吳龍琴，李 克

（中國人民解放軍南京軍區(qū)南京總醫(yī)院檢驗(yàn)科，江蘇 南京 210002）

如何充分提取中草藥的有效成分、提高其利用率和臨床療效，是中草藥現(xiàn)代化面臨的主要課題和重要任務(wù)。常用的中草藥有效成分提取方法有浸泡法、滲漉法、回流法、壓榨法等。這些傳統(tǒng)的提取方法雖已使用多年，但仍存在一些不足和缺陷，如有效成分提取不完全，溶劑和能源消耗量大，有效成分在提取過程中易損失，以及一些中草藥成分在空氣中或在加熱條件下易被氧化和破壞，或某些中草藥所含有的生物酶在提取過程中會(huì)催化一些有效成分的降解等。因此，新的提取技術(shù)如超聲提取技術(shù)[1]、超臨界流體萃取技術(shù)[2]、半仿生浸取技術(shù)[3]、生物酶技術(shù)[4]及微波萃取技術(shù)等的研究日趨活躍。其中，微波萃取技術(shù)因其具有設(shè)備要求較低、操作方便、提取效率高、能耗小等優(yōu)點(diǎn)，且符合現(xiàn)代綠色環(huán)保要求，故逐漸成為環(huán)境分析、生化分析、食品分析、化工分析及天然產(chǎn)物提取等[5－9]領(lǐng)域研究的熱門課題之一。筆者擬就微波萃取原理及其特點(diǎn)，以及近年來該技術(shù)在中草藥有效成分提取的應(yīng)用研究和進(jìn)展作一綜述。

1 微波萃取原理

微波是指頻率在300MHz～300 GHz，即波長在1～1 000mm之間的電磁波。微波以直線方式傳播，具有反射、折射、衍射等光學(xué)特性。微波遇到金屬時(shí)會(huì)被反射，但遇到非金屬物質(zhì)時(shí)則能穿透或被吸收。常規(guī)加熱是由外部熱源通過熱輻射由表及里的傳導(dǎo)方式加熱，而微波加熱則是材料在電磁場中由介質(zhì)吸收引起的內(nèi)部整體加熱，即將微波電磁能轉(zhuǎn)變成熱能，其能量通過空間或介質(zhì)以電磁波的形式傳遞，物質(zhì)的加熱過程與物質(zhì)內(nèi)部分子的極化有著密切關(guān)系。由于不同物質(zhì)的介電常數(shù)不同，其吸收微波能的程度不同，由此產(chǎn)生的熱能及傳遞給周圍環(huán)境的熱能也不同。在微波場中，吸收微波能力的差異使基體物質(zhì)的某些區(qū)域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱，從而使被萃取物質(zhì)從基體或體系中分離，進(jìn)入到介電常數(shù)較小、微波吸收能力相對(duì)較差的萃取劑中[10]。

就細(xì)胞破碎的微觀角度而言，微波加熱可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的極性物質(zhì)，尤其是水分子吸收微波而產(chǎn)生的大量熱能，使胞內(nèi)溫度迅速上升，細(xì)胞內(nèi)液態(tài)水汽化產(chǎn)生的壓力將細(xì)胞膜和細(xì)胞壁沖破，形成微小孔洞。持續(xù)加熱，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)部和胞壁水分進(jìn)一步減少，細(xì)胞收縮，表面孔洞加大或出現(xiàn)裂紋，使胞外溶劑容易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，溶解并釋放出胞內(nèi)產(chǎn)物[11]。

2 微波萃取的特點(diǎn)

