天然植物提取剂（共3篇）
天然植物提取剂 篇1
植物是生活性化合物的天然宝库, 其产生的次生代谢产物超过400000种 (Swain.1997) , 其中的大多数化学物质如萜烯类、生物碱、类黄酮、甾体、酚类、独特的氨基酸和多糖等均具有杀虫或抗菌活性。以植物为原料进行植物源农药的研制与开发已成为世界各国农药研发的热点, 其发展前景十分广阔。
一、植物源杀菌剂的资源
植物源杀菌剂是指从植物中直接提取的某种具有杀菌活性的物质, 在植物中寻找生活活性物质或直接开发植物性农药。我国是研究应用杀虫植物最早的国家, 《中国土农药》所记述的植物性农药就达200种之多。30年代, 我国曾对烟草、鱼藤、巴豆、百部等植物进行过广泛的研究。
目前对楝、豆科和卫矛科等植物杀虫作用的研究较多, 对植物性抑菌物质的研究近些年也已有一些报道。Wilkin等 (1987) 曾报道有1389种植物有可能作为杀菌剂, 植物中的抗菌素、类黄酮、罹病相关的蛋白质、有机酸和酚类化合物等均有杀菌或抗菌活性 (吴轶青译, 1996) 。除此之外, 在许多植物体内存在着大量具有抗菌活性的成分或经诱导后可具有抗病特性的化合物, 如用向日葵油、竹柏油、霍霍巴蜡处理芒果, 可推迟果实成熟、降低果实失重率, 还可显著减少炭疽的发生;木薯淀粉和云苓碎粉可明显减轻炭疽病原体的严重程度;研究还发现, 天然植物挥发性物质, 对已侵入寄主皮孔或潜伏侵染的病原菌具有较好的抑菌效果。
二、植物源杀菌剂的开发概况
目前拮抗性细菌在土传病害生物防治上应用最多, 主要有放射土壤杆菌、芽孢杆菌、假单胞菌、欧氏杆菌等, 在国外用放射土壤杆菌K84。菌系防治果树的根癌病已实现了商品化。近年来, 我国报道分离出对葡萄根癌病有显著防效的放射土壤杆菌HLB-2、E26和M115, 经大田试验防效为85%~100%, 引起国内外的重视。
三、植物源杀菌剂的作用机理
该方面的研究多采用植物提取液对病原菌的直接作用, 如抑制菌丝生长、抑制游动孢子的产生、附着胞形成及侵入丝形成、对线虫的致死率、对病毒的病株抑制率及体外钝化效果等;对寄主的作用, 如诱导寄主产生抗性、增强寄主的生长及繁殖能力、保鲜及贮藏能力等。采用纤维素膜技术研究大蒜、洋蒜、大黄及中草药对马铃薯晚疫病菌菌丝生长, 游动孢子的产生, 附着胞形成及侵入丝形成的影响, 并在此基础上进一步提取物免疫处理种薯, 诱导成株抗病性, 增加块茎的产量进行研究, 一些植物提取液取得了显著效果。
总之, 植物源杀菌剂对植物病害作用机理仅限于初步了解, 其真正的作用机理还需进行深入细致的研究。
四、存在问题与展望
植物源杀菌剂的研究沿处于起步阶段, 机理方面的研究仅是探索阶段, 没有明确的方式和方法, 需要进一步明确并深入;植物源农药由于其见效慢的特性, 在市场中推广受到了限制;植物源农药的活性成分为植物的一类或几类次生代谢物质, 其种类、含量受自身遗传因子、外界环境条件的影响, 会有地域性和季节性等变化, 并且活性成分在植物不同部分含量亦不同, 特别是有些活性成分对光和热不稳定, 这给植物源杀菌剂开发利用带来一定的影响;其有效成分复杂, 一般不容易确定和检测, 利于商品注册和形成产品。
我国地大物博, 有非常丰富的植物资源, 在这方面的研究有其得天独厚的条件。因此, 只要加大人力与物力的投入, 必将出现可喜的成果。人们将通过对植物资源进一步剖析、研究, 寻找作为设计与创制化学杀菌剂的先导化合物, 植物将无疑成为新杀菌剂开发的宝贵资源和钥匙。
天然植物提取剂 篇2
