微波辅助提取黄酮和多糖类成分的新进展
2007-05-01 10:51:24   来源：天津药学   评论：0 点击：

　　微波辅助萃取(microwaveassistedextraction,MAE)又称微波辅助提取,是指使用适合的溶剂在微波反应器中从天然药用植物、矿物或动物组织中提取各种化学成分的技术和方法。MAE是在分析化学中派生出来的新型萃取技术,和传统的水蒸气蒸馏、索氏抽提等技术比较,微波提取技术可以缩短萃取时间、降低能耗、减少溶剂用量、提高收率和纯度、降低生产成本,不仅具有很高的经济效益,而且有望改变中草药传统的服用方式。

1　MAE技术的应用现状MAE技术自20世纪50年代在美国第一个取得利用微波加热食品的专利后,MAE应用于天然产物提取的第一篇文献发表于1986年,Gendye等人最先采用普通的家用微波炉试验,通过选择功率档、作用时间和溶剂类型,用短短几分钟的时间完成了传统萃取方法要几个小时才能完成的萃取工作,现已经有了作为分析用和样品前处理(微波萃取)的商业化设备。

2　MAE技术的作用原理和特点

微波能是一种由离子迁移和偶极子转动引起分子运动的非离子化辐射能,在微波电磁场作用下产生瞬时极化,同时迅速生成大量的热能,促使细胞破裂,使细胞液溢出并扩散到溶剂中。微波萃取具有以下优点:①质量高,可有效地保护中草药中的功能成分;②产量大;③对萃取物具有高选择性;④省时(30s～10min);⑤溶剂用量少(较常规方法减少50%～90%);⑥低耗能。

3　微波萃取与传统热萃取的区别传统热提取是以热为传导、热辐射等方式由外向里进行,而微波萃取是通过偶极子旋转和离子传导两种方式里外同时加热,这种加热方式称为内加热,与外加热方式相比,内加热具有加热速度快、受热体系温度均匀等特点。常采用的微波萃取工艺流程为:选料→清洗→粉碎→微波萃取→分离→浓缩→干燥→粉化→产品。4　MAE技术在中草药和天然植物有效成分萃取中的应用微波提取,由于其快速高效分离及选择性加热的优势,在天然产物有效成分的提取方面受到重视,目前,利用微波技术提取中药和天然产物生物活性成分,已涉及黄酮类、苷类、多糖、萜类、挥发油、生物碱、鞣质、甾体及有机酸等.

传统的提取方法有液-液萃取、超声波法和索氏提取法等,这些方法存在着明显的缺点,即提取消耗时间长、萃取溶剂用量多、人员劳动强度大、回收率及精确度差等。微波提取技术就是为了克服这些缺点,而建立起来的新型制备方法,结合现代气/液相色谱测定,大大提高了方法的精度和效率。在密闭容器中,当温度设定后,微波萃取装置可快速将萃取液瞬间加热到常压沸点以上,内部压力最高可达到10133kPa,提高了溶剂沸点,又不至于分解待测萃取物,提高了萃取回收率和效率。因此MAE具有快速、高效、安全、低溶剂消耗和全封闭无污染设计等优点。微波萃取突破了传统萃取方法的瓶颈,成为最先进的萃取技术之一[2]。4.1　黄酮类成分　陈斌等[3]利用微波萃取葛根异黄酮的工艺,采用77%乙醇,固液比为1∶14,且在体系温度低于60℃的前提下,微波间隙处理3次,葛根总黄酮的浸出率达到96%以上。与传统的热浸提相比,不仅产率高,而且速度快,节能。戴玉锦等[4]通过单因素试验和正交试验对柚皮中黄酮类化合物提取工艺进行了研究。用微波法从柚皮中提取黄酮的最佳工艺条件为:乙醇浓度80%、浸提时间5min、料液比1∶25,此时黄酮得率为0.884mg/g。与传统水浴法的对比试验表明,微波法不仅节省时间,而且提取效率高,是一种快速、高效、节能的新型提取工艺。张志信等[5],利用微波碱水法提取三七茎叶总黄酮的工艺研究,以碱水为溶剂来提取三七茎叶中的总黄酮。以总黄酮的提取率为指标,采用4因素3水平正交设计法筛选碱水的pH值、微波功率、液料比和微波处理时间四个因素的3个水平的最佳组合,得出微波-碱水法提取的最佳工艺,pH8,微波功率中档,料液比1g∶40ml,微波作用时间10min,提取2次,在此条件下,总黄酮的得率为22.484(mg/g)。李伶等[6],用微波提取山楂中总黄酮的正交实验研究,结果证实,微波直接提取时,最佳工艺为10g山楂颗粒,其粒径小于0.2mm,用60%的乙醇提取,微波提取时间为10min。微波索氏提取时,最佳工艺为10g山楂颗粒,粒径大于0.9mm,用80%的乙醇提取,微波提取时间为2×10min。将微波直提与其他提取方法进行比较,无论是在提取时间方面还是在提取效率和避免结焦方面,微波提取法都有着非常明显的优势。

