專利名稱：：利用微波輻射的快速提取方法
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：本發(fā)明涉及一種利用微波處理以縮短提取時間、甚至提升提取量并減少提取溶劑使用量的方法。背景技水在高度重視速度與效率的今天，高效、簡便的提取方法已成為重要研究方向。目前廣泛利用的提取方法包括索氏提取法、超聲波提取法、超臨界提取法等方法。這些提取方法在不同的提取原料和樣品上都有它們擅長的地方。然而，索氏提取法和超聲波提取法均需要使用大量溶劑并耗費(fèi)較長時間；超臨界提取法所需的時間和溶劑雖然較少，但其設(shè)備較復(fù)雜，操作成本較高，因而其應(yīng)用也受到限制。微波提取法早期運(yùn)用于微量元素或環(huán)境污染物中金屬元素的提取。楊素真等人(興大工程學(xué)刊，第14巻，第1期，第39-40頁，2003年)、王敏晶等人(吉林大學(xué)學(xué)報，第42巻，第2期，第278-282頁(2004))和K.Oksana等人(OrganicGeochemistry,34，1517-1523(2003))將微波技術(shù)應(yīng)用于食品的提取。US2004/0187340、US7,001,629和Vongsangnak等人(/owAvwZo/C/ramatogra/7/^v4，1054(2004)95-111)所揭示的裝置和方法均單純用微波取代傳統(tǒng)提取過程中的熱源，以改善一般加熱過程中由于熱傳導(dǎo)(即熱輻射)所造成的熱量損失，進(jìn)而提升加熱效率。然而，上述技術(shù)均無法解決傳統(tǒng)提取方法中耗時、操作復(fù)雜和需要使用大量溶劑等缺點(diǎn)。因而，目前仍需要針對傳統(tǒng)提取方法中的缺點(diǎn)提供更有效率的方法。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)在提取前先用微波處理待提取物，可大幅縮短提取時間，甚至可提升提取量，并可減少提取溶劑的使用量。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種利用微波預(yù)處理來縮短提取時間的方法。本發(fā)明的方法可進(jìn)而提升提取量，甚至減少提取溶劑使用量。由于微波具有穿透特性，因而可直接對物品內(nèi)部提供熱能，并使其中的成分因吸收能量而被活化，進(jìn)而加快提取速率。本發(fā)明的方法與傳統(tǒng)的提取方法相比，由于提取速率較高，因而可在較短時間內(nèi)和較少提取溶劑下獲得所希望的提取物。如果需要配合加熱，又由于提取溶劑體積的減少，那么可加快加熱速率且縮短加熱時間，以防止過長的加熱時間導(dǎo)致化合物的氧化或降解，因而可進(jìn)一步提升提取效果。無具體實(shí)施方式本發(fā)明提供一種利用微波預(yù)處理來縮短提取時間并提升提取速率的方法，其特征在于在將提取原料與提取溶劑接觸之前，先用微波輻射來處理提取原料。本發(fā)明中的"提取原料"指的是用于提取的原料，其包括非生物性材料和經(jīng)干燥處理或未經(jīng)干燥處理的生物性材料，其中非生物性材料包括(但不限于)礦物(如礦石)、土壤或人工合成物質(zhì)(如高分子聚合物和塑料制品等)，其優(yōu)選為礦物或土壤；而生物性材料包括(但不限于)動物樣本、植物樣本或微生物(如細(xì)菌、蕈類、真菌和放線菌)培養(yǎng)物，其優(yōu)選為植物樣本，所述植物樣本可為任何可從中獲得希望成分(如藥物活性成分、香料、食用油、維生素和氨基酸等)的植物樣本，例如中草藥材(如車前草、荷葉、五味子、靈芝、紅景天、四物和混合藥材等)、果實(shí)、花朵(如玫瑰花、熏衣草、茶樹花、洛神花、金盞花和洋甘菊等)、米糠和種子(如黃豆(又稱大豆)、花生、芝麻、油菜籽、椰子和棕櫚、葵花子、玉米、水飛薊和稻米等)。本發(fā)明所使用的"微波"指的是頻譜范圍介于無線電波與紅外線之間的電磁波，其頻率范圍為約300MHz到約300GHz之間，優(yōu)選為915MHz和2450MHz。本發(fā)明方法中的"輻射"指的是將提取原料暴露在含有微波的環(huán)境中，其中微波輻射的功率和時間可依據(jù)提取原料的種類和重量以及所希望的提取成分的種類作適當(dāng)調(diào)整。