随着生活水平的改善和提高, 人们对食品安全性方面的认识逐步深化, 对绿色、营养畜产品日益关注。为确保得到绿色动物食品, 必须在动物饲料的源头严格把关。为了保障饲料质量, 保护人类健康, 在畜牧生产中人们现在越来越倾向于使用无污染无残留的天然绿色饲料添加剂。顺应时代的发展, 新型植物抗生素—纯天然植物提取物, 不含任何化学成分, 因而不会产生环境污染和毒副作用。
1 牛至油
1.1 牛至油的来源及化学成分
牛至油是从天然植物牛至中提取的一种淡黄色澄清油状液体, 占牛至全草的含量为1%~10% (ml/100g固重) , 具有百里香油似的辛辣气味, 不溶于甘油, 溶于丙二醇及大多数非挥发性油。牛至俗称马郁兰、牛膝草、小叶薄荷、止痢草、上香蕾等, 为唇形科牛至属多年生草本植物。牛至油属于混合物, 主要成分是酚类化合物, 化学成分主要是香芹酚、麝香草酚、γ-萜品烯和p-异丙甲苯等, 其中香芹酚和麝香草酚的抗菌活性最强, γ-萜品烯和p-异丙甲苯是生物合成香芹酚和麝香草酚的前体物, 也具有抗微生物活性。这4种化学组分的含量因地理位置、收获季节和不同植株部位等因素而有所差异[1]。
1.2 牛至油的作用机理
1.2.1 抗菌杀菌作用有研究表明, 牛至油中起抗菌作用主要成分为酚类及萜烯类, 酚类物质可通过使细胞膜中的蛋白质变性而改变细胞膜的通透性, 或与细胞膜中的磷脂反应, 破坏蛋白质合成, 使微生物细胞的生长受到抑制;萜类物质也能影响细菌中的DNA自我复制过程, 从而抑制细菌的繁殖和生长过程, 进而抑制菌体生长[2]。除此之外, 香芹酚和麝香草酚的合成前体物质γ-萜品烯p-异丙甲苯, 也具有一定的抗病原微生物活性。Sivropoulou等[3]报道, 牛至油对8种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌具有高度活性。林清华等[4]报道, 牛至油挥发对31株肠炎常见菌均有不同程度的杀菌和抑菌作用。其中对金黄色葡萄球菌的抑菌作用最强。其次是伤寒杆菌、各型副伤寒杆菌、大肠杆菌、致病性大肠杆菌、产毒性大肠杆菌及侵袭性大肠杆菌。对绿脓杆菌的抑菌作用最弱。
1.2.2 抗氧化作用牛至油成分中发挥抗氧化作用的主要是酚酸类和萜类物质[5]。酚酸类化合物主要是肉桂酸的衍生物, 包括绿原酸、咖啡酸和阿魏酸等, 其苯环上的酚羟基是抗氧化活性基团, 该类抗氧化剂在清除烷氧自南基过程中主要是通过脱氢反应产生比较稳定的苯氧自南基来终止链式反应, 所产生的苯氧自南基的稳定性与其清除自由基活性密切相关。Ding等[6]从牛至挥发油中分离出迷迭香酸酯, 具有较强的抗氧化及抗黑色素生成的作用。Kintzios等[7]研究牛至油的体外抗氧化作用, 发现将牛至油添加至食用香油中后, 可防止油脂的氧化, 维持油脂的稳定性, 说明其具有较好的抗氧化作用。
1.2.3 增强机体免疫作用牛至油可促进机体免疫器官的生长发育。提高吞噬细胞的吞噬能力, 增强机体的免疫力。王秋梅[8]在肉仔鸡中添加牛至油, 结果显示:42日龄时, 100mg/kg牛至油组T淋巴细胞酸性α-醋酸萘酯酶的活性和T淋巴细胞转化率比对照组分别提高16.56%和13.90% (P<0.05) , 显著增强肉仔鸡的细胞免疫力。
1.2.4 提高饲料利用率, 促进动物生长牛至油特有的芳香气味可刺激动物的食欲, 刺激消化道感受器, 激活消化酶的活性, 促进饲料中营养物质的吸收。王栋得等[9在肉兔饲料中添加适量的牛至油, 除可使之日增重提高、肉料比上升外, 还可提高肝脏及血清中抗氧化酶的活性。
