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            微波萃取技術及中藥成分提取的應用
            瀏覽次數:次   發布時間:2020-10-21 17:17:44

            摘要

            微波萃取技術是一種新型高效的萃取技術,本文闡述了微波萃取技術的原理、特點以及微波萃取在中藥成分提取的應用。同時,簡單介紹了微波萃取技術的展望。

            關鍵詞:微波萃??;中藥成分提??;微波萃取展望

            一、微波萃取的原理及特點

            1、微波萃取的原理

            微波萃取技術是利用微波的熱效應對樣品及其有機溶劑進行加熱,從而將目標組分從樣品基體中分離出來的一種新型高效分離技術。與傳統萃取技術相比,微波萃取技術具有許多獨特的優點,被譽為“綠色萃取技術”。從原理上講,傳統的溶劑提取法,如浸漬法、滲濾法、回流提取法、連續回流提取法等,均可加入微波進行輔助提取,從而成為高效提取方法。

            2、微波萃取的機理

            微波萃取的機理可從以下3個方面來分析:

            • ①微波輻射過程是高頻電磁波穿透萃取介質到達物料內部的微管束和腺胞系統的過程。由于吸收了微波能,細胞內部的溫度將迅速上升,從而使細胞內部的壓力超過細胞壁膨脹所能承受的能力,結果細胞破裂,其內的有效成分自由流出,并在較低的溫度下溶解于萃取介質中。通過進一步的過濾和分離,即可獲得所需的萃取物。
            • ②微波所產生的電磁場可加速被萃取組分的分子由固體內部向固液界面擴散的速率。例如,以水作溶劑時,在微波場的作用下,水分子由高速轉動狀態轉變為激發態,這是一種高能量的不穩定狀態。此時水分子或者汽化以加強萃取組分的驅動力,或者釋放出自身多余的能量回到基態,所釋放出的能量將傳遞給其他物質的分子,以加速其熱運動,從而縮短萃取組分的分子由固體內部擴散至固液界面的時間,結果使萃取速率提高數倍,并能降低萃取溫度,最大限度地保證萃取物的質量。
            • ③由于微波的頻率與分子轉動的頻率相關聯,因此微波能是一種由離子遷移和偶極子轉動而引起分子運動的非離子化輻射能,當它作用于分子時,可促進分子的轉動運動,若分子具有一定的極性,即可在微波場的作用下產生瞬時極化,并以24.5億次/秒的速度作極性變換運動,從而產生鍵的振動、撕裂和粒子間的摩擦和碰撞,并迅速生成大量的熱能,促使細胞破裂,使細胞液溢出并擴散至溶劑中。在微波萃取中,吸收微波能力的差異可使基體物質的某些區域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱,從而使被萃取物質從基體或體系中分離,進入到具有較小介電常數、微波吸收能力相對較差的萃取溶劑中。

            微波萃取工業流程微波萃取工藝流程圖

            3、微波萃取的特點

            • ①高選擇性 因為微波只對極性分子進行選擇性加熱,整個萃取過程由微波輻射能穿透介質,到達物料的內部,使基質內部溫度迅速上升,增大萃取成分在介質中的溶解度,然后微波在產生的電磁場加速了目標物向溶劑的擴散,因此,對天然產物活性成分有很強的選擇性溶出,活性成分分子極性越強,選擇性越高。
            • ②高效性 在同一對象提取中,采用傳統方法需要幾小時至十幾小時,超聲提取法也需半小時到一小時,而微波提取只需幾秒到幾分鐘即可完成,并且目標成分提取率更高,可見,微波提取速率提高了幾十至幾百倍,甚至幾千倍,大大縮短了萃取時間。
            • ③加熱均勻 常規加熱,為提高加熱速度,就需要升高加熱溫度,容易產生外焦內生現象。微波加熱的物體各部位通常都能均勻滲透電磁波,產生熱量,因此均勻性大大改善,產品品質極大提升。
            • ④節物、節能、環保的優越性 微波萃取由于微波功率較小且輻射時間短,是傳統方法能耗的幾十分之一,甚至幾百乃至幾千分之幾。這是因為,微波浸取可以使固液浸取過程得到明顯的強化,它的浸取效率要比傳統方法的浸取效率高得多。另一方面它又由于受溶劑親和力的限制較小,可供選擇的溶劑較多,在選擇無毒或低毒溶劑的同時還可減少其用量。由此可見,該技術暨節約物耗、能耗,又做到綠色環保。
            • ⑤微波萃取無需干燥等預處理,簡化了工藝,減少了投資。