林敏等[7]利用微波提取万寿菊花中黄酮类化合物,微波提取的最佳工艺条件为微波份额为P3,时间为50s,料液比为1g∶15ml,pH10,提取次数为2次,在此条件下,黄酮类化合物的提取率为9.37%,从而开辟了一条以水为溶剂提取黄酮的新途径。孟辉等[8]应用MAE满山红叶中总黄酮的研究,用带可控温的Star2型开罐式微波消解仪,通过正交试验考察了微波萃取溶剂、微波辐照时间、萃取温度和液固比等条件对满山红中总黄酮萃取率的影响。结果表明,在乙醇浓度为80%,萃取温度为90℃,微波辐照时间为10min、液固比为40∶1的条件下,微波萃取满山红叶中总黄酮萃取率最佳。与传统回流法相比,萃取率提高了16%。郭永学等[9]在山楂叶总黄酮的MAE研究中,获得最佳优化工艺为微波功率高火档,微波累计作用时间3min,山楂叶的粉碎度粗粉(2mm×2mm),萃取剂的用量是按固液比为1∶40(g/ml),平均相对提取率是96.34%。微波提取和传统水提法相比,主要表现在用水量少,是传统方法用水量的10%左右,操作时间短,提取效率高可达96.34%。陈代武等[10],应用微波法提取槐米中槲皮素,得出最佳萃取条件为粒度60～90目,水分含量25%,功率350W,萃取时间10min,微波辅助提取槐米中槲皮素提取产率为564mg/g,分别与普通加热回流和室温浸渍法作了比较,其产率分别提高约65.5%和213.8%,提取时间大大缩短,MAE提取时间仅是普通加热回流1/12,是室温浸渍法1/144。MAE与普通加热回流和室温浸渍法相比,具有快速高效的特点,大大节省了能源。马海乐等[11]对葛根总黄酮MAE技术进行了研究,对葛根渣进行微波辅助处理,以总黄酮的提取量为考查对象,重点以微波功率、微波作用时间、乙醇体积分数、固液比和浸泡次数等单因素对葛根总黄酮提取量的影响试验,结果表明,用微波中高火档对葛根原料辅助萃取处理1min后,体积分数为75%的乙醇浸提2次,得到的葛根总黄酮提取量比较理想,微波处理的葛根总黄酮的提取量提高50%以上,固液比为1∶20。王自军等[12]对白芥子中总黄酮的微波提取与含量测定,运用微波技术提取白芥子总黄酮,采用MCL-3型连续微波反应器中,用80%乙醇,功率400W,反应时间20min,提尽黄酮,用比色法测定总黄酮含量,结果测得白芥子中总黄酮含量为1.85%,平均加样回收率98.96%,相对标准偏差(RSD)为2.11%(n=6)。首次运用微波技术从白芥子中提取总黄酮,提取速度快,提高了效率,比常规法提取的含量高,其结果令人满意。