1.3 牛至油的应用
牛至油作为一种新型天然植物抗生素, 可以代替合成抗生素应用于人和动物, 具有抗菌效果强, 安全性高, 适用范围广, 不产生耐药性等特点, 还可与某些合成抗生素联用, 加强对机体的抗菌作用。
1.3.1 牛至油在家禽及畜牧业中的应用牛至油作为一种饲料添加剂, 被广泛运用于家禽及畜牧业中。如, 徐善金等[10]研究了添加不同量的牛至油对樱桃谷鸭生产性能的影响, 结果表明:在肉鸭基础日粮中添加20mg·kg-1的牛至油时, 增重效果最明显, 耗料量最少, 但肉料比最高。刘应林等[11]研究发现, 饲喂牛至草粉的育肥猪日增质量显著高于对照组, 饲料转化率显著低于对照组, 腹泻情况明显少于对照组, 而且试验组猪的肤色和毛色更显得红润而有光泽。此外, 井伟[12]报道, 牛至油对其他动物, 如鸡、鹅、兔、牛等也具有一定促生长作用。以上研究均表明, 牛至油在家禽及畜牧中的作用不容忽视, 具有良好市场前景。
1.3.2 在水产业中的应用吴强强等[13]研究牛至油对建鲤生长性能的影响发现, 在基础饲料中添加0.05% 的牛至油可显著提高建鲤鱼种的增重率、蛋白效率及特定生长率。
1.3.3 在抗肿瘤方面的应用王宇等[14]采用MTT法检测不同浓度的牛至油对体外培养的多种肿瘤细胞株的生长抑制作用, 结果显示:人肝癌细胞系Hep G2、人子宫颈癌细胞系JTC-26和肺癌细胞系A549经不同浓度的牛至油作用后, 肿瘤细胞生长受阻, 这表明牛至油具有体外抗肿瘤活性。
1.3.4 与某些抗生素的联用远立国等[15]在牛至油和黄霉素在奶牛生产中的应用研究表明, 因牛至油与黄霉素和莫能菌素协同作用乳汁率及乳蛋白率均高于对照组, 并可有效控制乳房炎, 且牛至油与黄霉素的联用效果最佳。
2 葡萄籽提取物
2.1 葡萄籽提取物的来源及化学成分葡萄籽提取物 (grape seed extract, GSE) 是从酿酒葡萄籽中提取的一种多酚物质混合物, 主要活性成分是具有生物类黄酮结构的葡萄籽原花青素 (grapeseed proanthocyanidins, GSP) [16,17]。
2.2葡萄籽提取物的作用机理研究表明, GSP具有抗氧化、降血脂、抗炎和免疫调节等多种功能, 是一种极强的体内活性功能因子, 可作为饲料添加剂应用于畜牧业生产[18,19,20,21]。已有研究表明, GSE可调节小鼠、兔等动物机体的血脂代谢, 具有降低胆固醇的功能[22,23,24]。GSP具有极强的抗氧化活性, 可清除动物体内的自由基, 改善营养代谢环境, 增强动物体质和缓解不良应激[18]。
2.3 葡萄籽提取物的应用GSP作为一种饲料添加剂, 被广泛运用于家禽及畜牧业中。如赵娇等[25]研究表明, 饲粮添加100 mg/kg的GSP能够减缓敌草快诱导的仔猪氧化应激, 改善其生长性能。胡如久等[26]在研究饲粮中添加GSE对蛋鸡生产性能和蛋黄胆固醇含量的影响, 结果显示:添加100mg/kg GSE不仅显著降低鸡蛋中胆固醇含量, 同时显著提高产蛋率。但应注意其添加剂量, 高量添加不利于营养成分的有效利用, 从而降低生产性能[27]。
3 紫苏籽提取物
3.1 紫苏籽提取物的来源及化学成分紫苏籽为唇形科一年生草本植物紫苏的干燥成熟果实, 是一味传统的药食两用类中药材。其性辛、温, 归肺经, 无毒, 具有平喘、润肠、降气消痰之功效[28]。紫苏籽提取物的主要化学成分为α-亚麻酸、黄酮、迷迭香酸、咖啡酸、乌索酸、齐墩果酸等[29,30,31,32,33]。
