1、天然产物的提取分离方法天然产物的提取分离方法报告人：李永梅2013.10.25概述 天然产物中的有生理活性的化学成分较为复杂,通常可分为生物碱、糖或苷类、醌类和蒽衍生物、苯丙素酚类、黄酮类化合物、萜类和挥发油、强心苷和其他甾类成分、皂苷、氨基酸、蛋白质、鞣质等,其中以生物碱、苷类、萜类和挥发油等为主要成分。天然产物大多为细胞内产物,提取时需要将细胞破碎,常规提取方法有蒸汽法、溶剂提取法、压榨法、吸收法等。但是这些方法在不同程度上难于取得理想的破碎效果,因而存在提出率低、溶剂消耗量大、能耗高、生产周期长等缺陷。目录 蒸馏法 溶剂提取法 压榨法 吸收法 超临界流体萃取技术 超声波辅助提取方法 微波
2、辅助提取技术 生物酶制剂辅助提取法蒸馏法 可分为共水蒸馏和水蒸气蒸馏。共水蒸馏是将植物粗粉加水浸泡后,直接加热蒸馏出水和精油,冷却后,分离出精油。该法简单方便,但植物原料直接受热,易使精油的某些成分分解并使部分原料焦化,从而影响精油的质量。水蒸气蒸馏是将植物粉碎后放入蒸馏器中,通入水蒸气,精油随水蒸气一起馏出。它避免了共水蒸馏的过热或焦化。适用于挥发性的、水中溶解度不大的成分的提取。该方法设备简单、容易操作、成本低；但是水蒸气蒸馏也存在缺点,即由于操作温度较高会引起精油中热敏性化合物的热分解和易水解成分的水解。溶剂提取法 用低沸点有机溶剂如石油醚、乙醚等连续回流提取或冷浸提取,提取液蒸馏或减压
3、蒸馏除去溶剂即可得粗制精油；该法成本较高,不宜应用于工厂生产,仅适用于研究工作。压榨法 将含精油较丰富的原料(如柑、橘等)粉碎压榨,从植物组织中将精油挤压出来,然后静置分层或用离心机分出油分即得粗品；该法在室温中操作,因此所得挥发油质量好,可保持原有的香味,国外大多采用该法。但该法所得产品不纯,可能含有水分、叶绿素、粘液质及细胞组织等杂质杂质而呈混浊状态;同时很难将挥发油完全压榨出来,但可保持精油原有的新鲜香味保持精油原有的新鲜香味。由于该法操作复杂,出油率低,因此不适用于工业生产 。吸收法 是用油脂、活性炭或大孔吸附树脂等吸附性材料吸附植物的香气成分,再用低沸点有机溶剂将被吸收的成分提取出来
4、的方法；该法适用于热敏性的贵重挥发油的提取，另外，该法成本较高,但所得挥发油香味纯正。天然产物有效成分复杂，含量低，难于富集，用传统的分离方法不仅步骤繁琐，能源及材料消耗大，而且产率及纯度不高，尤其难以分离结构和性质相似的组分。随着科技的发展，高新技术不断在天然产物方面得到应用。现将近年天然产物提取分离纯化新技术的进展做一个简单介绍。超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction，SCFE）它是以高压、高密度的超临界流体（Supercritical Fluid，SCF）为溶剂，从液体或固体中溶解所需的组分，然后采用升温、降压、吸收（吸附）等手段将溶剂与所萃取的组分
5、分离，最终得到所需纯组分的操作。任何一种物质都存在3 种相态：气相、液相、固相。三相成平衡态状态的点叫三相三相点点，液、气两相成平衡状态的点叫临界点临界点。在临界点时的温度和压力称为临界温度临界温度和临界压力临界压力。不同物质其临界点所要求的压力和温度各不相同。超临界流体超临界流体是指温度和压力均高于临界点的流体，高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态超临界状态。此时，气液两相性质非常接近，以致无法分别，所以称为超临界流体。超临界流体的特点特点：密度接近于液体，有良好的溶解性能，其扩散系数接近于气体，黏度也接近于气体，表面张力接近于零，因而具有良好的穿透性，易进入固体的孔隙。超
