超聲及微波輔助萃取

1微波與超聲輔助2

超聲波是指頻率為2O千赫-5O兆赫的電磁波，它是一種機(jī)械波，需要能量載體(介質(zhì))來(lái)進(jìn)行傳播。超聲波在工業(yè)應(yīng)用方面，可以進(jìn)行清洗、干燥、殺菌、霧化及無(wú)損檢測(cè)等，是一種非常成熟且廣泛應(yīng)用的技術(shù)。超聲提取技術(shù)是近年來(lái)應(yīng)用在中草藥有效成分提取分離方面的一種最新的較為成熟的手段。研究表明，利用超聲波產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動(dòng)、高加速度、強(qiáng)烈空化效應(yīng)、熱效應(yīng)、攪拌作用等，都可以加速藥物有效成分進(jìn)入溶劑，從而提高提取效率，縮短提取時(shí)間，節(jié)約溶劑，并且免去了高溫對(duì)提取成分的破壞。微波萃取技術(shù)是利用微波的熱效應(yīng)對(duì)樣品及其有機(jī)溶劑進(jìn)行加熱，從而將目標(biāo)組分從樣品基體中分離出來(lái)的一種新型高效分離技術(shù)。與傳統(tǒng)萃取技術(shù)相比，微波萃取技術(shù)具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“綠色萃取技術(shù)”，并已成為實(shí)現(xiàn)中藥現(xiàn)代化的主要關(guān)鍵技術(shù)之一。微波與超聲輔助3(1)超聲輔助萃取的基本原理(2)超聲提取的特點(diǎn)(3)超聲輔助分離工程的分類(4)超聲分離過(guò)程的設(shè)備及操作(5)影響超聲提取分離的因素3.1超聲輔助萃取Ultrasound-AssistedExtractionUAE4超聲輔助萃取的基本原理

1.1原理

(1)空化效應(yīng)超聲提取最主要的機(jī)理是超聲波產(chǎn)生的空化效應(yīng)。超聲空化是指液體中的微小泡核在超聲波的作用下被激活,表現(xiàn)為泡核振蕩、生長(zhǎng)、收縮乃至崩毀等一系列動(dòng)力學(xué)過(guò)程。泡核在瞬間空化崩毀時(shí)可形成高達(dá)5000K以上的局部熱點(diǎn),壓力可達(dá)數(shù)十乃至上百兆帕,隨著高壓的釋放,將在液體中形成強(qiáng)大的沖擊波(均相)或高速射流(非均相)。在提取過(guò)程中,這種強(qiáng)大的沖擊波能夠有效地減少、消除溶劑與水相之間的阻滯層,從而加大傳質(zhì)效率。同時(shí),沖擊波和高速射流對(duì)動(dòng)植物細(xì)胞組織產(chǎn)生一種強(qiáng)大的物理剪切力,使之變形、破裂,并釋放出內(nèi)含物,這大大加速了提取過(guò)程。

5超聲輔助萃取的基本原理1.1原理

(2)機(jī)械效應(yīng)將超聲波技術(shù)應(yīng)用于中藥材有效成分的提取，是基于惠更斯波動(dòng)理論和超聲波在液體連續(xù)介質(zhì)中傳播時(shí)特有的物理性質(zhì)?；莞共▌?dòng)原理指出，波動(dòng)(包括起源于波源的振動(dòng))在連續(xù)介質(zhì)中傳播時(shí)，在其波陣面上將引起介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，波前在介質(zhì)中達(dá)到的每一點(diǎn)都將引起相鄰質(zhì)點(diǎn)的震動(dòng)和成為新的波源。簡(jiǎn)而言之，波動(dòng)使其傳播路徑上的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)都將獲得加速度和動(dòng)能。采用超聲頻率為f=28kHz時(shí)，經(jīng)計(jì)算在水中超聲波可使水的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)加速度達(dá)重力加速度(g=9.8m／s2)的二千倍以上。并由速度公式可計(jì)算出簡(jiǎn)諧振動(dòng)的最大速度介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能E=1/2mv2，換言之，水介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在超聲波作用下，將把二千倍于重力加速度的巨大加速度和每秒鐘28000次獲得最大速度l17mm／s的巨大速度和動(dòng)能作用于中藥材有效成分質(zhì)點(diǎn)上，使之獲得巨大的速度和動(dòng)能，迅速逸出藥材基體而游離于水中。

6超聲輔助萃取的基本原理1.1原理

(3)熱效應(yīng)超聲波在傳播過(guò)程中,其聲能可以不斷地被溶劑的質(zhì)點(diǎn)吸收,溶劑將所吸收的能量全部或大部分轉(zhuǎn)變熱能,從而導(dǎo)致溶劑本身和中草藥組織的溫度升高,增大中草藥有效成分的溶解度,加快有效成分的溶解速度。