3.2 紫苏籽提取物的作用机理现代药理学研究发现, α亚麻酸有提高机体免疫力、抑制炎性细胞增殖的作用[34], 黄酮及迷迭香酸等活性成分有很强的抗氧化、抑菌、抑制癌细胞增殖、增强机体免疫力等生物学功能[35], 黄酮类化合物又被称为植物雌激素, 它可以与机体内雌激素受体结合, 对动物的生产性能有双向调节作用[36]。
3.3 紫苏籽提取物的应用紫苏籽提取物作为一种天然饲料添加剂对动物生产性能具有良好的促进作用[37]。潘存霞[38]在育肥猪应用紫苏籽提取物做了研究。试验结果表明, 与抗生素组相比, 紫苏籽提取物组育肥猪日增重提高3.50% (P<0.05) ;料肉比下降3.85% (P<0.05) , 说明日粮中添加紫苏籽提取物可显著提高育肥猪的生长性能, 且效果优于抗生素组。时艺霖等[39]探讨在饲粮中添加不同水平紫苏籽提取物对蛋鸡产蛋高峰后期生产性能、生殖激素及免疫功能的影响, 结果显示, 饲粮中紫苏籽提取物添加水平为0.03%时, 能极显著提高蛋鸡产蛋高峰后期产蛋率、日均产蛋量和免疫功能。
4 黄芪提取物
4.1 黄芪提取物的来源及化学成分黄芪提取物为豆科植物黄芪的干燥跟提取物, 现代医学研究表明, 黄芪含有荚膜黄芪甲、乙、丙胡萝卜素皂甙及多糖类、黄酮类、22种氨基酸和14种微量元素, 还含有香豆素、苦味素、叶酸、胆碱、甜菜碱、葡萄糖醛酸、β-谷留醇、棕榈酸、亚油酸等化学成分。
4.2 黄芪提取物的作用机理黄芪可作为免疫增强剂预防和治疗动物疾病, 对痢疾杆菌、炭疽杆菌、白喉杆菌、葡萄球菌、链球菌、肺炎双球菌等均有抗菌效果。作为饲料添加剂使用时, 可加快机体物质代谢, 促进生长发育。
4.3 黄芪提取物的应用胡仓云[40]研究表明, 黄芪多糖既能提高仔猪的免疫功能、增强机体抵抗力、降低断奶仔猪腹泻的发病率、提高成活率, 又能促进仔猪生长发育, 提高增重速度。吕美等[41]研究指出, 饲料中添加0.3%黄芪多糖提取物能使肉仔鸡的平均日增重较对照组提高3.41g (P<0.05) , 料重比降低0.11% (P<0.05) , 显著改善了肉仔鸡的生长性能;饲料中添加0.2%和0.3%的黄芪多糖粗提取物能显著降低肉仔鸡肝脏和胸肌中的胆固醇含量, 增强十二指肠食糜消化酶的活性;在鸡饲料中添加1%黄芪粉, 添加组的产蛋率较对照组提高10%, 死亡淘汰率下降50%, 料蛋比下降5.03%, 经济效益提高28%。
天然植物提取剂 篇3
离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐, 也称为低温熔融盐。其具有良好的化学和热稳定性、蒸汽压低、液程宽和可设计等优点, 被称为“绿色”溶剂。自Du[8]等首次报道了用离子液体可以萃取虎杖中的顺式白黎芦醇以来, 越来越多的学者开始致力于以离子液体作为绿色溶剂与微波辅助提取技术相结合的研究中。本文主要对离子液体微波辅助在天然植物黄酮、生物碱、挥发油等成分中提取的应用研究进行综述。
1 离子液体微波辅助的原理及特点