6、临界流体萃取的基本原理 在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小极性大小、沸点高沸点高低低和分子量大小分子量大小的成分萃取出来。超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加，极性增大，利用程序升压升压可将不同极性的成分进行分步提取。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以通过控制条件控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压减压、升温升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则自动完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，并将萃取、分离两过程合为一体。目前在超临界流体萃取技术中使用最普遍的溶剂是CO2，因此超临界CO2流体萃取技
7、术在天然产物的提取中得到了较为广泛的应用。CO2价格便宜、纯度高、容易获得，而且对环境无污染。CO2临界温度为31.265，临界压力为7.18 MPa，临界条件容易达到。在超临界状态下，CO2流体兼有气液两相的双重特点，既具有与气体相当的高渗透能既具有与气体相当的高渗透能力和低黏度性质，又具有与液体相近的密力和低黏度性质，又具有与液体相近的密度和对物质良好的溶解能力，度和对物质良好的溶解能力，且随着环境温度和压力的改变对溶质的溶解能力可在相当宽的范围内变化，所以可通过控制温温度度和压力压力改变物质的溶解度，因此CO2特别适合天然产物有效成分的提取。超临界流体萃取的特点（优点）萃取温度低 超临界
8、CO2萃取法要求的实验温度不高，反应温度一般为3555，且整个反应过程处于CO2气体笼罩下进行，可有效防止热敏性成分热敏性成分的氧化和逸散，因此能较好地保存有效成分而不被破坏，不发生次生化，而且对于高沸点、高沸点、低挥发性、遇热易分解低挥发性、遇热易分解的物质，由于萃取温度远低于其沸点，萃取效果更佳。无残留 由于在提取过程中不使用任何有机溶剂进行萃取，因此最终所得的提取物没有化学溶剂的残留，防止了残留物对人体的伤害和对环境的破坏，保证了提取物的纯天然性。分离简单 采用超临界CO2萃取法萃取物质时萃取和分离合二为一，当饱含提取物的CO2流体进入到分离器中时，受压力下降或温度变化的影响，CO2流体
9、与提取物迅速分离为气液两相，不仅大大提高了萃取的效率，而且所耗费的能量也相对较少，降低了生产成本。安全可靠 CO2性质不活泼，在萃取过程中不会与萃取物发生化学反应，且CO2属于不可燃性气体，无味、无臭、无毒，安全性非常好。生产成本低 由于CO2的制取工艺成熟，制备比较简单，所以CO2气体的价格比较便宜，而且纯度较高，在生产中还可以循环使用，大大降低了生产成本。工艺简单、提取速度快 在萃取过程中，压力和温度都可成为调节萃取过程的参数，通过改变温度和压力这2 个参数都可达到萃取的目的。压力固定时通过改变温度可以将物质分离开来；反之，将温度固定，通过降低压力也可使萃取物分离。因此萃取工艺简单，且萃取
10、速度较快。超临界CO2萃取法在天然产物提取中的应用（一）天然色素的提取 采用传统工艺生产的色素产品质量差、纯度低、有异味和溶剂残留，严重影响了食用天然色素的推广和使用。（二）食品工业中的应用 SC-CO2萃取技术在食品工业中的应用广泛，包括食品中有害物质的脱除、增味剂和动植物油脂的提取等都已走向工业化应用，采用该技术得到的产品纯天然、无污染，备受消费者的青睐。（三）天然香料的提取 天然香料具有独特、自然的香气独特、自然的香气，目前还难以用化学的方法来合成，所以天然香料的加工技术要力求保留天然香料的自然香气，尽可能减少在分离提取过程中对其天然成分的破坏。传统的提取方法包括水蒸气蒸馏法、溶剂浸提法
