提取植物成分的方法有哪些？
超声波是一种机械波，在弹性介质中传播，频率大于20千赫，人耳听不到。超声的应用主要表现在两个方面:一是能量超声的应用，即功率超声，二是信号超声的应用。在功率超声的应用技术中，近年来活跃的一个分支是超声辅助萃取-强化溶剂萃取技术。在这方面已经开展了研究和应用，包括:超声波提取植物油、特色植物中的色素和香料、中草药中的有效成分、啤酒花中的印防己毒素、动物组织中的油脂、毒素和残留农药等。
1.1超声波强化萃取原理超声波具有波动和能量的双重性，其振动产生并传递大量的能量。利用超声振动能量可以改变物质的组织结构、状态和功能或加速这些变化的过程。超声波对介质的作用可分为热作用和非热作用[1]。热作用是指振动过程中机械能转化为介质的热能，热能的计算量与介质声强的吸收系数、超声波声强、超声波作用时间成正比。在一定声强下，产生的热量和升温效果非常有限，对提取意义不大。超声波的非热效应在强化萃取中起主导作用。非热作用主要有两种形式，即机械作用和空化作用。前者是指超声波在介质传播过程中引起介质粒子的交替压缩和拉伸。虽然质点的振动位移和速度变化很小，但其加速度可能达到特别大的数量级。这种大规模的加速可以显著增加溶剂对萃取细胞的渗透，强化传质过程，从而强化萃取过程。相比之下，超声波的空化效应是强化萃取的最重要原因。超声空化是指在声波的激发下，液体中微小气泡核的振荡、生长、收缩甚至溃灭等一系列动态过程。根据表现形式的不同，空化可以分为稳态空化和瞬态空化两种形式。稳态空化是在低声强作用下发生的，空化气泡在介质中以非线性形式振荡若干周期。在振荡过程中，空化气泡周围的微流对溶液中的其他颗粒产生较大的切向力，有利于溶剂向细胞内渗透。此外，低强度超声波不仅可以使细胞周围产生微流动，还可以使动植物细胞产生细胞内循环，从而提高细胞膜和细胞壁的通透性，不需要通过破坏膜或提高介质温度来增加传质过程。超声波在强声强下会发生瞬态空化。气(汽)泡在一个声波周期内迅速产生、长大、压缩、坍缩，坍缩时形成高达5 000 K的局部热点，压力可达数百甚至数千个大气压。随着高压的释放，液体中会形成强大的冲击波(均相)或高速射流(非均相)。在萃取中，这种强大的撞击流可以有效地减少和消除溶剂和水相之间的阻挡层，从而提高传质速率。同时，冲击流对动植物细胞产生一种物理剪切力，使其变形破裂，释放出内含物，大大加快了提取过程。
1.2超声波强化提取的特点大量研究表明，超声波产生的强烈振动和空化效应可以提高提取效率，改善提取物的质量，增加得率，节约原料资源，避免了高温提取过程对一些热敏性成分的不利影响。这对中药的提取具有重要意义。
传统的水煮法或醇提法在提取不同成分的过程中，不同程度地存在浸出时间长、温度高、有效成分加热过程长、杂质浸出多、能耗高、原料利用率低等问题。超声波强化提取技术可以克服上述缺陷，具有较高的经济效益。
1.3超声波强化提取的应用超声波在中草药成分提取中的应用主要在以下几个方面[1，2]: ①从植物中提取生物碱。用常规方法从植物中提取生物碱，一般耗时、费力、效率低，但借助超声波技术，可以获得显著效果。如超声波法与冷浸法、索氏法相比，具有工艺简单、提取率高、速度快、效果好等优点。②从植物中提取糖苷。在中药定量分析中，按照常规煎煮或回流的方法确定中药的有效成分和样品，费时低效。超声波法的应用可以解决时间和效率的问题。比如从刺五加中提取紫丁香苷，从槐花中提取芳香苷，从天麻中提取天麻素和天麻素等。，与冷浸法、乙醇溶液回流法(索氏提取法)、以水为溶剂加热蒸煮法、热碱提取-酸沉法相比，提取率可大大提高，且工艺简单快速。③其他药物成分的提取。超声波对提取的影响与组织细胞的破碎有关，可以更好地释放细胞中的可溶性成分，使溶剂分子渗透到组织细胞中。超声波破碎应用于一些细胞壁坚固的植物细胞，使其在毫秒级以下的极短瞬间破裂。当细胞破裂时，新鲜的生物活性物质如酶、激素和维生素被提取出来。超声波还可用于强化提取松香、咖啡、茶叶和银杏叶的内容物，如黄酮类、茶多酚、动植物蛋白等。此外，超声波在从芳香植物中提取天然香料方面有着特殊的作用，即能最大限度地保持提取液的特定风味，并抑制这些物质在提取过程中的挥发。最后，超声波提取在油脂提取方面的研究和应用非常活跃，已经开展了涉及八角茴香油、杏仁油、丁香油、紫苏油和月见草油提取的实验和应用。