微波萃取是利用微波快速加熱的特性，并結(jié)合傳統(tǒng)溶劑提取法而形成的一種針對(duì)固體樣品成分提取的新萃取技術(shù)。與傳統(tǒng)中草藥提取方法相比，微波萃取具有以下特點(diǎn)：1）瞬間產(chǎn)生高溫，浸提時(shí)間短。在高頻微波的作用下，溶質(zhì)和溶劑中的偶極分子產(chǎn)生偶極渦流、離子傳導(dǎo)和高頻率摩擦，從而在極短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生極大的熱量。同時(shí)，偶極分子旋轉(zhuǎn)所導(dǎo)致的弱氫鍵破裂以及離子遷移等還加速了溶劑分子對(duì)樣品基體的滲透，使待提取物很快溶劑化，從而顯著縮短萃取時(shí)間。2）加熱均勻。微波加熱是通過透入物料內(nèi)部的微波能量被物料吸收，再轉(zhuǎn)換成熱能使物料加熱，這種能量傳遞是通過空間或介質(zhì)以電磁波的形式來傳遞，物料的表里溫升均勻，形成無溫度梯度加熱[12]。3）微波能量利用率高。常規(guī)加熱設(shè)備的能耗主要有物料升溫的熱損失、設(shè)備預(yù)熱及向外界散熱的損失，后兩項(xiàng)的熱損失占總能耗的比例很大，使常規(guī)加熱能量利用率較低。微波加熱時(shí)，主要是物料吸收微波能，金屬材料只能反射而不能吸收微波。因此，微波加熱設(shè)備的熱損失僅占總能耗的極少部分。再加上微波加熱不需要高溫?zé)峤橘|(zhì)，絕大部分微波能量被物料吸收轉(zhuǎn)為升溫的熱量，形成能量利用率高的加熱特征。4）伴隨產(chǎn)生生物效應(yīng)[13]。微波加熱過程中除產(chǎn)生熱效應(yīng)外，還可伴隨產(chǎn)生生物效應(yīng)（非熱效應(yīng)）。由于生物體內(nèi)的水分是極性分子，在微波的交變電磁場作用下引起強(qiáng)烈的極性震蕩，導(dǎo)致細(xì)胞分子間氫鍵松弛，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破裂，加速了溶劑分子對(duì)基體的滲透和待提取成分的溶劑化。同時(shí)，在微波場中吸收微波能力的差異，可使得基體物質(zhì)的某些區(qū)域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱，在極短時(shí)間內(nèi)使細(xì)胞膜破裂，從而使被萃取物質(zhì)從基體或體系中分離，進(jìn)入到介電常數(shù)較小，微波吸收能力相對(duì)較差的萃取劑中，這大大縮短了萃取時(shí)間，提高了萃取效率。5）安全環(huán)保。微波萃取過程中，無有害氣體排放，不產(chǎn)生余熱和粉塵污染。

3 微波萃取與其他常用提取方法的比較研究

研究證明，微波萃取技術(shù)應(yīng)用于中草藥有效成分的提取比其他傳統(tǒng)提取方法有明顯的優(yōu)勢。在大黃有效成分的提取中，微波萃取方法要比其他常用提取方法（索氏提取法、超聲提取法、水煎法）效率明顯提高。微波5min時(shí)的提取率即已超過超聲提取法60min時(shí)的提取率；15min時(shí)的提取率已接近索氏提取法和水煎法2h時(shí)的提取效果[14]。決明子中總蒽醌提取工藝比較顯示，微波萃取法提取率是超聲提取法的16倍，是索氏提取法的3倍，是水煎法的1.1倍。用微波萃取僅5 min時(shí)就已超過超聲提取1h時(shí)的提取率，15 min時(shí)已達(dá)到或接近索氏提取2h和水煎法的提取效果[15]。彭湘君等[16]以總黃酮的含量為考察指標(biāo)，分別采用常規(guī)回流提取法、超聲提取法、微波輔助萃取法及索氏提取法對(duì)山豆根進(jìn)行提取。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，4種提取方法中，常規(guī)回流提取法所得總黃酮含量最高，微波輔助萃取法和超聲提取法次之，索氏提取法總黃酮含量最低。但常規(guī)回流提取法所需時(shí)間通常為3～4h，而微波輔助萃取法只需30 min左右即可完成提取。Szentmihalyi等[17]利用微波萃取技術(shù)從廢棄的薔薇果種子中提取有醫(yī)用價(jià)值的野玫瑰果精油。通過對(duì)超聲提取、微波萃取及超臨界萃取3種方法的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，3種方法萃取率分別為16.25％～22.11％，35.94％～54.75％和20.29％～26.48％，其中微波萃取效果最好。

微波輔助提取法不僅提取效率高，而且還綠色環(huán)保。提取過程無污染，溶劑耗量減少，能有效節(jié)省能源。對(duì)采用微波輔助提取法提取黃花蒿中青蒿素的結(jié)果與索氏提取法、超臨界二氧化碳提取法以及加熱攪拌提取法進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，微波輔助提取不僅能極大地提高提取速率，而且還能減少有機(jī)溶劑用量，溶劑回收率也較高[18]。綜合考慮，微波萃取法與其他常用提取方法相比，具有高效、省時(shí)、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，且提取效果好。