11、和吸附法等，这些方法都难以保证香料的天然性，同时易造成有效成分的损失。（四）天然食品抗氧化剂的提取 抗氧化剂是指能防止食品成分因氧化而导致变质的一类食品添加剂，主要用于防止油脂及富脂食品的氧化酸败，以及由氧化所导致的褪色、褐变、维生素破坏等；天然抗氧化剂多为黄酮类化合物和酚酸类物质，普遍取自天然的植物、农业食品和某些微生物的发酵产品；王小梅等采用SC-CO2萃取茶叶中的茶多酚，结果表明是完全可行的，适宜的实验条件是：萃取压力为20 MPa，萃取温度为50，分离压力为5 MPa，分离温度为40，CO2流量为25 L/h，萃取时间为5 h，在此条件下，茶多酚的萃取率达9.0%。注：茶多酚是茶叶中多
12、酚类物质的总称，主要由儿茶素类、黄酮类、花青素类及酚醇类四大类组成，具有天然的抗氧化性。展望 虽然我国对SC-CO2 萃取技术在天然产物的研究开发起步较晚，在应用过程中面临着设备一次性投资较大、工业化复杂等问题，但和传统的溶剂提取法相比，由于它在生产过程中投资较少，以及具有很多特有的优越性，所以随着高新技术的发展和人们研究的不断深入，SC-CO2 萃取技术必然推动天然产物的研究开发向更高层次发展。超声波辅助提取方法(ultrasonic-assisted extraction，UAE)超声波辅助萃取(ultrasonic-assisted extraction，UAE)是应用超声波强化提取植物
13、的有效成分，是一种物理破碎过程。超声波的基本作用原理（一）超声波空化作用机理 空化现象空化现象是指在超声波作用下,在液体中形成空腔的现象。这些空腔随传播的声波频率而伸张和压缩。声空化是液体中气泡在声场作用下所发生的一系列动力学动力学过程,当足够强度的超声波通过液体时,当声波负压负压半周期的声压幅值超过液体内部的静压强时,存在液体中的微小气泡就会迅速增大增大,而在相继而来的声波正压正压相中,气泡会突然绝热压缩压缩。当压缩时,空腔的尺寸变小,同时他所产生的巨大压力可能使空腔完全消失,即可能使它们完全闭合。因为闭合之前的瞬间空腔及其周围微小的空间内出现热点,形成高温高压高温高压区(压力可达几百兆帕,
14、温度超过5000),并伴有强大的冲击波和时速达400 km/h 的射流。所以在空腔完全闭合的瞬间,由于出现这种极端极端的物理环境,致使天然产物的细胞在溶剂中瞬时产生的空化泡的崩溃而破裂,以便溶剂渗透到细胞内部,而使细胞中的化学成分溶于溶剂之中。同时,超声波产生的振动作用加强了胞内物质的释放、扩散及溶解（二）超声波热力学机理 由于介质吸收超声波以及内摩擦消耗,分子产生剧烈振动,超声波的机械能转化为介质的内能,引起介质温度升高。生成热能的多少取决于介质对超声波的吸收。所吸收能量大部分或全部将转化为热能,从而导致组织温度升高。这种吸收声能而引起温度升高是稳定的,所以超声波可以在瞬间使内部温度升高,加
15、速有效成分的溶解,并且不改变成分的性质。（三）超声波机械作用机理 超声波在媒质中传播可使媒质质点在其传播空间内进入振动状态强化溶质扩散、传质,即超声波机械机制。超声波的机械作用主要是辐射压强和超声压强引起的。辐射压强可能引起两种效应,其一是简单的骚动效应,其二是在溶剂和悬浮体之间出现摩擦。这种骚动可使蛋白质变性,细胞组织变形。而超声压将给予溶剂和悬浮体以不同的加速度。即溶剂分子的速度远远大于悬浮体的速度,从而在他们之间产生摩擦,这力量足以断开两碳原子之健,使生物分子解体,使细胞壁上的有效成分溶解于溶剂中。另外，还发现超声波能使悬浮于气体或液体中的微粒聚集成较大颗粒而沉淀,凝聚作用对提高提取率和
16、缩短提取时间均起重要作用。凝聚作用与超声作用时间、强度、频率有关。声强高时,可在较短的时间取得好的凝聚效果。超声凝聚还与粒子的大小、性质和浓度有关。超声提取技术的特点 与常规的煎煮法、水蒸馏法、溶剂浸提法相比,具有如下特点:提取温度低,避免了常规的煎煮法和回流法长时间加热对中药有效成分的不良影响,产物生物活性高,适合于热敏性物质的提取;适用性广,超声提取与目标提取物的性质(如极性)关系不大,绝大多数中药材的各类成分均可用超声提取;减少能耗,由于超声提取无需加热或加热温度低,提取时间短,因此能大大降低能耗,提高经济效益;此外超声波还具有一定的杀菌作用,能保证萃取液不易变质。超声波在天然产物提取中
