微波提取技術(shù)在中藥有效成分提取中的應(yīng)用＊

席彩彩，張文芳，侯明月，張永萍

(1．貴陽中醫(yī)學(xué)院2012級碩士研究生，貴州 貴陽 550002;2．貴陽中醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，貴州 貴陽 550002)

微波提取(萃取)，即微波輔助提取(MAE)，是利用微波場的特性和優(yōu)點來強(qiáng)化天然藥物(中藥)有效物質(zhì)浸出的新型提取方法[1]。1986年，首次利用微波爐從棉籽中提取出棉酚，提取效率大大高于索式提取法和超聲法，且消耗溶劑少、提取時間短。此后，微波提取技術(shù)受到各國重視，我國將其列為21世紀(jì)食品加工和中藥制藥現(xiàn)代化推廣技術(shù)之一[2-3]。目前已用微波萃取方法處理了上百種中藥，主要研究了微波功率、微波輻射時間、藥材粉碎度、提取溶劑、固液比等對提取效率的影響，并與其他提取法進(jìn)行了比較。

1 原理與特性

微波(MW)是一種波長在 1～0．001 m、頻率在 300 MHz至300 GHz的電磁波[4]。微波提取主要是利用微波具有的熱特性，一方面通過“介電損耗”，使分子高速旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致溫度升高，通過離子傳導(dǎo)，離子化的物質(zhì)做超高速運動，因磨擦而產(chǎn)生熱效應(yīng);另一方面，微波輻射導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的水等極性物質(zhì)吸收微波能使細(xì)胞內(nèi)溫度迅速上升，液態(tài)水汽化產(chǎn)生的壓力將細(xì)胞膜和細(xì)胞壁沖破，形成微小的孔洞，使細(xì)胞內(nèi)的有效成分自由流出，進(jìn)入提取溶劑并溶解，進(jìn)一步分離即得[5]。微波具有以下特性。

良好的穿透能力和穿透的選擇性:微波對金屬不能穿透，但對塑料能穿透，故可用于制作物料的容器、諧振腔內(nèi)的運轉(zhuǎn)機(jī)件等[6]。另外，只對極性分子進(jìn)行選擇性加熱，分子極性越強(qiáng)，選擇性越高[7]。

似光性:即對金屬的反射性?？捎媒饘偌庸ぷ髦C振腔，為防止微波泄漏，可用金屬作屏蔽裝置。

很強(qiáng)的內(nèi)熱效應(yīng)和極高的頻率:可讓溶劑與溶質(zhì)分子同時無熱阻、無熱慣性地加熱，加熱速度比常規(guī)加熱方式快10～100倍。

對生物的非生物效應(yīng):可使微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)和生理活性物質(zhì)發(fā)生質(zhì)變，而喪失生物活性或死亡。以此來設(shè)計各種滅菌設(shè)備，用于殺滅各種微生物，達(dá)到滅菌的目的[6]。

易控制:微波加熱的熱慣性極小，因而過程易于控制[8]。

2 技術(shù)優(yōu)越性

微波提取技術(shù)與其他傳統(tǒng)提取技術(shù)相比，具有提取時間短、溫度低、耗能低、品質(zhì)高等優(yōu)良特性[9]。具體表現(xiàn)在以下幾方面。

高效節(jié)能:加熱設(shè)備除在電源部分及電子管系統(tǒng)本身消耗部分能量外基本不輻射熱量。熱效率高，設(shè)備小，避免了環(huán)境的高溫，可改善工作條件[10]。

降低物耗:MAE所需溶劑為藥材量的6～8倍，并1次提凈，MAE溶劑僅需傳統(tǒng)中藥提取(CME)的30% ～40%[6]。溶劑用量較常規(guī)方法少50% ～90%[11]。

環(huán)境友好:溶劑用量顯著減少，降低了藥渣及含有機(jī)溶劑廢水的排放量，且MAE實現(xiàn)密閉操作，大大降低空氣中有害氣體的濃度，防止對環(huán)境的污染[6]。

量多質(zhì)優(yōu):由于通過介質(zhì)從內(nèi)部加熱，可有效地保護(hù)物料中的有效成分，故純度高、萃取率高[12]。可避免長時間高溫引起的樣品分解，有利于熱不穩(wěn)定成分的萃取[13]。

