陳曦

(安慶醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校藥學(xué)系實(shí)驗(yàn)中心，安徽 安慶 246052)

中藥有效成分多種多樣，由于它們的結(jié)構(gòu)各不相同，所以其對(duì)微波的吸收能力也不同。微波提取(ME)是利用微波的熱效應(yīng)來(lái)增加中藥中有效成分的浸出，以提高中藥活性成分的利用率的一種新型提取方法[1-2]，影響提取效率的因素主要是時(shí)間、功率和溶劑類型。ME技術(shù)和常用的索氏提取法和超聲提取法比較，提取的效率更高、操作更加便捷，同時(shí)對(duì)環(huán)境更加友好。該技術(shù)至1986年首次用于提取棉籽中棉酚以來(lái)，迅速為各國(guó)科學(xué)技術(shù)人員重視，廣泛用在藥品、食品等目標(biāo)化學(xué)物的提取研究領(lǐng)域[3-4]。

1 ME技術(shù)的原理

微波(MW)是電磁波的一種，波長(zhǎng)在1～0.001 m之間，頻率在300 MHz ～300 GHz 之間[5]，同樣具有波粒二象性。分子對(duì)微波吸收具有選擇性，極性分子的兩個(gè)偶極為了與外部電場(chǎng)進(jìn)行頻率協(xié)調(diào)，選擇震蕩釋能，從而產(chǎn)生大量迅速劇烈的分子間超高速運(yùn)動(dòng)，摩擦碰撞產(chǎn)生熱能。微波穿透并作用于細(xì)胞內(nèi)的水等極性物質(zhì)后，細(xì)胞內(nèi)部溫度迅速上升，水汽化將細(xì)胞漲破，使目標(biāo)成分進(jìn)入提取溶劑并溶解，得到分離和提取[6]?？梢灾?，微波作用是一種至內(nèi)而外的加熱，而電熱箱等則是利用熱對(duì)流、傳導(dǎo)和交換的方式產(chǎn)生的一種由外而內(nèi)的加熱方式。了解微波的作用特點(diǎn)可以幫助我們更好地進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法開發(fā)。

微波對(duì)材料具有較強(qiáng)的選擇性，微波不能穿透金屬，但對(duì)高分子材料和陶瓷等非極性材料能輕易穿透，因此，金屬可以做成屏蔽裝置，防止微波泄露對(duì)人體的危害，而高分子材料和陶瓷可以制成提取容器、諧振腔內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)件等工作部件。微波對(duì)分子的加熱作用主要有熱阻小，沒(méi)有加熱慣性的特點(diǎn)，一般情況下，加熱速度是常規(guī)電阻箱加熱的10～100倍，其作用強(qiáng)度主要取決于分子極性，分子極性越強(qiáng)，選擇性越高。此外，微波可以使蛋白質(zhì)發(fā)生變化，可以殺死或者滅活微生物，也被用于滅菌裝置。

2 ME技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

與其他傳統(tǒng)的中藥提取技術(shù)相比，ME技術(shù)具有所需溫度低、工作時(shí)間短、耗能低、提取效率高等特點(diǎn)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。(1)高效節(jié)能。 ME技術(shù)在進(jìn)行中藥提取時(shí)，除了僅讓被加熱的分子吸收產(chǎn)熱外，基本不向外輻射熱量，空氣和相應(yīng)的設(shè)備都不會(huì)產(chǎn)生熱量，避免了環(huán)境的高溫，形成熱能損失，所以熱效率的利用率極高，不同于以往高溫的提取環(huán)境，作業(yè)環(huán)境也得到了極大地改善[7]。(2) 溶劑量小。使用傳統(tǒng)方法提取中藥時(shí)，需要多次多量的浸潤(rùn)，一般為藥材量的16～20倍，且提取后還需要進(jìn)行溶媒回收及濃縮提純，這就造成了溶劑的大量使用及較低的利用率，但ME技術(shù)能做到一次提凈，且所需溶劑一般為藥材量的6～8倍，用量相比傳統(tǒng)技術(shù)減少了30%～40%，提取時(shí)間也相對(duì)縮短。同時(shí)由于微波的強(qiáng)穿透性，更利于中藥中的有效成分進(jìn)入提取溶劑，提取率也極大地得到了提高[8-9]。(3)環(huán)保。ME提取時(shí)多采用密閉容器，很大程度上減少了有機(jī)溶劑對(duì)大氣的污染，同時(shí)由于藥材利用更加充分，藥材使用量降低，減少了藥渣和廢水的排放，對(duì)環(huán)境更加友好[8]。(4)方法可靠。ME從藥材內(nèi)部進(jìn)行加熱，目標(biāo)成分吸收的能量達(dá)不到破壞分子結(jié)構(gòu)所需的能量，僅可以破壞微生物結(jié)構(gòu)中的氫鍵，可有效地保護(hù)目標(biāo)物質(zhì)，同時(shí)縮短了提取時(shí)間，避免樣品長(zhǎng)時(shí)間高溫下的分解，特別有利于熱不穩(wěn)定成分的提取，安全可靠。(5)節(jié)約。由于提取效率提高了，所以原料使用量、提取能耗、人工費(fèi)用等成本明顯降低，一般相對(duì)降低30%～40%，生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力、流量、功率、密度等均可實(shí)現(xiàn)電腦控制、自動(dòng)化程度高，產(chǎn)品純度更好了，對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益有較大提升。