7超聲輔助萃取的基本原理1.1原理

(4)其他效應(yīng)另外,超聲波的許多次級(jí)效應(yīng),如溶化、擴(kuò)散、擊碎、化學(xué)效應(yīng)、生物效應(yīng)、凝聚效應(yīng)等,也能加速中草藥有效成分在溶劑中的擴(kuò)散釋放,促進(jìn)中草藥有效成分與溶劑混合,有利于提取。8固-液萃取液-液萃取超聲強(qiáng)化結(jié)晶超聲凝聚超聲強(qiáng)化過(guò)濾和脫水聲強(qiáng)強(qiáng)化吸附與解析超聲輔助萃取的種類9超聲輔助萃取的特點(diǎn)1．提取效率高。超聲波獨(dú)具的物理特性能促使植物細(xì)胞組織破壁或變形，使中藥有效成分提取更充分，提取率比傳統(tǒng)工藝顯著提高達(dá)50-500％.2．提取時(shí)間短。超聲波強(qiáng)化中藥提取通常在2O-4O分鐘即可獲得最佳提取率，提取時(shí)間較傳統(tǒng)方法大大縮短2/3以上，藥材原材料處理量大；3．不需高溫，能耗低。超聲提取中藥材的最佳溫度在40-60℃，對(duì)遇熱不穩(wěn)定、易水解或氧化的藥材中有效成分具有保護(hù)作用，同時(shí)大大節(jié)約能耗.10超聲輔助萃取的特點(diǎn)4．適應(yīng)性廣。超聲提取中藥材不受成分極性、分子量大小的限制，適用于絕大多數(shù)種類中藥材和各類成分的提取;5．提取藥液雜質(zhì)少，有效成分易于分離、純化;6．提取工藝運(yùn)行成本低，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著;7．操作簡(jiǎn)單易行，設(shè)備維護(hù)、保養(yǎng)方便。11超聲輔助萃取的設(shè)備簡(jiǎn)介HF-100-500“隆達(dá)”循環(huán)超聲提取機(jī)型號(hào)HF-100BHF-200BHF-500B有效容積(L)100200500超聲功率(W)200-3000300-3600300-5400最大功率(W)450053006100可控溫度室溫-55室溫-55室溫-55攪拌速度(rpm)0-20000-20000-2000材料不銹鋼不銹鋼不銹鋼處理能力A(kg/hr)16.0-40.030.0-75.076.0-190.0能耗B

(kwh/kg)0.12-0.200.10-0.150.07-0.14主體尺寸L×W×H(mm)960×650×18501060×750×20001260×960×2200控制尺寸L×W×H(mm)500×500×1350500×500×1350500×500×145012超聲輔助萃取的設(shè)備簡(jiǎn)介效率高采用機(jī)械攪拌和超聲循環(huán)強(qiáng)化提取,提取時(shí)間短（常規(guī)方法的幾十分之一）,工作效率高。以從青蒿（黃花蒿）提取青蒿素（一種特效的瘧疾治療藥物和抗腫瘤藥物等）為例，常用的提取方法提取時(shí)間在24小時(shí)至48小時(shí)，而在相同的條件下，采用循環(huán)超聲提取機(jī)提取時(shí)間僅為0.5小時(shí)。50升裝置的物料處理能力相當(dāng)于2.4立方（2400升）常規(guī)提取罐。提取能耗低小功率超聲波即可破碎提取大量物料，一般均在室溫下提取，無(wú)須大功率攪拌和耗費(fèi)大量加熱能源。單位物料處理量能耗較常規(guī)提取方法降低50%以上。13超聲輔助萃取的設(shè)備簡(jiǎn)介

由于提取溫度低，最大限度保持了物料中原有的各種有效成份（特別是各種熱敏性成份等），可達(dá)到提高藥效、減少用量的目的。同時(shí)，由于提取時(shí)間短使提取產(chǎn)品中其它無(wú)用的雜組份含量減少,提高了提取產(chǎn)品品質(zhì)，而且為后續(xù)分離純化過(guò)程奠定了良好基礎(chǔ)，可顯著降低單一組份等其它高端產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。目標(biāo)提取物提取得率高由于采用超聲破碎提取技術(shù)，使藥材中的有效成分得以充分釋出，從而使目標(biāo)提取物的提取率提高。以從青蒿中提取青蒿素為例，可以提高25%以上。14超聲輔助萃取的設(shè)備簡(jiǎn)介管道式超聲波提取成套設(shè)備

