天然产物化学微波萃取市公开课获奖课件

1、 第九章 微波萃取生命科学与食品工程学院 黄彤第1页第1页一、概述 微波是一个电磁波，以直线方式传播，并含有反射、折射、衍射等光学特性。微波碰到金属物质会被反射，但碰到非金属物质则能穿透或被吸取。微波频率介于300MHz300GHz之间，惯用微波频率为2450MHZ。 第2页第2页一、概述 微波辅助提取是利用微波能加热与固态样品接触溶剂，使所需要化合物从样品中分派到溶剂里提取过程。提取时，提取溶剂和样品接受微波能，使物质分子产生瞬时极化，溶质或溶剂分子以极高速度做极性变换运动，从而产生分子之间互相摩擦、碰撞，增进分子活性部分（极性部分）更加好地接触和反应，同时快速生成大量热能，促使细胞破裂，使

2、细胞液溢出来并扩散到溶剂中，通过进一步过滤和分离，便取得提取物。第3页第3页 概述过程特点二、微波萃取原理 微波是一个非电离电磁辐射(所产生光能不足以使物质分子离析),被辐射物质极性分子在微波电磁场中可快速转向并定向排列,由此产生撕裂和互相摩擦将引起物质发热,即将电能转化为热能,从而产生强烈热效应。因此，微波加热过程实质上是介质分子取得微波能并转化为热能过程。 第4页第4页 概述过程特点二、微波萃取原理 微波萃取主要利用各种物料吸取微波能力差别使基体物质一些区域或萃取体系中一些组分被选择性加热，从而使得物质内部产生能量差，被萃取物质得到足够动力从基体或体系中分离出来，进入到介电常数较小、微波吸

3、取能力相对较差萃取剂中。第5页第5页 概述过程特点二、微波萃取原理 微波萃取主要是利用微波强烈热效应，但微波加热方式不同于传统加热方式。在传统加热方式中，容器壁大多由热不良导体制成，热由器壁传导至溶液内部需要一定时间；另外，液体表面气化而引发对流传热将形成自内而外温度梯度，因而仅一小部分液体与外界温度相称。第6页第6页 概述过程特点二、微波萃取原理 普通外加热方式将热量由外向内传递，而微波加热是一个内部加热过程，微波直接作用于内部和外部介质分子，使整个物料被同时加热，即为“体加热”过程，从而可克服老式传导式加热方式所存在温度上升较慢缺点。 从原理上说,老式溶剂提取法,如浸渍法、渗漉法、回流提取

4、法、连续回流提取法等,均可加入微波进行辅助提取,从而成为高效提取办法。 第7页第7页 概述过程特点 老式溶剂提取存在能耗大、耗材多、耗时长、效率低、污染大等缺点。 微波萃取含有下列特点: 1. 试剂用量少（较常规办法少50-90%），节能，污染小（电设备控制，不需配备锅炉，无污染、安全）。 三、微波萃取特点第8页第8页 概述过程特点 2.加热均匀，且热效率较高。老式热萃取是以热传导、热辐射等方式自外向内传递热量，而微波萃取是一个“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，物料受热时间短，因而有助于物质萃取。 三、微波萃取特

5、点第9页第9页 概述过程特点 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. 微波萃取处理批量较大，萃取效率高，省时。与老式溶剂提取法相比，可节约5090时间。三、微波萃取特点第10页第10页 概述过程特点 6. 微波萃取选择性很好。因为微波可对萃取物质中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，从而可提升萃取效率和产品纯度。 7. 微波萃取结果不受物质含水量影响，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”。三、微波萃取特点第11页第11页 概述过程特点微波萃取选择性 微波萃取选择性主要取决于目

6、的物质和溶剂性质相同性,必须依据被提取物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取微波,为加速萃取过程,可在非极性溶剂中加入极性溶剂。若样品和溶剂均不吸取微波,则微波萃取过程无法进行。（如用非极性溶剂萃取非极性化合物时,微波萃取效果要稍低于索氏提取效果。）第12页第12页 概述过程特点微波萃取选择性 介质吸取微波能力主要取决于其介电常数、比热和形状等。极性较大溶剂或目标组分，吸取微波能力较强，在微波照射下能快速升温，沸点低溶剂甚至出现过热现象,极性较低者吸取微波能力较差,而非极性氯仿等则几乎不吸取微波。因此,利用不同物质在介电性质上差异也可

7、达到选择性萃取目标。第13页第13页 概述过程特点 微波萃取也存在一定不足。比如，微波萃取仅适合用于热稳定性物质提取，对于热敏性物质，微波加热也许使其变性或失活。又如，微波萃取要求物料含有良好吸水性，不然细胞难以吸取足够微波能而将本身击破，产物也就难以释放出来。再如，微波萃取过程中细胞因受热而破裂，一些不希望得到组分也会溶解于溶剂中，从而使微波萃取选择性差明显减少。 三、微波萃取特点第14页第14页 概述过程特点 微波萃取普通按下列几种环节进行： (1) 挑选物料，然后进行预处理：清洗、切片或混合，以便充足吸取微波能； (2) 将物料和适当萃取剂混合，放置于微波设备中，接受微波辐射； (3)