微波辅助提取是微波和溶剂提取法相结合后形成的一种新的提取方法[9]。它是利用微波来提高提取速率的一种最新发展起来的技术。主要有常压开放式微波辅助提取法和高压微波辅助提取法等, 近几年还出现了微波辅助无溶剂提取法等新技术[10]。有研究[11]表明:在常压微波辅助提取法提取过程中, 微波作为一种能量源, 穿透容器后直接作用在提取溶剂和样品上, 提取溶剂和样品分子会与微波发生共振。一方面, 强烈的震动会产生大量的热量, 提取溶剂分子迅速被加热, 这种迅速加热所产生的压力将冲破样品细胞的细胞膜和细胞壁。另一方面, 微波加热会使得样品细胞水分减少, 细胞将收缩导致细胞壁破裂。两种热效应共同作用下使得细胞中待测物被溶解至提取溶剂中。在高压微波辅助提取中, 在微波辐射下, 密闭提取罐中的溶剂或者样品因为吸收微波能量, 温度迅速升高, 随之压力增大。此时, 植物细胞内温度迅速上升, 植物细胞中水分子冲破细胞膜和细胞壁, 有机溶剂将已经被破坏的植物组织中的成分溶解。
与传统提取方法相比, 微波辅助提取法具有:加热迅速高效、选择性好、产品质量良好、清洁、低耗能等特点[12]。在微波辅助提取植物有效活性成分时, 提取溶剂需要有一定的极性才能吸收微波进行内部加热, 通常选用极性较强的溶剂或者是极性溶剂和非极性溶剂的混合液, 如甲醇、乙醇、二氯甲烷-甲醇、水-甲苯等。但这些挥发性有机溶剂在样品前处理过程中会引起环境污染。
离子液体是由阴阳离子所组成, 其库仑力较强, 使其具有很强的极性和对有机物和无机物具有特殊的溶解能力。因此, 对于微波能量有着很好的吸收效果, 可作为一种良好的微波吸收介质和溶剂, 在微波场中, 可以迅速吸收能量, 使体系温度迅速上升;而且和水互溶放出大量溶解热、能和提取物之间形成包括极性键, 氢键, 离子/充电-电荷和π-π等相互作用力, 有利于产率提高。同时由于离子液体其自身性质稳定, 不但可以缩短提取时间, 还能使提取过程更加清洁、环保。离子液体作为一种“环境友好型”的“绿色溶剂”, 是一种很好的提取剂。与有机溶剂相比, 离子液体做溶剂可以减少提取分离过程中的环境污染, 但在常温下离子液体的粘度较大, 扩散能力较差, 难以直接应用于中草药等固体基质中有效成分的萃取分离。通过添加共溶剂或者升高温度, 可以显著降低离子液体的粘度, 提高溶剂的扩散能力, 而离子液体仍能保持好的溶解和提取能力。由此可见, 离子液体微波相结合, 相互间产生协同作用, 使提取率大大提高。
2 离子液体微波辅助在植物活性成分提取中的应用研究
在有利于环境保护的前提下, 有效提高天然植物活性成分的提取和利用, 一种是国内外相关研究者在不断努力的问题, 离子液体微波辅助技术的出现, 为该领域的研究提供了新的思路, 丰富了研究内容。
2.1 黄酮
近几年来, 离子液体微波辅助在黄酮类化合物的提取中的应用研究的相关报道逐渐增多。张越非[12]等采用微波辅助提取技术, 以[bmim]Br水溶液为提取剂, 提取了土茯苓总黄酮, 结果表明:提取剂[bmim]Br水溶液浓度为1.0 mol/L, p H为9, 固液比为1:20 g/m L, 微波功率为500 W, 提取温度为70℃, 萃取10 min时, 提取效果最佳, 其粗黄酮的得率为13.9 mg/g;与传统的乙醇提取方法相比, 该方法使用的溶剂量少, 微波功率低, 快速高效, 环境友好。李倩[13]等采用微波辅助提取技术, 以[bmim]Br水溶液为提取剂提取葛根总黄酮, 当提取剂[bmim]Br水溶液浓度为1.0 mol/L, 固液比为1∶20, 微波功率为500 W, 提取温度为70℃, 萃取时间8min时, 其粗黄酮的提取率为8.05%, 与传统的乙醇提取方法相比, 萃取率要高13.5%;使用的溶剂量少, 微波功率低, 快速高效, 且提取率高。