微波萃取技术在中药提取中的应用

世界科学技术—中药现代化"药物生产技术

微波萃取技术在中药提取中的应用

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冯年平吴春兰韩朝阳

范广平

B上海中医药大学药学院

上海上海

上海

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B上海市第八人民医院B上海中医药大学药学院

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摘要：微波萃取技术是利用微波强烈的热效应和非热效应，具有选择性高、操作时间短、溶剂消

耗量少、有效成分得率高、不产生噪音、适合于热不稳定成分且能在短时间内杀灭植物中的水解酶等优点，在中药提取中有良好的应用前景。

关键词：微波萃取

中药

射、衍射等光学特性；微波遇到金属会被反射，但遇到非金属物质则能穿透或被吸收。

微波萃取主要是利用微波强烈的热效应：被加热物质的极性分子在微波场中快速转向及定向排列、撕裂和相互摩擦，从而产生强烈的热效应。传统的加热方式中，容器壁大多由热的不良导体制成，热由器壁传导到溶液内部需要时间；另外，因液体表面的气化，对流传热形成内外的温度梯度，仅一小部分液体与外界温度相当。相反，微波加热是一个内部加热过程，它不同于

收稿日期：!""#$"%$#"普通的外加热方式将热量由外向内

修回日期：!""#$##$#%

$清华大学化学工程国家联合重点实验室资助课题。

对传统的中药提取技术进行改革，一直是科技工作者关注的热点

（电场、领域。利用外场磁场、超声波、微波等）强化和辅助提取过程，是近年来发展的新技术。微波萃取

（&’()*+,-.$/00’01.2341),(1’*56是7,589.):#;于#%<=年首先提&/3）

出的利用微波能进行萃取的方法。

一、微波萃取的原理和特点微波是频率在>""&?8@>""7?8，即波长在#AA@#A之间的电磁波。微波以直线方式传播，并具有反射、折

传递，而是同时直接作用于内部和外部的介质分子，是整个物料同时

“体加热”被加热，即过程。因此，克服了传统的传导式加热方法—温度上升慢的缺点，保证了能量的快速传导和充分利用。微波加热过程实质上是介质分子获得微波能并转化为热能的过程，介质在微波场中的

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行为已有详细论述:!，。

（#）选择微波加热的特点是：

性。极性较大的分子可获得较多的微波能，因而运动速度较快。利用这一性质可选择性地提取一些极性

（!）成分。快速。被加热的样品往往放在微波透明且为热的不良导体的容器中，所以微波不需要加热容器

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!""!第四卷第二期"#$%&’($&!

而直接加热样品，使样品迅速升温。（2）加热均匀。若微波场是均匀的，样（’）品受热也是均匀的。高效。

由于细胞内的水等极性物质吸收微波能后产生热量，使胞内温度迅速上升，水气化产生压力使细胞（壁）膜破裂，产生微孔或裂纹，从而使细胞内物质更容易溶出栋

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表5=>?与常用提取方法的比较

)溶剂

溶剂体积*+%,

（-）温度时间

（./+）压力相对能耗

索氏提取超声萃取微波萃取超临界流体萃取0&""15"&""0&""12"&"""&0"15&""5&""15"&""根据需要选择根据需要选择根据需要选择78!

;2""&""2""&""5"&""1!"&""0&""1!0&""沸点室温可控0"9!""5:<2"+342"1’062"1:"+34环境压力环境压力5&"10&"50"&"1:0"&"5&"""&"0"&"0"&!0

；刘钟

均不吸收微波，则=>?无法进行。

介质吸收微波的能力主要取决于其介电常数、介质损失因子、比热和形状等。极性较大的溶剂或目标成分，吸收微波能力强，在微波照射下能迅速升温，沸点低的溶剂甚至有过热现象，极性较低者吸收微波能力差，而非极性的氯仿等则几乎不吸收微波。因此，利用不同物质在介电性质上的差异也可以达到选择性萃取的目的。

