食品機(jī)械設(shè)備網(wǎng)
詳細(xì)介紹
一、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?？諝饧叭萜鲗ξ⒉ɑ旧喜晃蘸头瓷?，從根本上保證了能量的快速傳導(dǎo)和充分利用。
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。
二、 微波萃取的特點(diǎn)
微波具有波動性、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)。
1. 試劑用量少，節(jié)能，污染小。
2.加熱均勻，且熱效率較高。微波萃取時沒有高溫?zé)嵩?，因而可消除溫度梯度，且加熱速度快，物料的受熱時間短，因而有利于熱敏性物質(zhì)的萃取。
3. 微波萃取不存在熱慣性，因而過程易于控制。
4. 微波萃取無需干燥等預(yù)處理，簡化了工藝，減少了投資。
5. 微波萃取的處理批量較大，萃取效率高，省時。與傳統(tǒng)的溶劑提取法相比，可節(jié)省50％~90％的時間。
6. 微波萃取的選擇性較好。由于微波可對萃取物質(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，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。
三、微波萃取的主要影響參數(shù)
1.破碎度 與傳統(tǒng)提取方法一樣，被提取物經(jīng)過適當(dāng)破碎，可以增大接觸面積，有利于萃取過程的進(jìn)行。
2.分子極性 在微波場中，極性分子受微波的作用較強(qiáng)。若目標(biāo)組分為極性分子，則比較容易擴(kuò)散。在天然產(chǎn)物中，*非極性的分子是比較少的，物質(zhì)的分子或多或少會存在一定的極性，絕大多數(shù)天然產(chǎn)物的分子都會受到微波電磁場的作用，因而均可用微波來協(xié)助提取。
3.溶劑 溶劑的選用十分重要，適宜的溶劑可提取出所需要的組分，若溶劑選用不當(dāng)，則不一定能獲得理想的提取效果。
4.濃度差 濃度差是被提取組分?jǐn)U散與傳質(zhì)的前提，沒有濃度差或濃度差很小，提取過程就不能進(jìn)行。傳統(tǒng)提取工藝中設(shè)法提高濃度差的種種工藝手段同樣適用于微波提取過程。
5.溫度 在微波提取過程中，由于存在微波作用下的分子運(yùn)動，因而溫度不需要與傳統(tǒng)提取工藝過程中的一樣高。此外，微波提取的時間很短，因而可降低被提取成分因受熱而發(fā)生破壞的危險，并可降低能耗。
6.攪拌 在微波萃取過程中,攪拌同樣可提高溶質(zhì)組分由固體表面向溶劑主體擴(kuò)散的速率,且微波可加快溶質(zhì)組分在固體內(nèi)部的遷移速度,即可提高固體內(nèi)部的傳質(zhì)速率，因而提取速度更快，提取效率更高。
綜上所述，微波提取的要點(diǎn)：①被提取物需經(jīng)適當(dāng)粉碎；②必須存在一定的濃度差；③選用適當(dāng)?shù)娜軇?；④保持一定的溫度；⑤給予提取過程一定的時間；⑥適當(dāng)?shù)臄嚢琛?
