●植物萃取制備成藥已經(jīng)成為植物藥廠的重要組成部分
●萃取工藝直接關(guān)系到保健食品功能因子的析出和預(yù)防效果
●微波萃取比傳統(tǒng)熱萃取節(jié)省50%~90%的時間
●微波萃取可廣泛用于保健食品、功能食品、中草藥、高黏度殼聚糖等行業(yè)
在中國保健食品發(fā)展的過程中,尋找保健食品的功能因子,讓食品原料中的功效成分有效高效析出,是保健食品功效品質(zhì)提升的關(guān)鍵。藥用植物是保健食品的重要原料,植物萃取制備成藥的工序已經(jīng)成為植物藥廠生產(chǎn)的重要組成部分。萃取技術(shù)是否先進(jìn),萃取工藝合理與否,直接關(guān)系到生產(chǎn)的物耗、能耗,更關(guān)系到成品的質(zhì)量和療效。微波萃取作為一種頗具發(fā)展?jié)摿Φ男碌妮腿〖夹g(shù),成為保健食品行業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的新契機。
傳統(tǒng)萃取缺陷
傳統(tǒng)萃取工藝主要采用水或其他有機溶劑作為介質(zhì),其微觀過程可以用傳熱、傳質(zhì)、動量傳遞來描述。由于很多有效的組分都在植物細(xì)胞內(nèi)部,因此在植物的浸提過程中,其傳質(zhì)速率是很慢的,一般需要5~6個小時,甚至更長的時間。
化學(xué)溶劑萃取法耗能大、耗材多、耗時長,提取效率低,工業(yè)污染大。超臨界流體萃取在提取效率上得到很大的提高,但其方法要求的裝備復(fù)雜,溶劑選擇范圍窄,需要高壓容器和高壓泵等,投資成本高,建立大規(guī)模提取生產(chǎn)線有工程難度。
微波萃取優(yōu)勢
微波萃取技術(shù)與其他現(xiàn)有的萃取技術(shù)相比有明顯的優(yōu)勢。微波萃取通過偶極子旋轉(zhuǎn)和離子傳導(dǎo)兩種方式里外同時加熱,較傳統(tǒng)熱提取(熱傳導(dǎo))方法而言,具有以下優(yōu)勢:
1.提取質(zhì)量高,可有效地保護(hù)食品、藥品及其他化工物料中的功能成分。
2.提取物的萃取率高,具有很高選擇性,純度高。
3.省時節(jié)能,可節(jié)省50%~90%的時間,能耗小。
4.溶劑用量少,易于后處理工序。
5.生產(chǎn)線組成簡單,節(jié)省投資。
國外有關(guān)科研人員研究了從植物樣品中微波輔助提取多種某藥劑的適用性。在10min微波照射,50%最大功率的優(yōu)化條件下,微波萃取與傳統(tǒng)的超臨界萃取(SFE)該藥劑的回收率無多大差別,但明顯節(jié)省溶劑和時間,且可同時處理多個樣品。同時研究表明,微波提取的最佳回收率與提取溫度,植物樣品的基體及藥劑類型密切相關(guān),針對不同的樣品,不同的藥物,采用相應(yīng)的提取溫度及時間,獲得比超臨界萃取高的回收率是完全可行的。
傳統(tǒng)萃取與微波萃取的回收率與時間的比較表
化合物 回收率/% 所需時間
傳統(tǒng) 微波 傳統(tǒng) 微波
天然脂肪(食物) 100 98 >3h <5min
蠶豆中抗?fàn)I養(yǎng)成分 40 100 ≥3h <5min
土壤中農(nóng)藥殘留 90 100 <1.5h <1min
微波萃取應(yīng)用
微波萃取效率高、純度高、能耗小、產(chǎn)生廢物少、操作費用少、符合環(huán)境保護(hù)要求,可廣泛用于中草藥、保健食品、香料、化妝品、茶飲料、果膠、高黏度殼聚糖等行業(yè)。目前我國微波萃取工藝已經(jīng)用于多項中草藥的浸取生產(chǎn)線之中,如葛根、茶葉、銀杏等,用大生產(chǎn)線在薄荷、海藻中提取有效物質(zhì)也獲得成功。
微波提取的效率高,在保健食品健康食品中可廣泛應(yīng)用,如薯根、茶葉中的茶多酚,銀杏、羽扇豆中的生物堿,N-雜多環(huán)抗凝血劑等都可提取。