3 影響微波萃取的因素

微波萃取技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和檢測(cè)領(lǐng)域，這里主要從方法設(shè)計(jì)與開發(fā)等科研工作的角度對(duì)主要影響因素進(jìn)行闡述。主要包括萃取劑選擇、微波功率控制和萃取時(shí)間確定等。有效調(diào)節(jié)微波萃取的參數(shù)，有利于樣品基體分離而被更好萃取[10]。

現(xiàn)從以下5個(gè)方面進(jìn)行論述：(1)溶劑類型選擇：在微波輔助提取中，首要考慮的就是溶劑的選擇，溶劑種類對(duì)提取結(jié)果影響最大也最直接[11]。首先選擇的溶劑不能完全是非極性的，否則不能吸收微波能量，其次要求溶劑能夠溶解較多量的中藥有效成分或有效部位等目標(biāo)物，最后還需對(duì)溶劑的沸點(diǎn)和殘留予以考慮，一般情況下，溶劑沸點(diǎn)要高于萃取溫度，殘留物則關(guān)系到產(chǎn)品的純度和質(zhì)量。目前生產(chǎn)和研究中常用的微波輔助萃取技術(shù)的溶劑有：乙醇、水、異丙醇、甲醇、丙酮、乙酸、二氯甲烷、三氯乙酸以及正丁醇-水等；(2)萃取時(shí)間和溫度的確定：一般根據(jù)樣品特性，對(duì)多因素進(jìn)行正交試驗(yàn)篩選出所需最佳條件[12]。通常情況下，微波時(shí)間在10～15 min[13]，溫度為常溫條件或者在低于溶劑沸點(diǎn)下選擇；(3)物料的含水量：物料中少量的水，可以有效破壞中藥材內(nèi)部的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使有效成分更加充分進(jìn)入溶劑。對(duì)于干燥的物料，一般先進(jìn)行浸潤(rùn)處理，溶劑充分浸潤(rùn)物料后，再使用微波作用于物料，物料含水量也是影響提取率的重要因素[14]；(4)微波功率控制：微波功率和持續(xù)時(shí)間直接關(guān)系提取物的穩(wěn)定性和提取效率，為了避免對(duì)樣品的破壞，一般選擇200～1 000 W，頻率2 450 MHz，輻照時(shí)間10 min左右開始進(jìn)行試驗(yàn)選擇，避免目標(biāo)成分過(guò)熱分解；(5)溶劑的PH值：根據(jù)目標(biāo)成分特性調(diào)節(jié)溶劑的pH 值可以得到一個(gè)理想的用于提取的最佳酸堿度[14]。

4 提取的工藝過(guò)程和設(shè)備

微波萃取一般從選料開始，依次經(jīng)歷清洗、粉碎、浸泡、ME、分離、濃縮、干燥、粉化后，得到目標(biāo)物[15]。按照提取溶劑類型可分為靜態(tài)微波萃取系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)微波萃取系統(tǒng)兩類，目前多按照提取設(shè)備可分為兩類，密閉式微波提取體系(PMAE)和開罐式聚焦微波提取體系(FMAE)[16],見(jiàn)表1。

表1 PMAE和FMAE優(yōu)缺點(diǎn)比較

5 在中藥有效成分提取中的應(yīng)用

微波萃取技術(shù)操作便捷，分析快速，效率高，及選擇性強(qiáng)，在中藥有效成分及有效部位提取方面得到廣泛應(yīng)用。目前，該技術(shù)已較多應(yīng)用于黃酮類、多糖類、蒽醌類、有機(jī)酸類、生物堿類等中藥有效成分的提取研究中[17-18]。