4 微波萃取在中草藥有效成分提取上的應(yīng)用

4.1 生物堿類

生物堿為生物體內(nèi)一類含氮有機(jī)物的總稱，是中草藥有效成分之一。近年來，微波提取或微波輔助萃取技術(shù)應(yīng)用于中藥生物堿提取的報(bào)道逐漸增多。

馬燮等[19]采用微波輔助萃取法對(duì)蛇足石杉總生物堿進(jìn)行提取研究，并就微波萃取參數(shù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響進(jìn)行了比較。與傳統(tǒng)的浸提提取工藝相比，微波輔助萃取技術(shù)可使總生物堿的回收率提高15.7％。張永鈺等[20]以山核桃蒲殼總生物堿得率為指標(biāo)對(duì)傳統(tǒng)浸提法、超聲輔助提取法、微波輔助提取法進(jìn)行了正交實(shí)驗(yàn)比較，結(jié)果顯示，3方法中微波輔助提取山核桃蒲殼總生物堿的得率最高，約為傳統(tǒng)浸提法的2倍。這一方面是由于微波使細(xì)胞破壁－微波所產(chǎn)生的電磁場加速了生物堿向提取溶劑快速擴(kuò)散而進(jìn)入提取液中；另一方面，由于微波的作用，偶極分子以每秒24.5億次的頻率旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、摩擦碰撞導(dǎo)致弱氫鍵破裂、離子遷移，加速了溶劑分子對(duì)藥材顆粒的滲透，使提取物很快溶劑化，顯著縮短提取時(shí)間，方便快捷的提取有效成分。

4.2 揮發(fā)油類

揮發(fā)油又稱精油，存在于植物的特殊分泌組織中，主要含脂肪族、芳香族和萜類三大類化合物。由于揮發(fā)油的特性，合成香料無法代替其天然芳香氣味和藥理作用。近年來，為了有效地提取揮發(fā)油，開始嘗試應(yīng)用微波萃取法提取植物揮發(fā)油。Balasubramanian等[21]設(shè)計(jì)連續(xù)微波萃取系統(tǒng)從珊藻中提取揮發(fā)油，并將萃取條件優(yōu)化，在95℃的條件下提取30 min，揮發(fā)油的萃取率可達(dá)77％。朱曉楠等[22]用非極性溶劑（正己烷）微波輔助萃取肉桂中的揮發(fā)油成分，并用氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用研究組分結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示，微波輔助萃取所得的揮發(fā)油組分與用水蒸汽蒸餾所得的揮發(fā)油組分的種類和相對(duì)含量均比較接近，未發(fā)現(xiàn)因加入了微波吸收介質(zhì)而產(chǎn)生新的化合物，這表明在微波輔助萃取法提取肉桂揮發(fā)油組分的過程中，所用的微波吸收介質(zhì)僅作為熱源加熱樣品，并未作為反應(yīng)物與樣品中的任何組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

4.3 黃酮類

大部分中草藥中含有黃酮類成分，具有降壓、降血脂和抑制血小板聚集等功能。采用微波萃取黃酮類化合物具有明顯的高效性和高選擇性特點(diǎn)，其應(yīng)用已日漸廣泛。

金錢草中主要有異鼠李素、山奈酚、槲皮素等黃酮類物質(zhì)，傳統(tǒng)多采用醇回流法提取其中總黃酮，但提取率不高。陶鋒等[23]采用正交試驗(yàn)優(yōu)化微波萃取法提取金錢草中黃酮類成分，結(jié)果提取效果明顯改善。用傳統(tǒng)醇回流法耗時(shí)超4h，而微波萃取法只需30min即可完成，且提取率較醇提取法提高了80％。馮怡等[24]比較了微波萃取技術(shù)和傳統(tǒng)水煎提取法用于葛根、羅布麻葉、紫花地丁中總黃酮的提取率。結(jié)果顯示，微波萃取方法最大提取率大于常規(guī)水煎法，且用時(shí)短，一般提取20min左右效果即與水煎1h時(shí)相當(dāng)。微波萃取法提取沙棘黃酮工藝也顯示，在提取時(shí)間、溶劑用量和得率等方面比較，微波萃取黃酮類化合物均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)醇回流法，可用于工業(yè)化生產(chǎn)[25]。微波提取黃酮類組分時(shí)，在樣品處理中，不宜使用大量的水，因大量水分會(huì)吸收較多微波能，阻礙藥材對(duì)微波的吸收。而且提取溫度不宜太高，否則易使原料暴沸或有效成分發(fā)生變性[26]。