連續(xù)化管道式超聲波提取成套設(shè)備，是一套先進(jìn)的機(jī)電一體化成套設(shè)備，其主體是管道式超聲波提取機(jī)，配備藥材輸送、溫度調(diào)控、料液調(diào)控、藥渣處理、藥液處理、WIP在線清洗、集中電氣操作控制等輔助系統(tǒng)構(gòu)成。超聲提取管段解決了超聲波提取工業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)難題，151、超聲參數(shù)的選擇超聲波頻率超聲波強(qiáng)度超聲時(shí)間溶劑浸漬時(shí)間2、溶劑選擇影響超聲輔助萃取的因素16超聲提取技術(shù)在中藥及天然產(chǎn)物提取中的應(yīng)用1、多糖類成分

最近的研究表明，多糖具有抗腫瘤、抗病毒和降血糖等功效。植物多糖通常采用熱水回流或浸提方法提取，需要較長(zhǎng)時(shí)間和較多的能耗。ZdenaHromddkovd等比較了用傳統(tǒng)方法和超聲提取法提取玉米芯中的水溶性木聚糖，發(fā)現(xiàn)用NaOH溶液作為提取溶劑，用超聲提取法可在較短時(shí)間內(nèi)、較低的堿質(zhì)量濃度和提取溫度下獲得較高的提取效率，并且超聲法獲得的木聚糖的生物活性要高于常規(guī)方法。17超聲提取技術(shù)在中藥及天然產(chǎn)物提取中的應(yīng)用2、黃酮類成分黃酮類化合物具有降壓、降血脂和抑制血小板聚集等功效，廣泛存在于天然產(chǎn)物中。黃酮類化合物的傳統(tǒng)提取方法主要有水煎煮法、浸漬法和堿提酸沉法，缺點(diǎn)是費(fèi)時(shí)、費(fèi)工，且收率較低。

MauricioARostagno等用超聲法提取大豆異黃酮，發(fā)現(xiàn)用體積分?jǐn)?shù)50%的乙醇做溶劑，在60℃下提取20min便可獲得最佳的提取效率，且高于常規(guī)的提取方法。18超聲提取技術(shù)在中藥及天然產(chǎn)物提取中的應(yīng)用3、皂苷類成分

皂苷是存在于植物中的一類結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的苷類化合物，常用水加熱提取或用有機(jī)溶劑浸漬提取，耗時(shí)長(zhǎng)，提取效率低。

Jianyongwu等用超聲提取技術(shù)提取人參皂苷，比常規(guī)提取方法快3倍，提取效率高，更易于純化，并且由于其提取溫度低，所得的人參皂苷的活性也較常規(guī)方法高。19超聲提取技術(shù)在中藥及天然產(chǎn)物提取中的應(yīng)用4、生物堿類成分生物堿是一類來(lái)源于植物的堿性含氮有機(jī)化合物，它通常是具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的雜環(huán)化合物，是中草藥中重要的有效成分之一。常規(guī)的提取方法時(shí)間長(zhǎng)，效率低。

YuegangZuo等提取藥物配方中的煙堿，發(fā)現(xiàn)用超聲提取法提取不到20min就可獲得常規(guī)冷浸法24h的提取效率，并且溶劑用量只有常規(guī)方法的1／6。20超聲提取技術(shù)在中藥及天然產(chǎn)物提取中的應(yīng)用5、萜類和揮發(fā)油

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，而植物中的揮發(fā)油大多富含萜和倍半萜類化合物。揮發(fā)油的沸點(diǎn)較低，其傳統(tǒng)提取工藝是水蒸氣蒸餾法，但該法存在提取溫度高、提取時(shí)間長(zhǎng)、易破壞有效成分的缺陷，導(dǎo)致提取收率較低。

AthanasiosCKimbaris等同時(shí)用水蒸餾提取法、微波輔助水蒸餾提取法和超聲提取法提取大蒜中的揮發(fā)油，比較發(fā)現(xiàn)3種方法所得的揮發(fā)油的得率和性質(zhì)不盡相同，但超聲提取法可減少對(duì)熱敏性化合物的破壞，并且實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，具有工業(yè)化生產(chǎn)的價(jià)值。21超聲提取技術(shù)在中藥及天然產(chǎn)物提取中的應(yīng)用6、有機(jī)酸類成分

