天然產(chǎn)物的提取一一超聲波和微波協(xié)助溶劑提取法
化學(xué)先生 / 2019-07-25
1：超聲波協(xié)助溶劑提取法( ultrasonic assisted extraction,UAE)
超聲波協(xié)助溶劑提取是一種利用外場(chǎng)介人強(qiáng)化提取過程的技術(shù)。超聲波具有三大效應(yīng):①機(jī)械效應(yīng)，即超聲波使介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在其傳播空間內(nèi)產(chǎn)生振動(dòng)，從而強(qiáng)化介質(zhì)的擴(kuò)散和傳質(zhì)的效應(yīng);②空化效應(yīng),是指超聲波使介質(zhì)中溶解的氣泡產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)聲壓達(dá)到-定值時(shí)，氣泡由于定向擴(kuò)散而增大,形成共振腔，然后突然閉合，使其周圍產(chǎn)生高達(dá)幾千個(gè)大氣壓的壓力,造成生物體細(xì)胞壁及整個(gè)生物體在瞬間破裂，釋放出有效成分;③熱效應(yīng)是指超聲波在傳播過程中,聲能可以不斷被介質(zhì)所吸收，吸收的能量幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，從而?dǎo)致介質(zhì)本身和待萃取成分溫度升高,增大了有效成分的溶解度。這種吸收聲能引起生物體組織內(nèi)部溫度的升高是瞬時(shí)的，因此可使被提取成
分的生物活性保持不變。此外,超聲波的一些次級(jí)效應(yīng)，如乳化、擴(kuò)散、擊碎、化學(xué)效應(yīng)等也促進(jìn)了生物體中有效成分的溶解、擴(kuò)散和與溶劑的充分混合。
2：微波協(xié)助溶劑提取法(microwave assisted extraction, MAE)
MAE技術(shù)是在傳統(tǒng)有機(jī)溶劑萃取技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一-項(xiàng)新型萃取技術(shù)。自20世紀(jì)50年代在美國取得第個(gè)利用微波加熱 食品的專 利后，微波在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用受到了人們的廣泛關(guān)注，其中一個(gè)誘人的應(yīng)用就是利用微波提取天然產(chǎn)物。MAE應(yīng)用于天然產(chǎn)物提取的第一“ 篇文獻(xiàn)發(fā)表于1986年,Gendye等最先用于試驗(yàn)的是普通的家用微波爐,通過選擇功率檔、作用時(shí)間和溶劑類型，用短短幾分鐘的時(shí)間完成了傳統(tǒng)萃取方法要幾個(gè)小時(shí)才能完成的萃取工作。目前,已經(jīng)有了用于分析樣品前處理(微波萃取)的商業(yè)化設(shè)備。世界兩大微波設(shè)備公司，美國的CEM公司和意大利的Milestone 公司均生產(chǎn)適用于消解、萃取和有機(jī)合成的系列微波產(chǎn)品。20世紀(jì)90年代初，加拿大環(huán)境保護(hù)署和CWT-RAN In-ternational公司合作開發(fā)出微波萃取系統(tǒng)MAP( microwave assisted extraction process),并于1992年開始陸續(xù)取得了美國、墨西哥、日本、西歐和韓國的專利許可。該系統(tǒng)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于香料、調(diào)味品天然色素、中草藥和化妝品等領(lǐng)域。
微波提取主要是利用微波強(qiáng)烈的熱效應(yīng),但微波加熱方式不同于傳統(tǒng)的加熱方式。在傳統(tǒng)的加熱方式中，容器壁大多由熱的不良導(dǎo)體制成,熱由器壁傳導(dǎo)至溶液內(nèi)部需要一定的時(shí)間。此外,液體表面氣化而引起的對(duì)流傳熱將形成自內(nèi)而外的溫度梯度,因而僅一-小部分液體與外界溫度相當(dāng)。而微波加熱是個(gè)內(nèi)部加熱過程，它 不同于普通的外加熱方式將熱量由外向內(nèi)傳遞，而是同時(shí)直接作用于內(nèi)部和外部的介質(zhì)分子，使整個(gè)物料被同時(shí)加熱，即為“體加熱”過程，從而可克服傳統(tǒng)的傳導(dǎo)式加熱方式所存在的溫度上升較慢的缺陷。物質(zhì)不同其介電常數(shù)必然有所不同，在受到微波作用時(shí)對(duì)微波的敏感性必然不同，對(duì)微波能的吸收程度不同，因而產(chǎn)生的熱量以及傳遞給其周圍其他物質(zhì)的熱量也必然有所差異。微波輔助提取過程中，在選用非極性分子作為溶劑時(shí),由于非極性分子的介電常數(shù)較小等原因,這時(shí)提取劑對(duì)微波來說是透明的，微波可以直接到達(dá)被提取物料內(nèi)部，對(duì)微波敏感性的差異使得物料內(nèi)部的某些目標(biāo)成分被選擇性加熱，從而使得目標(biāo)成分物質(zhì)從體系中分離出來。
微波提取離不開合適的溶劑,因此微波提取可作為溶劑提取的輔助措施。采用微波協(xié)助提取，可以使溶劑提取過程更為有效。當(dāng)被提取物和溶劑共處于快速振動(dòng)的微波電磁場(chǎng)中時(shí)，目標(biāo)組分的分子在高頻電磁波的作用下，以每秒數(shù)十億次的高速振動(dòng)產(chǎn)生熱能，使分子本身獲得巨大的能量而得以掙脫周圍環(huán)境的束縛。當(dāng)環(huán)境存在一定的濃度 差時(shí)，即可在非常短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)分子自內(nèi)向外的遷移，這就是微波可在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到提取目的的原因。微波能是種能量形式， 它在傳輸過程中可對(duì)許多由極性分子組成的物質(zhì)產(chǎn)生作用，使其中的極性分子產(chǎn)生瞬時(shí)極化并迅速生成大量熱能,導(dǎo)致細(xì)胞破裂。從原理上說，傳統(tǒng)的溶劑提取法如浸漬法、滲漉法、回流提取法連續(xù)回流提取法等均可采用微波進(jìn)行協(xié)助提取以提高效率。
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