4.2　多糖类成分　茶多糖是茶叶中极具开发价值的一种生理活性物质。聂少平等[13]用微波技术提取茶多糖,为了保持茶多糖的生物活性,提高得率,通过正交试验确定了微波提取的最佳工艺参数,用该法提取的茶多糖含量由蒽酮-硫酸法测定。结果表明,微波提取茶多糖的最佳工艺参数为,茶叶与水的质量比为1∶15,在微波强度为100%的条件下提取75s。通过与其他提取方法比较,微波提取方法时间短,得率高,是茶多糖提取的一种优选方法。同时,通过对α-淀粉酶酶活抑制效果试验可以看出,微波对茶多糖抑制α-淀粉酶酶活的活性无影响。传统的茶叶多糖提取方法包括煎煮、有机溶剂浸出等,但提取温度高、时间长、提取率低、成本高。

刘依等[14]采用微波技术应用于板蓝根多糖的提取,结果表明,粗多糖得率和多糖质量分数均明显高于单独使用水煎煮法。赵二劳等[15]以料液比、功率和萃取时间为因素,用正交试验的方法对MAE沙棘叶多糖进行了研究,得到的最佳萃取条件为料液比(g∶ml)1∶40,微波功率540W,萃取时间50s,沙棘叶多糖提取率为5.25%,可以有效地提高沙棘叶多糖的提取率。任大明等[16],采用热水浸提法从枸杞干果中提取枸杞多糖,经正交实验确定了浸提时间、温度、料水比最优值分别为:5h、100℃和1∶40,多糖得率12%。当采用微波预处理时,多糖得率最高可达到15.91%,微波预处理25min时,收到较好的效果。龚盛昭等[17]得到了微波辅助提取黄芪多糖的最佳工艺条件,液料质量比为12∶1,用饱和石灰水调至pH9,微波功率300W时提取2次,每次提取10min,提取液真空浓缩后,加入乙醇使多糖沉淀,过滤,沉淀用乙醇洗涤多次,真空干燥后即得黄芪粗多糖,产率为14.6%,纯度为88.1%。与直接加热提取法相比,提高了黄芪多糖的产率。陈根洪等[18]用微波法复合提取鱼腥草黄酮和多糖工艺的研究,以鱼腥草干粉为原料,探讨了微波辅助水提法从同一鱼腥草原料中获得黄酮和多糖的工艺,得到的最佳复合提取工艺技术条件,首先采用微波预处理,其技术参数为料水比1∶25,使用小火,处理2.0min;然后进行水浸提,其技术参数为温度70℃,时间2h,次数2次。在此条件下,鱼腥草黄酮和多糖复合提取的得率分别为1.606%和5.274%,总量达到6.880%。运用微波技术辅助水提法,从鱼腥草中复合提取黄酮和多糖,与常规技术相比,原料利用率和有效成分的提取量均有明显增加,这在国内尚属首次,将对今后鱼腥草的开发具有重要的现实意义。薛梅等[19]运用微波技术提取半枝莲总黄酮和多糖,用比色法测定总黄酮和多糖含量。实验测得半枝莲中总黄酮含量为3.74%,平均回收率为98.91%,相对标准偏差(RSD)为2.01%(n=5);多糖含量为5.79%,平均回收率为101.3%,相对标准偏差(RSD)为3.0%(n=5)。结果表明,用微波技术从半枝莲中联合提取总黄酮和多糖,速度加快,提取效率高。

5　展望微波提取应用于天然药物,具有穿透力强、选择性高、速度快、溶剂消耗低、污染小、设备简单及提取收率高等优点,受到天然药物研究和中药保健品及许多领域科研人员的关注重视。但是,微波提取只适用于对热稳定的成分,如多糖、生物碱、黄酮和苷类等物质,而对于热敏性物质如:蛋白质、多肽和酶等成分,因导致其变性失活而受到限制。微波对天然产物的提取仍处于研究阶段,由于国内外对MAE技术的不断深入研究,已经成为当前和今后新型提取技术研究的热点之一。但是如何针对中药复方的特点设计MAE方案以及能够在制备设计上实现突破,需要科技工作者的共同努力,对这些问题广泛地深入研究。