專利名稱：：低溫真空微波輔助提取方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種低溫真空微波輔助提取方法，以及與該方法配套實(shí)施的低溫真空微波輔助提取裝置，能廣泛地適用于食品、醫(yī)藥及生物等領(lǐng)域中熱敏性、易失活或易氧化等不穩(wěn)定物質(zhì)的提取分離。
背景技術(shù)：
：微波輔助提取(Microwave-AssistedExtraction,MAE)是指利用微波輻射作用來實(shí)現(xiàn)固體樣品中目標(biāo)物的提取過程。它具有提取快速高效、溶劑用量少、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、環(huán)境和生物科學(xué)等領(lǐng)域。但是，在熱敏性、易氧化物質(zhì)、加熱易發(fā)生變性的物質(zhì)、揮發(fā)油成分以及易失活生物活性物質(zhì)提取時(shí)，一方面由于微波加熱速度快，溫度在極短的時(shí)間內(nèi)上升至提取溶劑的沸點(diǎn)附近，造成溶劑體系的過熱現(xiàn)象；另一方面，常用的微波輔助萃取體系無法有效減少空氣中氧氣等因素帶來的易氧化物質(zhì)的氧化損失，這些因素都影響不穩(wěn)定物質(zhì)的提取。集成微波輔助提取技術(shù)快速高效分離的優(yōu)勢和低溫真空提取技術(shù)低溫、少氧、細(xì)胞易于破壁的特點(diǎn)，將使這類問題得到解決。通過使用非極性溶劑或者在非極性溶劑中加入適當(dāng)?shù)臉O性溶劑可以減慢微波加熱速度，但非極性溶劑不吸收微波能，體系的溫度上升有限，同時(shí)很多物質(zhì)不溶于非極性溶劑；另一方面，采用外部強(qiáng)制冷手段雖然可使提取體系維持在低溫狀態(tài)，但本方法實(shí)際實(shí)施難度較大，同時(shí)難以控制溶劑體系內(nèi)部溫度，容易產(chǎn)生內(nèi)熱外冷現(xiàn)象。我們曾成功地采用真空微波輔助提取技術(shù)(VMAE)達(dá)到真空提取的目的，但不易靈活控制提取溫度。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一個(gè)目的是在于提供一種提取溫度和真空度均勻可控的低溫真空微波輔助提取方法，該低溫真空微波輔助提取方法既可實(shí)現(xiàn)在真空下低溫溶劑用量控制和循環(huán)提取，也可實(shí)現(xiàn)溶劑循環(huán)提取與其它分離分析儀器的在線聯(lián)用，達(dá)到熱敏性、易氧化、易失活天然產(chǎn)物或生物樣品中目標(biāo)組分高效快速提取分離或在線分析的目的。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供了一種實(shí)現(xiàn)該低溫真空微波輔助提取方法的提取裝置，該提取裝置結(jié)構(gòu)簡單，提取過程簡單、快速、高效，能廣泛地適用于醫(yī)藥、食品和生物領(lǐng)域中多種物質(zhì)的提取，特別是高溫下易發(fā)生分解或形態(tài)發(fā)生變化及易被氧化的無機(jī)、有機(jī)化合物，中草藥中穩(wěn)定性較差的有效成分及生命科學(xué)研究中易失活的生物活性物質(zhì)成分的提取。為了達(dá)到上述第一個(gè)技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種低溫真空微波輔助提取方法，包括以下步驟(1)將樣品和溶劑分別置于低溫提取罐和外部溶劑瓶，通過溶劑控制裝置控制溶劑的加入速度及其用量；(2)采用冷卻劑控制提取溶劑體系的溫度；(3)通過外部真空控制單元控制微波輔助提取體系的真空度。