微波萃取的原理、機理

微波萃取的原理是在微波場中，吸收微波能力的差異使得基體物質的某些區域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱，從而使得被萃取物質從基體或體系中分離，進入到介電常數較小、微波吸收能力相對差的萃取劑中；微波萃取具有設備簡單、適用范圍廣、萃取效率高、重現性好、節省時間、節省試劑、污染小等特點。目前，除主要用于環境樣品預處理外，還用于生化、食品、工業分析和天然產物提取等領域。

微波萃取的機理可從以下3個方面來分析：

①微波輻射過程是高頻電磁波穿透萃取介質到達物料內部的微管束和腺胞系統的過程。由于吸收了微波能，細胞內部的溫度將迅速上升，從而使細胞內部的壓力超過細胞壁膨脹所能承受的能力，結果細胞破裂，其內的有效成分自由流出，并在較低的溫度下溶解于萃取介質中。通過進一步的過濾和分離，即可獲得所需的萃取物。

②微波所產生的電磁場可加速被萃取組分的分子由固體內部向固液界面擴散的速率。例如，以水作溶劑時，在微波場的作用下，水分子由高速轉動狀態轉變為激發態，這是一種高能量的不穩定狀態。此時水分子或者汽化以加強萃取組分的驅動力，或者釋放出自身多余的能量回到基態，所釋放出的能量將傳遞給其他物質的分子，以加速其熱運動，從而縮短萃取組分的分子由固體內部擴散至固液界面的時間，結果使萃取速率提高數倍，并能降低萃取溫度，限度地保證萃取物的質量。

③由于微波的頻率與分子轉動的頻率相關連，因此微波能是一種由離子遷移和偶極子轉動而引起分子運動的非離子化輻射能，當它作用于分子時，可促進分子的轉動運動，若分子具有一定的極性，即可在微波場的作用下產生瞬時極化，并以24．5億次／s的速度作極性變換運動，從而產生鍵的振動、撕裂和粒子間的摩擦和碰撞，并迅速生成大量的熱能，促使細胞破裂，使細胞液溢出并擴散至溶劑中。在微波萃取中，吸收微波能力的差異可使基體物質的某些區域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱，從而使被萃取物質從基體或體系中分離，進入到具有較小介電常數、微波吸收能力相對較差的萃取溶劑中。

微波萃取的特點與相關應用

微波是指波長在1～1000mm、頻率在300～300000MHz的電磁波。它介于紅外線和無線電波之間。傳統萃取過程中的能量的累積和滲透過程以無規則的方式發生,萃取的選擇性差。有限的選擇性只能通過改變溶劑的性質或延長溶劑萃取的時間來獲得,前者由于同時受溶解能力和擴散系數的限制,選擇面很窄;后者則大大降低了萃取效率和速度。

微波加熱由于其特殊性,具有以下特點及相關應用：

1.高選擇性 因為微波只對極性分子進行選擇性加熱，整個萃取過程由微波輻射能穿透介質，到達物料的內部，使基質內部溫度迅速上升，增大萃取成分在介質中的溶解度，然后微波在產生的電磁場加速了目標物向溶劑的擴散，因此，對天然產物活性成分有很強的選擇性溶出，活性成分分子極性越強，選擇性越高。微波萃取過程的核心是一個解吸和擴散的串聯控制過程，解吸和擴散的快慢決定了萃取過程的速率。很多人把微波輔助強化萃取過程歸結為微波導致細胞破裂，實際上，細胞破裂主要是強化了有效成分的擴散。在其他量不變的情況下，隨著萃取時間和微波功率的增大，萃取濃度增大，即解吸量增大，并且開始時解吸量隨時間的增大迅速增大，隨后隨時間的增大趨于不變；解吸量隨著微波功率的增大而增大。另外，在微波場中，如果位移極化相同或位移極化相對轉向極化忽略不計，則極性分子物質比非極性分子物質獲得更多的能量，微波對極性分子物質的萃取更有效。焦淑清提到與傳統溶劑浸取法相比，微波技術萃取紅花羊蹄甲花中色素．具有省時、操作方便色素提取率高等特點；等用微波破細胞與溶劑提取相結合的方法提取高山紅景天愈傷組織中紅景天苷，將藥材經1分鐘微波處理后，室溫下水提取10分，可將紅景天苷充分提取出來，與傳統提取方法相比，前者具有時間短、不需加熱、提取液中雜質少等優點；等應用微波萃取葛根中的總黃酮、，結果表明提取效率明顯提高，提取時間明顯縮短，有效成分的得率顯著提高；等利用微波萃取技術提取山楂多糖，結果表明提取率可由傳統提取法的10．05％提高至16．07％ ，而提取時間則由3h縮短至20min；等利用微波萃取技術提取車前子多糖，并與水提法進行了對比，結果表明提取時間分別為65s、和30min，而提取率則分別為1．867％ 、1．764％ ，可見微波萃取法的提取時間最短，對目標物的選擇性即提取率。以乙醇為溶劑提取土茯苓總黃酮，通過提取時間、微波功率、乙醇濃度、固液比和提取溫度對土茯苓總黃酮提取率的影響，結果表明微波輔助提取土茯苓總黃酮的提取率為93．2％ ，比傳統加熱提取法高17．4％。

2.高效性 在同一對象提取中，采用傳統方法需要幾小時至十幾小時，而微波提取只需幾秒到幾分鐘即可完成，并且目標成分提取率更高，可見，微波提取速率提高了幾十至幾百倍，甚至幾千倍，大大縮短了萃取時間。對比試驗結果表明，與溶劑浸提法相比，微波法萃取紅花羊蹄甲花中色素的提取時間由20 h減少到30 s，色素含量接近，提取率有所提高；中提到該法與傳統浸取法相比，具有很大的*性，主要表現在節省提取時間、產品葉綠素提取率較傳統的提取方法提高20％左右。

3.節物、節能、環保的*性 微波萃取由于微波功率較小且輻射時間短，是傳統方法能耗的幾十分之一，甚至幾百乃至幾千分之幾。這是因為，微波浸取可以使固液浸取過程得到明顯的強化，它的浸取效率要比傳統方法的浸取效率高得多。另一方面它又由于受溶劑親和力的限制較小，可供選擇的溶劑較多，在選擇無毒或低毒溶劑的同時還可減少其用量。由此可見，該技術暨節約物耗、能耗，又做到綠色環保。用微波技術萃取熊果酸，大大縮短了萃取時間，節省溶劑，并且獲得較高的萃取得率中得到結論：微波萃取法和回流提取法提取鮮姜，提取得到的6-姜酚的含量是相近的，但是用微波萃取法得到的生姜提取物中6-姜酚的純度很高，而采用回流提取法提取所用的時間長、效率低、操作麻煩，得到的生姜提取物中6-姜酚的純度很低，雜質多。說明微波萃取法在提取效率和節能方面優于回流提取法。

4.加熱均勻 常規加熱，為提高加熱速度，就需要升高加熱溫度，容易產生外焦內生現象。微波加熱的物體各部位通常都能均勻滲透電磁波，產生熱量，因此均勻性大大改善。