4.4 苷類

皂苷是一類重要的中草藥活性成分，目前其活性研究已經(jīng)從溶血、抗生育等方面轉(zhuǎn)向更有應(yīng)用前景的抗癌、心血管活性、調(diào)節(jié)免疫以及降血糖等方面。因此，皂苷類有效成分的提取是一項(xiàng)值得研究的課題。試驗(yàn)顯示，在微波萃取中草藥有效成分時(shí)，采用不同的衡量指標(biāo)，影響萃取效果的常用參數(shù)會(huì)出現(xiàn)差異。如采用正交試驗(yàn)法研究微波輔助萃取技術(shù)萃取復(fù)方雙黃連組方有效成分影響因素，以黃芩苷為衡量指標(biāo)時(shí)，微波功率、水量、提取時(shí)間、物料破碎度、提取次數(shù)五個(gè)因素中，對(duì)黃芩苷提取率影響最大的是提取次數(shù)；而以連翹苷為衡量指標(biāo)時(shí)，提取率最大的影響因素則是微波功率[27]。在微波提取黃芪皂苷的條件中，液料質(zhì)量比是影響提取過程的一個(gè)重要因素。液料質(zhì)量不宜過小，否則，提取過程中液相濃度增加快，使傳質(zhì)推動(dòng)力衰減加快，影響兩相的混合情況。尤其在攪拌不充分的情況下，會(huì)改變表觀傳質(zhì)系數(shù)，從而影響傳質(zhì)速率。而液料質(zhì)量比的提高會(huì)在較大程度上提高傳質(zhì)推動(dòng)力，但也提高了生產(chǎn)成本及后續(xù)處理的難度，所以液料質(zhì)量比也不宜過高[28]。

4.5 多糖類

多糖是一類具有顯著生物活性的物質(zhì)，在生物體內(nèi)，多糖不僅提供能量和參與結(jié)構(gòu)，同時(shí)參與細(xì)胞的各種活動(dòng)，具有抗腫瘤、消炎、抗病毒、降血壓、降血脂、抗衰老、抗凝血、免疫調(diào)節(jié)等方面的作用。近年已有學(xué)者采用微波技術(shù)進(jìn)行中草藥多糖類化合物的提取，但與中草藥其他組分的提取相比，多糖類的提取工藝中，微波功率不易過高。當(dāng)有效成分的性質(zhì)決定其不適于直接用微波法進(jìn)行萃取時(shí)，微波輔助萃取為一個(gè)好方法。例如多糖類成分提取中，微波直接萃取易引起多糖糖鏈的裂解，使其糊化[29]。但將微波技術(shù)應(yīng)用于含多糖部位的植物細(xì)胞破壁，便能大大加快反應(yīng)速度，有效提高多糖的提取率。微波輔助萃取法提取銀耳多糖研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)微波萃取功率大于600W時(shí)，多糖提取率逐漸降低[30]。這說明較大的微波功率會(huì)導(dǎo)致多糖的分解，但并不影響微波工藝的優(yōu)越性。熱水直接提取6h，銀耳多糖的提取率為10.94％，而經(jīng)過微波預(yù)處理后的銀耳，只需提取2h，所得到的銀耳多糖的提取率均可達(dá)10％以上。采用微波工藝提取板藍(lán)根多糖，與未經(jīng)微波處理的結(jié)果相比，板藍(lán)根粗多糖得率和多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別提高12.4％和5.8％[31]。

5 結(jié)語

微波萃取技術(shù)應(yīng)用于中草藥有效成分的提取，具有穿透力強(qiáng)、選擇性高、反應(yīng)速度快、溶劑消耗低、污染小，以及設(shè)備簡單、提取收率高等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前和今后樣品新型前處理技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。盡管如此，微波萃取及微波輔助萃取技術(shù)的研究和應(yīng)用尚不完善，對(duì)藥物成分提取仍存在一些限制。如對(duì)富含揮發(fā)性物質(zhì)、淀粉或樹膠的天然植物尚不適合微波干燥，對(duì)熱不穩(wěn)定物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、多肽、酶等，因微波加熱可能導(dǎo)致變性或失活而不宜使用。此外，盡管微波萃取技術(shù)在中草藥有效成分提取的應(yīng)用已開始從實(shí)驗(yàn)室推向生產(chǎn)，但在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用尚不多見。這些都有待進(jìn)一步研究和突破，以使微波萃取這項(xiàng)具有獨(dú)特優(yōu)勢的技術(shù)，在中草藥有效成分提取方面得以更加有效地發(fā)展和應(yīng)用。

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