所述提取溶劑體系的溫度的控制方法是采用冷卻劑內(nèi)循環(huán)方式控制。所述提取溶劑體系的溫度的控制范圍為-4(TC4(rC。所述歩驟(3)中提取真空度的控制范圍為101.3kPa1.0kPa。所述冷卻劑包括(冰)水O(TC)、醇類(>-68°C)、正己烷(>-95°C)有機(jī)溶劑或液氮。通常，在實(shí)際工作時(shí)，還可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)溶劑在線或離線加入，調(diào)節(jié)低溫提取罐內(nèi)的溫度及選擇合適的真空度，從而實(shí)現(xiàn)低溫真空微波輔助提取。提取溫度、提取時(shí)間、提取體系的真空度、微波輻射強(qiáng)度，樣品量、溶劑的流入流出速度及其用量等參數(shù)可根據(jù)提取物的需要加以控制。為了達(dá)到上述第二個(gè)技術(shù)目的，本發(fā)明釆用的技術(shù)方案是一種低溫真空微波輔助提取裝置，包括微波爐、置于微波爐內(nèi)盛放樣品的低溫提取罐及置于微波爐外用于盛放容積的溶劑瓶，在溶劑瓶與低溫提取罐之間通過連接管連接有溶劑連續(xù)流動(dòng)控制裝置，該溶劑連續(xù)流動(dòng)控制裝置上還連接有外部冷凝管，所述外部冷凝管與低溫提取罐相連通，所述外部冷凝管上還連接有真空控制單元，所述低溫提取罐上連接有冷卻劑循環(huán)制冷系統(tǒng)。通常，所用的微波爐可以是家用微波爐或者專業(yè)微波萃取儀；所述真空控制單元可采用壓強(qiáng)>10kPa水泵或者壓強(qiáng)大于"kPa油泵或其他類型真空泵；所述提取罐的材料包括聚四氟乙烯和玻璃，該提取罐的容積范圍是50mL2000mL。所述低溫提取罐包括罐體、蓋設(shè)于罐體上方的蓋體，所述罐體內(nèi)設(shè)置有內(nèi)部冷卻管及罩設(shè)于內(nèi)部冷卻管外圍的過濾罩，所述蓋體上設(shè)有溶劑出口、外部冷凝管接入口、內(nèi)部冷卻管的出口及入口。所述提取罐內(nèi)的過濾杯或過濾罩材料為聚四氟乙烯或聚丙烯，篩網(wǎng)孔徑為0.08mm1.2mm。所述罐體內(nèi)還設(shè)置有機(jī)械攪拌裝置，所述蓋體上設(shè)置有供機(jī)械攪拌裝置穿過的預(yù)留開□。所述微波爐側(cè)壁上設(shè)置有溫度傳感器，所述蓋體上對應(yīng)設(shè)置有供該溫度傳感器的接入□。所述微波爐的底部還設(shè)置有磁力/機(jī)械轉(zhuǎn)換開關(guān)及攪拌轉(zhuǎn)速控制開關(guān)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(1)本發(fā)明所述的低溫真空微波輔助提取方法，既可實(shí)現(xiàn)在真空下低溫溶劑用量控制和循環(huán)提取，也可實(shí)現(xiàn)溶劑循環(huán)提取與其它分離分析儀器的在線聯(lián)用，達(dá)到熱敏性、易氧化、易失活天然產(chǎn)物或生物樣品中目標(biāo)組分高效快速提取分離或在線分析的目的。(2)本發(fā)明所述低溫真空微波輔助提取方法及裝置，操作過程簡單、快速、高效，能廣泛地適用于醫(yī)藥、食品和生物領(lǐng)域中多種物質(zhì)的提取，特別是高溫下易發(fā)生分解或形態(tài)發(fā)生變化及易被氧化的無機(jī)、有機(jī)化合物，中草藥中穩(wěn)定性較差的有效成分及生命科學(xué)研究中易失活的生物活性物質(zhì)成分的提取。圖1為本發(fā)明低溫真空微波輔助提取裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明中低溫真空微波輔助提取罐結(jié)構(gòu)示意圖3為分別采用低溫真空微波輔助提取(CVMAE)、真空微波輔助提取(VMAE)及微波輔助提取(MAE)方法提取圓椒中維生素C(Vc)的HPLC色譜圖。