適用于本發(fā)明方法的微波輻射功率優(yōu)選為約l到約100瓦/克提取原料，更優(yōu)選為約l到約20瓦/克提取原料，最優(yōu)選為約5到約10瓦/克提取原料；微波輻射時間優(yōu)選為約l到約60分鐘，更優(yōu)選為約1到約30分鐘，最優(yōu)選為約1到約1.5分鐘。本發(fā)明方法中的"提取溶劑"包括各種常規(guī)上用于提取的有機(jī)和無機(jī)液體。所述提取溶劑種類可依據(jù)提取原料的種類和所希望的提取成分的種類作適當(dāng)調(diào)整。適用于本發(fā)明方法的優(yōu)選提取溶劑為水、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、正己垸、丙酮、四氫呋喃(tetrahydrofuran)或其混合物，更優(yōu)選為水、甲醇、乙醇、正己垸、丙酮或其混合物，最優(yōu)選為水、乙醇或正己垸。提取原料與所述提取溶劑的重量比可依據(jù)提取原料的種類和所希望的提取成分的種類作適當(dāng)調(diào)整，而適用于本發(fā)明方法的優(yōu)選重量比(提取原料:提取溶劑)為約1:0.5到約1:10，更優(yōu)選為約l:4到約1:10，最優(yōu)選為約l:8到約1:10。在本發(fā)明的方法中，提取原料可視情況先與潤濕溶劑接觸，再用微波輻射處理。所述潤濕溶劑可為任何常規(guī)上用于提取的有機(jī)或無機(jī)液體。所述潤濕溶劑種類可依據(jù)提取原料的種類和所希望的提取成分的種類作適當(dāng)調(diào)整。適用于本發(fā)明方法的優(yōu)選濕潤溶劑為水、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、正己垸、硝酸或其混合物，更優(yōu)選為水、甲醇、乙醇、正己垸或硝酸，最優(yōu)選為水。所述潤濕溶劑與所述提取溶劑可以是相同的或不相同的。提取原料與所述潤濕溶劑的重量比可依據(jù)提取原料的種類和所希望的提取成分的種類作適當(dāng)調(diào)整，而適用于本發(fā)明方法的優(yōu)選重量比(提取原料:潤濕溶劑)為約1:0.2到約1:5，其更優(yōu)選為約l:0.5到約1:4，最優(yōu)選為約l:l到約l:3。本發(fā)明提取方法中的提取原料與提取溶劑接觸后，可視需要與各種常規(guī)提取方法結(jié)合以進(jìn)一步提升提取率，其中所述常規(guī)提取方法包括(但不限于)攪拌提取、加熱提取、索氏提取法、超聲波提取、超臨界提取法、酶提取法、半仿生提取法或其組合。下列實(shí)施例用于對本發(fā)明作進(jìn)一步例示說明，但并非用以限制本發(fā)明，任何本發(fā)明所屬
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中具有通常知識者根據(jù)本發(fā)明說明書的教示而達(dá)成的修飾和應(yīng)用均屬于本發(fā)明的范圍。實(shí)驗(yàn)方法1.微波預(yù)處理法將經(jīng)干燥或未經(jīng)干燥的提取原料粉碎后，視情況加入潤濕溶劑，以不同的功率和時間進(jìn)行微波輻射，再加入提取溶劑進(jìn)行短暫時間的攪拌(加熱/不加熱)后，將提取溶劑進(jìn)行過濾并濃縮干燥，以得到干燥的提取物。2.攪拌提取法將經(jīng)干燥或未經(jīng)干燥的提取原料粉碎后，加入10倍于提取原料(重量/重量)的提取溶劑，在加熱回流一段時間之后，對提取溶劑進(jìn)行過濾并濃縮干燥，以得到干燥的提取物。3.超聲波提取法將經(jīng)干燥或未經(jīng)干燥的提取原料粉碎后，加入10倍于提取原料(重量/重量)的提取溶劑，再用超聲波提取裝置震蕩一段時間后(過程中不計算溫度變化)，對提取溶劑進(jìn)行過濾并濃縮干燥，以得到干燥的提取物。如果未特定說明，那么實(shí)驗(yàn)中所添加的提取原料/提取溶劑和提取原料/潤濕溶劑的比例均為重量比。機(jī)械設(shè)備1.微波處理器MilestoneMicrosynth'ATC-FO300CEMDiscover2.超聲波產(chǎn)生器BandelinSonorexDigital1OP3.分光光度計BeckmanCoulterDU8004.高效液相層析儀(HPLC):AmershamBiosciences900系歹U，分析柱Luna5uC18(2)100A(PhenomeneCo,,American)實(shí)例l:車前草,表l顯示車前草經(jīng)不同提取方法處理后，從每公斤車前草所提取出的烏蘇酸的量。