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天然產(chǎn)物中化學(xué)成分的提取是一件耗時(shí)、耗能又費(fèi)溶劑的工作。傳統(tǒng)的提取方法有溶劑提取法和水蒸氣蒸餾法，常用的溶劑提取法有索氏提取法和回流提取法等，它們均存在被提成分損失大、周期長、工序多、提取率不高等缺點(diǎn)，已不適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要，特別是在中草藥有效成分提取過程中已暴露出許多缺點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一批新技術(shù)、新設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，如超聲波萃取（SE）、超臨界流體萃取（SFE）等。超聲波萃取目前仍較多用于實(shí)驗(yàn)室，SFE由于設(shè)備復(fù)雜，運(yùn)行成本高，提取范圍有限等問題應(yīng)用受到限制，而微波萃取技術(shù)則異軍突起。
微波萃取，即微波輔助萃取（Miacrowave-assistedextraction，MAE），是用微波能加熱與樣品相接觸的溶劑，將所需化合物從樣品基體中分離，進(jìn)入溶劑中的一過程。1986年，Ganzler等人首先報(bào)道了微波用于天然產(chǎn)物成分的提取。十多年來，此項(xiàng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食品、生物樣品及環(huán)境樣品的分析與提取。本文將對微波萃取技術(shù)的機(jī)理、特點(diǎn)和在天然產(chǎn)物提取中的應(yīng)用作一綜述，并展望其發(fā)展趨勢及應(yīng)用前景。
微波萃取的原理
微波是頻率在300MHZ至300GHZ之間的電磁波，它具有波動(dòng)性、高頻性、熱特性和非熱特性四大基本特性。常用的微波頻率為2450MHZ。微波加熱是利用被加熱物質(zhì)的極性分子（如H2O、CH2Cl2等）在微波電磁場中快速轉(zhuǎn)向及定向排列，從而產(chǎn)生撕裂和相互摩擦而發(fā)熱。傳統(tǒng)加熱法的熱傳遞公式為：熱源→器皿→樣品，因而能量傳遞效率受到了制約。微波加熱則是能量直接作用于被加熱物質(zhì)，其模式為：熱源→樣品→器皿。空氣及容器對微波基本上不吸收和反射，從根本上保證了能量的快速傳導(dǎo)和充分利用。
Pare等提出假設(shè)：微波透過對微波透明的溶劑，到達(dá)植物物料內(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)部壓力超過細(xì)胞空間膨脹的能力，從而導(dǎo)致細(xì)胞破裂；細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)自由流出，傳遞到周圍被溶解。微波可選擇性加熱不同極性分子和不同分子的極性部分，從而使其從中分離，進(jìn)入到介電常數(shù)較小、微波吸收能力相對較差的溶劑中，從而有效成分被提取。
自Pare提出微波破壁的假設(shè)以來，已有一些學(xué)者提出了反對意見。有學(xué)者通過對新鮮銀杏葉微波輔助提取后微觀結(jié)構(gòu)的變化觀察發(fā)現(xiàn)，植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生較為明顯的變化，主要表現(xiàn)在有質(zhì)壁分離現(xiàn)象，細(xì)胞器、淀粉粒等胞內(nèi)物質(zhì)被破壞，但微波輔助提取沒有使細(xì)胞壁破裂。
無論微波破壁與否，微波對極性物質(zhì)的提取的*性，已得到了眾多研究者的肯定。
微波萃取的特點(diǎn)