17、的应用（一）生物碱类物质提取 生物碱是一类来源于植物的碱性含氮有机化合物,通常是具有复杂结构的杂环化合物,常常有强烈的药理活性,是中草药中重要的有效成分之一；1961 年Bo se 等采用超声辅助和单一溶剂浸提两种方法从罗芙木属植物的根中提取生物碱,其中超声波提取法只需15 min,而用溶剂浸提法则需8 h,这是超声技术在天然药物提取中应用较早的报道；之后,Demag glo 等利用超声提取技术从曼陀罗叶中提取曼陀罗碱；Ovadia 等用超声波和煎煮法从吐根中提取生物碱；郭孝武等用超声波和碱性浸渍法从黄连中提取小檗碱；影响超声提取效果的因素包括:提取溶剂的种类与用量、天然产物种类、粒度、含水量
18、、提取时间、次数、温度、超声频率、声强、空占比等。其中,声学参数(超声频率、声强度、提取时间、超声作用方式、空占比等)是影响超声提取效率的特有因素。所以在超声提取中能否找到适宜的参数是提高提取率的关键。因此，一般是通过正交试验来选择合理的参数。例如陈志慧等采用索氏回流、常规浸提、超声波辅助提3 种方法提取断肠草总碱,粗提物的提取率依次为1.22%、0.42%、1.57%。通过正交试验得到超声提取优化工艺条件:70 e 条件下,超声提取30 min3 次,以氯仿为溶剂,断肠草总碱提取率最高。（二）黄酮类物质提取 黄酮类化合物具有降压、降血脂和抑制血小板聚集等功效,广泛存在于天然产物中。黄酮类化合
19、物的传统提取方法主要有水煎煮法、浸渍法和碱提酸沉法,缺点是费时、费工,且收率较低。Mauricio A Ro stag no 等用超声法提取大豆异黄酮,发现用体积分数50%的乙醇做溶剂,在60下提取20 min 便可获得最佳的提取效率,且高于常规的提取方法。（三）蒽醌类物质提取 蒽衍生物在植物体内存在形式复杂,游离态与结合态经常共存于一种植物中,一般都采用乙醇或稀碱性水溶液煎煮提取,因在提取过程中长时间受热而破坏其中的有效成分,提出率较低。应用超声波从大黄中提取蒽醌类成分的研究表明:超声波处理10 min 的总提出率比煎煮3 h 的总提出率高,且无需加热;用纸层析及高压液相色谱法对两种方法的提
20、取产物进行分析,表明超声波处理对产物结构并无影响。可见，超声提取不但能加速植物中的有效成分进入溶剂,而且有利于溶剂渗入植物组织细胞中,增加有效成分在溶剂中的溶解度,缩短提取时间、提高提出率。（四）皂甙类物质提取 皂苷是存在于植物界的一类结构较复杂的苷类化合物,因其水溶液在振摇时能产生肥皂泡样的大量的持久性泡沫,故名皂苷。常用水加热提取或用有机溶剂浸泡提取。用1 MHz 超声波处理30 min 的提出率是体积农度75%乙醇浸泡48 h 的1134 倍。（五）植物油类物质提取 挥发油又称精油,是一类具有挥发性、可随水蒸汽蒸馏的油状液体；而植物中的挥发油大多富含萜和倍半萜类化合物。挥发油的沸点较低,
21、其传统提取工艺是水蒸气蒸馏法,但该法存在提取温度高、提取时间长、易破坏有效成分的缺陷,导致提取收率较低。Athanasios C Kimbaris 等同时用水蒸馏提取法、微波辅助水蒸馏提取法和超声提取法提取大蒜中的挥发油,比较发现3 种方法所得的挥发油的得率和性质不尽相同,但超声提取法可减少对热敏性化合物的破坏,并且实验操作简单,具有工业化生产的价值。（六）其它物质的提取 Li Hui 等优化了从鲜杜仲叶中提取绿原酸UAE 提取工艺,经H PLC 分析粗产品中含有京尼平甙酸,绿原酸,咖啡酸和栀子苷,与传统提取方法相比,UAE 提取率显著提高,同时未破坏有效成分的结构。W.Jahouach-Ra