具體實(shí)施例方式下面參照附圖進(jìn)一歩對本發(fā)明進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不局限于該實(shí)施方式。如圖1所示，本發(fā)明所述的一種低溫真空微波輔助提取裝置，包括微波爐1、置于微波爐1內(nèi)盛放樣品的低溫提取罐3及置于微波爐1外部的溶劑瓶2，在溶劑瓶2與低溫提取罐3之間通過連接管連接有溶劑連續(xù)流動(dòng)控制裝置5，該溶劑連續(xù)流動(dòng)控制裝置5上還連接有外部冷凝管4，所述外部冷凝管4與低溫提取罐3相連通，所述外部冷凝管4上還連接有真空控制單元7，此外，所述低溫提取罐3上還連接有冷卻劑循環(huán)制冷系統(tǒng)6。通常，所用的微波爐l可以是家用微波爐或者專業(yè)微波萃取儀；而真空控制單元7可采用壓強(qiáng)>10kPa水泵或者壓強(qiáng)大于MkPa油泵或其他類型真空泵；此外所述低溫提取罐3的材料包括聚四氟乙烯和玻璃，其容積范圍是50mL2000mL。如圖2所示，所述低溫提取罐3包括罐體31，蓋設(shè)于罐體上方的蓋體32，所述罐體31內(nèi)設(shè)置有內(nèi)部冷卻管311及罩設(shè)于內(nèi)部冷卻管外圍的過濾罩或過濾杯312，所述蓋體32上設(shè)有溶劑出口321、外部冷凝管接入口322、內(nèi)部冷卻管311的出口及入口323。罐體31內(nèi)的過濾罩或過濾杯312可保證樣品在循環(huán)連續(xù)提取溶劑流動(dòng)的過程中不發(fā)生損失。又由于過濾杯或過濾罩312內(nèi)設(shè)置有內(nèi)部冷卻管311，可通過冷卻劑循環(huán)制冷系統(tǒng)6保證提取過程在低溫中進(jìn)行，所述低溫提取罐3內(nèi)的過濾杯或過濾罩312材料為聚四氟乙烯或聚丙烯，篩網(wǎng)孔徑為0.081!11111.2111111。在本實(shí)施例中，通過相關(guān)的控制系統(tǒng)還可以控制樣品提取溫度、提取體系的真空度、微波功率的大小以及溶劑的流速等。此外，為了攪拌低溫提取罐3內(nèi)的提取物，所述罐體31內(nèi)還設(shè)置有機(jī)械攪拌裝置8，所述蓋體32上設(shè)置有供機(jī)械攪拌裝置8穿過的預(yù)留開口324。當(dāng)然，該預(yù)留開口324處還可以接入其它功能的控制裝置。另外，所述微波爐1側(cè)壁上設(shè)置有溫度傳感器9，所述蓋體32上對應(yīng)設(shè)置有供該溫度傳感器9的接入口325;而且，所述微波爐1的底部還設(shè)置有磁力/機(jī)械轉(zhuǎn)換開關(guān)10及攪拌轉(zhuǎn)速控制開關(guān)11。本發(fā)明所述的低溫真空微波輔助提取裝置先通過冷卻劑循環(huán)制冷系統(tǒng)6將低溫提取容器體系的溫度控制到一定溫度，保持溫度不變，通過真空控制單元7控制所需的真空度，開始微波輻射，并回流冷凝、攪拌，實(shí)現(xiàn)被提取物的低溫真空微波輔助提取。利用上述的低溫真空微波輔助提取裝置可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的低溫真空微波輔助提取(CVMAE)。該低溫真空微波輔助提取方法的步驟為a)將樣品和溶劑分別置于低溫提取罐3和外部溶劑瓶2，通過溶劑控制裝置控制溶劑的加入速度及其用量；(2)采用冷卻劑控制提取溶劑體系的溫度，所述提取溶劑體系的溫度的控制方法是采用冷卻劑內(nèi)循環(huán)方式控制，通常所述提取溶劑體系的溫度的控制范圍為-4(rC4(TC，冷卻劑包括(冰)水(>0°C)、醇類(>-68°C)、正己垸(>-95°C)有機(jī)溶劑等或液氮。