1. 引言
微波萃取技術(shù)(microwave assisted extraction, mae)是一種利用微波輻射從被提取物中獲得目標(biāo)成分的技術(shù)方法，由1986年glanzler提出，最開(kāi)始只是應(yīng)用于使種子、土壤、飼料中各種類型化合物得到分離，由于其具有試劑用量少，節(jié)能無(wú)污染，加熱均勻且加熱效率高，萃取效率高等優(yōu)點(diǎn)，目前微波萃取已經(jīng)開(kāi)始頻繁應(yīng)用于天然藥物提取、環(huán)境分析、化學(xué)分析以及石油化工等領(lǐng)域。其主要原理是采用頻率在300兆赫至300千兆赫的電磁波穿透萃取介質(zhì)到達(dá)物料內(nèi)部，使植物細(xì)胞內(nèi)部溫度急劇上升，使其內(nèi)部壓力超過(guò)其承受壓力導(dǎo)致細(xì)胞破裂，目標(biāo)成分從細(xì)胞內(nèi)流出，溶解于萃取介質(zhì)，從而達(dá)到萃取目的。
目前，微波萃取用于天然產(chǎn)物成分提取的報(bào)道已不斷出現(xiàn)，涉及到黃酮類、生物堿、多糖、有機(jī)酸、揮發(fā)油、多酚及色素等生物活性成分。
2. 微波萃取的應(yīng)用
1) 黃酮類
黃酮類物質(zhì)廣泛存在于自然界的植物和漿果中，可以改善血液循環(huán)，降低，也是一種很強(qiáng)的抗氧劑，可以有效的清除體內(nèi)的氧自由基，從而阻止細(xì)胞衰老退化。因此黃酮類有效成分的提取一直在天然產(chǎn)物提取中占據(jù)重要領(lǐng)地。朱沛沛等采用乙醇為提取劑，通過(guò)正交試驗(yàn)得到提取工藝：顆粒度60目、乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、微波功率300 w、時(shí)間150 s、料液比40:1 (ml/g)、溫度50℃，在此條件下總黃酮提取率為17.2077%，相比采用常規(guī)醇提法所需要的2小時(shí)時(shí)間上有了大幅度的縮短。劉峙嶸等 通過(guò)微波法提取銀杏葉黃酮類化合物與傳統(tǒng)乙醇水溶液提取效果進(jìn)行對(duì)照，微波輻射5 min后抽提1.5 h即可使產(chǎn)率提升2.2倍，大大提高了提取率。韓偉等采用表面活性劑協(xié)同微波法提取布渣葉中總黃酮，結(jié)果與傳統(tǒng)熱回流法相比，提取時(shí)間由30 min縮短為2.5 min，總黃酮得率提高了26%，此方法工藝簡(jiǎn)單提取效率高，是一種較為理想的提取工藝。張玉香等采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化藍(lán)莓葉黃酮的微波提取工藝，得出工藝條件：提取溫度72℃，乙醇體積分?jǐn)?shù)64%，微波功率456 w，此時(shí)提取率為4.232%，并確定提取液乙醇體積分?jǐn)?shù)、溫度和微波功率為黃酮提取率關(guān)鍵因數(shù)，且乙醇體積分?jǐn)?shù)為影響因素。鄭成等 利用微波輔助大規(guī)模提取藤茶中二氫楊梅素，相比常規(guī)熱提法、浸泡提取法以及超臨界萃取法等方法，其設(shè)備簡(jiǎn)單、適用范圍廣且效率高，是一類具有良好發(fā)展前景的萃取分離方法。
2) 生物堿類
生物堿類是一類含氮的復(fù)雜結(jié)構(gòu)有機(jī)化合物，是中草藥中重要的有效成分之一，具有非常廣泛的醫(yī)用價(jià)值。趙二瑾等利用微波法對(duì)黃連中黃連素進(jìn)行提取研究，得出條件為：時(shí)間4分鐘，硫酸濃度0.06 m，輻射功率為中火，料液比1:80 (g/ml)，此時(shí)提取率為45.9%，相比傳統(tǒng)石灰乳法、索氏提取法、有機(jī)溶劑法等提高約35%左右，且提取時(shí)間短，后處理簡(jiǎn)單。施帥等采用相應(yīng)面法優(yōu)化微波輔助提取芋頭生物堿工藝，確定了工藝為功率350 w、時(shí)間2 h、料液比1:15 (g/ml)、溫度60℃，為芋頭生物堿的進(jìn)一步分離純化及藥用研究提供了很大的科學(xué)參考。何龍等分別采用浸漬法、微波法、浸漬與微波法聯(lián)用考察了茶葉中生物堿的提取效果，結(jié)果證明浸漬與微波輻射聯(lián)用法，所提取生物堿中的咖啡堿具有增強(qiáng)大腦皮質(zhì)興奮程度、令人愉悅、減少疲勞等生理功能。
3) 多糖類