22、baia 等利用UAE 从橄榄油中提取不饱和脂肪酸,结果出现了一些新的挥发性化合物,是常规提取方法没有的。Fabiano 等从椰子壳提取酚类物质试验中,超声提取15 min,每克椰壳取得了22.44 mg 的酚类化合物。超声波提取法的优点 超声波辅助提取可以缩短提取时间,节省溶剂,提高提取率,避免高温对有效成分的破坏,在天然产物提取中的应用已显示出明显的优势,并已逐渐受到人们的重视。大量研究结果表明,将超声提取物与传统方法提取物进行光谱、色谱、核磁共振等检验对比,超声提取过程不改变天然产物中有效成分的性质和结构。超声提取中应注意的问题（一）参数的选择 在超声提取实验中,选择的参数主要有频率、声
23、强度、提取时间等；实验证明,不同的样品选择不同的参数会出现不同的结果,即使使用同一待提取样品也会因参数的不同,结果不同。所以,超声提取中提高提出率的关键是找到合适的参数。（1）超声波频率和强度 超声波的热效应、机械作用、空化效应是相互关联的。通过控制超声波的频率与强度,可以突出其中某个作用,减小或避免另一个作用,以达到提高有效成分提取率的目的。超声波的频率越高越容易获得较大的声强。一般情况下,超声强度为0.5 w/cm2 时,就已经能产生强烈空化作用。超声波作用于生物体所产生的热效应受超声波频率影响显著；一般来说,超声频率越低,产生的空化效应、粉碎、破壁等作用越强；强烈空化效应影响下使溶剂中瞬
24、时产生的空化泡迅速崩溃,促使植物组织中的细胞破裂,溶剂渗透到植物细胞内部,使细胞中的有效成分进入溶剂,加速相互渗透、溶解。故在超声作用下,不需加热也可增加有效成分的提取率。许多实验证明,用不同频率超声波从黄芩根中提取黄芩甙,20 kHz 时提取率最高，且不改变有效成分的结构；但超声频率越低,空化作用越强,对植物组织的损伤越强,有可能带来一些不期望的结果。因此，20 kHz 是超声波的最低频率,20 kHz 最低频率超声波是否对药物有效成分造成破坏作用,目前还没有报道，还有待于进一步研究。但是,对某些植物,超声提取使用的频率越高,有效成分提取率却越高。分别用频率为20 kHz、800kHz、11
25、00 kHz 的超声提取益母草总碱,1100kHz 的超声提取率最高。以上说明超声频率对有效成分的影响,他与组分的化学形式、生物形式以及存在的环境、生物体相关。（2）超声提取时间与提取率 超声提取时间对天然产物提取率和对其有效成分的影响已引起人们广泛注意。大致有这样三种情况:一些有效成分提取率,随超声作用时间增加而增大;提取率随超声时间的增加逐渐增高,一定时间后,超声时间再延长,提取率增加缓慢;提取率随超声作用时间增加,在某一时刻达到一个极限值后,提取率反而减小。造成有效成分在超声作用达到一定时间后,提取率增加缓慢或呈下降趋势的原因可能有两个:一是在长时间超声作用下,有效成分发生降解,致使提取
26、率降低;二是超声作用时间太长,使提取粗品中杂质含量增加,有效成分含量反而降低,影响提取率的增加。（二）溶剂的选择 超声提取无需加热,因此,溶剂选择是否得当将会影响到待提取样品中有效成分的提出率；在选择提取溶剂时,最好结合有效成分的理化性质进行筛选。例如在提取皂甙、多糖类成分,可利用它们的水溶性特性选择水作提取溶剂;在提取生物碱成分,可利用其与酸反应生成盐的性质而采用酸提的方法（三）对酶的特殊作用 低强度的超声波可以提高酶的活性,促进酶的催化反应；Stephen 等研究超声水浴作用下,-淀粉酶和糖化酶对淀粉和糖原水解活性的变化情况时,发现超声使酶的催化活性速率和转化酶对蔗糖水解活性显著升高。而高
27、强度的超声波会抑制酶的活性,甚至使酶失活；因此,如何在植物有效成分的提取中,利用超声波对酶的双向作用,解决由酶引起的种种问题,有待于今后进一步的研究。微波辅助提取技术(microwave-assisted extraction，MAE)微波辅助提取法(microwave-assisted extraction，MAE)就是利用微波加热的特性来对物料中目标成分进行选择性提取的方法。1 微波辅助萃取的机理 1.1 微波辅助萃取机理 微波是指波长从1 mm到1 m之间，频率为31063109 Hz的电磁波，它介于红外线和无线电波之间。微波在传输过程中遇到不同的介质，依介质性质不同，会产生反射、吸收和