車前草中烏蘇酸的量是將定量提取物溶解后用HPLC進(jìn)行分析的，其中用UV檢測器檢測樣品在205nm處的吸光值，移動相采用梯度方式，初始濃度為50%甲醇，流速為l毫升/分鐘，流洗68分鐘，最后濃度為100%甲醇。提取物中烏蘇酸的含量是在與標(biāo)準(zhǔn)品比對之后計算得到的。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>如表1所示，由于烏蘇酸是醇溶性的，其用酒精作為提取溶劑的效果較好，因而不論是以熱回流提取還是超聲波提取，當(dāng)提取溶劑為酒精(實(shí)驗(yàn)l-3、1-4)時，其所提取出的烏蘇酸含量均高于提取溶劑為水(實(shí)驗(yàn)l-l、1-2)時的烏蘇酸含量，其中用酒精熱回流提取(實(shí)驗(yàn)l-3)的效果較好。然而，實(shí)驗(yàn)l-5的結(jié)果顯示，將提取原料以l:l水潤濕再用25瓦微波輻射1分鐘后，用酒精攪拌提取5分鐘所得的烏蘇酸的量甚至比酒精熱回流提取(實(shí)驗(yàn)l-3)的還要高。再者，微波預(yù)處理法僅進(jìn)行1分鐘的微波輻射再用酒精提取5分鐘，與實(shí)驗(yàn)l-3歷經(jīng)2小時的長時間提取相比，本發(fā)明的方法不僅可節(jié)省提取時間，更可由于縮短加熱時間而達(dá)到節(jié)省能源的目的。實(shí)例2:荷葉表2顯示荷葉經(jīng)不同提取方法處理后，從每公斤荷葉所提取出的荷葉堿的量。荷葉中荷葉堿的量是將定量提取物溶解后用HPLC進(jìn)行分析的，其中用UV檢測器檢測樣品在265nm處的吸光值，移動相采用梯度方式，初始濃度為100%水，流速為l毫升/分鐘，流洗20分鐘，最后濃度為100%甲醇。提取物中荷葉堿含量是用荷葉堿的HPLC曲線下面積(AreaUnderCurve,AUC)表示的。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>荷葉堿為水溶性物質(zhì)，因而用水作為提取溶劑的效果較好。由實(shí)驗(yàn)2-l與2-2發(fā)現(xiàn)，在相同條件下，分別用酒精與水作為提取溶劑時，其提取效果的差異非常大。實(shí)驗(yàn)2-3以l:3水潤濕，微波輻射50瓦1分鐘后，再用水?dāng)嚢?分鐘(不加熱)，雖然所得荷葉堿的量與實(shí)驗(yàn)2-2熱回流法相當(dāng)，但可大幅縮短提取時間，又由于不需要長時間加熱的步驟，也可節(jié)省能源。從實(shí)驗(yàn)2-4進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在微波預(yù)處理法與加熱提取法組合之后，可大幅提升荷葉堿的提取量。實(shí)例3:五味子表3顯示五味子經(jīng)不同提取方法處理后，從每公斤五味子所提取出的五味子素的量。五味子中的五味子素的量是將定量提取物溶解后用HPLC進(jìn)行分析的，其中用UV檢測器檢測樣品在280nm處的吸光值，移動相采用三段梯度方式，初始濃度為60%甲醇，流速為l毫升/分鐘，流洗20分鐘，再以梯度方式提高甲醇濃度到100%，之后維持100%甲醇流洗12分鐘，再經(jīng)12分鐘流洗，以梯度方式將甲醇濃度降低到60%，最終濃度回到60%甲醇。提取物中五味子素的含量是與標(biāo)準(zhǔn)品比對之后通過計算得到的。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>五味子中所含的五味子素是油溶性的，實(shí)驗(yàn)3-l和3-2用高極性提取溶劑(如水和酒精)提取的效果與實(shí)驗(yàn)3-4用正己烷為提取溶劑的效果相比，其提取量較不好。實(shí)驗(yàn)3-3先將五味子干燥粉末以l:1.4水潤濕，經(jīng)微波輻射100瓦1分鐘后，再用酒精攪拌(不加熱)5分鐘其結(jié)果發(fā)現(xiàn)五味子素的提取量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同樣用酒精為提取溶劑的熱回流提取的量。另外，實(shí)驗(yàn)3-3微波預(yù)處理法的提取量也高于實(shí)驗(yàn)3-4用正己垸作為提取溶劑的提取量。