有機(jī)酸是一類含羧基的化合物(不包括氨基酸)，廣泛分布在中草藥中，是很多中藥的活性成分。

HuiLi等用超聲提取法提取新鮮杜仲葉中的綠原酸，發(fā)現(xiàn)最佳條件為體積分?jǐn)?shù)7O％的甲醇溶液，料液比1:2O，提取時(shí)間30min，提取3次，用該條件提取新鮮的杜仲葉、新鮮的杜仲皮、杜仲皮飲片和其它4種中藥中的綠原酸，得率均高于傳統(tǒng)提取方法。22超聲提取技術(shù)在中藥及天然產(chǎn)物提取中的應(yīng)用7、蛋白質(zhì)、酶類成分傳統(tǒng)的堿提法提取蛋白質(zhì)和酶效率低、純度低，而且耗時(shí)，生產(chǎn)成本高；而酶法雖然可以提高提取效率，但是酶易失活，價(jià)格昂貴，故生產(chǎn)過(guò)程難以控制，生產(chǎn)成本高。

FurukiTakao等人利用超聲波對(duì)細(xì)胞壁的破碎能力提取大腸桿菌中的蘋果酸酶，發(fā)現(xiàn)對(duì)于100mL的大腸桿菌樣品，超聲處理20min就可獲得最高的提取效率，優(yōu)于常規(guī)方法。238、油脂類成分

目前，工業(yè)生產(chǎn)多采用浸漬法和冷榨法提取油脂，浸漬法提取時(shí)間長(zhǎng)，溶劑揮發(fā)損失較多，成本增加，且提取率低；冷榨法產(chǎn)率低，精制工藝繁瑣，油品色澤不理想。

JLLeque-Garcia等用超聲輔助索氏提取向日葵、油菜和大豆等種子中的油脂，可以大大減少索氏提取的時(shí)問(wèn)，提取相同數(shù)量的油脂，用超聲輔助索氏提取，可以節(jié)約一半以上的時(shí)間，并且提取的油脂的性質(zhì)與常規(guī)方法相同。24超聲輔助萃取技術(shù)展望1、超聲提取過(guò)程基礎(chǔ)理論的深化研究

目前，雖然國(guó)內(nèi)外工作者在這方面做了不少工作，并提出了一些超聲提取的機(jī)理，但是超聲提取是多種效應(yīng)共同作用的結(jié)果，再加上目標(biāo)提取物和提取溶劑結(jié)構(gòu)的影響，在提取機(jī)理方面還有很多工作要做，以期建立完善的超聲提取過(guò)程的動(dòng)力學(xué)模型，從而為超聲提取過(guò)程的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供理論依據(jù)。252、超聲提取過(guò)程的強(qiáng)化研究由于超聲提取的機(jī)理尚未完全解釋清楚，一些未知的因素也會(huì)影響超聲提取的效率，如采用復(fù)頻共振方式，比單一頻率提取效率大大提高，此外，占空比對(duì)超聲提取效率及提取物的純度也有一定的影響。為進(jìn)一步提高提取效率，也可考慮將超聲提取技術(shù)與微波提取技術(shù)聯(lián)用。263、超聲提取實(shí)驗(yàn)設(shè)備的改進(jìn)及工業(yè)化設(shè)備的研究與應(yīng)用目前超聲提取實(shí)驗(yàn)設(shè)備都是通過(guò)水將超聲波間接作用于樣品，為提高超聲波作用效率，可進(jìn)一步開發(fā)能滿足復(fù)頻、占空比等研究需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。今后還應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)超聲提取工業(yè)化設(shè)備的研究，解決相關(guān)的工程技術(shù)問(wèn)題，以促進(jìn)超聲提取技術(shù)在制藥工業(yè)中的應(yīng)用。27(1)微波輔助萃取的基本原理(2)微波輔助萃取的特點(diǎn)(3)微波輔助萃取的操作及步驟(4)影響微波輔助萃取分離的因素3.2微波輔助萃取Microwave-AssistedExtractionMAE28微波萃取微波金屬水分29微波萃取3031微波輔助萃取的基本原理1.1原理

微波是波長(zhǎng)1mm-1m、頻率300-300000MHz的電磁波。

MAE的原理涉及兩方面：一是微波輻射能穿透提取介質(zhì)，到達(dá)物料內(nèi)部，使基質(zhì)內(nèi)部溫度迅速上升，增大了被分離物質(zhì)在介質(zhì)中的溶解度；二是微波所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)加速了被萃取成分向溶劑的擴(kuò)散。微波加熱是材料在電磁場(chǎng)中由介質(zhì)損耗而引起的“體加熱”或“內(nèi)加熱”。微波加熱是通過(guò)空間或媒質(zhì)以電磁波形式將微波電磁能轉(zhuǎn)變成熱能，其機(jī)理包括離子傳導(dǎo)機(jī)理和偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)理，物質(zhì)的加熱過(guò)程與物質(zhì)內(nèi)部分子的極化有著密切的關(guān)系.