8、从萃取相中分离滤去残渣； (4) 取得目的产物。 四、微波萃取操作流程 第15页第15页 概述过程特点四、微波萃取操作流程微波萃取工艺流程图第16页第16页 概述过程特点 五、影响微波萃取主要参数 1.破碎度 与老式提取办法同样，被提取物通过适当破碎，能够增大接触面积，有助于萃取过程进行。采用老式办法提取时，通常不将物料破碎得很细，不然也许会增长提取物中杂质及无效成份含量，并增大后道过滤工序难度。 210mm颗粒第17页第17页 概述过程特点 2.分子极性 在微波场中，极性分子受微波作用较强。若目的组分为极性分子，则比较容易扩散。在天然产物中，完全非极性分子是比较少，物质分子或多或少会存在一定

9、极性，绝大多数天然产物分子都会受到微波电磁场作用，因而均可用微波来帮助提取。 五、影响微波萃取主要参数第18页第18页 概述过程特点 3.溶剂 溶剂选取十分主要，适宜溶剂可提取出所需要组分，若溶剂选取不妥，则不一定能取得抱负提取效果。 微波萃取所选取溶剂必须对微波透明或半透明，介电常数应在828范围内。物料含水量对微波能吸取影响很大。若物料不含水分，则可选取部分吸取微波能溶剂，使溶剂浸渍物料，置于微波场进行辐射时即可同时发生提取作用。当然也可先使物料润湿，使其含有足够水分，以便能有效地吸取所需微波能。五、影响微波萃取主要参数第19页第19页 概述过程特点 提取物料中若含不稳定或挥发性成份，则宜

10、选取对微波高度透明溶剂如正己烷等作为提取介质。将物料浸没于溶剂中，在微波场作用下，物料中挥发性成份因明显自热而急速气化，并涨破细胞壁，冲破植物组织，从物料中逸出。此时，包围于物料周围溶剂因没有自热，可捕获、冷却并溶解逸出挥发性成份。五、影响微波萃取主要参数第20页第20页 概述过程特点 由于非极性溶剂不能吸取微波能，因而可加入一定百分比极性溶剂，以加快提取速率。若不需要这类不稳定或挥发性成份，则可选取对微波部分透明萃取剂，这类萃取剂吸取部分微波能后将其转化为热能，可除去不需要不稳定或挥发性成份。五、影响微波萃取主要参数第21页第21页 概述过程特点 对于水溶性成份或极性较大成份，可用含水溶剂进

11、行提取。用含水溶剂提取极性化合物时，微波萃取效果比索氏提取效果要好。 用水作溶剂时,细胞内外同时加热,破壁效果不会太抱负,且大部分微波被溶剂所消耗,此时可先用微波处理经浸润后干物料,然后再加水或有机溶剂来提取有效成份，这样既可节约能源，又可简化微波提取装置。五、影响微波萃取主要参数第22页第22页 概述过程特点 研究表明，与老式溶剂提取法相比，在微波萃取中，一次提取所需溶剂用量可减少30%60%。溶剂用量较大反而不利于提取，由于微波在穿透溶剂过程中会发生衰减，溶剂越多，使得到达基体物质微波能越少，提取效果就越差。 五、影响微波萃取主要参数第23页第23页 概述过程特点 4.浓度差 浓度差是被提

12、取组分扩散与传质前提，没有浓度差或浓度差很小，提取过程就不能进行。老式提取工艺中设法提升浓度差种种工艺手段同样适合用于微波提取过程。 五、影响微波萃取主要参数第24页第24页 概述过程特点 5.温度 在微波提取过程中，由于存在微波作用下分子运动，因而温度不需要与老式提取工艺过程中同样高。另外，微波提取时间很短，因而可减少被提取成份因受热而发生破坏危险，并可减少能耗。 微波提取有也许造成体系温度过度上升，为减小高温影响，可将微波提取过程分次进行，即先对物料进行一段时间微波提取，然后将体系温度冷却至室温再进行第二次微波提取，从而可最大程度地减少被提取成份因受热而发生破坏危险。 五、影响微波萃取主要

13、参数第25页第25页 概述过程特点 应该指出是，微波萃取在不同温度下提取效果是不同。研究表明，当微波功率、溶剂、溶质及提取量均相同时，热态比冷态提取效果要好,这在小型提取装置中还不太显著,但对于工业规模提取过程就显得尤为突出。五、影响微波萃取主要参数第26页第26页 概述过程特点 6.搅拌 在老式溶剂提取过程中,动态提取效果要优于静态提取效果,这是由于动态过程可提升溶质组分由固体表面向溶剂主体扩散速率,这一经验同样适合用于微波萃取。在微波萃取过程中,搅拌同样可提升溶质组分由固体表面向溶剂主体扩散速率,且微波可加快溶质组分在固体内部迁移速度,即可提升固体内部传质速率，因而提取速度更快，提取效率更