28、穿透反射、吸收和穿透现象，这取决于介质本身的几个主要特性：介电常数、介质损耗系数、比热、形状和介电常数、介质损耗系数、比热、形状和含水量含水量等。微波辅助萃取的机理主要表现在微波热效应热效应和非热效应非热效应两方面。一般来说，当萃取剂萃取剂为非极性物质非极性物质时，由于萃取剂对微波透明，绝大部分微波被物料吸收，细胞内物料急剧发热而破壁，此时有利于微波热效应的发挥。相反，如果萃取剂为强极性物质强极性物质时，由于萃取剂强烈吸收微波，只有部分微波能到达物料，萃取剂和物料同时受热，此时不利于微波破壁作用的发挥，非热效应可能占主导地位。2 微波辅助萃取的参数和影响因素 2.1 萃取溶剂的影响 已报道的用
29、于微波萃取的溶剂有：甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸、甲苯、二氯甲烷、四氯甲烷、己烷、异辛烷、2,2,4-三甲基戊烷、四甲基铵、石油醚、环己烷等有机溶剂;硝酸、盐酸、氢氟酸、磷酸等无机试剂;己烷-丙酮、二氯甲烷-甲醇、水-甲苯等混合溶剂。选择萃取剂时应考虑：(1)根据“相似相容相似相容”原则选择萃取剂，即要求萃取剂对目标成分目标成分要有较强的溶解较强的溶解能力。所以，极性物质的提取一般选择极性溶剂，而非极性物质的提取一般选择非极性溶剂，如提取精油等极性小的物质一般选择环己烷等极性小的溶剂。(2)应尽量选择对微波透明或部分透明的介质微波透明或部分透明的介质作为萃取剂，也就是选择介电常数较小的溶剂。
30、这样微波能自由透过溶剂，直接到达植物的维管束和腺细胞内，而物料内的水分大部分是在维管束和腺细胞内，因此细胞内温度升高很快，而溶剂因对微波透明(或半透明)，温度较低，所以连续的高温使细胞内压力超过细胞壁膨胀的能力，导致细胞破裂细胞内的物质自由流出，传递转移至溶剂周围被溶解。(3)所选择的萃取剂应对萃取成分的后续操作干扰较少干扰较少。2.2 物料中水分或湿度的影响 水是介电常数较大的物质，可以有效地吸收微波能转化为热能，所以植物物料中含水量的多少对萃取率萃取率的影响很大。另外，含水量的多少对萃取时间时间也有很大影响。因此，对于不含水分的干物料进行微波萃取时应采取再湿再湿的方法，使其含有适宜的水分，
31、以改变物料的介电性能。Alfaro等6研究了物料介电性能对微波提取生姜有效成分的影响，结果表明物料湿度对萃取效率有较大影响。2.3 萃取时间和温度的影响 微波萃取的时间一般在30 s20 min内，对于不同的物质，最佳萃取时间也不同。但萃取时微波连续辐照时间不可太长，否则容易引起溶剂沸腾，不仅造成溶剂的极大浪费，还会带走目标产物，降低产率。微波加热非常快，所以，微波萃取难以控制在固定的温度下进行，在实际中应尽量控制在低于溶剂沸点低于溶剂沸点下操作。一般来说，萃取率随萃取时间的延长有所增加，但当萃取时间达到一定值后，再延长萃取时间，萃取率增长幅度已很小，可忽略不计。萃取率随温度升高而增加的趋势也
32、仅表现在不太高的温度不太高的温度范围。所以，萃取过程中不必进行延不必进行延时时萃取。2.4 微波剂量的影响 在微波辅助萃取过程中，一般所选用的微波能功率在2002001000 W1000 W之间，所需的微波剂量的确定应以最有效地萃取出目标成分为原则。功率过大不仅加大能耗，而且易引起溶剂沸腾等不利因素。2.5 其他因素的影响 pH值、物料粒度等因素对萃取效率以及溶剂回收率也有不同程度的影响，最佳条件的选择应根据处理的物料不同而异。3 微波辅助萃取的优点 张凡等人不同的提取方法提取卫矛中总黄酮 表1是微波辅助萃取和常规水蒸汽蒸馏法提取薄荷精油的经济效益比较。与传统萃取法相比，微波萃取具有如下特点：