32MAE機(jī)理是復(fù)雜的，它與目標(biāo)物和基質(zhì)特性有關(guān)，目前還沒有統(tǒng)一完整的理論。1991年P(guān)are等提出了微波輔助提取天然產(chǎn)品成分的機(jī)理假設(shè)：微波射線自由透過(guò)對(duì)微波透明的溶劑，到達(dá)植物物料的內(nèi)部維管束和腺細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞內(nèi)溫度突然升高，連續(xù)的高溫使其內(nèi)部壓力超過(guò)細(xì)胞壁膨脹的能力，致細(xì)胞破裂，細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)自由流出傳遞至周圍的溶劑中被溶解。李核等的研究結(jié)果也證實(shí)了這一機(jī)理。(1)微波輔助萃取的基本原理33Eskilsson等根據(jù)微波的頻率與分子轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的關(guān)聯(lián)性闡述了MAE機(jī)理，認(rèn)為物質(zhì)的介電常數(shù)、比熱、形狀及含水量的不同，各物質(zhì)吸收微波能的能力不同，其產(chǎn)生的熱能及傳遞給周圍環(huán)境的熱能也不同，這種差異使萃取體系中的某些組分或基體物質(zhì)的某些區(qū)域被選擇性加熱，從而使被萃取物質(zhì)從基體或體系中分離出來(lái)，進(jìn)入介電常數(shù)小、微波吸收能力差的萃取劑中。不同種類的物質(zhì)在不同微波條件下其耗散因子(tanα=介電損耗／物質(zhì)的介電常數(shù))的變化規(guī)律不同，通過(guò)控制微波輻射頻率和功率改變tanα，可使某種萃取組分微波吸收達(dá)到最大，從而實(shí)現(xiàn)提高萃取速率和選擇性的目的。范華均等的研究結(jié)果也表明微波對(duì)中藥材的作用與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，作用效果有別。對(duì)于鱗莖基質(zhì)堅(jiān)韌、富有彈性的石蒜，和木質(zhì)基質(zhì)致密、脆硬的虎杖，其影響程度有較大差異，它們?cè)贛AE提取過(guò)程中所表現(xiàn)的提取行為和動(dòng)力學(xué)過(guò)程特征，分別符合擴(kuò)散傳質(zhì)機(jī)制和細(xì)胞破壁機(jī)制。34(2)微波輔助萃取的特點(diǎn)

微波具有波動(dòng)性、高頻性、熱特性和非熱特性四大特點(diǎn)，這決定了微波萃取具有以下特點(diǎn)。試劑用量少、節(jié)能、污染小。(2)加熱均勻，且熱效率較高。傳統(tǒng)熱萃取是以熱傳導(dǎo)、熱輻射等方式自外向內(nèi)傳遞熱量，而微波萃取是一種“體加熱”過(guò)程，即內(nèi)外同時(shí)加熱，因而加熱均勻，熱效率較高。微波萃取時(shí)沒有高溫?zé)嵩?，因而可消除溫度梯度，且加熱速度快，物料的受熱時(shí)間短，因而有利于熱敏性物質(zhì)的萃取。35(2)微波輔助萃取的特點(diǎn)(3)微波萃取不存在熱慣性，因而過(guò)程易于控制。

(4)微波萃取無(wú)需干燥等預(yù)處理，簡(jiǎn)化了工藝，減少了投資。

(5)微波萃取的處理批量較大，萃取效率高、省時(shí)。與傳統(tǒng)的溶劑提取法相比，可節(jié)省50％-90％的時(shí)間。36(6)微波萃取的選擇性較好。由于微波可對(duì)萃取物質(zhì)中的不同組分進(jìn)行選擇性加熱，因而可使目標(biāo)組分與基體直接分離開來(lái)，從而可提高萃取效率和產(chǎn)品純度。(7)微波萃取的結(jié)果不受物質(zhì)含水量的影響，回收率較高。

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基于以上特點(diǎn)，微波萃取常被譽(yù)為“綠色提取工藝”。當(dāng)然，微波萃取也存在一定的局限性。