多糖類在自然界分布廣泛，是一類分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜的糖類物質(zhì)，是構(gòu)成生命的四大基本物質(zhì)之一。劉丹赤等 采用微波輔助提取雙孢菇多糖，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)得到其工藝條件，提取率可達(dá)到4.11%，并得出提取時(shí)間對(duì)提取率影響，而微波強(qiáng)度影響最小的結(jié)論。朱盛林等采用相應(yīng)曲面法優(yōu)化微波提取附子多糖的工藝，以提取時(shí)間、提取溫度以及料液比三個(gè)因素進(jìn)行box-benheken中心組合設(shè)計(jì)，在提取時(shí)間為10 min時(shí)即可達(dá)到產(chǎn)率，大大高于傳統(tǒng)煎煮法所能達(dá)到的提取率。分析原因認(rèn)為，由于附子多糖是一種水溶性化合物，傳統(tǒng)法會(huì)導(dǎo)致多糖部分水解，降低其產(chǎn)率，而微波萃取法不僅產(chǎn)率高，工藝復(fù)雜性降低，消耗時(shí)間也大大減少，這為未來(lái)附子多糖生物利用以及產(chǎn)業(yè)化奠定了理論基礎(chǔ)。宋海燕等采用超聲波–微波協(xié)同萃取北五味子多糖，用正交試驗(yàn)優(yōu)化工藝，結(jié)果表明：在溫度80℃，時(shí)間80 min，功率600 w，料液比1:40 (g/ml)時(shí)可以達(dá)到提取率11.68%，與傳統(tǒng)回流法相比，此工藝充分利用了超聲波振動(dòng)的空化作用和微波的高能作用，萃取時(shí)間短，能耗低且產(chǎn)率高，證明超聲波–微波協(xié)同對(duì)于北五味子多糖萃取有一定作用。gj swamy等 分別采用連續(xù)和間歇的微波輔助提取技術(shù)從香蕉果皮中提取果膠，結(jié)果表明采用不同方法下的產(chǎn)率有所差異。江燕等在提取靈芝孢子粉中多糖時(shí)將微波與常規(guī)方法結(jié)合，先采用微波軟化孢子粉，破壞其堅(jiān)硬的孢子壁，再使用常規(guī)方法提取其多糖有效成分。
4) 有機(jī)酸類
有機(jī)酸類主要分布于中草藥(例如烏梅、五味子、覆盆子等)的葉、根以及果實(shí)之中。郭錦棠等研究不同方法提取甘草酸的工藝，發(fā)現(xiàn)微波提取8 min可以達(dá)到普通索氏提取法3 h的效果，速率有了大大提升，證明微波對(duì)于有機(jī)酸的萃取有明顯作用。張應(yīng)鵬等采用響應(yīng)曲面法優(yōu)化微波提取甘草酸工藝研究，與傳統(tǒng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)法相比，響應(yīng)曲面法更加經(jīng)濟(jì)、試驗(yàn)次數(shù)更少、時(shí)間更短，條件為：時(shí)間130 s，功率400 w，料液比1:14 (g/ml)，此時(shí)提取率可以達(dá)到5.36%，為未來(lái)甘草酸的生物利用以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值提供了理論基礎(chǔ)。
5) 揮發(fā)油類
揮發(fā)油又稱精油，是存在于植物中的一類具有芳香氣味的揮發(fā)性油狀物質(zhì)的總稱，其組分比較復(fù)雜，從中草藥中提取的揮發(fā)油大多具有發(fā)汗、理氣、止痛、抑菌、矯味等作用。魯建江等采用微波萃取佩蘭中揮發(fā)油成分，與常規(guī)回流方法條件相同下置于微波反應(yīng)器中，反應(yīng)20 min后即可超過(guò)常規(guī)方法5 h所達(dá)到的收率，反應(yīng)速度大大提升，收率明顯增高，從而證明微波對(duì)于揮發(fā)油成分萃取有一定促進(jìn)作用。鄒小兵等將單向閥應(yīng)用于微波提取中，配合真空泵使用，保證提取時(shí)系統(tǒng)內(nèi)無(wú)氧環(huán)境，使揮發(fā)油避免被氧化，結(jié)果證明在無(wú)氧條件下所提取的揮發(fā)油中烯類物質(zhì)含量高于普通微波提取方法，含氧化合物含量為45.53%，低于普通微波萃取法62.38%，從而證明此優(yōu)化方法在保證提取速率的條件下對(duì)提取物品質(zhì)有了一定的提高，為將來(lái)生物利用化和大規(guī)模工業(yè)化提供了良好的理論指導(dǎo)。商學(xué)兵等將超聲波與微波結(jié)合使用萃取白蔻豆揮發(fā)油，采用響應(yīng)面法以料液比、微波時(shí)間和微波功率因素建立數(shù)學(xué)模型，得到工藝條件：料液比9.9 ml/g、微波提取時(shí)間154 s、微波提取功率286 w，此時(shí)提取得率2.67%，與理論值2.61%基本一致。
