专利名称：：低温真空微波辅助提取方法及装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种低温真空微波辅助提取方法，以及与该方法配套实施的低温真空微波辅助提取装置，能广泛地适用于食品、医药及生物等领域中热敏性、易失活或易氧化等不稳定物质的提取分离。
背景技术：
：微波辅助提取(Microwave-AssistedExtraction,MAE)是指利用微波辐射作用来实现固体样品中目标物的提取过程。它具有提取快速高效、溶剂用量少、操作简单等优点，广泛应用于食品、医药、环境和生物科学等领域。但是，在热敏性、易氧化物质、加热易发生变性的物质、挥发油成分以及易失活生物活性物质提取时，一方面由于微波加热速度快，温度在极短的时间内上升至提取溶剂的沸点附近，造成溶剂体系的过热现象；另一方面，常用的微波辅助萃取体系无法有效减少空气中氧气等因素带来的易氧化物质的氧化损失，这些因素都影响不稳定物质的提取。集成微波辅助提取技术快速高效分离的优势和低温真空提取技术低温、少氧、细胞易于破壁的特点，将使这类问题得到解决。通过使用非极性溶剂或者在非极性溶剂中加入适当的极性溶剂可以减慢微波加热速度，但非极性溶剂不吸收微波能，体系的温度上升有限，同时很多物质不溶于非极性溶剂；另一方面，采用外部强制冷手段虽然可使提取体系维持在低温状态，但本方法实际实施难度较大，同时难以控制溶剂体系内部温度，容易产生内热外冷现象。我们曾成功地采用真空微波辅助提取技术(VMAE)达到真空提取的目的，但不易灵活控制提取温度。
发明内容本发明的第一个目的是在于提供一种提取温度和真空度均匀可控的低温真空微波辅助提取方法，该低温真空微波辅助提取方法既可实现在真空下低温溶剂用量控制和循环提取，也可实现溶剂循环提取与其它分离分析仪器的在线联用，达到热敏性、易氧化、易失活天然产物或生物样品中目标组分高效快速提取分离或在线分析的目的。本发明的第二个目的是提供了一种实现该低温真空微波辅助提取方法的提取装置，该提取装置结构简单，提取过程简单、快速、高效，能广泛地适用于医药、食品和生物领域中多种物质的提取，特别是高温下易发生分解或形态发生变化及易被氧化的无机、有机化合物，中草药中稳定性较差的有效成分及生命科学研究中易失活的生物活性物质成分的提取。为了达到上述第一个技术目的，本发明采用的技术方案是一种低温真空微波辅助提取方法，包括以下步骤(1)将样品和溶剂分别置于低温提取罐和外部溶剂瓶，通过溶剂控制装置控制溶剂的加入速度及其用量；(2)采用冷却剂控制提取溶剂体系的温度；(3)通过外部真空控制单元控制微波辅助提取体系的真空度。所述提取溶剂体系的温度的控制方法是采用冷却剂内循环方式控制。所述提取溶剂体系的温度的控制范围为-4(TC4(rC。所述歩骤(3)中提取真空度的控制范围为101.3kPa1.0kPa。所述冷却剂包括(冰)水O(TC)、醇类(>-68°C)、正己烷(>-95°C)有机溶剂或液氮。通常，在实际工作时，还可根据需要实现溶剂在线或离线加入，调节低温提取罐内的温度及选择合适的真空度，从而实现低温真空微波辅助提取。提取温度、提取时间、提取体系的真空度、微波辐射强度，样品量、溶剂的流入流出速度及其用量等参数可根据提取物的需要加以控制。为了达到上述第二个技术目的，本发明釆用的技术方案是一种低温真空微波辅助提取装置，包括微波炉、置于微波炉内盛放样品的低温提取罐及置于微波炉外用于盛放容积的溶剂瓶，在溶剂瓶与低温提取罐之间通过连接管连接有溶剂连续流动控制装置，该溶剂连续流动控制装置上还连接有外部冷凝管，所述外部冷凝管与低温提取罐相连通，所述外部冷凝管上还连接有真空控制单元，所述低温提取罐上连接有冷却剂循环制冷系统。