(1)微波萃取僅適用于熱穩(wěn)定性物質(zhì)的提取，對(duì)于熱敏性物質(zhì)，微波加熱可能使其變性或失活。

(2)微波萃取要求藥材具有良好的吸水性，否則細(xì)胞難以吸收足夠的微波能而將自身?yè)羝?，產(chǎn)物也就難以釋放出來(lái)。

(3)微波萃取過(guò)程中細(xì)胞因受熱而破裂，一些不希望得到的組分也會(huì)溶解于溶劑中，從而使微波萃取的選擇性顯著降低。38(3)微波輔助萃取的操作及步驟MAE技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，關(guān)鍵在于其裝置本身的發(fā)展和完善。根據(jù)萃取罐的類型，MAE裝置可分為密閉式和開罐式兩類。國(guó)外已商品化密閉式微波輔助萃取儀器主要有美國(guó)CEM公司的MARS系列、MDS系列、MES-lO00。圖為CEM公司制造的一種密閉式微波輔助萃取裝置，該裝置可自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度、壓力，實(shí)現(xiàn)溫-壓可控萃取。在密閉式裝置中，最大壓力可達(dá)600-1000kPa，溶劑沸點(diǎn)也相應(yīng)提高，有利于有效成分的萃取，且不易損失。39

國(guó)產(chǎn)商品化密閉式微波輔助萃取儀器有上海新儀公司的MDS系列、北京美誠(chéng)公司的WR系列和北京雷明公司的MSP-100D等。另外，一些研究者根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究的需要，將普通家用微波爐改造成密閉式微波輔助萃取裝置，如孟慶華等將實(shí)驗(yàn)室普通微波爐和蠕動(dòng)泵等設(shè)備與PROG-110可編程微控制器聯(lián)用，研制出循環(huán)微波萃取裝置而用于銀杏葉中總黃酮的萃取及指紋圖譜研究。40(3)微波輔助萃取的操作及步驟

商品化開罐式聚焦微波輔助萃取裝置與密閉微波輔助萃取裝置基本相似，只是其微波是通過(guò)波導(dǎo)管聚焦在萃取系統(tǒng)(樣品)上，因此，又稱為聚焦式微波輔助萃取(FMAE)裝置。萃取罐與大氣連通，壓力恒定，只能實(shí)現(xiàn)溫度控制。

與密閉式微波輔助萃取裝置相比。該裝置有以下優(yōu)點(diǎn)：在常壓下操作更安全，尤其在使用有機(jī)溶劑時(shí)；萃取罐可使用多種材料，如硼化玻璃、石英玻璃、PTFE等；聚焦方式提高了微波能利用的有效性，節(jié)省能源。41

目前國(guó)外商品化的FMAE儀器主要有美國(guó)CEM公司的STAR系列，以及意大利Milestone公司的Ethos

MOD系列。國(guó)內(nèi)有上海新儀公司的MAS-I、上海屹堯公司的WF-4000C和南京三樂公司的WCD系列等。此外，Lucchesi等提出了一種無(wú)溶劑微波萃取裝置，用于萃取各種香料的精油。42(4)影響中藥微波輔助萃取分離的因素

萃取溶劑種類及其體積、萃取溫度、萃取時(shí)間、萃取壓力、微波功率、藥材含水量及其物理結(jié)構(gòu)等都影響萃取效果。萃取溶劑：相似相溶、共存組分少。因此，根據(jù)被提取物的性質(zhì)選擇極性或非極性溶劑。微波加熱的特性表明，溶劑必須具有一定的極性才能吸收微波進(jìn)行內(nèi)部加熱，通常選用極性較強(qiáng)的溶劑，或極性、非極性溶劑的混合液。溶劑的體積也影響MAE提取的效果，主要表現(xiàn)在影響固相和液相之間的濃度差，即傳質(zhì)推動(dòng)力。在提取過(guò)程中，溶劑必須浸沒全部樣品，過(guò)多或過(guò)少都不利，一般每1g樣品用溶劑10-30mL43萃取溫度：不同物質(zhì)的最佳萃取溫度不同。在微波密閉容器中，由于內(nèi)部壓力可達(dá)到1MPa以上，因此，溶劑沸點(diǎn)比常壓下提高很多，用微波輔助提取可以達(dá)到常壓下使用同樣溶劑所達(dá)不到的提取溫度，既提高了提取效率，待測(cè)提取物又不至于分解。隨著溫度的升高，溶劑的表面張力和黏性都會(huì)有所降低，溶劑的滲透力和對(duì)樣品的溶解力增加，提取效率提高。對(duì)于一些在高溫下易降解的活性成分，可采用真空微波輔助提取技術(shù)在較低溫度下進(jìn)行提取。一般加熱1-2min即可達(dá)到要求的提取溫度。44

萃取時(shí)間：萃取時(shí)間與被測(cè)物樣品質(zhì)量、溶劑體積和加熱功率有關(guān)。與傳統(tǒng)提取方法相比，MAE耗時(shí)短，一般10-15min。