1.可萃取茶多酚:據(jù)研究報道,茶多酚具有清除自由基、抗氧化、抗衰老、防輻射、降低血脂和膽固醇、抗動脈粥樣硬化及抑菌作用。
2.可萃取咖啡堿:在茶葉中約含2%左右的咖啡堿,對人體具有強心、利尿、解毒等生理作用和保健作用。
3.可萃取茶多糖:酸性糖蛋白,具有降血糖、抗炎、抗凝、抗血栓、抗輻射等藥理作用。
4.可提取花生殼中的天然黃色素。加工食品后的花生殼,除少部分作為造紙或生產(chǎn)化工產(chǎn)品原料被利用外,更多作為燃料或被丟棄。利用花生殼提取天然黃色素,作為食品添加劑,具有重要的開發(fā)利用價值。
5.從葡萄子中提取維生素E。葡萄子是釀酒工業(yè)殘渣的主要成分,從葡萄子中可提取出大量有營養(yǎng)價值的產(chǎn)品和功能型食品,其中維生素E是最有效的脂溶性抗氧化劑,對治療心血管疾病有明顯作用,并可作為潛在的抗致癌劑和降低血液中膽固醇的物質(zhì)。該領(lǐng)域研究越來越受到科學(xué)家、營養(yǎng)學(xué)家、流行病學(xué)醫(yī)生的關(guān)注。
微波萃取設(shè)備分類
用于微波萃取的設(shè)備分為兩類:一類為微波提取罐;另一類為連續(xù)動態(tài)提取。兩者主要區(qū)別一個是分批處理物料,其生產(chǎn)形式為間斷性,一批一批處理;另一個是物料連續(xù)不斷地進(jìn)入微波場處理,可不間斷生產(chǎn),使用頻率有2450MHg和9.5MHg。
南京三樂微波技術(shù)發(fā)展有限公司已研制出兩大系列微波提取設(shè)備。微波功率從1KW~100KW,容積從0.01立方米到5立方米,萃取溶劑可以是水、甲醇、乙醇、丙醇、乙醚、丙酮等強極性溶劑。根據(jù)不同物料與工藝,也可以使用弱極性溶劑。經(jīng)多家食品生產(chǎn)廠家和制藥廠家應(yīng)用,效果良好。該系列產(chǎn)品性能穩(wěn)定,自動化程度高,環(huán)境適應(yīng)性強,操作簡單,并符合GMP標(biāo)準(zhǔn)。該系列設(shè)備微波泄漏指標(biāo)低于1mw/cm2,與歐美指標(biāo)接軌。可實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn),目前已有許多廠家使用。
微波萃取工藝流程
微波萃取罐主要由幾部分組成:內(nèi)萃取腔、進(jìn)液口、回流口、攪拌裝置、微波加熱腔、排料裝置、微波源、微波抑制器等。其工藝流程大體是這樣的:選料———清洗———粉碎———微波萃取———分離———濃縮———干燥———粉化———產(chǎn)品。
微波萃取技術(shù)作為一項新技術(shù),其工藝和裝備仍有許多地方需要不斷提高和完善。微波萃取技術(shù)是一項集微波學(xué)、機械學(xué)、化學(xué)工程(包括制藥工程、食品工程)學(xué)于一體的綜合技術(shù),需要各方面的通力合作,才能推動這項技術(shù)快速發(fā)展。
微波萃取機理
一方面在微波輻射過程中,高光率的電磁波穿透被提取介質(zhì)內(nèi)部維管束和 腺胞系統(tǒng)。由于吸收微波能,細(xì)胞內(nèi)部溫度迅速上升,使其細(xì)胞收購價部壓力超過細(xì)胞壁膨脹承受能力、細(xì)胞破裂。細(xì)胞內(nèi)有效成分自由流出,能夠在較低溫度條件下萃取介質(zhì)捕獲并溶解,進(jìn)一步過濾并分離,便可獲得提取物。
另一方面,微波產(chǎn)生的電磁能量加速被萃取部分的有效成分向萃取溶劑界面擴散,用水體溶劑時,水分子受微波作用高速轉(zhuǎn)動成為激發(fā)態(tài),這種高能量不穩(wěn)定狀態(tài),加強萃取組成分的驅(qū)動力所釋放的能量傳遞給其他物質(zhì)分子,加速其熱運動,縮短萃取組分子由物樣內(nèi)部擴散到萃取溶劑界時間,使萃取速率提高數(shù)倍,同時還降低了萃取溫度,提高萃取質(zhì)量。