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概述

    1986年,匈牙利学者Ganzler K首先提出利用微波进行萃取的方法。在微波萃取过程中,高频电磁波穿透萃取介质,到达被萃取物料的内部,微波能迅速转化为热能而使细胞内部的温度快速上升。当细胞内部的压力超过细胞的承受能力时,细胞就会破裂,有效成分即从胞内流出,并在较低的温度下溶解于萃取介质,再通过进一步过滤分离,即可获得被萃取组分。
    微波萃取(Miacrowave-assisted extraction,MAE)是利用电磁场的作用使固体或半固体物质中的某些有机物成分与基体有效的分离,并能保持分析对象的原本化合物状态的一种分离方法。微波是指频率在300兆赫至300千兆赫的电磁波。它具有波动性、高频性、热 特性和非热特性四大基本特性。

微波萃取的机理

    微波萃取的机理可从以下3个方面来分析:
    1、微波辐射过程是高频电磁波穿透萃取介质到达物料内部的微管束和腺胞系统的过程。由于吸收了微波能,细胞内部的温度将迅速上升,从而使细胞内部的压力超过细胞壁膨胀所能承受的能力,结果细胞破裂,其内的有效成分自由流出,并在较低的温度下溶解于萃取介质中。通过进一步的过滤和分离,即可获得所需的萃取物。
    2、微波所产生的电磁场可加速被萃取组分的分子由固体内部向固液界面扩散的速率。例如,以水作溶剂时,在微波场的作用下,水分子由高速转动状态转变为激发态,这是一种高能量的不稳定状态。此时水分子或者汽化以加强萃取组分的驱动力,或者释放出自身多余的能量回到基态,所释放出的能量将传递给其他物质的分子,以加速其热运动,从而缩短萃取组分的分子由固体内部扩散至固液界面的时间,结果使萃取速率提高数倍,并能降低萃取温度,最大限度地保证萃取物的质量。
    3、由于微波的频率与分子转动的频率相关连,因此微波能是一种由离子迁移和偶极子转动而引起分子运动的非离子化辐射能,当它作用于分子时,可促进分子的转动运动,若分子具有一定的极性,即可在微波场的作用下产生瞬时极化,并以24.5亿次/s的速度作极性变换运动,从而产生键的振动、撕裂和粒子间的摩擦和碰撞,并迅速生成大量的热能,促使细胞破裂,使细胞液溢出并扩散至溶剂中。在微波萃取中,吸收微波能力的差异可使基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热,从而使被萃取物质从基体或体系中分离,进入到具有较小介电常数、微波吸收能力相对较差的萃取溶剂中。

微波萃取的特点

    微波具有波动性、高频性、热特性和非热特性四大特点,这决定了微波萃取具有以下特点:
    1、试剂用量少,节能,污染小。
    2、加热均匀,且热效率较高。传统热萃取是以热传导、热辐射等方式自外向内传递热量,而微波萃取是一种“体加热”过程,即内外同时加热,因而加热均匀,热效率较高。微波萃取时没有高温热源,因而可消除温度梯度,且加热速度快,物料的受热时间短,因而有利于热敏性物质的萃取。
    3、微波萃取不存在热惯性,因而过程易于控制。
    4、微波萃取无需干燥等预处理,简化了工艺,减少了投资。
    5、微波萃取的处理批量较大,萃取效率高,省时。与传统的溶剂提取法相比,可节省50%~90%的时间。
    6、微波萃取的选择性较好。由于微波可对萃取物质中的不同组分进行选择性加热,因而可使目标组分与基体直接分离开来,从而可提高萃取效率和产品纯度。
    7、微波萃取的结果不受物质含水量的影响,回收率较高。
    基于以上特点,微波萃取常被誉为“绿色提取工艺”。

微波萃取的影响因素

    微波萃取的主要影响因素:
    1、破碎度
    与传统提取方法一样,被提取物经过适当破碎,可以增大接触面积,有利于萃取过程的进行。
    2、分子极性
    在微波场中,极性分子受微波的作用较强。若目标组分为极性分子,则比较容易扩散。在天然产物中,完全非极性的分子是比较少的,物质的分子或多或少会存在一定的极性,绝大多数天然产物的分子都会受到微波电磁场的作用,因而均可用微波来协助提取。
    3、溶剂
    溶剂的选用十分重要,适宜的溶剂可提取出所需要的组分,若溶剂选用不当,则不一定能获得理想的提取效果。
    4、浓度差
    浓度差是被提取组分扩散与传质的前提,没有浓度差或浓度差很小,提取过程就不能进行。传统提取工艺中设法提高浓度差的种种工艺手段同样适用于微波提取过程。
    5、温度
    在微波提取过程中,由于存在微波作用下的分子运动,因而温度不需要与传统提取工艺过程中的一样高。此外,微波提取的时间很短,因而可降低被提 取成分因受热而发生破坏的危险,并可降低能耗。
    6、搅拌
    在微波萃取过程中,搅拌同样可提高溶质组分由固体表面向溶剂主体 扩散的速率,且微波可加快溶质组分在固体内部的迁移速度,即可提高固体内部 的传质速率,因而提取速度更快,提取效率更高。
    基于以上影响因素,微波提取时需要注意一下几点:
    1、被提取物需经适当粉碎;
    2、必须存在一定的浓 度差;
    3、选用适当的溶剂;
    4、保持一定的温度;
    5、给予提取过程一定的时间;
    6、适当的搅拌。

微波萃取的应用

    目前微波萃取技术的应用主要包括:提取有效成分、临床应用以及在物质检测领域中的应用。采用该技术提取的成分已涉及生物碱类、蒽醌类、黄酮类、皂苷类、多糖、挥 发油、色素等。

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