            二、微波萃取技術在中藥有效成分提取中的應用

            • 1、黃酮類物質的提取 黃酮類成分具有降壓、降血脂和抑制血小板聚集等功能,在大部分中藥中均存在。黃酮類化合物的傳統提取方法主要有水煎煮法、浸提法或索氏提取法,但費時費力且收率較低。微波萃取在黃酮類物質的提取上具有良好的效果,在提取過程中具有反應高效性和強選擇性等特點。
            • 2、生物堿的提取 生物堿是生物體內一類含氮有機物的總稱,多數生物堿具有較復雜的含氮雜環結構和特殊而顯著的生理作用,是中草藥中的重要成分之一。采用微波萃取技術從龍葵中提取總生物堿,結果表明提取時間可由回流提取法的6h縮短至8min,產率則由8.40μg/g增加至10.77μg/g。
            • 3、苷類物質的提取 微波對某些化合物具有一定的降解作用,且在短時間內可使藥材中的酶滅活,因而用于提取苷類等成分時具有更突出的優點。例如,采用微波輔助水提取羅漢果皂苷,羅漢果皂苷平均提取率可達70.5%,比常規水提法高出45%,且提取時間可縮短50%。
            • 4、萜類和揮發油的提取 萜類化合物是一類具有廣泛生物活性的天然藥物有效成分,植物中的揮發油大多富含單萜和倍半萜類化合物。揮發油的沸點較低,傳統提取工藝具有提取溫度高、提取時間長、易破壞有效成分的缺陷,致提取收率低。而微波提取可瞬間產生高溫,具有提取時間短、提取效率高等優點。利用微波萃取技術提取紅景天葉中的揮發油,結果表明提取時間可由傳統提取法的5h縮短至20min,而揮發油含量則由0.15%提高至0.40%;利用微波萃取技術從佩蘭中提取揮發油,結果表明提取時間可由傳統提取法的5h縮短至20min,而揮發油的含量則由1.830%提高至2.106%。
            • 5、多糖類物質的提取 中藥多糖是一類具有顯著生物活性的生物大分子物質,許多多糖具有抗腫瘤、增強免疫力、抗衰老和抗病毒等作用,因而受到國內外研究者的重視。與常規提取法相比,微波萃取法在選擇性與提取時間上都表現出無可比擬的優越性。采用微波從天花粉中提取天花粉多糖,提取時間僅為常規法的1/12,且多糖收率則由常規法的0.8409%提高至18.3012%,可見微波萃取法的提取時間短,提取率高。
            • 6、其他物質的提取 目前,微波萃取技術還用于中藥中的其他物質如色素、蒽醌類、有機酸等物質的提取。采用微波萃取技術從紫荊花中提取色素,結果表明提取時間可由溶劑浸提法的24h縮短至30s,而提取率則從90.2%提高至92.1%;采用微波萃取技術提取甘草中的甘草酸,并與超聲提取法、室溫冷浸提取法和索氏提取法進行了對比,結果表明微波萃取54min與室溫冷浸44.3h、索氏提取4h的甘草酸得率相當。

            三、微波萃取的展望

            微波萃取技術作為一種新發展的樣品前處理手段不僅具有快速,試劑用量少,制樣精度好,回收率高等優點,而且在實現實驗室環境保護和自動化控制方面具有非常吸引人的發展前景。微波萃取效率高純度高、能耗小、產生廢物少、操作費用少、符合環境保護要求??蓮V泛用于中草藥、香料、保健食品、化妝食品、化妝品、茶飲料、調味料、果膠、高粘度殼聚糖等行業,目前在我國微波萃取已經用于多項中草藥的浸取生產線之中,如葛根、茶葉、銀杏等。微波萃取已列為我國二十一世紀食品加工和中藥制藥現代化推廣技術之一。

            四、結束語

            我司是專業從事工業微波能系統設備研發、制造和銷售的高新技術企業,擁有一支多年從事微波應用技術研究的骨干技術隊伍,并積累了多項微波應用的核心技術,特別是在非標產品的設計開發領域,具有雄厚的技術實力和保障。熱烈歡迎各界用戶來電咨詢,現場考察、參觀及洽談;我們將竭誠為您提供優質服務。

             

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