微波劑量：微波劑量是每次微波連續(xù)輻射時(shí)間。微波連續(xù)輻射時(shí)間不能太長(zhǎng)，否則會(huì)使系統(tǒng)的溫度升得很高，溶劑劇烈沸騰，造成溶劑大量損失，還會(huì)帶走已溶解入溶劑中的部分溶質(zhì)，影響提取率。目前，MAE常采用非脈沖微波連續(xù)加熱技術(shù)，微波劑量可按照設(shè)定的萃取溫度而自動(dòng)變頻控制。45物料含水量

介質(zhì)吸收微波的能力主要取決于其介電常數(shù)、介質(zhì)損失因子、比熱和形狀等。利用不同物質(zhì)介電性質(zhì)的差異，也可以達(dá)到選擇性提取的目的。水是吸收微波最好的介質(zhì)，任何含水的非金屬物質(zhì)或各種生物體都能吸收微波?；|(zhì)中的微量水可有效吸收微波能，促使細(xì)胞壁的溶脹破裂，有利于有效成分的溶出，提高提取效率。46

樣品基體

樣品基體結(jié)構(gòu)、樣品成分、粒徑等對(duì)提取效率有重要影響。樣品結(jié)構(gòu)的疏密影響溶劑的擴(kuò)散和有效成分的溶出；樣品成分影響微波輔助提取的選擇性；樣品粒徑也明顯影響中藥中有效成分的提取，粒徑太大或太小都不利，尤其是對(duì)黏度較大的溶劑。47微波萃取技術(shù)在中藥有效成分提取中的應(yīng)用黃酮類物質(zhì)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(tǒng)提取方法主要有水煎煮法、浸提法或索氏提取法，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力且收率較低。微波萃取在黃酮類物質(zhì)的提取上具有良好的效果，在提取過(guò)程中具有反應(yīng)高效性和強(qiáng)選擇性等特點(diǎn)。48微波萃取技術(shù)在中藥有效成分提取中的應(yīng)用黃酮類物質(zhì)的提取

劉忠英等采用常壓回流微波提取法提取刺五加葉中的總黃酮，結(jié)果表明提取率可達(dá)48.2mg/g，遠(yuǎn)高于索氏提取法的34.7mg/g，而提取時(shí)間卻由索氏提取法的12h縮短至14min。劉志勇等采用微波提取法萃取荊芥中的總黃酮，結(jié)果表明提取時(shí)間可由常規(guī)法的2h縮短至20min，且提取液中的總黃酮含量可由常規(guī)法的0.71％提高至1.11%。周謹(jǐn)?shù)纫运疄槿軇┨崛°y杏黃酮，結(jié)果表明微波水提法的黃酮平均提取率為60.5%，比常規(guī)法提高40%，而提取時(shí)間為1h,比常規(guī)法縮短了50%。49

多酚類化合物是非常重要的活性成分，如虎杖中的白藜蘆醇和大黃素。李核等用MAE技術(shù)萃取虎杖中白藜蘆醇，在優(yōu)化的萃取條件下，可以有效地萃取出白藜蘆醇。若以離子液體水溶液為溶劑，在優(yōu)化的微波輔助萃取條件下，虎杖中自藜蘆醇的萃取率可達(dá)92.8％。

Chen等用動(dòng)態(tài)微波輔助萃取技術(shù)提取了紅花中的紅花黃色素，在優(yōu)化的萃取條件下，其萃取率達(dá)11.35％；而浸提萃取的萃取率只有7.6l％。對(duì)于大黃素的提取，MAE技術(shù)明顯優(yōu)于常規(guī)水提法及乙醇回流提取法。對(duì)比室溫浸提、索氏抽提和超聲波提取，用MAE技術(shù)可以有效地萃取出諾麗根中的蒽醌類化合物，且萃取液與索氏提取液的抗氧化活性相當(dāng)，6O℃萃取15min，其回收率達(dá)95.91％±0.72％，優(yōu)于其他提取技術(shù)。多酚類50

劉覃等利用微波萃取技術(shù)從龍葵中提取總生物堿，結(jié)果表明提取時(shí)間可由回流提取法的4h縮短至8mins，產(chǎn)率則由8.40μg/g增加至10.77μg/g。范志剛等利用微波萃取技術(shù)從麻黃中提取麻黃堿，結(jié)果表明提取率可由常規(guī)煎煮法的0.183％提高至0.485％。查圣華等利用微波萃取技術(shù)從千層塔中提取石杉?jí)A甲和石杉?jí)A乙，結(jié)果表明提取時(shí)間可由傳統(tǒng)回流提取法的2h縮短至90s，而石杉?jí)A甲和石杉?jí)A乙的回收率分別達(dá)到94.3％和93.6％，比傳統(tǒng)回流提取法高出10％以上。生物堿的提取51