微波强化提取技术
微波是无线电波中最短的波段(30 MHz ~ 300 GHz)。与传统的通过热传导和热辐射从外向内进行的热提取不同，微波强化提取通过偶极旋转和离子传导从内外加热来加速提取过程。微波提取是一种提取中草药有效成分的新技术。
2.1微波强化萃取原理物质对微波能量的吸收取决于物质本身的介电常数。当介电常数大于28时，分子中的净分子偶极矩大，在微波场中产生偶极矩的基团以与微波相同的频率振动，产生大量的热量。这些物质是“微波自加热物质”；而介电常数小于28的物质在微波场中产生的热量很少，称为“微波透明物质”。微波提取技术要求提取的中药成分为微波自热物质，提取溶剂为微波透明物质。这样，微波吸收能力的差异使基质材料的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，使被萃取的物质从基质或体系中分离出来，进入介电常数小、微波吸收能力相对较差的萃取溶剂中。
微波强化萃取的机理来自于微波能量的作用[3]。一方面，微波辐射过程是高频电磁波穿透提取介质，到达材料内部维管束和腺细胞系统。由于材料的维管束和腺细胞系统中含水量较高，且水是对微波作用特别敏感的极性分子，吸收微波能量迅速升温，增加了细胞的压力。当细胞的内部压力超过细胞壁膨胀的能力时，细胞就会破裂。细胞中的有效成分逸出，特定成分的提取在较低的温度下完成。另一方面，微波产生的电磁场加快了某些被萃取组分向萃取溶剂界面的扩散速度。以水为溶剂时，在微波场下，水分子处于激发态，以24.5亿次/秒的速度做极性交换运动，这是一种高能不稳定状态，或者水分子汽化，增强了萃取组分的驱动力；或者水分子自身释放的能量回到基态，将释放的能量转移给其他物质分子，从而加速其热运动，缩短萃取组分分子从物质内部扩散到萃取溶剂界面的时间，大大提高萃取率，降低萃取温度，最大限度地保证萃取质量。
2.2微波强化提取的特点微波强化提取具有选择性提取、操作时间短、溶剂用量少、有效成分得率高、生产控制容易、环境友好、生产线组成简单、投资省等一系列优点。特别是对于中药的提取，采用不同极性溶剂的选择性提取，更容易进行成分的筛选和确定，微波快速溶剂提取重复性高，可以更快地控制制药过程，发现、开发和利用中草药。同时，微波萃取省去了萃取前的样品干燥处理，因此对基体的影响比其他萃取技术小；通过完善和采用强极性活化技术、内置极化加热和极化非极性试剂技术，使非极性试剂也可以在微波场下快速加热极化，使微波快速溶剂萃取技术可以广泛应用于包括极性和非极性试剂在内的各类试剂。微波提取不受溶剂亲和力的限制，有多种溶剂可供选择。目前所有成熟的溶剂萃取方法都可以通过微波快速溶剂萃取进行。通常极性样品使用甲醇、水等极性溶剂，非极性样品使用正己烷等非极性溶剂。
选择性萃取——萃取体系中不同组分选择性加热的特性，使得微波萃取成为唯一可以直接将目标组分从基质中分离出来的萃取过程。化学溶剂提取法能耗大，耗材多，耗时长，提取效率低，工业污染大；超临界流体萃取法大大提高了萃取效率，但其设备复杂，溶剂选择范围窄，需要高压容器和高压泵，投资成本高。与微波提取法相比，其综合优势非常明显。
2.3微波强化提取的应用目前，微波提取已经在很多中草药提取生产线上使用，如葛根、茶叶、银杏叶等。中药研究机构的研究人员已经使用微波萃取技术处理了数百种中药，包括丁香油、青蒿素、麻黄碱、薄荷和大蒜油。在从高山红景天中提取红景天苷的过程中，比较了用微波处理浸泡过的红景天根，然后用水或有机溶剂浸提提取红景天苷的方法与用乙醇溶液回流(索氏提取)和以水为溶剂加热蒸煮提取红景天苷的方法。结果表明，微波法大大缩短了提取相同量物质的时间，提取物质量最好。微波技术对麻黄中麻黄碱浸出量的实验研究也表明，微波技术对麻黄中麻黄碱的浸出量明显优于常规煎煮法。