通常，所用的微波炉可以是家用微波炉或者专业微波萃取仪；所述真空控制单元可采用压强>10kPa水泵或者压强大于"kPa油泵或其他类型真空泵；所述提取罐的材料包括聚四氟乙烯和玻璃，该提取罐的容积范围是50mL2000mL。所述低温提取罐包括罐体、盖设于罐体上方的盖体，所述罐体内设置有内部冷却管及罩设于内部冷却管外围的过滤罩，所述盖体上设有溶剂出口、外部冷凝管接入口、内部冷却管的出口及入口。所述提取罐内的过滤杯或过滤罩材料为聚四氟乙烯或聚丙烯，筛网孔径为0.08mm1.2mm。所述罐体内还设置有机械搅拌装置，所述盖体上设置有供机械搅拌装置穿过的预留开□。所述微波炉侧壁上设置有温度传感器，所述盖体上对应设置有供该温度传感器的接入□。所述微波炉的底部还设置有磁力/机械转换开关及搅拌转速控制开关。与现有技术相比，本发明的有益效果是(1)本发明所述的低温真空微波辅助提取方法，既可实现在真空下低温溶剂用量控制和循环提取，也可实现溶剂循环提取与其它分离分析仪器的在线联用，达到热敏性、易氧化、易失活天然产物或生物样品中目标组分高效快速提取分离或在线分析的目的。(2)本发明所述低温真空微波辅助提取方法及装置，操作过程简单、快速、高效，能广泛地适用于医药、食品和生物领域中多种物质的提取，特别是高温下易发生分解或形态发生变化及易被氧化的无机、有机化合物，中草药中稳定性较差的有效成分及生命科学研究中易失活的生物活性物质成分的提取。图1为本发明低温真空微波辅助提取装置整体结构示意图2为本发明中低温真空微波辅助提取罐结构示意图3为分别采用低温真空微波辅助提取(CVMAE)、真空微波辅助提取(VMAE)及微波辅助提取(MAE)方法提取圆椒中维生素C(Vc)的HPLC色谱图。具体实施例方式下面参照附图进一歩对本发明进行说明，但本发明并不局限于该实施方式。如图1所示，本发明所述的一种低温真空微波辅助提取装置，包括微波炉1、置于微波炉1内盛放样品的低温提取罐3及置于微波炉1外部的溶剂瓶2，在溶剂瓶2与低温提取罐3之间通过连接管连接有溶剂连续流动控制装置5，该溶剂连续流动控制装置5上还连接有外部冷凝管4，所述外部冷凝管4与低温提取罐3相连通，所述外部冷凝管4上还连接有真空控制单元7，此外，所述低温提取罐3上还连接有冷却剂循环制冷系统6。通常，所用的微波炉l可以是家用微波炉或者专业微波萃取仪；而真空控制单元7可采用压强>10kPa水泵或者压强大于MkPa油泵或其他类型真空泵；此外所述低温提取罐3的材料包括聚四氟乙烯和玻璃，其容积范围是50mL2000mL。如图2所示，所述低温提取罐3包括罐体31，盖设于罐体上方的盖体32，所述罐体31内设置有内部冷却管311及罩设于内部冷却管外围的过滤罩或过滤杯312，所述盖体32上设有溶剂出口321、外部冷凝管接入口322、内部冷却管311的出口及入口323。罐体31内的过滤罩或过滤杯312可保证样品在循环连续提取溶剂流动的过程中不发生损失。又由于过滤杯或过滤罩312内设置有内部冷却管311，可通过冷却剂循环制冷系统6保证提取过程在低温中进行，所述低温提取罐3内的过滤杯或过滤罩312材料为聚四氟乙烯或聚丙烯，筛网孔径为0.081!11111.2111111。在本实施例中，通过相关的控制系统还可以控制样品提取温度、提取体系的真空度、微波功率的大小以及溶剂的流速等。此外，为了搅拌低温提取罐3内的提取物，所述罐体31内还设置有机械搅拌装置8，所述盖体32上设置有供机械搅拌装置8穿过的预留开口324。