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微波萃取技术及中药成分提取的应用
浏览次数:次   发布时间:2015-05-11 11:17:15

摘要

微波萃取技术是一种新型高效的萃取技术,本文阐述了微波萃取技术的原理、特点以及微波萃取在中药成分提取的应用。同时,简单介绍了微波萃取技术的展望。

关键词:微波萃取;中药成分提取;微波萃取展望

一、微波萃取的原理及特点

1、微波萃取的原理

微波萃取技术是利用微波的热效应对样品及其有机溶剂进行加热,从而将目标组分从样品基体中分离出来的一种新型高效分离技术。与传统萃取技术相比,微波萃取技术具有许多独特的优点,被誉为“绿色萃取技术”。从原理上讲,传统的溶剂提取法,如浸渍法、渗滤法、回流提取法、连续回流提取法等,均可加入微波进行辅助提取,从而成为高效提取方法。

2、微波萃取的机理

微波萃取的机理可从以下3个方面来分析:

  • ①微波辐射过程是高频电磁波穿透萃取介质到达物料内部的微管束和腺胞系统的过程。由于吸收了微波能,细胞内部的温度将迅速上升,从而使细胞内部的压力超过细胞壁膨胀所能承受的能力,结果细胞破裂,其内的有效成分自由流出,并在较低的温度下溶解于萃取介质中。通过进一步的过滤和分离,即可获得所需的萃取物。
  • ②微波所产生的电磁场可加速被萃取组分的分子由固体内部向固液界面扩散的速率。例如,以水作溶剂时,在微波场的作用下,水分子由高速转动状态转变为激发态,这是一种高能量的不稳定状态。此时水分子或者汽化以加强萃取组分的驱动力,或者释放出自身多余的能量回到基态,所释放出的能量将传递给其他物质的分子,以加速其热运动,从而缩短萃取组分的分子由固体内部扩散至固液界面的时间,结果使萃取速率提高数倍,并能降低萃取温度,最大限度地保证萃取物的质量。
  • ③由于微波的频率与分子转动的频率相关联,因此微波能是一种由离子迁移和偶极子转动而引起分子运动的非离子化辐射能,当它作用于分子时,可促进分子的转动运动,若分子具有一定的极性,即可在微波场的作用下产生瞬时极化,并以24.5亿次/秒的速度作极性变换运动,从而产生键的振动、撕裂和粒子间的摩擦和碰撞,并迅速生成大量的热能,促使细胞破裂,使细胞液溢出并扩散至溶剂中。在微波萃取中,吸收微波能力的差异可使基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热,从而使被萃取物质从基体或体系中分离,进入到具有较小介电常数、微波吸收能力相对较差的萃取溶剂中。

微波萃取工业流程微波萃取工艺流程图

3、微波萃取的特点

  • ①高选择性 因为微波只对极性分子进行选择性加热,整个萃取过程由微波辐射能穿透介质,到达物料的内部,使基质内部温度迅速上升,增大萃取成分在介质中的溶解度,然后微波在产生的电磁场加速了目标物向溶剂的扩散,因此,对天然产物活性成分有很强的选择性溶出,活性成分分子极性越强,选择性越高。
  • ②高效性 在同一对象提取中,采用传统方法需要几小时至十几小时,超声提取法也需半小时到一小时,而微波提取只需几秒到几分钟即可完成,并且目标成分提取率更高,可见,微波提取速率提高了几十至几百倍,甚至几千倍,大大缩短了萃取时间。
  • ③加热均匀 常规加热,为提高加热速度,就需要升高加热温度,容易产生外焦内生现象。微波加热的物体各部位通常都能均匀渗透电磁波,产生热量,因此均匀性大大改善,产品品质极大提升。
  • ④节物、节能、环保的优越性 微波萃取由于微波功率较小且辐射时间短,是传统方法能耗的几十分之一,甚至几百乃至几千分之几。这是因为,微波浸取可以使固液浸取过程得到明显的强化,它的浸取效率要比传统方法的浸取效率高得多。另一方面它又由于受溶剂亲和力的限制较小,可供选择的溶剂较多,在选择无毒或低毒溶剂的同时还可减少其用量。由此可见,该技术暨节约物耗、能耗,又做到绿色环保。
  • ⑤微波萃取无需干燥等预处理,简化了工艺,减少了投资。