33、(1)质量高，可有效保护功能成分，有利于萃取热不稳定物质；(2)产量大；(3)对萃取物具有高选择性，从而提高产品纯度，产品质量得以改善；(4)省时；(5)溶剂用量少(可较常规方法少50%90%)，从而降低排污量，改善环境条件并减少投资；(6)般不受被萃取物极性大小的限制，所以适应面很广；(7)低耗能和人力消耗；(8)微波辅助萃取可在同一装置中采用两种以上萃取剂分别抽提或分离所需成分，从而降低工艺费用；（9）不必像其他方法那样进行干燥等预处理，简化工艺，减少了投资。4 微波辅助萃取中药有效成分的研究进展 4.1 微波辅助萃取植物精油 精油为一些非极性或极性很小的挥发性物质，根据萃取剂选用原则，一
34、般选用非极非极性溶剂。非极性溶剂介电常数小，对微波透明或部分透明，萃取过程中破壁破壁效果理想。Gomez等7研究了用微波破坏植物细胞组织破坏植物细胞组织萃取精油的可行性。Kim等8进行了微波辅助萃取洋葱油的研究，得到萃取最最佳工艺条件佳工艺条件，产率达13.7%。Dai等9进行了从印度植物Neem中微波辅助萃取柠檬苷的研究，研究发现萃取剂萃取剂对萃取率和选择性选择性均有很大影响。Deepak等用丙酮丙酮作萃取剂，进行了莪术醇微波萃取研究9，1 min内就能达到60%的萃取率。崔林等进行了微波法萃取荆芥中挥发油的研究，萃取时间萃取时间由传统方法的5 h减为20 min，缩短了15倍，产率反而由0
35、.95%提高到1.23%。另外，鲁建江等进行了微波法萃取天竺葵、红景天、红花、陈皮、小茴香、佩兰、藿香、艾叶等挥发油的研究，其最佳萃取时间均比传统方法短得多。4.2 微波辅助萃取多糖 多糖为水溶性物质，一般用水水作为萃取剂。由于水强烈吸收微波，进行微波萃取时，大部分微波能被水消耗，而且细胞内外同时加热，破壁效果(热效应)自然不会太理想。此时微波的非热效应将发挥主要作用，即依靠微波所产生的电磁场，加速被萃取成分向萃取溶剂界面扩散，达到快速萃取的目的。韩鲁佳等进行了用微波辅助萃取板蓝根多糖的研究，先用微波480W处理6 min再煎煮，与未微波处理相比，产率由20%提高到32%左右。另外，鲁建江、王
36、莉等进行了微波辅助萃取香菇、商陆、红景天、黄芪和马齿苋多糖的研究，在萃取时间和产率方面均比传统方法得到明显改善。4.3 微波辅助萃取黄酮 黄酮为醇醇溶性物质，多用乙醇和甲醇萃取，也有的用水水萃取。由于醇是极性物质，对微波有一定的吸收，但对微波的吸收能力比水小，所以用醇作萃取剂进行黄酮微波萃取时，有一定的破壁效果(热效应)。段蕊等研究了微波法萃取银杏叶黄酮最佳工艺，用175 W微波处理5min后，以体积分数80%的乙醇，在70萃取1 h，萃取物中黄酮类物质质量浓度比未经微波处理的高出18.8%。另外，孙萍、王莉等还研究微波辅助萃取芦蒿、红景天、马齿苋、车前草等中药中黄酮，与传统萃取法相比，微波辅
37、助萃取在萃取时间和产率等方面均得到了很大改善。4.4 微波辅助萃取生物碱 生物碱的萃取一般以酸性水溶酸性水溶液为萃取剂，而酸性水溶液为强极性物质，强烈吸收微波，所以进行生物碱微波萃取时，破壁效果(热效应)不会太理想，主要利用微波的非热效应来提高萃取效率。范志刚等研究了微波技术对麻黄中麻黄碱浸出量影响，萃取时间比常规法缩短6倍，产率则由0.183%提高到0.485%。4.5 微波辅助萃取皂甙 皂甙一般用乙醇或甲醇乙醇或甲醇萃取。所以进行皂甙微波萃取时，与黄酮的微波萃取相似，微波的热效应和非热效应共同发挥作用。Kwon等进行了人参皂甙的萃取研究14,15，研究了萃取剂的种类和浓度对萃取效果的影响，