微波萃取技術(shù)作為一種新型的萃取技術(shù)，有其*的特點(diǎn)。首先體現(xiàn)在微波的選擇性，因其對極性分子的選擇性加熱從而對其選擇性的溶出。其次MAE大大降低了萃取時(shí)間，提高了萃取速度，傳統(tǒng)方法需要幾小時(shí)至十幾小時(shí)，超聲提取法也需半小時(shí)到一小時(shí)，微波提取只需幾秒到幾分鐘，提取速率提高了幾十至幾百倍，甚至幾千倍。zui后，微波萃取由于受溶劑親和力的限制較小，可供選擇的溶劑較多，同時(shí)減少了溶劑的用量。另外，微波提取如果用于大生產(chǎn)，則安全可靠，無污染，屬于綠色工程，生產(chǎn)線組成簡單，并可節(jié)省投資。
微波萃取的應(yīng)用
鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，微波萃取技術(shù)越來越受到科技工作者的重視。采用該技術(shù)提取的成分已涉及生物堿類、蒽醌類、黃酮類、皂苷類、多糖、揮發(fā)油、色素等，下面就各成分的提取逐一介紹。
1、生物堿類
Ganzler等從羽扇豆種子中提取金雀花堿（斯巴丁），與傳統(tǒng)的振搖提取法比較，微波法提取物中斯巴丁含量比振搖法高20%，而且速度快，溶劑消耗量也大大減少。
BrachetA等從可可葉中提取可卡因和苯甲酰芽子堿，考察了提取溶劑、粒徑、樣品濕度、微波功率及照射時(shí)間等參數(shù)。所得提取物與傳統(tǒng)方法相當(dāng)，但只用時(shí)30秒。
有學(xué)者研究微波技術(shù)對麻黃中麻黃堿浸出量的影響，比較了微波提取與常規(guī)煎煮方法的優(yōu)劣，結(jié)果微波法對麻黃堿的浸出量明顯優(yōu)于煎煮法，并且半量麻黃粗粉浸出量明顯優(yōu)于全量麻黃飲片，與中醫(yī)藥理論“煮散減半”相符。另有學(xué)者用微波法提取黃連中的小檗堿，以干固物和小檗堿含量測定結(jié)果為指標(biāo)，比較微波和回流兩種方法。干固物測定結(jié)果顯示，在單位時(shí)間內(nèi)微波處理較回流提取具有明顯優(yōu)勢；以小檗堿含量為指標(biāo)，結(jié)果顯示回流提取小檗堿含量高于微波提取。
2、蒽醌類
郝守祝等研究了微波技術(shù)對大黃游離蒽醌浸出量的影響，采用正交實(shí)驗(yàn)考察了微波輸出功率、物料粒徑、浸出時(shí)間三個(gè)因素對提取率的影響，優(yōu)選*浸出方案。以優(yōu)選出的微波浸提方案和常規(guī)煎煮法及乙醇回流法比較，結(jié)果物料粒徑對蒽醌成分浸出影響極顯著，功率對浸出影響顯著，時(shí)間對浸出有一定影響。微波提取法對大黃游離蒽醌的提取率明顯優(yōu)于常規(guī)煎煮法，同乙醇回流法相當(dāng)。
沈嵐等以大黃、決明子中不同極性的蒽醌類成指標(biāo)成分，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)分別考察提取率，結(jié)果顯示微波萃取法對大黃、決明子中不同極性成分提取選擇性并不明顯，而同一溫度條件下，根莖類中藥大黃中大黃素、大黃酚、大黃素甲醚的提取率明顯高于種子類中藥決明子中相同成分的提取率。
3、黃酮類
黃酮類成分在植物中分布較廣，幾乎大部分中草藥中都含有此類成分。近年來，已有較多文獻(xiàn)報(bào)道微波法用于中草藥中黃酮類成分的提取。
劉傳斌等把微波破細(xì)胞與溶劑提取相結(jié)合的方法提取高山紅景天愈傷組織中紅景天苷。將藥材經(jīng)1分鐘微波處理后，室溫下水提取10分鐘，可將紅景天苷充分提取出來，與傳統(tǒng)提取方法相比，前者具有時(shí)間短、不需加熱、提取液中雜質(zhì)少等優(yōu)點(diǎn)。段蕊等也用此方法提取銀杏葉中的黃酮成分。用微波處理5分鐘后，以70%乙醇回流提取1小時(shí)，得到提取物中黃酮類物質(zhì)的量比未用微波處理的高出18.8%，紙層析表明在使用的微波溫度下，黃酮類物質(zhì)性質(zhì)不發(fā)生改變。李嶸等也用該法研究了銀杏黃酮苷的提取工藝，同樣得到較理想的結(jié)果。此外，閻欲曉等從生姜中提取抗氧化物質(zhì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)先用微波處理5分鐘，黃酮的提取率明顯提高。