Yao[14]等以[HO3S (CH2) 4mim]HSO4离子液体为溶剂, 微波技术辅助成功提取了银杏叶中的黄酮苷, [HO3S (CH2) 4mim]HSO4浓度为1.5 mol/L, 微波功率为120 W, 提取时间为15 min为最佳提取工艺条件;与传统方法相比, 该法具有最高的提取率, 该方法是一种高效、快速而且简单的提取方法。Wei[15]等以[C4MIM]Br离子液体为溶剂, 微波技术辅助提取了木豆叶中的8种黄酮苷, 当提取温度为60℃, 固液比为1∶20 g/m L, 提取时间为13 min时, 提取效率最佳;与传统的提取方法相比, 离子液体微波辅助法是中草药化合物提取中的一种提取效率高, 耗时短且环境友好的方法。Xu[16]等以离子液体为溶剂微波辅助首次提取了龙须藤中的黄酮, 考察了离子液体种类、提取时间、固液比、样品尺寸等因素的影响, 并与传统加热回流法和常规微波法进行了比较。结果表明:2 mol/L ([bmim]Br) 和HCl 0.8 mol/L构成的溶液为提取溶液, 固液比为30∶1 g/m L, 提取温度为70℃, 时间为10 min为最佳提取条件, 其提取效率较高, 且缩短了反应时间 (从1.5 h降到10 min) , 实验中所使用的HCl在催化黄酮苷水解中起着重要的作用。Zeng[17]等1-丁基-3-甲基咪唑离子液体为溶剂微波辅助提取了三百草和槐花米中的芦丁, 考察了各种因素对提取效率的影响, 并与离子液体条件下的加热法、浸泡法及超声波辅助法进行比较, 结果表明:离子液体微波辅助具有较高的提取效率, 其中三百草中达4.879mg/g, 槐花米中达171.82 mg/g, 而且提取时间较短。
2.2 生物碱
离子液体微波辅助技术在植物生物碱提取中的应用研究也取得了一定的进展。杜甫佑[18]等以离子液体[bmim]Cl为溶剂, 微波辅助萃取石蒜中石蒜碱、力克拉敏和加兰他敏生物碱。结果表明:1.0 mol/L[bmim]Cl溶液为溶剂, 液固比15∶1g/m L, 80℃微波辅助萃取10 min, 石蒜碱、力可拉敏和加兰他敏生物碱的萃取率分别为2.730、0.857和0.179 mg/g;与传统加热回流法和室温浸泡法相比, 该法具有快速、高效、无环境污染等特点。Lu[19]等使用1, 3-二烷基咪唑类离子液体为溶剂, 微波辅助技术成功提取了植物性药物石莲子中的酚类生物碱, 并考察了离子液体中阴离子的种类、微波加热功率、加热时间、固液比等因素对提取效率的影响, 并与传统加热回流法与微波法进行比较, 结果表明:在最佳提取条件下, 微波提取法的提取效率大大高于传统回流法, 但是比离子液体微波辅助法的提取效率低20%到50%, 后者的提取时间从传统的2 h减到了90 s, 因此微波辅助离子液体提取法在中草药活性成分提取中具有较大潜能。Ma[20]等使用离子液体微波辅助法成功提取了荷叶中的三种生物碱, 考察了离子液体种类、微波功率、提取时间及固液比等因素的影响, 并与传统微波法和加热回流法进行了比较, 结果表明:该方法具有较高的提取效率, 使其提高了0.9%到43.7%, 反应时间从2 h缩短到2 min。Wang[21]等以1-烃基-3-甲基咪唑类离子液体为溶剂微波辅助成功提取了喜树翅果中的两种生物碱:喜树碱及10-羟基喜树碱。探讨了的1-烃基-3-甲基咪唑离子液体种类、浸泡时间、微波加热功率、提取时间、提取次数、固液比等因素的影响。结果得出:以0.8 mol/L[C8MIM]Br为溶剂, 浸泡时间为2 h, 微波功率为385 W, 加热时间为8 min, 固液比1∶12 g/m L, 提取次数为2时为最佳提取条件;与传统方法相比, 效率高, 时间短, 是一种快速、高效、简单、环境友好的方法。
