微波提取技術在中藥有效成分提取中的應用＊

席彩彩，張文芳，侯明月，張永萍

(1．貴陽中醫學院2012級碩士研究生，貴州 貴陽 550002;2．貴陽中醫學院藥學院，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點來強化天然藥物(中藥)有效物質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，微波提取技術受到各國重視，我國將其列為21世紀食品加工和中藥制藥現代化推廣技術之一[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，從而導致溫度升高，通過離子傳導，離子化的物質做超高速運動，因磨擦而產生熱效應;另一方面，微波輻射導致細胞內的水等極性物質吸收微波能使細胞內溫度迅速上升，液態水汽化產生的壓力將細胞膜和細胞壁沖破，形成微小的孔洞，使細胞內的有效成分自由流出，進入提取溶劑并溶解，進一步分離即得[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、諧振腔內的運轉機件等[6]。另外，只對極性分子進行選擇性加熱，分子極性越強，選擇性越高[7]。

似光性:即對金屬的反射性。可用金屬加工作諧振腔，為防止微波泄漏，可用金屬作屏蔽裝置。

很強的內熱效應和極高的頻率:可讓溶劑與溶質分子同時無熱阻、無熱慣性地加熱，加熱速度比常規加熱方式快10～100倍。

對生物的非生物效應:可使微生物體內的蛋白質和生理活性物質發生質變，而喪失生物活性或死亡。以此來設計各種滅菌設備，用于殺滅各種微生物，達到滅菌的目的[6]。

易控制:微波加熱的熱慣性極小，因而過程易于控制[8]。

2 技術優越性

微波提取技術與其他傳統提取技術相比，具有提取時間短、溫度低、耗能低、品質高等優良特性[9]。具體表現在以下幾方面。

高效節能:加熱設備除在電源部分及電子管系統本身消耗部分能量外基本不輻射熱量。熱效率高，設備小，避免了環境的高溫，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溶劑僅需傳統中藥提取(CME)的30% ～40%[6]。溶劑用量較常規方法少50% ～90%[11]。

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

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

安全可靠:微波產生的能量只達到切斷細菌生物結構的氫鍵，尚未達到破壞物質分子結構所需的能量，食物和藥品的成分不會被破壞，產品應用安全。同時，微波設備在設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準的5 mw/cm2。

經濟效益好:成本可相對降低30%～40%，并且收率提高，產品純度好，給企業創造實在的經濟效益。

操作自動化:溫度、壓力、流量、功率、密度等均可編程控制[6]，生產控制實現自動化、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，有效調節微波萃取的參數，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，介電常數在8～28 cm范圍內。

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

萃取溫度:不同物質，最佳萃取時間和溫度不同。一般溫度應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需依據具體試驗而定[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:因為基體物質中含有對微波吸收較強的物質，或是某種物質的存在導致微波加熱過程土壤基體中的某些成分活化，發生了一些化學反應[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、監視壓力和溫度的監視裝置及一些電子器件所組成。前者優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管聚焦在物料上的，因此又稱為聚焦式微波提取裝置。其優點是常壓下操作更安全且提取罐可使用多種材料，與索式提取相結合，即采用了微波加熱的優點，又發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，節省能源;但該體系只能進行溫度控制，且一次處理的樣品數不能太多[20]。

5 在中藥有效成分提取中的應用

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

生物堿類成分:張永鈺等[21]采用傳統浸提法、超聲輔助提取法、微波提取法進行比較，以總生物堿得率為指標，優化山核桃蒲殼提取總生物堿的工藝。結果，傳統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%。可見，微波提取具有省時、省溶劑、提取率高的優點。

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，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% ，可見微波提取技術對苷類成分的提取具有一定的優越性。

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。結果顯示，此法簡便、快速，在5 min內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。該法重現性好，結果準確可靠，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，發現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，提取速度較傳統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行提取。結果顯示，微波法的提取率遠高于回流提取2 h和超聲法提取，且工藝簡便、經濟、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、節能。因此，微波提取法應用于青蒿素的提取很有研究意義。

揮發油:余漢謀等[27]采用微波輔助溶劑萃取(MASE)、水蒸汽蒸餾法(HD)對千年健揮發油進行了提取，并結合氣相色譜－質譜聯用法(GC－MS)分析所得樣品的化學成分。結果表明，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提取千年健揮發油，具有快速節能、環保、高效等優點。

有機酸:樊愛萍等[28]以微波法進行提取，采用最優的薄層分離－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，經超臨界CO2萃取脫脂后，采用微波技術提取蒙古蘑多糖，提取率高達31．05%。與傳統方法相比，提取率高，節能，省時。且微波提取多糖后萃余物無有機溶劑殘留，最大限度地保留其天然營養價值，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

雖然微波提取技術有一定優越性，但其在理論和應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定的有效成分，對于熱敏性物質，微波加熱能導致其變性失活，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具有良好的吸水性。工藝上亦存在問題，當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，而且還需要高強度的外罐保護。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構還有待研究，而當微波提取在低溫常壓下的開放式萃取容器中進行時，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，工業生產中微波提取技術和設備應用甚少，故微波技術在中藥領域的應用將進一步得到推廣。

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