当然，该预留开口324处还可以接入其它功能的控制装置。另外，所述微波炉1侧壁上设置有温度传感器9，所述盖体32上对应设置有供该温度传感器9的接入口325;而且，所述微波炉1的底部还设置有磁力/机械转换开关10及搅拌转速控制开关11。本发明所述的低温真空微波辅助提取装置先通过冷却剂循环制冷系统6将低温提取容器体系的温度控制到一定温度，保持温度不变，通过真空控制单元7控制所需的真空度，开始微波辐射，并回流冷凝、搅拌，实现被提取物的低温真空微波辅助提取。利用上述的低温真空微波辅助提取装置可以实现本发明的低温真空微波辅助提取(CVMAE)。该低温真空微波辅助提取方法的步骤为a)将样品和溶剂分别置于低温提取罐3和外部溶剂瓶2，通过溶剂控制装置控制溶剂的加入速度及其用量；(2)采用冷却剂控制提取溶剂体系的温度，所述提取溶剂体系的温度的控制方法是采用冷却剂内循环方式控制，通常所述提取溶剂体系的温度的控制范围为-4(rC4(TC，冷却剂包括(冰)水(>0°C)、醇类(>-68°C)、正己垸(>-95°C)有机溶剂等或液氮。(3)通过外部真空控制单元控制微波辅助提取体系的真空度，真空度的控制范围为101.3kPal,0kPa。通常，提取前，将样品置于低温提取罐3内，溶剂置于微波炉外的外部溶剂瓶2中，接上外部冷凝管4、冷却剂循环制冷系统6、溶剂连续流动控制装置5，将所需溶剂泵入盛装样品的低温提取罐3中，开启真空控制单元7，即可按照设定条件进行低温真空微波辅助提取。利用该装置也可在不启动制冷控制系统时实现真空微波辅助提取(VMAE)或在不启动制冷控制系统及真空控制单元时实现普通微波辅助提取(MAE)。以下以具体说明采用低温真空微波辅助提取2种新鲜辣椒中的维生素C(Vc)其具体操作是将新鲜辣椒样品(圆椒和红长椒)切碎到合适颗粒大小后，称取5.0g样品于IOOmL低温提取罐3中，盖好盖体32,连接好溶剂导管及内部冷却管311。加入50mL的1.0mol/L乙酸溶液，以乙二醇-水(1:1，v/v)为冷却剂控制体系温度为25°C，采用无油真空泵控制体系真空度为50kPa、在微波功率500W下低温真空微波辅助提取10min。作为对比，采用真空微波辅助萃取法时，同批5.0g辣椒样品以40mL的1.0mol/L乙酸溶液为提取溶剂，提取温度7CTC，用无油真空泵控制体系真空度为50kPa、微波功率500W下真空微波辅助提取2min。采用微波辅助萃取法时，同批5.0g辣椒样品以50mL的1.0mol/L乙酸溶液为提取溶剂，提取温度设为60。C，在微波功率500W下微波辅助提取4min。实验中均采用不同提取方法的优化条件。图3示出了采用低温真空微波辅助提取(CVMAE)、真空微波辅助提取(VMAE)及微波辅助提取(MAE)方法提取圆椒中维生素C(Vc)的HPLC色谱图。以下是表1，该表给出了低温真空微波辅助提取(CVMAE)、真空微波辅助提取(VMAE)及微波辅助提取(MAE)方法提取2种辣椒中Vc的提取率的结果(n=3)。表1不同提取方法提取2种辣椒中Vc的提取率(n=3)圆椒样品红长椒样品<table>Complextableseetheoriginaldocumentpagex</column></row><table>结果表明，对于热敏性的Vc样品，采用低温真空微波辅助提取方法，辣椒中Vc的提取率比采用真空微波辅助提取法的提取率提高14%，比普通微波辅助提取法的提取率提高30%以上，说明温真空微波辅助提取技术能有效地减少高温和氧气氧化等因素带来的目标物损失。