水是吸收微波的最好的介质，任何含水的非金属物质或各种生物体都能吸收微波。因此，样品的含水量对提取率影响显著。

B.4C%DE@5，FA等用=>?法对酵

母、大豆及土壤等样品材料提取并与传统的索氏提取法、摇瓶提取法比较，用GHI7检测。结果发现：与传统方法比较，=>?法可使萃取时间降低5""倍；在含水溶剂中，极性分子的产率明显高于传统方法；在不含水的溶剂中，非极性分子的产率略低于传统方法；溶剂的介电常数和电导率对电磁能的吸收和分布有很大的影响，并且溶质和溶剂的极性越大，提取效率越高。JJ&7<D4和=&JK3E$@:A对=>?法提取迷迭香和薄荷叶中的挥发油进行了研究，考察了介电常数、叶

重、微波强度、提取率等因素。结果表明：组份的介电常数决定了微波加热的类型。在叶片L环己烷系统中，微波主要加热叶片，而在叶片L乙醇系统中，主要是乙醇吸收微波能。在这种类型中，存在最大加样量或固液比。在某一微波强度下，产生最有效的微波加热率。萃取率随植物材料的特性，微波强度以及持续时间、所用溶剂、叶重与溶剂量之比、加样量、萃取瓶形状而异。在一个给定系统中，叶片与溶剂的温度升高速度并不相同。乙醇、环己烷、M"N乙醇的开始升温速度高于叶片，但最终被叶片超过。

三、微波萃取的设备

早先用于=>?的装置是普通家用微波炉，现已有作为分析样品前处理的商业化设备。世界两大微波设备公司，美国的7?=公司和意大利的=3%D6/$4D公司，均生产适用于消解、萃取和有机合成的系列产品，这些产品均摆脱了传统的开关磁控管功率调整方式，实现了非脉冲连续微波调整，一般都有功率选择和控温、控压、控时装置，萃取罐由聚四氟乙烯等材料制成，既有良好的密封性能又不吸收微波，且能耐高温高压，不与溶剂反应，每次可

比较了传统法和=>?法提取

桔皮果胶后组织的显微结构，实验证实微波辐射对桔皮中的细胞有膨爆作用，微波条件下桔皮中果胶的提取是一快速的组织崩解过程，这一过程使萃取时间由5<以上缩短

到0+34；研究表明@:A，迷迭香和薄荷叶挥发油的微波萃取机制有以下几种：从未受损的腺体壁内向外扩散；通过正在溶解及将要破碎的腺体壁向外扩散；叶子表面自然破碎的腺体内挥发油的扩散有一个诱导期；由于环己烷或乙醇的辅助作用或由于在微波加热下温度迅速上升，超过了腺体壁的膨胀能力使腺体突然破裂而导致快速萃取。

与传统提取方法相比，微波萃取有无法比拟的优势。表5比较了对于分析样品前处理等小规模萃取时=>?与其它方法的特点。

二、微波萃取的选择性=>?的选择性主要取决于目标物质和溶剂性质的相似性，必须根据被提取物的性质选择极性或非极性溶剂。极性溶剂可用水、醇等，非极性溶剂可用正己烷等。但由于非极性溶剂不能吸收微波，为加速萃取，通常的做法是在非极性溶剂中加入极性溶剂。如果样品和溶剂两者

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世界科学技术—中药现代化"药物生产技术

处理!"#$个样品，样品处理能力可达到#%%&’罐，实现了智能化。国内有中科院深圳南方大恒公司研制的()"$%%%微波快速反应系统仿制国外产品，但用的是传统的脉冲微波技术。

利用微波特性制造工业微波设备用于加热、干燥、消毒、化学反应和萃取等已越来越多。$%世纪!%年代初，由加拿大环境保护部和加拿大*(+,+-./0123415267158公司合作开发了微波萃取系统9.:（96;47<5=3,5>>6>23?3@245;2671A47B，并且于#!!$年开始陆;3>>C图#）