微波對(duì)某些化合物具有一定的降解作用，且在短時(shí)間內(nèi)可使藥材中的酶滅活，因而用于提取苷類等成分時(shí)具有更突出的優(yōu)點(diǎn)。郭振庫(kù)等研究了黃芩中的黃芩苷微波提取工藝，并與超聲提取法進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明微波提取法具有提取時(shí)間短、工藝穩(wěn)定等特點(diǎn)，提取率可達(dá)13.12％。黎海彬?qū)ξ⒉ㄝo助水提取羅漢果皂苷的工藝進(jìn)行了研究，結(jié)果表明該工藝的羅漢果皂苷平均提取率可達(dá)70.5％，比常規(guī)水提法高出45％，且提取時(shí)間可縮短50％。龔盛昭等利用微波萃取技術(shù)提取黃芪皂苷，結(jié)果表明提取時(shí)間可由直接加熱法的3h縮短至8min,而皂苷產(chǎn)率則由1.65％增加至2.42％。苷類物質(zhì)的提取52MAE在中藥材的多糖提取中被證實(shí)可明顯提高提取率。龔盛昭等用MAE技術(shù)提取當(dāng)歸中的多糖，在優(yōu)化的條件下，當(dāng)歸多糖的產(chǎn)率為15.2％，質(zhì)量分?jǐn)?shù)91.6％，比用直接加熱萃取法的萃取時(shí)問(wèn)短，溶劑用量少，當(dāng)歸多糖產(chǎn)率高。

橘皮用微波加酸液提取果膠，與傳統(tǒng)法相比，時(shí)問(wèn)縮短1/3左右，酒精用量節(jié)約2/3，耗能低，，在色澤、溶解性、黏度等方面更佳。用微波提取茶葉多糖，該工藝對(duì)茶多糖制品化學(xué)結(jié)構(gòu)無(wú)影響。而枸杞、麥冬、黨參、玉竹、茯苓、五味子、女貞子等中藥材中多糖的提取實(shí)驗(yàn)表明，雖然MAE的提取速度比水煎法快，但微波作用會(huì)使部分多糖分解，因此在選擇MAE技術(shù)提取多糖類化合物時(shí)，萃取過(guò)程中可能產(chǎn)生的降解作用是需要考慮的。多糖類53

將剪碎的薄荷葉放入盛有正己烷的玻璃燒杯中，經(jīng)微波短時(shí)間處理后，薄荷油釋放到正己烷中，與傳統(tǒng)的乙醇浸提相比，微波處理得到的薄荷油幾乎不含葉綠素和薄荷酮。20S的微波誘導(dǎo)提取與2h的水蒸氣蒸餾或6h的索氏提取相當(dāng)，且提取產(chǎn)物的質(zhì)量?jī)?yōu)于傳統(tǒng)方法。

Chen等以正己烷-乙醇提取迷迭香及薄荷葉中的揮發(fā)油為研究體系，系統(tǒng)研究了微波場(chǎng)中的溫度分布，考察了物料量、微波功率、照射時(shí)間等對(duì)微波提取的影響，并研究了MAE提取揮發(fā)油的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。揮發(fā)油54

MAE技術(shù)應(yīng)用于植物皂苷提取的報(bào)道較多，但微波對(duì)某些皂苷類化合物有一定降解作用?？紤]到微波加熱快、時(shí)間短，可能比一般傳統(tǒng)提取方法破壞作用小，而且微波可以在較短的時(shí)間內(nèi)使降解酶失活，因此，微波在中藥皂苷提取中更突顯其優(yōu)勢(shì)。微波水提長(zhǎng)葉斑鳩菊葉V.esculentaHemsl中的環(huán)烯醚萜苷時(shí)，只需在328W下加熱1-2min，環(huán)烯醚萜苷的得率就與熱水浸提1h相當(dāng)。龔盛昭等用MAE技術(shù)提取黃芪中的皂苷，對(duì)比直接加熱萃取，皂苷的產(chǎn)率較高，溶劑用量少，提取時(shí)問(wèn)縮短為直接加熱萃取的1/20左右。皂苷類55IncorviaMattina等在用MAE法提取紅豆杉中紫杉醇時(shí)，通過(guò)與傳統(tǒng)的甲醇浸提法對(duì)比，在MAE條件下，用體積分?jǐn)?shù)為95％的乙醇能夠得到與傳統(tǒng)純甲醇提取法相同的得率，在保持相同質(zhì)量、數(shù)量及溶劑回收率的前提下，大大縮短了提取時(shí)間，減少了溶劑消耗。微波提取丹參中的丹參酮操作簡(jiǎn)便、快速。在適宜條件下，以體積分?jǐn)?shù)為95％的乙醇為溶劑，微波連續(xù)輻照2min，