14、高。 五、影响微波萃取主要参数第27页第27页 概述过程特点 总而言之，微波提取要点：被提取物需经适当粉碎；必须存在一定浓度差；选取适当溶剂；保持一定温度；予以提取过程一定期间；适当搅拌。 五、影响微波萃取主要参数第28页第28页 概述过程特点 另外，微波功率和辐射时间对提取效率含有明显影响，功率越高，提取效率越高。但假如超出一定程度，则会使提取体系压力升高到开容器安全阀程度，溶液溅出，造成误差。提取时间则与被测物样品量、物料中含水量、溶剂体积和加热功率相关。 五、影响微波萃取主要参数第29页第29页 概述过程特点六、微波萃取办法与设备 当前报道微波萃取办法普通有三种：常压法、高压法、连续流动

15、法。而微波加热体系有密闭式和敞开式两类。第30页第30页 概述过程特点六、微波萃取办法与设备 1.常压法 常压法普通是指在敞开容器中进行微波萃取一个办法，其设备主要有三种。第一个是直接使用普通家用微波炉或用微波炉改装成微波萃取设备，通过调整脉冲间断时间长短来调整微波输出能量，当前国内外大部分研究都采用这种设备。 第31页第31页第32页第32页 概述过程特点六、微波萃取办法与设备 第二种是美国CEM公司和意大利Milestone公司生产适合用于溶解、萃取和有机合成微波试验设备产品。国内中科院深圳南方大恒公司和上海新科微波技术应用研究所研制WK微波快速反应系统和MK型光纤自动控压微波制样系统属于

16、该类产品仿制国产产品。 第33页第33页第34页第34页 概述过程特点六、微波萃取办法与设备 第三种是上海三元生物应用技术有限公司MEI 3L和MEI 10L型试验微波萃取器。四川大学五线电系也开发了MCL系列微波功率连续可调型微波炉，常压微波回流装置如图所表示。 第35页第35页 概述过程特点常压微波回流装置示意图1.微波炉 2.瓶架 3.蒸馏瓶 4.搅拌器 5. 铜管6. 冷凝管 7.开关 8.控制面板第36页第36页 概述过程特点六、微波萃取办法与设备 2. 高压法 高压法是使用密闭萃取罐微波萃取法，其长处是萃取时间短，试剂消耗少，这种办法是当前报道最多一个办法。高压法装置普通要求为带有

17、功率选择，有控制温度、压力和时间附件微波制样设备。普通由聚四氟乙烯材料制成专用密闭容器作为萃取罐,它能允许微波自由通过、耐高温高压且不与溶剂反应。第37页第37页 概述过程特点六、微波萃取办法与设备 萃取罐结构图第38页第38页 概述过程特点六、微波萃取办法与设备 3. 连续流动法 连续流动法是指萃取溶剂连续流动而样品随之流动或固定不动一个微波萃取体系。当前国内外相关连续流动法报道很少。第39页第39页概述过程特点六、微波萃取办法与设备 第40页第40页六、微波萃取办法与设备 第41页第41页概述过程特点六、微波萃取办法与设备 第42页第42页 概述过程特点七、微波萃取技术应用 当前，微波技术

18、应用于中药与天然产物活性成份提取报道不断出现，已涉及到天然产物主要有黄酮类、苷类、多糖、萜类、挥发油、生物碱、单宁、甾体及有机酸等。 第43页第43页 概述过程特点七、微波萃取技术应用 1 .黄酮类 黄酮类成份是植物中分布较广,几乎大部分中草药中都含有。近年来,微波在黄酮类物质提取上取得了良好效果。在提取过程中含有高效性和强选择性等特点。 孙萍等人采用微波萃取技术提取覆盆子果总黄酮，大大缩短了提取时间，提升了提取效率。周谨等以水为溶剂来提取银杏黄酮，考察了微波功率、微波作用时间、溶剂用量及水浴浸提时间等原因对黄酮提取率影响，结果表明：微波水提法黄酮平均提取率要比常规法高出40，而时间缩短了二分

19、之一。第44页第44页 概述过程特点七、微波萃取技术应用 2.生物碱类 范志刚等人利用微波技术萃取麻黄中麻黄碱，用紫外分光光度法测定麻黄浸出液中麻黄碱含量，结果发觉微波萃取方法浸出量显著优于常规煎煮法。 Ganzler K等采取微波技术从不同物质中提取生物活性成份，如从羽扇豆中微波提取鹰爪豆碱，在最正确试验条件下，可将产率由传统523提升到803，且省时、省溶剂。 第45页第45页 概述过程特点七、微波萃取技术应用 3. 苷类 微波对一些化合物有一定降解作用，且在短时间内可使药材中酶灭活，因此在提取苷类等成份时含有更突出长处。 范志刚等人通过与超声技术对于槐花中芸香苷浸出效果比较，得出MAE应用于药材浸出是一个省时便捷办法。王威等人采用微波破细胞与溶剂提取相结合办法提取高山红景天苷，发觉无论是从提取时间，提取效率还是萃取后杂质分离难易情况看，微波萃取均优于乙醇溶液回流法和水作