6) 多酚類
植物多酚(plant polyphenol)是一類廣泛存在于植物體內(nèi)的多元酚化合物，在維管植物中的含量?jī)H次于纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，廣泛存在于植物的皮、根、葉、果中，目前發(fā)現(xiàn)多酚的抗氧化作用可以對(duì)于一些例如心血管病、癌癥等慢性病具有一定的預(yù)防作用。李志洲等 采用微波萃取提子皮中多酚類物質(zhì)，用正交試驗(yàn)分析其結(jié)果發(fā)現(xiàn)料液比對(duì)提取率影響，其次是提取時(shí)間，微波功率對(duì)于實(shí)驗(yàn)影響最小，提取條件為：料液比1:7.5 (g/ml)，微波功率500 w，提取溫度50℃，提取時(shí)間6 min，在此條件下，提取率可達(dá)到0.8214 gaemg/g，此實(shí)驗(yàn)證明微波對(duì)于植物多酚的提取有一定應(yīng)用價(jià)值。武啟騫等將超聲波與微波結(jié)合使用，原料加入酸化后提取劑，首先置入超聲波提取10~120 min，分離出產(chǎn)物再置于微波下輻射1~3 min，得到最終產(chǎn)物。此方法與原先傳統(tǒng)回流法相比，增大了植物多酚的提取率，溶劑用量更少，且優(yōu)化了提取液配方，通過(guò)結(jié)合超聲波與微波創(chuàng)造了一種新的提取植物多酚的方法。
7) 色素類
天然色素是一類從動(dòng)物和植物組織以及微生物中提取的色素，其中植物性著色劑占大多數(shù)。天然色素不僅具有給食品著色的作用，而且相當(dāng)部分具有生理活性，例如來(lái)源于葡萄皮中花青素可以降低心臟病風(fēng)險(xiǎn)，來(lái)源于接骨木果中花青素可以抵抗流感病毒，類胡蘿卜素則是一種人類必需攝入營(yíng)養(yǎng)。姚中銘等 對(duì)梔子黃色素提取工藝進(jìn)行了研究，比較改進(jìn)后的傳統(tǒng)浸提工藝與微波法工藝發(fā)現(xiàn)：在微波功率210 w時(shí)，提取80 s后產(chǎn)率即可達(dá)到98.2%，高于常規(guī)浸提法2 h所達(dá)到的產(chǎn)率92.1%。相比常規(guī)法耗時(shí)多，效率低，品質(zhì)低，操作復(fù)雜的諸多缺點(diǎn)和不便，微波法具有色素產(chǎn)率高、色價(jià)高、節(jié)省溶劑、節(jié)省時(shí)間、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在天然色素的提取中具有廣闊的應(yīng)用前景。黎彧等采用表面活性劑協(xié)同微波提取紫背天葵色素，在微波功率464 w時(shí)，提取200 s產(chǎn)率即可達(dá)到94.8%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)溶劑浸提法產(chǎn)率。作者在萃取劑中加入一定濃度表面活性劑，可降低固–液相界面張力，增加大分子有機(jī)物質(zhì)的溶解滲透能力，在提取過(guò)程中，可提高浸潤(rùn)時(shí)間，提高產(chǎn)率。
3. 結(jié)語(yǔ)
與傳統(tǒng)浸提法相比，微波萃取具有提取時(shí)間短、提取率高、消耗溶劑少且安全等優(yōu)點(diǎn)，使用微波萃取時(shí)常常需要考慮影響其提取率的一些因素：① 微波功率和微波萃取時(shí)間，② 提取液種類以及料液比，③ 提取溫度，④ 物料含水量，⑤ 物料粒度，⑥ 溶劑ph等。目前微波技術(shù)對(duì)于大多數(shù)天然產(chǎn)物的萃取都有一定促進(jìn)作用，但也存在一些不足：微波很難應(yīng)用于某些熱穩(wěn)定性差的物質(zhì)，例如蛋白質(zhì)、多肽、酶等；某些含水量多的天然產(chǎn)物可能在微波下更容易水解；需要開(kāi)發(fā)更多微波搭配現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)儀器。同時(shí)，隨著采用不同方法優(yōu)化其萃取工藝，組合超聲波或其他技術(shù)聯(lián)合使用，加入額外表面活性劑等方法的研究進(jìn)展，微波萃取將作為一種綠色工藝在天然產(chǎn)物的醫(yī)用、食用、化妝品、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域中發(fā)揮更大作用。