2.3 挥发油
离子液体微波辅助在植物挥发油提取中的应用也引起了相关研究者的重视。Zhai[22]等以离子液体做微波吸收剂及提取剂微波辅助提取了八角和孜然果实中的挥发油, 与传统水蒸气蒸馏法相比, 其成分没有明显差别。在微波功率为440 W时, 所需提取时间少于15 min, 是一种所需溶剂少, 省时、操作简单的方法, 这是由于离子液体与样品溶剂性能较好, 无需搅拌。Ma[23]等用离子液体微波辅助法成功提取了北五味子果实中的挥发油, 当以0.25 mol/L[C12mim]Br为溶剂, 微波功率为385 W, 提取时间为40 min时, 产率达12.12±0.37 m L/kg;与水蒸气蒸馏法相比, 该法不仅节省了反应时间 (从3 h降到了40 min) , 还提高了产率。翟玉娟[24]等使用离子液体微波法提取了肉桂中的挥发油, 并与水蒸馏法、微波水蒸馏、无溶剂微波提取等方法进行比较, 结果表明:离子液体微波提取法所需时间较短, 溶剂和样品使用量更少而且在提取干燥样品时不需要预先润湿样品, 操作更加简便, 在提取过程当中无需搅拌。Jiao[25]等以[C2mim]OAc为最佳离子液体做溶剂微波辅助水电蒸馏法首次提取成功了连翘种子中的挥发油, 并与水电蒸馏法及离子液体水溶液微波辅助蒸馏法进行了比较, 结果表明, 前者具有较高的产率, 达到了9.58%, 且耗时较少, 仅需29.3min, 而后两者分别为4.08%和100 min及5.43%和45 min;GC-MS结果表明, 前者所提取的挥发油中含有较多有价值的含氧单萜, 达22.79%, 后两者分别为16.57%及19.84%。Liu[26]等以离子液体为溶剂微波辅助法进行了肉桂皮中挥发油的提取研究, 结果表明:以0.5 mol/L溴化1-丁基-3-甲基咪唑离子液体为溶剂, 微波功率为230 W, 加热时间为15 min, 固液比为10 g/m L时为最佳提取条件, 产率达1.24±0.04%。
2.4 其他成分
离子液体微波辅助提取法在其他成分中的应用研究也逐见报道。Li[27]等以8种离子液体为溶剂微波辅助提取了香鳞毛蕨中的4种根皮酚, 并与离子液体热回流法、超声波辅助法、负压空化提取、常规微波辅助法进行了比较, 结果表明:以0.75 mol/L 1-辛基-3-甲基咪唑为溶剂, 液固比12∶1 m L/g, 提取时间7min, 温度50℃, 微波功率为600 W时提取条件最佳;其产率比前几种方法提高了1.5~40.4%。张之达[28]等以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺鎓盐 ([Bmim]Tf2N) 为萃取剂, 采用微波辅助萃取法 (MAE) 对川芎中的洋川芎内酯I和H及藁本内酯的萃取进行了研究, 和传统溶剂回流萃取法的萃取率进行了比较, 结果表明:MAE耗时短、效率高, 对提高藁本内酯萃取效率尤为显著, 提高达46%。Lu[29]等离子液体为溶剂, 超声波-微波辅助法提取了五倍子中的鞣质;与传统加热回流法、浸出法、超声波-微波辅助法相比, 该法提取率提高了11.7%~22.0%, 且大大缩短了反应时间 (从6 h到1 min) 。Liu[30]等[C8mim]Br为溶剂微波辅助提取迷迭香中的鼠尾草酸和迷迭香酸, 与其他传统方法相比, 该方法具有产率高和耗时短的特点。