安全可靠:微波產(chǎn)生的能量只達(dá)到切斷細(xì)菌生物結(jié)構(gòu)的氫鍵，尚未達(dá)到破壞物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)所需的能量，食物和藥品的成分不會被破壞，產(chǎn)品應(yīng)用安全。同時，微波設(shè)備在設(shè)計與加工時采取保證安全的屏蔽措施，微波泄露量大大低于國際標(biāo)準(zhǔn)的5 mw/cm2。

經(jīng)濟(jì)效益好:成本可相對降低30%～40%，并且收率提高，產(chǎn)品純度好，給企業(yè)創(chuàng)造實在的經(jīng)濟(jì)效益。

操作自動化:溫度、壓力、流量、功率、密度等均可編程控制[6]，生產(chǎn)控制實現(xiàn)自動化、程序化，省工省時。

3 影響因素

影響微波萃取的因素主要有萃取劑、微波功率和萃取時間等，有效調(diào)節(jié)微波萃取的參數(shù)，有利于樣品基體分離而被萃取[14]。

萃取溶劑[15]:微波選用的溶劑必須是對微波透明或半透明的，介電常數(shù)在8～28 cm范圍內(nèi)。

萃取時間:不同物質(zhì)，最佳萃取時間不同[16]。一般情況下，萃取時間在10～15 min內(nèi)[17]。

萃取溫度:不同物質(zhì)，最佳萃取時間和溫度不同。一般溫度應(yīng)低于萃取溶劑的沸點。

物料含水量:物料含水量對萃取收率和時間影響很大，不同物料的最佳工藝參數(shù)需依據(jù)具體試驗而定[18]。

微波劑量:一般功率在200～1 000 W，頻率為2 450 MHz，輻照時間不可過長，以免引起過熱及成分降解。

溶劑pH值:對于不同的提取樣品，溶劑有一個用于提取的最佳酸堿度[18]。

基體物質(zhì):因為基體物質(zhì)中含有對微波吸收較強(qiáng)的物質(zhì)，或是某種物質(zhì)的存在導(dǎo)致微波加熱過程土壤基體中的某些成分活化，發(fā)生了一些化學(xué)反應(yīng)[17]。

4 提取操作與裝置

工藝過程:選料→清洗→粉碎→浸泡→微波提取→分離→濃縮→干燥→粉化→成品[19]。

裝置:根據(jù)提取罐的類型可分為密閉式微波提取體系和開罐式聚焦微波提取體系兩大類。由1個磁控管、1個爐腔、監(jiān)視壓力和溫度的監(jiān)視裝置及一些電子器件所組成。前者優(yōu)點在于待分析成分不易損失，壓力可控。后者因其微波是通過波導(dǎo)管聚焦在物料上的，因此又稱為聚焦式微波提取裝置。其優(yōu)點是常壓下操作更安全且提取罐可使用多種材料，與索式提取相結(jié)合，即采用了微波加熱的優(yōu)點，又發(fā)揮了索式提取的長處，同時省去了濾過或離心等分離步驟，提高了微波能利用的有效性，節(jié)省能源;但該體系只能進(jìn)行溫度控制，且一次處理的樣品數(shù)不能太多[20]。

5 在中藥有效成分提取中的應(yīng)用

微波提取由于其快速、高效分離及選擇性的特點，在天然產(chǎn)物有效成分的提取方面受到重點關(guān)注，并展開了廣泛的研究。

生物堿類成分:張永鈺等[21]采用傳統(tǒng)浸提法、超聲輔助提取法、微波提取法進(jìn)行比較，以總生物堿得率為指標(biāo)，優(yōu)化山核桃蒲殼提取總生物堿的工藝。結(jié)果，傳統(tǒng)浸提法提取最佳條件:乙醇濃度60%，液料比為10∶1，浸提時間為1 d，浸提溫度為70℃，生物堿得率為0．486 0%;超聲法:乙醇濃度60%，液料比為10∶1，超聲時間為20 min，超聲溫度為70℃，生物堿得率為0．899 3%;微波提取法:乙醇濃度60%，微波時間為7 min，微波功率為520 W，微波溫度為30℃，生物堿得率為0．938 1%?？梢?，微波提取具有省時、省溶劑、提取率高的優(yōu)點。

苷類成分:喻世濤等[22]以高效液相色譜(HPLC)法測定芍藥苷和黃芩苷含量作為評價指標(biāo)，采用微波法提取赤芍黃芩配伍中的芍藥苷和黃芩苷，并與超聲法和回流法相比。結(jié)果顯示，超聲法所得芍藥苷和黃芩苷提取率分別為1．71%和2．78%，回流法為1．67% 和 2．72% ，微波法為 1．84% 和 2．91% ，可見微波提取技術(shù)對苷類成分的提取具有一定的優(yōu)越性。