5.1黃酮類成分劉俊等[19]對(duì)ME技術(shù)在土茯苓總黃酮提取中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，選用乙醇為溶劑，討論了時(shí)間、功率、濃度和溫度等因素對(duì)土茯苓總黃酮提取率的影響，試驗(yàn)結(jié)果顯示，該法提取率達(dá)到93.2%，比外部加熱提取的方法高近20%。董慶潔等[20]在萃取槐米中蘆丁時(shí)選擇微波輔助提取，試驗(yàn)表明較之傳統(tǒng)煎煮法用時(shí)(一般為1.5～2 h)縮短至9 min，但是萃取率由18.51%提高至97.98%。劉忠英等[21]比較了索氏提取法與常壓回流ME法對(duì)刺五加葉中的總黃酮利用度的影響，試驗(yàn)表明前者利用度為34.7 mg·g-1，而后者可達(dá)48.2 mg·g-1遠(yuǎn)高于索氏提取法，但是提取時(shí)間前者是8 h，后者是14 min，優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)。

5.2多糖類成分侯卓等[22]采用微波輔助提取技術(shù)，對(duì)經(jīng)超臨界萃取后的蒙古口蘑中多糖進(jìn)行提取，該法最大限度地保留了口蘑天然營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，且提取后無(wú)有機(jī)溶劑殘留污染，提取利用率達(dá)到31.05%，與傳統(tǒng)方法比較，更加高效，節(jié)能，省時(shí)。章銀良等[23]在對(duì)海藻多糖處理前采用微波進(jìn)行預(yù)處理，之后提取效果明顯好于沒(méi)有處理的對(duì)照組，同時(shí)微波能夠促使海藻糖酶蛋白質(zhì)變性失活，是傳統(tǒng)方法沒(méi)有的。

5.3蒽醌類成分該類成分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常常不單獨(dú)以游離態(tài)存在于藥材中，一般用乙醇溶液或者稀堿水提取，但是加熱過(guò)程會(huì)受熱分解，影響提取率。盧彥芳等[24]在HPLC法測(cè)定三黃片中游離蒽醌和總蒽醌時(shí)，采用ME技術(shù)對(duì)三黃片樣品進(jìn)行預(yù)處理，試驗(yàn)表明，此法用時(shí)短，操作簡(jiǎn)單，目標(biāo)成分的提取在5 min 內(nèi)即可完成，極大縮短了制樣時(shí)間，方法結(jié)果準(zhǔn)確，重現(xiàn)性好。王明芝等[25]對(duì)大黃游離蒽醌浸提方法進(jìn)行研究，考查了微波功率、藥材顆粒大小、時(shí)間三個(gè)因素對(duì)浸提量的影響，試驗(yàn)表明，較之傳統(tǒng)提取方法微波浸提效率更高，提取時(shí)間能耗均遠(yuǎn)低于溶劑回流法。

5.4有機(jī)酸類成分郭振庫(kù)等[26]在綠原酸類化合物提取研究時(shí)，以金銀花對(duì)研究對(duì)象，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)考察了微波萃取技術(shù)中溫度、壓力、溶劑、輻射時(shí)間等因素對(duì)有效成分綠原酸提取效率的影響。試驗(yàn)顯示，微波輔助提取法用時(shí)大大縮短，同時(shí)萃取率較超聲法高近20%。樊愛(ài)萍等[27]比較了微波法、熱回流法、冷浸法提取齊墩果酸的提取效率，提取率分別為84.8%，64.1%，61.3%，提取物經(jīng)薄層法分析具有一致性，結(jié)果顯示，微波法提取效率明顯高于后兩種方法。

5.5生物堿類成分張永鈺等[28]在山核桃蒲殼提取總生物堿的研究中比較了浸提法、超聲法、微波法三種方法在提取總生物堿時(shí)的提取率。三種方法均為最佳條件時(shí)，浸提法提取率為0.486 0%，超聲法提取率為0.899 3%，微波法提取率為0.938 1%。結(jié)果顯示，微波輔助提取既節(jié)省時(shí)間和溶劑，同時(shí)提取率又高。

此外,ME技術(shù)亦應(yīng)用于苷類、皂苷類、萜類和揮發(fā)油等[29-35]中藥有效成分的提取中。

6 小結(jié)

微波輔助提取技術(shù)在天然藥物有效成分提取方面有省時(shí)省工效率高等諸多優(yōu)點(diǎn),筆者相信在中藥產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化戰(zhàn)略不斷深入推進(jìn)的關(guān)鍵期，該技術(shù)在中藥材生產(chǎn)、檢測(cè)等領(lǐng)域?qū)⒌玫礁喔鼜V泛的應(yīng)用。