38、找到了最佳萃取工艺条件。4.6 微波辅助萃取其他中药成分 杨屹等进行了微波辅助萃取新鲜芦荟叶中芦荟甙的研究，利用透射电镜对微波的萃取机理进行了初步探讨，并与索氏提取超声波萃取法进行比较，结果表明微波辅助萃取具有萃取速率快、提取率高、溶剂萃取速率快、提取率高、溶剂用量少等优点。5 微波辅助萃取黄酮类物质 采用微波辅助萃取法提取,以分光光度法测定卫矛样品中的总黄酮含量。并且通过单因素实验单因素实验和正交实验正交实验设计优化了溶剂浓度、溶剂用量、微波功率和微波辐射时间等微波提取条件,确定了微波辅助萃取法提取卫矛中黄酮类化合物的最佳条件最佳条件为:使用60%乙醇,在液固比40B1条件下,以255 W的
39、微波功率,微波辐射5 min。在上述最优条件下进行了精密度精密度和回收率回收率实验,所得结果的相对标准偏差为1171%(n=5),回收率在97%101%之间。与传统的索氏提取法和超声波提取法比较,微波辅助萃取法具有操作简便,经济可靠,重现性好等特点。该实验采用的微波辅助萃取-分光光度法测定法简便高效,可推广应用于各类中草药中总黄酮的含量测定。1 实验仪器 MSP-100E微波萃取仪(北京雷明科技有限公司)。U-30型紫外-可见分光光度计(日本日立公司)。卫矛叶(辽宁省);芦丁标样(中国药品生物制品检定所);乙醇、氢氧化钠、硝酸铝、亚硝酸钠等试剂均为分析纯。2 实验方法 2.1 样品的处理 先将
40、卫矛粉碎后过140目的筛子,之后用烘箱烘至恒重保存。准确称取015 g卫矛粉于特制的微波萃取罐中,按要求加入一定量的乙醇,控制一定压力,在一定的微波功率下微波萃取一定时间,过滤,定容,取一定量试液进行显色、测定。2.2总黄酮含量的测定 在10 mL容量瓶中,取少量样品溶液,依次加入若干mL的NaNO2溶液,Al(NO3)3溶液和NaOH溶液,然后用乙醇溶液定容至10 mL,于室温下放置10 min,用1 cm比色皿,以试剂空白为参比,在选定波长下测定其吸光度。根据标准曲线求得总黄酮的提取率,其计算公式为:提取率=(XVm-1)100%,其中X是从标准曲线上查得的浓度值,V为萃取液体积,m为卫矛
41、的质量。2 结果与讨论2.1测定波长的选择 取适量总黄酮萃取液进行显色反应,用分光光度计对其红色产物在400700 nm之间扫描,在510 nm处有最大吸收,所以确定510 nm为测定波长。2.2 显色反应时间的影响 准确吸取一定量样品溶液,按照实验方法在060 min范围内,每隔5 min测定其吸光度考察反应体系的稳定性。由实验结果可以看出,黄酮显色产物在前15 min内吸光度基本不变,但在15 min后,吸光度开始略有下降,因此其吸光度应控制在定容后前15 min内测定。2.3 标准曲线的建立 精确称取芦丁标准品10 mg,用60%乙醇水溶液定容至100 mL容量瓶中,冷藏放置于冰箱中。分
42、别取0,110,210,310,410,510 mL标准液于10 mL容量瓶中,分别加入一定量的60%乙醇水溶液稀释成510 mL。加入5%NaNO2溶液013 mL,摇匀,放置6 min;再加入10%的Al(NO3)3溶液013 mL,摇匀,再放置6 min;加4%的NaOH溶液210 mL,用水稀释至刻度,放置10 min,在分光光度计上,以试剂空白为参比于510 nm处测其吸光度,得到回归方程为:A=01100 6c+0.1001 3(r=0.1999 8),式中A为吸光度,c为溶液中芦丁的浓度(ugmL-1)。该方程在所测范围内(1050ugmL-1)线性关系良好。2.4 微波辅助萃取法的单因素试验2.5 正交实验确定微波辅助提取的最佳条件 为了全面考察影响因素,选择L9(34)正交表,以微波功率、微波时间、乙醇浓度、液固比为4因素,做3水平的正交实验。结果见表1。生物酶制剂辅助提取法 酶法辅助提取精油是一种新型的提取方法，是根据植物细胞壁的构成，利用酶反应具有高度专一性的特点选择相应的酶，将细胞壁的组成成分(纤维素、半纤维素和果胶质)水解或降解，破坏细胞壁结构，使细胞内的成分溶解、混悬或胶溶于溶剂中，从而达到提取目的，且有利于提高提取率。酶辅助提取法具有提取时间短、有效成分破坏少的优点。