总之, 离子液体微波辅助技术现已成功应用于天然植物部分成分的提取研究中, 已逐步凸显出优势, 越来越受到相关研究者的重视, 相关研究报道逐年增多。
3 影响因素
从相关研究报道来看, 影响微离子液体微波辅助提取植物成分的因素很多, 主要有以下因素。
3.1 溶液浓度的影响
研究发现, 离子液体溶液浓度对提取率有重要影响, 存在最适宜浓度。在有些成分, 比如黄酮[14]提取中, 随浓度的增大, 提取率成上升的趋势, 但是过高的浓度反而使产率下降。有研究者推测:在高离子液体溶液中, 所提取成分的的降解和异构化增强, 可能导致产率降低;而在有些成分研究中则发现, 当达最适宜浓度后, 继续增大溶液浓度, 产率无明显变化, 研究认为这可能是随着离子液体浓度的增大, 溶液的粘度也随着增大, 对提取不利[27]。
3.2 离子液体的影响
研究发现离子液体的结构影响其理化性质以及提取产率[19,20,21], 其中阴离子的种类对其理化性质的影响更强, 如:分别含Cl-, Br-, BF4-, PF6-, H2PO4-, SO42-, HSO4-的1-丁基-3-甲基咪唑类离子液体为溶剂, 提取率为含Br-的较高, 其原因可能是其在任何比例的水溶液中的溶解性都较强, 且溶剂热较大, 同时能和提取物之间之间形成括极性, 氢键, 离子/充电-电荷和π-π等相互作用力, 有利于产率提高。阳离子烷基链的长度对提取率也有一定影响, 由于其对离子液体的溶剂能力有影响, 存在最适宜长度[14,18]。
3.3 微波辐射功率的影响
微波功率也是影响提取率的一个重要因素, 研究发现, 随着微波功率的增加, 产率增大, 但是, 过高的微波功率并不有利于产率的提高, 因此存在最适宜加热功率[29]。较高的微波功率可能导致原料碳化, 致使内部过热, 所提取成分异构化[24], 产率降低。
3.4 微波辐射时间的影响
研究发现随着微波辐射时间的增加, 提取率随之增加, 当到一定时间后, 提取率随之下降, 存在最佳提取时间, 这说明在提取中需要一定微波辐射使细胞壁破裂, 使提取成分充分溶解在溶液中, 但过长的时间辐射后, 高温可能导致提取物降解和异构, 使产率降低。
3.5 其他因素的影响
除此之外, 提取温度、固液比等因素也会在一定程度上影响着提取率的提高[22,23,24,25,26]。
4 结果与展望
综上所述, 离子液体微波辅助法是一种高效、节能及环境友好的提取植物成分的方法。在越来越重视各方面发展与环境、生态平衡相互协调的21世纪, 该方法具有广大的研究潜能和研究意义, 特别是拥有悠久中医医药历史和丰富动植物资源的中国。由于该方法善处于起步阶段, 还有好多问题有待于相关研究者们进一步深入和完善。
1) 在微波反应装置上, 研究者使用各不相同。有的研究者使用自行改进的家用微波炉, 而有的研究者则使用现代微波萃取仪器, 没有共同的标准, 也存在一些争议。比如有研究者在提取石莲子生物碱时发现[17], 使用家用微波炉存在一些缺点, 使用现代微波萃取仪效果较好。因此, 要使该技术从实验室走入工业应用, 所需做的工作还很多, 需要研究者们共同努力。
2) 关于机理方面大多是研究者从实验结果推断出来的, 其深入研究还较少, 还有较大的研究空间和前景。
3) 离子液体的回收再利也是该技术的一个重要方面, 虽然也见相关研究报道, 但是相对来说效果还不怎么好。该回收工艺还必须引起相关研究者的重视和完善, 还有大量工作有待加强。
4) 微波泄漏对人体伤害, 因此防护和监控工作也应该加以重视和加强, 减少对人体的伤害。