郭振庫等對黃芩中黃芩苷微波提取作了研究，用正交設(shè)計(jì)優(yōu)選了*工藝為70%微波功率（zui大功率850瓦）下，以35%乙醇作溶劑，溶劑30倍量，壓力0.15Mpa，恒壓時(shí)間30秒即可獲得較好的得率，比超聲法高出近10%。張夢軍等用均勻設(shè)計(jì)法考察了微波提取甘草黃酮的*條件為：固液比1/8，乙醇濃度78%，微波功率388瓦，提取時(shí)間1分鐘。微波法提取率（24.6mg/ml）明顯優(yōu)于水提法（11.4mg/ml）。
陳斌等研究微波萃取葛根異總黃酮的工藝，用77%乙醇，固液比1/14，在低于60℃條件下，微波間歇處理3次，總黃酮浸出率達(dá)95%以上，與傳統(tǒng)的熱浸提相比，不僅產(chǎn)率高，而且速度快，節(jié)能。
4、皂苷類
有研究發(fā)現(xiàn)，用微波法提取重樓皂苷，結(jié)果微波處理5分鐘的效果即基本達(dá)到2小時(shí)常規(guī)加熱的效果，而且雜質(zhì)少，微波提取10分鐘即可認(rèn)為皂苷已提取完畢。
5、有機(jī)酸
郭振庫等應(yīng)用自行設(shè)計(jì)的具較高壓力控制精度的微波制樣系統(tǒng)，對金銀花中有效成分綠原酸和異綠原酸類化合物的提取條件進(jìn)行了考察，并與超聲波提取比較，提取率比超聲波高近2成。也有學(xué)者用微波提取甘草中的甘草酸，與熱回流、索氏提取法、室溫提取法等傳統(tǒng)方法相比，發(fā)現(xiàn)微波提取具有提取、快速、*及節(jié)省時(shí)間、溶劑和能源等優(yōu)點(diǎn)，是一種適于甘草中快速提取甘草酸的新方法。
6、多糖類
多糖是天然有機(jī)化合物中zui大族之一的大分子物質(zhì)。許多多糖具有抗腫瘤、增強(qiáng)免疫、抗衰老、抗病毒等作用，因此，得到國內(nèi)外科學(xué)工作者的廣泛重視。關(guān)于多糖提取分離方法常規(guī)為水煎醇沉法，微波萃取在用于某些生物材料的多糖提取中被證實(shí)可明顯提高提取率。
新疆石河子大學(xué)藥學(xué)院的工作者在用微波萃取多糖的研究上作了大量工作，提取的植物包括甘草、商陸、肉蓯蓉、紅景天根、紅景天葉、黃芪、黨參等。他們在MCL-3微波反應(yīng)器中，用一定量石油醚、乙醚和80%乙醇回流提取20分鐘，殘?jiān)俜湃胛⒉t中，用水提取20分鐘后測定多糖含量，結(jié)果提取率均高于傳統(tǒng)方法，提取時(shí)間縮短了約12倍。
唐克華等用微波提取天仙果多糖，初步確認(rèn)微波提取天仙果多糖宜在80℃的堿性介質(zhì)中結(jié)合微波前處理可獲得較高提取率。劉依等用微波處理板藍(lán)根，然后用水煎煮提取板藍(lán)根多糖，含量測定結(jié)果表明粗多糖得率達(dá)到33.062%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)75.211%，優(yōu)于單獨(dú)使用水煎法。也有人用微波提取茶葉多糖，結(jié)合醇沉法制備茶多糖得率為2.52%，紫外和紅外光譜分析證實(shí)，該工藝對茶多糖制品化學(xué)結(jié)構(gòu)無影響。
另外還有人用微波法提取大豆中低聚糖，得率比非微波條件有明顯提高，溶出時(shí)間大為縮短，只需6分鐘。
7、揮發(fā)油
當(dāng)前，已有很多國外學(xué)者開始利用微波法萃取揮發(fā)油。加拿大環(huán)境署Pare于1991年申請了美國，對天然產(chǎn)物包括薄荷、歐芹、雪松葉和大蒜等，采用對微波透明（己烷等）或部分透明（甲醇、二氯甲烷等）的溶劑。中所闡述的萃取過程及要求為：①材料是粉碎的，被提取成分應(yīng)能吸收微波射線；②材料放入對微波透明或部分透明的提取劑中；③用一定頻率的微波輻射提取；④分離提取物；⑤回收提取物，或者直接使用（如果不需要分離）。提取物分析結(jié)果表明，微波法在以下方面優(yōu)于傳統(tǒng)水蒸氣蒸餾法：提取率、提取物質(zhì)量、提取時(shí)間、所需費(fèi)用以及操作步驟。另有國外文獻(xiàn)報(bào)道，用微波技術(shù)萃取香薄荷、茴香、牛膝草葉、百里香葉及鼠尾草屬植物中的精油。