(3)通過外部真空控制單元控制微波輔助提取體系的真空度，真空度的控制范圍為101.3kPal,0kPa。通常，提取前，將樣品置于低溫提取罐3內(nèi)，溶劑置于微波爐外的外部溶劑瓶2中，接上外部冷凝管4、冷卻劑循環(huán)制冷系統(tǒng)6、溶劑連續(xù)流動(dòng)控制裝置5，將所需溶劑泵入盛裝樣品的低溫提取罐3中，開啟真空控制單元7，即可按照設(shè)定條件進(jìn)行低溫真空微波輔助提取。利用該裝置也可在不啟動(dòng)制冷控制系統(tǒng)時(shí)實(shí)現(xiàn)真空微波輔助提取(VMAE)或在不啟動(dòng)制冷控制系統(tǒng)及真空控制單元時(shí)實(shí)現(xiàn)普通微波輔助提取(MAE)。以下以具體說明采用低溫真空微波輔助提取2種新鮮辣椒中的維生素C(Vc)其具體操作是將新鮮辣椒樣品(圓椒和紅長椒)切碎到合適顆粒大小后，稱取5.0g樣品于IOOmL低溫提取罐3中，蓋好蓋體32,連接好溶劑導(dǎo)管及內(nèi)部冷卻管311。加入50mL的1.0mol/L乙酸溶液，以乙二醇-水(1:1，v/v)為冷卻劑控制體系溫度為25°C，采用無油真空泵控制體系真空度為50kPa、在微波功率500W下低溫真空微波輔助提取10min。作為對比，采用真空微波輔助萃取法時(shí)，同批5.0g辣椒樣品以40mL的1.0mol/L乙酸溶液為提取溶劑，提取溫度7CTC，用無油真空泵控制體系真空度為50kPa、微波功率500W下真空微波輔助提取2min。采用微波輔助萃取法時(shí)，同批5.0g辣椒樣品以50mL的1.0mol/L乙酸溶液為提取溶劑，提取溫度設(shè)為60。C，在微波功率500W下微波輔助提取4min。實(shí)驗(yàn)中均采用不同提取方法的優(yōu)化條件。圖3示出了采用低溫真空微波輔助提取(CVMAE)、真空微波輔助提取(VMAE)及微波輔助提取(MAE)方法提取圓椒中維生素C(Vc)的HPLC色譜圖。以下是表1，該表給出了低溫真空微波輔助提取(CVMAE)、真空微波輔助提取(VMAE)及微波輔助提取(MAE)方法提取2種辣椒中Vc的提取率的結(jié)果(n=3)。表1不同提取方法提取2種辣椒中Vc的提取率(n=3)圓椒樣品紅長椒樣品<table>Complextableseetheoriginaldocumentpagex</column></row><table>結(jié)果表明，對于熱敏性的Vc樣品，采用低溫真空微波輔助提取方法，辣椒中Vc的提取率比采用真空微波輔助提取法的提取率提高14%，比普通微波輔助提取法的提取率提高30%以上，說明溫真空微波輔助提取技術(shù)能有效地減少高溫和氧氣氧化等因素帶來的目標(biāo)物損失。很明顯，采用本發(fā)明的低溫真空微波輔助提取裝置可以實(shí)現(xiàn)低溫真空微波輔助提取，本發(fā)明也可通過連續(xù)流動(dòng)控制單元實(shí)現(xiàn)在線動(dòng)態(tài)低溫真空微波輔助提取，使微波輔助提取分離快速高效的優(yōu)勢得到充分體現(xiàn)并易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。另外，在上述實(shí)施例中，是采用2種新鮮辣椒中的Vc作為對象來說明的，但本發(fā)明不僅適用于天然產(chǎn)物中熱敏性、易氧化有效成分的提取分離或在線分析，也可應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等其它復(fù)雜基體中不穩(wěn)定組分的快速或在線提取分離，還可應(yīng)用在生命科學(xué)研究領(lǐng)域中生物活性物質(zhì)的提取與分離中。權(quán)利要求1.