由于微波对不同植物细胞或组织的作用不同，胞内产物的释放具有一定的选择性，因此应根据产物的特性及其在细胞中的位置选择不同的处理方法。文献[4]以大黄和决明子中极性不同的蒽醌成分、金银花中的绿原酸和黄芩中的黄芩苷为指标成分，采用正交实验设计考察提取率。通过分析认为，微波提取对不同形态结构的中药提取具有选择性，而对不同极性成分的中药提取选择性不显著。
3超临界萃取技术
超临界萃取技术是近年来迅速发展起来的一种新型萃取技术，自20世纪90年代以来在中药研究领域的应用也迅速增加。超临界萃取是以超临界条件下的流体为溶剂，从液体或固体中提取某些成分并进行分离的技术。超临界流体又称超临界气体，是在临界温度和压力以上以流体形式存在的物质，常用的超临界气体是二氧化碳。
3.1超临界萃取原理(SFE) SFE是一种利用超临界流体的特殊性质分离化学物质的技术。在超临界条件下，超临界流体既具有气体的低粘度和扩散系数，又具有液体的高密度，因此具有良好的传热、传质和渗透性能，对许多物质具有很强的溶解性。SCF的物理化学性质在临界点附近对温度和压力的变化非常敏感，即流体的性质可以通过压力和温度连续调节。少量溶剂，如少量夹带剂，也可能极大地改变SCF的性质[6，7]。因此，超临界流体凭借其良好的渗透性和较强的溶解性，可以与待处理的物质接触，选择性地溶解部分组分，并且超临界流体的密度和介电常数随着封闭体系中压力的增加而增加，极性增加。不同极性的组分可通过程序增压分段提取。萃取完成后，改变体系的温度或压力，使超临界流体变成普通气体并被分散，物料中被萃取的组分可以完全或基本完全分离，从而达到萃取分离的目的。
3.2超临界萃取的特点与传统制药方法相比，超临界萃取技术研发生产中药具有以下独特优势[8]: ①萃取能力强，有效成分提取率高，大大提高了产品收率和资源利用率。②对提取物有一定的选择性，主要与物质的极性、沸点、分子量有关。选择性提取有利于分离中药中的各种物质，减少杂质，富集中药有效成分，有利于质量控制。③可在常温下运行，特别适用于挥发性、热敏性物质的萃取，能保证萃取物的“纯粹性”，有效防止热敏性成分的氧化和分散。④提取速度快，时间短。超临界流体萃取装置集萃取和分离于一体，大大缩短了工艺流程，具有萃取速度快、效率高、操作简单等优点。⑤操作参数易于控制，有效成分和产品质量能够得到保证。可以得到无溶剂残留的高纯度产品。⑥可以提取许多传统方法提取不出来的物质，很容易从中药中发现新的成分，从而发现新的药理作用，开发新药。⑦可作为分析中药质量的有效分析方法。⑧工艺流程简单，节约能耗，抑制污染。
3.3超临界萃取的应用近10年来，SFE-CO2技术已广泛应用于中药生产领域。因为CO2流体是非极性的，所以它特别适合于提取挥发性组分。通过调节温度和压力，加入合适的改性剂，可以从中药中提取挥发油、生物碱、苯丙素类、黄酮类、有机酚酸类、苷类和天然色素。该技术不仅能提高提取效率，还能保留大量热不稳定、易氧化的成分和提取含量低的成分。其在中药提取分离中的应用表现在几个方面:单味中草药有效成分的提取分离，包括单一成分或极性相近的几种成分的提取分离；复方中草药制剂提取物的提取与分离:结合其他单元操作提取分离活性成分；结合光谱和色谱分析方法，可以更准确有效地对中药有效成分进行定量分析。超临界流体萃取(SFE)已成功应用于30多种中药材的药用成分提取，如银杏叶、金银花、白芍、一枝黄花、生姜、当归、木香、大蒜、沙棘、丹参和鹿茸草。
特别值得注意的是，超临界萃取将在医药工业的以下领域得到更迅速的发展。从药物化合物中提取有效成分；中草药、树皮和根茎提取物有效成分或中间原料；从发酵液中提取抗生素；从天然药物中提取生物碱。
综上所述，超临界萃取技术由于其独特的优势，既能保证原有的色、香、味不被热破坏，又能保证热敏性。可氧化物质不被破坏，在提取过程中可以同时分离纯化提取物，因此超临界萃取技术在现代中药提取中的意义和作用将越来越重要。