续取得了美国、墨西哥、日本、西欧、韩国的专利许可。该系统针对工业应用的不同需要日处理能力从#2"

（微波功只要设置不同的参数D%%2，

率、辐照时间、溶剂、流速等），就可以选择提取目标成分C现已应用到食用油、香料、调味品、天然色素等的提取和污泥的处理等，国内在这方面的开发明显滞后。

一般来讲，工业微波设备必须满足下列条件：

（#）微波发生源有足够的功率和稳定的工作状态；

（$）结构合理，能够根据不同目的任意调整，而且便于拆卸和运输；（E）一般要求有温控附件；

（F）能连续工作，操作简便；（D）使用安全，微波泄漏符合要求：用大于#%G(量程的漏场仪距被测处D;G检测，漏场强度应小于DG(’;G$。

四、微波辐射的防护同其他频率的无限电波一样，高能量或长时间的微波辐射会对人体健康产生不良影响。微波作为一种职业卫生因素的系统研究开始于

间隔和次数，可分为急性整体损伤，慢性整体损伤和局部伤害三种，职业性辐射常发生慢性损伤。微波对机体的影响是综合性的，它不仅可以导致全身致热热反应，还会对中枢神经系统，内分泌系统、心血管系统，消化系统的组织器官产生不良影响。

各国都制订了自己的微波辐射卫生标准。对微波设备的操作人员，必须采取有效的安全防护措施，减弱或消除微波辐射的不良影响。对一般人群防护的措施主要有：远离微波辐射源，使用屏蔽材料，加强环

境辐射水平的监测等。$%世纪D%年代，#!HH年成立了国

，#!IE年，际微波功率协会（09:0）

五、9.K在中药提取中

09:0在华沙会议建议将微波效应

的应用及前景

的强度分为E种：热作用功率密度J#%G(’;G$C微热作用功率密度#"#%G(’;G$，非热效应功率密度低于#%%G(’;G$。现在，对微波生物效应的研究已深入到细胞和分子水平。

微波生物效应按其作用机制一般分为微波加热作用引起的热效应和非热效应。根据被照射的强度，辐射频率，受照时间及照射重复的

国外用9.K提取人参、生姜、大蒜、葡萄籽、芝麻、芦荟等。加拿大政府积极推广微波萃取技术并应用于食用油的提取和从土壤中大规模除去污染物等环保项目。:543等LM,##N

对9.K法提取挥发油进行了研究并申请了包括设备的一系列专利。952261L#$N等利用9.K法从红豆杉中提取紫杉醇等。与固相萃取相比，效果相当，但显著降低提取时间和花费。

国内有关9.K的报道也越来越多。用9.K提取三七L#EN中的有效成分-&#、丹参酮L#FN、重楼皂苷L#DN、丁香油L#HN、雪莲黄酮L#IN、植物样品中的单宁L#MN等均取得了较好效果。

刘传斌等

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利用微波能提取

酵母中的海藻糖。经$%>微波处理后，酵母中的海藻糖酶已失活，从而

有效防止了提取过程中海藻糖的降

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解。这成为-/5的又一个优点：即G@A>$B:C=E=AI;@\V=?OPI>$G:E$L>:HIN

对酶的快速灭活，从而防止有关物*33"，

1!"R!14S!Q!&质的降解。

)]:>=^O&_&O$A=%N;?*33’^‘U100)114a采用微波破壁法从高山红景-@A>$B:C==DE>:AE@$;$KC$%:E@%=$@%F&3

]:>=^O&_&O$A=%N;?*331，‘U1’1))34a天根茎中提取红景天苷

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，在保持

-@A>$B:C=S:FF@FE=J=DE>:AE@$;K>$GG:E=>@M高提取率的同时，大大缩短了时:%FA$;E:@;@;L$>L:;@AG:EE=>&间，显著降低了杂质含量。

