是利用
微波能进行物质
萃取的一种新发展起来的技术,是使用适合的溶剂在
微波反应器中从天然植物、矿物或动物组织中提取各种化学成分的技术和方法。
微波萃取特点
快速高效
样品及
溶剂中的偶极分子在高频微波能的作用下,产生偶极涡流、离子传导和高频率摩擦,从而在短时间内产生大量的热量。偶极分子旋转导致的弱氢键破裂、离子迁移等加速了溶剂分子对样品基体的渗透,待萃取成分很快溶剂化,使微波萃取时间显著缩短。
加热均匀
微波加热是通过体加热进行的.形成独特的物料受热方式,使整个样品被加热,无温度梯度,具有加热均匀的优点。由于消除了物料内的热梯度,从而使提取质量大大提高,有效地保护食品、药品及其他化工物料中的功能成分。
选择性
由于不同化合物具有不同的介电常数,所以微波萃取具有选择性加热的特点。溶质和溶剂的极性越大,对微波能的吸收越大,升温越快,萃取速度增大;而对于
非极性溶剂,微波几乎不起加热作用。所以,在选择萃取剂时一定要考虑到溶剂的极性,以达到最佳效果。
生物效应(非热特性)
由于大多数生物体含有极性水分子,所以在微波场的作用下引起强烈的极性振荡,容易导致细胞
分子间氢键断裂,细胞膜结构被电击穿、破裂,进而促进基体的渗透和待提取成分的溶剂化。此外,微波萃取还可实现时间、温度、压力控制,保证在萃取过程中有机物不发生分解。因此,利用微波辅助提取从生物基体萃取待萃取的成分时,在热与非热效应的协同作用下,更能提高萃取效率。
节省溶剂
与其他萃取方法相比,微波萃取能减少萃取试剂的消耗,微波萃取可以多种样品在相同条件下同时萃取。用于生产过程时,溶剂用量较常规方法可减少50%~90%。
工艺简单、节省投资
由于微波设备是用电的设备,不需配备锅炉;微波属体加热,提取时同样的原料、同样的效率下,用常规方法需两三次提取的,微波一次提取即可。提取的时间大大节省、工艺流程大大简化。微波提取没有热惯性,易控制,所有参数均可数据化,并和制药现代化接轨。
应用面广
由于提取温度低,不易糊化.分离容易,后处理方便。
过程
工艺流程
微波辅助提取主要经过选料、清洗、粉碎、微波萃取、分离、浓缩、干燥等步骤获得产品。
影响因素
(1)溶剂的选择
由于不同物质具有不同的介电常数.所以萃取溶剂的选择非常重要。必须考虑以下几个方面:①溶剂必须对微波透明或半透明,而且具有一定的极性;②溶剂对待分离成分有较强的溶解能力,而对萃取成分的后续工干扰较少;③萃取溶剂的沸点应高一些。一般常用的萃取溶剂有正己烷、
二氯甲烷、甲醇、乙醇等。
萃取溶剂具有一定的极性,这是微波萃取必需的条件。但是如果萃取溶剂为甲苯、正己烷等
非极性溶剂时,必须加入一种极性溶剂,以增加萃取溶剂体系的介电常数.目前已报道的溶剂有丙酮、水。因此,萃取溶剂可以为一元体系、二元体系.也可以是多元体系,对于某一具体样品的萃取体系而言,要根据样品的性质、萃取目标物的性质和预实验决定。
(2)液固比
液固比是提取过程中的一个重要因素.主要表现在影响固相和液相问的浓度差,即传质推动力。液固比的提高必然会在较大程度上提高传质推动力,但萃取液体积过大,会增加后续处理的负担。
微波萃取时间与被萃取样品量、溶剂体积和加热功率有关。与传统萃取方法相比,微波萃取的时间较短,一般情况10~15min已经足够,有时甚至更短,如从食品中萃取氨基酸成分时,萃取效率并没有随萃取时间的延长而提高,尽管连续的辐照并不会引起氨基酸的降解或成分破坏。
(4)微波辐射功率
微波辐射条件包括微波辐射频率、功率和辐射时间.它们对萃取效率具有一定的影响。不同的萃取目的采用不同微波辐射条件。
(5)破碎度
和传统提取一样,被提取物经过适当破碎后可以增大接触面积.有利于提取的进行。但通常情况下传统提取不把物料破碎得太小,一方面会使杂质增加溶出.另一方面会给后续过滤带来困难。同时,将近100℃的提取温度会使物料中的淀粉成分糊化,提取液变得黏稠,增加了后续分离的难度和溶剂的黏附耗损。
(6)物料中的水分或湿度的影响
因为水分能有效吸收微波能而产生温度差,所以待处理物料中含水量的高低对萃取收率的影响很大。对于不含水分的物料,可采取增湿的方法,使其具有适当的水分,以吸收微波能。
(7)影响微波萃取(强化)的其他因素
从固体或半固体样品中进行萃取是一个复杂的过程,该过程可简化为五步:①目标物从物料基体的活性点解吸;②目标物扩散到整个物料基体;③目标物在萃取溶剂中的溶解;④目标物在溶剂中扩散;⑤目标物的收集。因此,目标物有效的萃取不仅与溶剂有关,而且与物料基体的性质有关。
应用
应用微波可以从污染土壤中提取有机化合物。
应用微波可辅助从植物原料、食物等中提取多种类型的化合物。