一種低溫真空微波輔助提取方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將樣品和溶劑分別置于低溫提取罐和外部溶劑瓶，通過溶劑控制裝置控制溶劑的加入速度及其用量；(2)采用冷卻劑控制提取溶劑體系的溫度；(3)通過外部真空控制單元控制微波輔助提取體系的真空度。2.按權(quán)利要求1所述的低溫真空微波輔助提取方法，其特征在于所述提取溶劑體系的溫度的控制方法是采用冷卻劑內(nèi)循環(huán)方式控制。3.按權(quán)利要求1所述的低溫真空微波輔助提取方法，其特征在于所述提取溶劑體系的溫度的控制范圍為-4(TC4(TC。4.按權(quán)利要求1所述的低溫真空微波輔助提取方法，其特征在于所述步驟(3)中提取真空度的控制范圍為101.3kPa1.0kPa。5.按權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的低溫真空微波輔助提取方法，其特征在于所述冷卻劑包括(冰)水(>0°C)、醇類(>-68°C)、正己垸(>-95°C)有機(jī)溶劑或液氮。6.按權(quán)利要求1所述的低溫真空微波輔助提取裝置，包括微波爐、置于微波爐內(nèi)盛放樣品的低溫提取罐及置于微波爐外的溶劑瓶，其特征在于在溶劑瓶與低溫提取罐之間通過連接管連接有溶劑連續(xù)流動(dòng)控制裝置，該溶劑連續(xù)流動(dòng)控制裝置上還連接有外部冷凝管，所述外部冷凝管與低溫提取罐相連通，所述外部冷凝管上還連接有真空控制單元，所述低溫提取罐上連接有冷卻劑循環(huán)制冷系統(tǒng)。7.按權(quán)利要求6所述的低溫真空微波輔助提取裝置，其特征在于所述低溫提取罐包括罐體，蓋設(shè)于罐體上方的蓋體，所述罐體內(nèi)設(shè)置有內(nèi)部冷卻管及罩設(shè)于內(nèi)部冷卻管外圍的過濾罩或過濾杯，所述蓋體上設(shè)有溶劑出口、外部冷凝管接入口、內(nèi)部冷卻管的出口及入口、供機(jī)械攪拌裝置穿過的預(yù)留開口和溫度傳感器的接入口。8.按權(quán)利要求9所述的低溫真空微波輔助提取裝置，其特征在于提取罐的材料包括聚四氟乙烯和玻璃。9.按權(quán)利要求10所述的低溫真空微波輔助提取裝置，其特征在于提取罐的體積為50mL2000mL。10.按權(quán)利要求11所述的低溫真空微波輔助提取裝置，其特征在于提取罐內(nèi)的過濾杯或過濾罩材料為聚四氟乙烯或聚丙烯；篩網(wǎng)孔徑為0.08mmL2mm。全文摘要本發(fā)明公開了一種低溫真空微波輔助提取方法，以及為實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的低溫真空微波輔助提取裝置和提取罐。采用冷卻劑內(nèi)循環(huán)方式根據(jù)實(shí)際需要控制提取罐內(nèi)的溫度，通過外部真空控制單元控制提取罐內(nèi)的真空度，將樣品和溶劑分別置于提取罐和外部溶劑瓶中，通過溶劑控制裝置控制溶劑的加入速度及加入量，實(shí)現(xiàn)提取物的低溫真空微波輔助提取。提取溫度、提取時(shí)間、真空度、微波輻射強(qiáng)度、溶劑的流入流出速度及其用量等參數(shù)可根據(jù)提取物的需要控制。本發(fā)明操作簡單、快速高效，適合于醫(yī)藥、食品和生物領(lǐng)域中不穩(wěn)定化合物的提取，特別是在高溫下易發(fā)生分解、形態(tài)發(fā)生變化或易氧化的無機(jī)、有機(jī)化合物，中草藥中不穩(wěn)定有效成分的提取及生物樣品中活性成分的提取。文檔編號B01D11/00GK101342428SQ200810030380公開日2009年1月14日申請日期2008年8月26日優(yōu)先權(quán)日2008年8月26日發(fā)明者偉宋,李攻科,肖小華申請人:中山大學(xué)