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]:>=^O&_&O$A=%N;?*331，‘U1044’!Qa-/5技术具有选择性高、操作-@A>$B:C=S:FF@FE=JL=;=>:E@$;$KC$%:E@%=F?时间短、溶剂消耗量少、有效成分$KFVH=>A>@E@A:%K%V@J?:;J:HH:>:EVFEI=>=K$>&**

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-&O&Y-:EE@;:?b&/&Y.=>L=>:;JP&c收微波最好介质的水也是中药提,=;F$;&-@A>$B:C=S:FF@FE=J=DE>:AE@$;$K取的主要溶剂，因此-/5技术在E:D:;=FK>$GE:DVF[@$G:FF&O$V>;:%$K/ML>@AV%EV>=:;Jd$$JAI=G@FE>N&*334，’1：中药提取中有良好的应用前景。但如’Q3*S’Q3Q&何针对中药复方的特点设计-/5方*0

韩伟?施明清?邓修等&微波辅助提取案以及工业化微波萃取设备的开发三七中的有效成分_L*T第九届全国微等是有待研究的主要问题。

波能应用学术会议论文集T昆明T*333，’)S10&参考文献

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银又新?邓修?韩伟等&微波辅助提取丹参中有效成分丹参酮T第九届全国微*

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李学坚?黄海滨&微波浸提技术提取丁香0潘学军，刘会洲，徐永源等T微波辅助提油的研究&广西中医药，!"""，!1（0）：取研究进展T化学通报，*333，1R4S*’&’3S1"&’

张代佳，昌增益，刘传斌等&微波技术在*4

范志刚，刘莉斌，麦利军&微波技术对雪植物细胞内有效成分提取中的应用&中莲中黄酮浸出量影响的研究T中国民族草药，!"""，0*（3）R附1SQ&医药杂志，!"""，（Q*）R’0S’’&1

刘钟栋T微波条件下萃取桔披中果胶的*)

高歧&植物样品中单宁的微波溶出快速显微观察T第九届全国微波能应用学术测定法研究&分析测试学报，*334，*Q会议论文集T昆明T*333：00S04&W0XR4QS4)&Q

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中药能有效预防胃癌

由江苏省中医院脾胃病专家，博士生导师单兆伟教授，博士后孙志广负责研究的一项国家级科研课题，通过了有关专家的鉴定。这一研究打破了过去癌症重治疗、缺乏有效的预防方法的局限，其方法，既有传统的中医理论为基础，又有现代的实验作为科学依据，中西医有效结合，是目前预防胃癌的有效方法，达到国内领先水平。据悉，这一成果已于近期以)"万元转让给南京一企业，不日将投放市场，造福患者。在我国人群的肿瘤发病率中，胃癌首当其冲，占全部恶性肿瘤的*+’，且死亡率呈上升趋势。长期以来，医学界在寻找一种能预防胃癌的方法，但临床上对胃癌多是重治疗，有效的预防目前还是零。近年来，单兆伟、孙志广等重点对慢性萎缩性胃炎伴肠化、异型增生等进行研究，用中医辨证分析，发现气虚血瘀是引起胃粘膜癌前病变的主要病机，是胃粘膜多步骤癌变的主要环节，通过辨证论治予以益气活血清热，按照美国国立肿瘤研究所建立的癌化学预防药体内外实验方法，将益气、活血、清热三个治则分别作用于动物及临床治疗，应用小鼠背部乳头状瘤模型，观察到连续给动物灌喂按上述治则研制的中药，对致癌物,-./和促癌物巴豆油联合作用诱发的乳头癌，可使肿瘤发现时间推迟0周，平均荷瘤数均有下降，肿瘤抑制率达1"2以上；而对*0"例符合中西医诊断标准的胃粘膜癌前病变患者，用这一方法治疗组综合疗效为3!2，临床疗效为3’&02，胃镜有效率为40&32，萎缩有效率为43&12，肠化治疗有效率达)"&)2。

（文

摘）

世界科学技术—中药现代化"英文摘要

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