蒽醌類成分:盧彥芳等[23]采用微波提取三黃片中的5種游離蒽醌和總蒽醌，并用HPLC法測定其含量。結(jié)果顯示，此法簡便、快速，在5 min內(nèi)即可完成各蒽醌類成分的提取，大大縮短了樣品的前處理時間。該法重現(xiàn)性好，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，為大黃藥材及其制劑中蒽醌類成分的分離分析提供了有效的手段。

黃酮類成分:彭游等[24]考察葛根黃酮的微波光波組合無溶劑提取方法，發(fā)現(xiàn)微波光波提取干法不用溶劑，僅用微量的N，N－二甲基甲酰胺(DMF)作為能量傳遞介質(zhì)，提取速度較傳統(tǒng)回流提取法明顯加快，成本降低。

皂苷類成分:李會芳等[25]用微波法、超聲波法和回流法對兩頭尖總皂苷進(jìn)行提取。結(jié)果顯示，微波法的提取率遠(yuǎn)高于回流提取2 h和超聲法提取，且工藝簡便、經(jīng)濟(jì)、合理。

萜類成分:李志英等[26]對比索氏法和微波法提取，測定青蒿中的青蒿素。結(jié)果微波法提取的青蒿素量明顯高于索氏法，且微波提取法操作簡便快捷，萃取時間短，溶劑用量少，成本低，提取率高，安全、節(jié)能。因此，微波提取法應(yīng)用于青蒿素的提取很有研究意義。

揮發(fā)油:余漢謀等[27]采用微波輔助溶劑萃取(MASE)、水蒸汽蒸餾法(HD)對千年健揮發(fā)油進(jìn)行了提取，并結(jié)合氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用法(GC－MS)分析所得樣品的化學(xué)成分。結(jié)果表明，MASE得率為0．93%，略高于HD的0．87%。且2種方法所得樣品化學(xué)成分的種類及組分差異不大，MASE完全可以代替HD提取千年健揮發(fā)油，具有快速節(jié)能、環(huán)保、高效等優(yōu)點。

有機(jī)酸:樊愛萍等[28]以微波法進(jìn)行提取，采用最優(yōu)的薄層分離－比色顯色法測定齊墩果酸含量，得出微波法的提取率為84．8%，熱回流法為64．1%，冷浸法為61．3%，即微波法提取率明顯高于其他2種方法，可見微波法提取齊墩果酸有效可行。

多糖:侯卓等[29]以蒙古口蘑為原料，經(jīng)超臨界CO2萃取脫脂后，采用微波技術(shù)提取蒙古蘑多糖，提取率高達(dá)31．05%。與傳統(tǒng)方法相比，提取率高，節(jié)能，省時。且微波提取多糖后萃余物無有機(jī)溶劑殘留，最大限度地保留其天然營養(yǎng)價值，為蒙古口蘑高附加值綜合利用提供了新的途徑。

6 問題及展望

雖然微波提取技術(shù)有一定優(yōu)越性，但其在理論和應(yīng)用實踐方面仍有一定局限性。微波提取方法只適用于對熱穩(wěn)定的有效成分，對于熱敏性物質(zhì)，微波加熱能導(dǎo)致其變性失活，富含淀粉、樹膠的天然植物也不適合。另外，微波處理具有一定選擇性，微波干燥要求被處理的物質(zhì)具有良好的吸水性。工藝上亦存在問題，當(dāng)樣品在密閉式萃取罐中處理時，高溫高壓條件對制作樣品罐材料要求很高，而且還需要高強(qiáng)度的外罐保護(hù)。溶劑易外泄，難清洗，提取效率受溶劑特性的影響較大，樣品處理量小，分析成本高。且可產(chǎn)生大量蒸汽，使提取過程不安全，且在取出提取液之前還需要較長的冷卻降壓時間。高溫高壓條件是否破壞或改變樣品中某些成分的結(jié)構(gòu)還有待研究，而當(dāng)微波提取在低溫常壓下的開放式萃取容器中進(jìn)行時，受到微波穿透能力的限制，使樣品萃取不均勻，效率下降，提取時間增加。目前，工業(yè)生產(chǎn)中微波提取技術(shù)和設(shè)備應(yīng)用甚少，故微波技術(shù)在中藥領(lǐng)域的應(yīng)用將進(jìn)一步得到推廣。

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