實(shí)驗(yàn)3-5先將五味子干燥粉末在未濕潤下以10瓦微波輻射進(jìn)行輻射l分鐘，再用正己烷攪拌(不加熱)5分鐘，其提取量也比實(shí)驗(yàn)3-4只用正己烷提取的提取量高。實(shí)例4:玫瑰表4顯示玫瑰經(jīng)不同提取方法處理后所得的提取率。玫瑰提取物的提取率指的是提取物與提取原料的重量比。表4實(shí)驗(yàn)提取條件提取率(％)4-1IO倍水熱回流IOO'C提取兩小時27.34-21:3水潤濕、微波輻射25瓦1分鐘再用10倍水不加熱攪拌5分鐘27.64-31:3水潤濕、微波輻射50瓦1分鐘再用10倍水37。C下攪拌5分鐘28.24-41:3水潤濕、微波輻射25瓦1分鐘再用10倍水65'C下攪拌5分鐘29.8表4的結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)4-l熱回流提取與實(shí)驗(yàn)4-2、4-3和4-4的微波預(yù)處理法的提取率相當(dāng)，但微波預(yù)處理法不僅提取時間相對短許多，且可在不需要高溫加熱從而防止高溫導(dǎo)致化合物的氧化或降解的條件下獲得相當(dāng)量的提取物。實(shí)例5:米糠油米糠油又稱為"心臟油"，主要是因?yàn)槊卓酚椭泻?0%以上的不飽和脂肪酸和72%高濃度的中性洗劑纖維，除此之外，由于米糠油含有高量脂溶性維生素A、D、E、K，更是美容保養(yǎng)品的絕佳提取原料，因而可用于制造洗發(fā)精、米糠霜和米糠香皂等。表5顯示米糠經(jīng)不同提取方法處理后所得的米糠油提取率。米糠油的提取率指的是提取物(米糠油)與提取原料(米糠)的重量比。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表5的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)5-l攪拌提取4小時與實(shí)驗(yàn)5-2超聲波提取l小時所得到的米糠油提取率相當(dāng)；而使用微波預(yù)處理法，不論是提取原料未預(yù)先經(jīng)潤濕(實(shí)驗(yàn)5-3)還是預(yù)先經(jīng)潤濕(實(shí)驗(yàn)5-4)，其提取率均高于實(shí)驗(yàn)5-l和5-2的提取率。一般來說，攪拌提取的時間越長，米糠油的提取率也越高。而從表5可發(fā)現(xiàn)微波預(yù)處理法可在短時間內(nèi)達(dá)成較高的提取率。本發(fā)明的方法甚至可應(yīng)用于黃豆(又稱大豆)油、花生油、芝麻油、油菜籽油、椰子油和棕櫚油、葵花子油、玉米油等植物油的提取。雖然本發(fā)明以優(yōu)選實(shí)施例揭示如上，然而其并非用以限制本發(fā)明，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可作出改動和潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以所附權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。權(quán)利要求1.一種提取方法，其包括將提取原料與提取溶劑接觸的步驟，其改進(jìn)在于在所述提取原料與所述提取溶劑接觸之前，先用微波輻射所述提取原料。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述提取原料為非生物性材料或生物性材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述非生物性材料為礦物、土壤或人工合成物質(zhì)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述生物性材料為動物樣本、植物樣本或微生物培養(yǎng)物。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述植物樣本為中草藥材、果實(shí)、花朵或種子。6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述微波輻射的功率為約l到約100瓦/克。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述微波輻射s的功率為約l到約20瓦/克。