國內(nèi)學(xué)者也較多用微波萃取揮發(fā)油，新疆石河子大學(xué)藥學(xué)院魯建江等人從藿香、魁蒿葉、新疆黨參、新疆孜然果實(shí)、紅花、紅景天根莖葉中用微波提得揮發(fā)油，結(jié)果均比水蒸氣蒸餾提取率高且用時(shí)短。
另外尚有香葉天竺葵和山蒼子揮發(fā)油微波萃取的報(bào)道。
8、其他
目前，微波萃取技術(shù)除應(yīng)用于以上主要成分之外，對另外一些成分，如甾體、萜類化合物、植物油、香料、色素等的提取也有報(bào)道。1986年，在Ganzler等發(fā)表的關(guān)于微波萃取的*篇文獻(xiàn)中報(bào)道了用微波從玉米、大豆、棉籽、胡桃中提取原油，從蠶豆中提取蠶豆嘧啶核苷和伴蠶豆嘧啶核苷，從棉籽中提取棉酚等。同時(shí)，他們得出結(jié)論：用極性溶劑萃取極性物質(zhì)，微波法比索氏提取法理想；但用非極性溶劑提取非極性物質(zhì)則微波萃取并未顯示*性。由此可見，微波萃取對物質(zhì)具選擇性，對溶劑也有一定要求。同樣，HongN等在用微波提取葡萄籽中的羥基類化合物時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著提取溶劑極性增大提取率也隨之增大，而微波功率及時(shí)間對其影響不大。
另外，還有人用微波法萃取丹參酮、辣椒素、青蒿素、鳶尾香料及從鮮羅漢果中提得羅漢果甜苷。提取的色素成分有梔子黃色素、天仙果色素、番茄紅色素等。
展望
一、進(jìn)一步探討微波萃取機(jī)理
自Pare在其申請的中提出微波萃取植物組織中天然產(chǎn)物的機(jī)理以來，國內(nèi)外很多學(xué)者在這方面作了大量的工作，并提出了一些關(guān)于微波萃取的機(jī)理，但鑒于基體物質(zhì)和萃取物質(zhì)的復(fù)雜性，在萃取機(jī)理方面還有大量工作需要做，因?yàn)楦闱鍣C(jī)理將進(jìn)一步促進(jìn)微波在天然產(chǎn)物萃取中的應(yīng)用。
二、擴(kuò)大微波萃取技術(shù)在分析化學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用
微波萃取從一出現(xiàn)首先被看好的是分析化學(xué)領(lǐng)域。目前，微波萃取逐漸與一些分析儀器聯(lián)用，這項(xiàng)技術(shù)已運(yùn)用到生物及環(huán)境樣品的分析。例如，有人用微波萃取系統(tǒng)與氣相色譜、質(zhì)譜聯(lián)用分析土壤及沉積物中多環(huán)芳香化合物（PAH）和有機(jī)磷農(nóng)藥等；MagnusEricsson等用自行設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)微波萃取系統(tǒng)分析湖底沉積物的PAH等物質(zhì)，此系統(tǒng)集萃取、分離、分析于一體，使分析簡便、快速、準(zhǔn)確。如果用類似聯(lián)用儀器分析天然植物中的化學(xué)成分及藥物特別是中成藥中的有效成分，將大大簡化樣品成分提取的前處理過程，提高分析效率。
三、將微波萃取的實(shí)驗(yàn)室研究擴(kuò)大為產(chǎn)業(yè)化研究
目前微波萃取基本上還停留在實(shí)驗(yàn)室小樣品的提取及分析，使用設(shè)備簡陋，有的還使用家用微波爐。工業(yè)化微波提取器尚未見報(bào)道。近幾年，有用于中試生產(chǎn)的微波提取設(shè)備問世，主要分兩類：一為微波提取罐；另一類為連續(xù)微波萃取設(shè)備。我們相信，一旦這些設(shè)備應(yīng)用于大生產(chǎn)，必將對食品、香料業(yè)，特別是傳統(tǒng)中藥制藥業(yè)帶來巨大的革命。