很明显，采用本发明的低温真空微波辅助提取装置可以实现低温真空微波辅助提取，本发明也可通过连续流动控制单元实现在线动态低温真空微波辅助提取，使微波辅助提取分离快速高效的优势得到充分体现并易于实现自动化控制。另外，在上述实施例中，是采用2种新鲜辣椒中的Vc作为对象来说明的，但本发明不仅适用于天然产物中热敏性、易氧化有效成分的提取分离或在线分析，也可应用于食品、医药等其它复杂基体中不稳定组分的快速或在线提取分离，还可应用在生命科学研究领域中生物活性物质的提取与分离中。权利要求1.一种低温真空微波辅助提取方法，其特征在于，包括以下步骤(1)将样品和溶剂分别置于低温提取罐和外部溶剂瓶，通过溶剂控制装置控制溶剂的加入速度及其用量；(2)采用冷却剂控制提取溶剂体系的温度；(3)通过外部真空控制单元控制微波辅助提取体系的真空度。2.按权利要求1所述的低温真空微波辅助提取方法，其特征在于所述提取溶剂体系的温度的控制方法是采用冷却剂内循环方式控制。3.按权利要求1所述的低温真空微波辅助提取方法，其特征在于所述提取溶剂体系的温度的控制范围为-4(TC4(TC。4.按权利要求1所述的低温真空微波辅助提取方法，其特征在于所述步骤(3)中提取真空度的控制范围为101.3kPa1.0kPa。5.按权利要求1至4任一项所述的低温真空微波辅助提取方法，其特征在于所述冷却剂包括(冰)水(>0°C)、醇类(>-68°C)、正己垸(>-95°C)有机溶剂或液氮。6.按权利要求1所述的低温真空微波辅助提取装置，包括微波炉、置于微波炉内盛放样品的低温提取罐及置于微波炉外的溶剂瓶，其特征在于在溶剂瓶与低温提取罐之间通过连接管连接有溶剂连续流动控制装置，该溶剂连续流动控制装置上还连接有外部冷凝管，所述外部冷凝管与低温提取罐相连通，所述外部冷凝管上还连接有真空控制单元，所述低温提取罐上连接有冷却剂循环制冷系统。7.按权利要求6所述的低温真空微波辅助提取装置，其特征在于所述低温提取罐包括罐体，盖设于罐体上方的盖体，所述罐体内设置有内部冷却管及罩设于内部冷却管外围的过滤罩或过滤杯，所述盖体上设有溶剂出口、外部冷凝管接入口、内部冷却管的出口及入口、供机械搅拌装置穿过的预留开口和温度传感器的接入口。8.按权利要求9所述的低温真空微波辅助提取装置，其特征在于提取罐的材料包括聚四氟乙烯和玻璃。9.按权利要求10所述的低温真空微波辅助提取装置，其特征在于提取罐的体积为50mL2000mL。10.按权利要求11所述的低温真空微波辅助提取装置，其特征在于提取罐内的过滤杯或过滤罩材料为聚四氟乙烯或聚丙烯；筛网孔径为0.08mmL2mm。全文摘要本发明公开了一种低温真空微波辅助提取方法，以及为实现该技术的低温真空微波辅助提取装置和提取罐。采用冷却剂内循环方式根据实际需要控制提取罐内的温度，通过外部真空控制单元控制提取罐内的真空度，将样品和溶剂分别置于提取罐和外部溶剂瓶中，通过溶剂控制装置控制溶剂的加入速度及加入量，实现提取物的低温真空微波辅助提取。提取温度、提取时间、真空度、微波辐射强度、溶剂的流入流出速度及其用量等参数可根据提取物的需要控制。本发明操作简单、快速高效，适合于医药、食品和生物领域中不稳定化合物的提取，特别是在高温下易发生分解、形态发生变化或易氧化的无机、有机化合物，中草药中不稳定有效成分的提取及生物样品中活性成分的提取。文档编号B01D11/00GK101342428SQ200810030380公开日2009年1月14日申请日期2008年8月26日优先权日2008年8月26日发明者伟宋,李攻科,肖小华申请人:中山大学