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述微波輻射的功率為約5到約10瓦/克。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述微波輻射的時間為約1到約60分鐘。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述微波輻射的時間為約1到約30分鐘。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述微波輻射的時間為約1到約1.5分鐘。12.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述提取溶劑為有機(jī)或無機(jī)液體。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述提取溶劑為水、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、正己垸、丙酮、四氫呋喃或其混合物。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述提取溶劑為水、甲醇、乙醇、正己垸、丙酮或其混合物。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述提取溶劑為水、乙醇或正己烷。16.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述提取原料與所述提取溶劑的重量比為約1:0.5到約1:10。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述提取原料與所述提取溶劑的重量比為約l:4到約l:10。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述提取原料與所述提取溶劑的重量比為約l:8到約l:10。19.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的方法，其視情況包括在進(jìn)行微波輻射之前先使所述提取原料與潤濕溶劑接觸的步驟。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述潤濕溶劑為有機(jī)或無機(jī)液體。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述潤濕溶劑選自水、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、正己烷、硝酸或其混合物。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述潤濕溶劑為水、甲醇、乙醇、正己垸或硝酸。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述潤濕溶劑為水。24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述提取原料與所述潤濕溶劑的重量比為約l:0.2到約1:5。25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述提取原料與所述潤濕溶劑的重量比為約1:0.5到約l:4。26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述提取原料與所述潤濕溶劑的重量比為約l:1到約l:3。27.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的方法，其中進(jìn)一步包含由攪拌提取、加熱提取、索氏提取法、超聲波提取、超臨界提取法、酶提取法、半仿生提取法和其組合所組成的群組的提取方法。全文摘要本發(fā)明提供一種快速提取方法，其中在溶劑提取過程之前用微波輻射來處理提取原料，以加快提取速度。文檔編號G01N1/44GK101290277SQ200710098189公開日2008年10月22日申請日期2007年4月20日優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日發(fā)明者楊炳輝,林福文,蔡維鐘,陳昭平,黃榮丞申請人:財團(tuán)法人食品工業(yè)發(fā)展研究所