。3.6.1. 能耗与过程强化SFME显示出比常规水蒸气蒸馏更低的能量需求。单位能耗范围为2.8–4.3 kWh g⁻¹油，而HD为6.5 kWh g⁻¹，对应约35%的节能。这种减少归因于直接体积加热，其中微波能与植物细胞中的固有水分相互作用，促进快速内部加热并减少热损失。图S5显示能耗随得率非线性增加。将微波功率增加到最佳水平450 W以上需要更高的能量输入，而得率没有成比例提高，表明存在能量效率阈值。过程强化因子达到2.8，显示提取通量比HD提高了近三倍。这些结果证实SFME是一种过程强化的绿色提取方法，具有较低的能源强度和更高的生产率。3.6.2. 得率与品质比较表S8比较了SFME与HD和SD在姜精油提取方面的表现。在优化条件下，SFME在180分钟内产生了最高的得率（2.10 ± 0.05%），而HD和SD需要更长的提取时间（240–369分钟）并产生较低的得率（1.4–1.9%）。SFME消耗的能源也较少（约4300 kWh kg⁻¹油），而HD和SD需要6200–7000 kWh kg⁻¹油。在成分方面，SFME更好地保留了含氧和热不稳定化合物，如姜烯酮和α-律草烯，而传统方法则以烃类倍半萜如姜烯为主。这一优势主要与SFME中快速的体积加热和较短的热暴露时间有关。3.6.3. 环境与可持续性意义SFME通过无溶剂操作、较低的能耗、较短的提取时间和减少的废物产生提供了环境优势。与需要大量水的HD和涉及长时间加热的SD不同，SFME最大限度地减少了废水形成和热能损失。降低的能量需求也可以减少温室气体排放，特别是在电力来自化石燃料的情况下。此外，SFME通过提高油回收率和保留高价值化合物用于食品、化妆品和制药应用，改善了生物质利用。残余生物质还可以进一步增值为生物炭、吸附剂或生物化学品，支持循环经济原则。因此，SFME支持绿色化学目标，并有助于实现可持续发展目标7、12和13。3.7. 工业相关性与技术经济展望SFME的可扩展性得到常压操作和简化设备要求的支持。与其进行几何放大，模块化增加数量（numbering-up）策略更为合适，允许多个单元在最佳条件下运行。这种方法减轻了高生物质负载量下微波穿透有限和加热不均匀等问题。集成到半连续或连续系统（例如，基于输送机的提取器）中进一步提高了通量和能源效率。报告的单位能耗值（SEC）对应于与水蒸气蒸馏相比约35%的节能。结果表明，SFME可以通过降低能耗、缩短提取时间和无需溶剂的简化处理来降低运营成本。估计的资本成本（12,000-18,000美元）低于水蒸气蒸馏系统（18,000-25,000美元），降低了25-35%。模块化扩展实现了灵活的产能扩展和降低的财务风险。总体而言，SFME为工业精油提取提供了一种有前景且可持续的替代方案，尽管需要进一步的试点规模验证和详细的技术经济分析。4. 结论本研究证明无溶剂微波提取（SFME）是一种有效且节能的绿色技术，可用于从大高良姜（Zingiber officinale var. officinarum）生产高品质精油。在最佳条件（450 W， 100 g， 180 min）下，SFME实现了2.10%（干基）的得率，同时与水蒸气蒸馏相比能耗降低了35%。提取动力学被幂律和Weibull模型很好地描述，表明存在扩散-蒸汽耦合传输。获得的油符合SNI和ISO标准，并表现出有效的脱臭活性，突出了其作为天然清洁标签成分的潜力。SFME提供了关键的可持续性优势，包括无溶剂操作、减少废物和提高能源效率，支持生物质增值和循环经济目标。总体而言，本研究为SFME作为一种可扩展和可持续的提取技术奠定了坚实基础。未来的工作应集中在试点规模验证、技术经济和生命周期分析，以及在实际食品体系中的应用测试。