四、微波萃取的應(yīng)用
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進(jìn)行介紹。
1、生物堿類
Ganzler等從羽扇豆種子中提取金雀花堿（斯巴?。c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。
Brachet A等從可可葉中提取和苯甲酰芽子堿，考察了提取溶劑、粒徑、樣品濕度、微波功率及照射時間等參數(shù)。所得提取物與傳統(tǒng)方法相當(dāng)，但只用時30秒。
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、浸出時間三個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)。
3、黃酮類
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，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。
4、有機(jī)酸
郭振庫等應(yīng)用自行設(shè)計的具較高壓力控制精度的專用微波制樣系統(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)微波提取具有提取高效、快速、*及節(jié)省時間、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。
5、多糖類
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、和80%乙醇回流提取20分鐘，殘渣再放入微波爐中，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，提取時間縮短了約12倍。
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道?！×硗?，還有人用微波法萃取丹參酮、辣椒素、、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。
五、微波設(shè)備分類
1為微波提取罐；
2為連續(xù)微波萃取設(shè)備。
微波是頻率在300MHZ至300GHZ之間的電磁波，它具有波動性、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?？諝饧叭萜鲗ξ⒉ɑ旧喜晃蘸头瓷?，從根本上保證了能量的快速傳導(dǎo)和充分利用。
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。
二、 微波萃取的特點(diǎn)
微波具有波動性、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)。
1. 試劑用量少，節(jié)能，污染小。
2.加熱均勻，且熱效率較高。微波萃取時沒有高溫?zé)嵩?，因而可消除溫度梯度，且加熱速度快，物料的受熱時間短，因而有利于熱敏性物質(zhì)的萃取。
3. 微波萃取不存在熱慣性，因而過程易于控制。
4. 微波萃取無需干燥等預(yù)處理，簡化了工藝，減少了投資。
5. 微波萃取的處理批量較大，萃取效率高，省時。與傳統(tǒng)的溶劑提取法相比，可節(jié)省50％~90％的時間。
6. 微波萃取的選擇性較好。由于微波可對萃取物質(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，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。
三、微波萃取的主要影響參數(shù)
1.破碎度 與傳統(tǒng)提取方法一樣，被提取物經(jīng)過適當(dāng)破碎，可以增大接觸面積，有利于萃取過程的進(jìn)行。
2.分子極性 在微波場中，極性分子受微波的作用較強(qiáng)。若目標(biāo)組分為極性分子，則比較容易擴(kuò)散。在天然產(chǎn)物中，*非極性的分子是比較少的，物質(zhì)的分子或多或少會存在一定的極性，絕大多數(shù)天然產(chǎn)物的分子都會受到微波電磁場的作用，因而均可用微波來協(xié)助提取。
3.溶劑 溶劑的選用十分重要，適宜的溶劑可提取出所需要的組分，若溶劑選用不當(dāng)，則不一定能獲得理想的提取效果。
4.濃度差 濃度差是被提取組分?jǐn)U散與傳質(zhì)的前提，沒有濃度差或濃度差很小，提取過程就不能進(jìn)行。傳統(tǒng)提取工藝中設(shè)法提高濃度差的種種工藝手段同樣適用于微波提取過程。
5.溫度 在微波提取過程中，由于存在微波作用下的分子運(yùn)動，因而溫度不需要與傳統(tǒng)提取工藝過程中的一樣高。此外，微波提取的時間很短，因而可降低被提取成分因受熱而發(fā)生破壞的危險，并可降低能耗。
6.攪拌 在微波萃取過程中,攪拌同樣可提高溶質(zhì)組分由固體表面向溶劑主體擴(kuò)散的速率,且微波可加快溶質(zhì)組分在固體內(nèi)部的遷移速度,即可提高固體內(nèi)部的傳質(zhì)速率，因而提取速度更快，提取效率更高。
綜上所述，微波提取的要點(diǎn)：①被提取物需經(jīng)適當(dāng)粉碎；②必須存在一定的濃度差；③選用適當(dāng)?shù)娜軇?；④保持一定的溫度；⑤給予提取過程一定的時間；⑥適當(dāng)?shù)臄嚢琛?
四、微波萃取的應(yīng)用
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進(jìn)行介紹。
1、生物堿類
Ganzler等從羽扇豆種子中提取金雀花堿（斯巴?。c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。
Brachet A等從可可葉中提取和苯甲酰芽子堿，考察了提取溶劑、粒徑、樣品濕度、微波功率及照射時間等參數(shù)。所得提取物與傳統(tǒng)方法相當(dāng)，但只用時30秒。
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、浸出時間三個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)。
3、黃酮類
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，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。
4、有機(jī)酸
郭振庫等應(yīng)用自行設(shè)計的具較高壓力控制精度的專用微波制樣系統(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)微波提取具有提取高效、快速、*及節(jié)省時間、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。
5、多糖類
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、和80%乙醇回流提取20分鐘，殘渣再放入微波爐中，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，提取時間縮短了約12倍。
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道?！×硗?，還有人用微波法萃取丹參酮、辣椒素、、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。
五、微波設(shè)備分類
1為微波提取罐；
2為連續(xù)微波萃取設(shè)備。
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