二、微波萃取技术在中药有效成分提取中的应用

  • 1、黄酮类物质的提取 黄酮类成分具有降压、降血脂和抑制血小板聚集等功能,在大部分中药中均存在。黄酮类化合物的传统提取方法主要有水煎煮法、浸提法或索氏提取法,但费时费力且收率较低。微波萃取在黄酮类物质的提取上具有良好的效果,在提取过程中具有反应高效性和强选择性等特点。
  • 2、生物碱的提取 生物碱是生物体内一类含氮有机物的总称,多数生物碱具有较复杂的含氮杂环结构和特殊而显著的生理作用,是中草药中的重要成分之一。采用微波萃取技术从龙葵中提取总生物碱,结果表明提取时间可由回流提取法的6h缩短至8min,产率则由8.40μg/g增加至10.77μg/g。
  • 3、苷类物质的提取 微波对某些化合物具有一定的降解作用,且在短时间内可使药材中的酶灭活,因而用于提取苷类等成分时具有更突出的优点。例如,采用微波辅助水提取罗汉果皂苷,罗汉果皂苷平均提取率可达70.5%,比常规水提法高出45%,且提取时间可缩短50%。
  • 4、萜类和挥发油的提取 萜类化合物是一类具有广泛生物活性的天然药物有效成分,植物中的挥发油大多富含单萜和倍半萜类化合物。挥发油的沸点较低,传统提取工艺具有提取温度高、提取时间长、易破坏有效成分的缺陷,致提取收率低。而微波提取可瞬间产生高温,具有提取时间短、提取效率高等优点。利用微波萃取技术提取红景天叶中的挥发油,结果表明提取时间可由传统提取法的5h缩短至20min,而挥发油含量则由0.15%提高至0.40%;利用微波萃取技术从佩兰中提取挥发油,结果表明提取时间可由传统提取法的5h缩短至20min,而挥发油的含量则由1.830%提高至2.106%。
  • 5、多糖类物质的提取 中药多糖是一类具有显著生物活性的生物大分子物质,许多多糖具有抗肿瘤、增强免疫力、抗衰老和抗病毒等作用,因而受到国内外研究者的重视。与常规提取法相比,微波萃取法在选择性与提取时间上都表现出无可比拟的优越性。采用微波从天花粉中提取天花粉多糖,提取时间仅为常规法的1/12,且多糖收率则由常规法的0.8409%提高至18.3012%,可见微波萃取法的提取时间短,提取率高。
  • 6、其他物质的提取 目前,微波萃取技术还用于中药中的其他物质如色素、蒽醌类、有机酸等物质的提取。采用微波萃取技术从紫荆花中提取色素,结果表明提取时间可由溶剂浸提法的24h缩短至30s,而提取率则从90.2%提高至92.1%;采用微波萃取技术提取甘草中的甘草酸,并与超声提取法、室温冷浸提取法和索氏提取法进行了对比,结果表明微波萃取54min与室温冷浸44.3h、索氏提取4h的甘草酸得率相当。

三、微波萃取的展望

微波萃取技术作为一种新发展的样品前处理手段不仅具有快速,试剂用量少,制样精度好,回收率高等优点,而且在实现实验室环境保护和自动化控制方面具有非常吸引人的发展前景。微波萃取效率高纯度高、能耗小、产生废物少、操作费用少、符合环境保护要求。可广泛用于中草药、香料、保健食品、化妆食品、化妆品、茶饮料、调味料、果胶、高粘度壳聚糖等行业,目前在我国微波萃取已经用于多项中草药的浸取生产线之中,如葛根、茶叶、银杏等。微波萃取已列为我国二十一世纪食品加工和中药制药现代化推广技术之一。

四、结束语

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