全 文 ：2010 No．11
Serial No．224 China Brewing
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角石蕊中松萝酸的总含量为14.6%。有文献报道松萝酸在松
萝科、梅衣科地衣中的含量为0.2%~4%，金黄树发地衣中的
含量为8%，这些表明，角石蕊中的松萝酸含量较高。
参考文献：
[1]魏江春.中国药用地衣[M].北京：科学出版社，1982，1-5.
[2]王 丽，阿地里江·阿不都拉，孙 华，等.松萝酸研究进展[J].生物技
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[9]李荣钦，王中奎.松萝酸的醇提最佳工艺研究[J].西藏科技，2008，5：
69-72.
芫荽（Corianderum sativum）又名胡芫、香菜，是伞形
花科一二年生草本植物。芫荽籽（Coriander seed）是芫荽的
成熟果实。我国各地均有种植，尤以华北为多。芫荽籽油
（Coriander seed oil）主要成分是芫荽萜醇、芳樟醇、蒎烯
等。其具有特殊香味，全草入药，功能解表；茎叶常作调味
菜。同时也是国标（GB2760-96）规定允许使用的食用香料
油，其香气透发，具有辛香、甜香、药草香，可以用来在调配
芒果、肉、可乐、饮料、口香糖以及焙烤食品等食用香精[1]和
酒用香精[2]。
传统提取芫荽籽油的方法是采用水蒸气蒸馏法来提
油，由于芫荽籽油中含有一些热敏性物质和水溶性物质，
使得这种方法的得油率较低，仅为0.3%~1.1%[2]。而超临
界二氧化碳萃取技术不仅具有操作温度低、绿色、环保、
得率高等优点，而且可以使制得的精油具有较好的头香
和底香，因此这种方法在提取植物种子油方面受到了广
泛关注[3-6]。
本实验采用超临界二氧化碳萃取技术对芫荽籽油的
提取工艺进行了探讨，通过考察萃取压力、二氧化碳流量、
萃取时间以及萃取温度对萃取率的影响，利用交互响应曲
面法对实验数据进行处理，得到最佳萃取率和相应工艺条
件以及关于萃取率的四元二次多项式函数。
响应面分析法（Response Surface Methodology）由一
组数学和统计学方法组成，可用于确定各因素及其交互作
用在加工过程中对非独立变量的影响，精确地表述因素和
响应值之间的关系。本研究使用交互响应曲面法适用于
多元多项式模型，被用于确定设计变量以达到最优输出结
果。该方法通过实时计算实验结果并将其可视化，只要调
整多个设计变量的值，就可使输出结果逐步达到最优，大
大简化了传统的非线性最优设计步骤。采用该统计学试
验设计方法，能以较少的试验次数和时间对试验进行全
超临界二氧化碳萃取芫荽籽油的工艺条件优化及数学模型研究
白 凌1，成江晨1，方全有1，刘玉平2
（1.北京联合大学生物化学工程学院，北京 100023；2.北京工商大学化学与环境工程学院，北京 100037）
摘 要：通过单因素试验考察了超临界二氧化碳萃取芫荽籽油中萃取压力、二氧化碳流量、萃取时间、萃取温度对芫荽籽油萃取率的
影响。利用二次响应曲面法对实验数据进行处理，得到最佳萃取率和相应工艺条件，以及关于萃取率的近似数学模型。
关 键 词：超临界二氧化碳萃取；芫荽籽油；响应曲面法；工艺条件
中图分类号：O658.2 文献标识码：B 文章编号：0254-5071（2010）11-0124-03
Technical parameter optimization and mathematical model for extraction of coriander seed oil
by supercritical carbon dioxide fluid
BAI Ling1, CHENG Jiangchen1, FANG Quanyou1, Liu Yuping2
(1.College of Biochemical Engineering, Beijing Union University, Beijing 100023, China; 2.School of Chemical and
Environmental Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing 100037, China)
Abstract: Effect of extraction pressure, CO2 flow rate, extraction time and extraction temperature on the yield of coriander seed oil by supercritical
carbon dioxide fluid was studied with single factor experiments. The optimum extraction conditions were obtained by fitting the experimental dates
with quadratic response surface methodology, and mathematical model of extraction was built, as well.
Key words: supercritical carbon dioxide fluid extraction; coriander seed oil; response surface methodology; technical conditions
收稿日期：2010-07-24
基金项目：北京联合大学生物化学工程学院院级项目（shky201008）
作者简介：白 凌（1981-），女，北京人，讲师，主要从事数学教学及其在工程方面的研究工作。
Experience Exchanges124· ·
中 国 酿 造
2010年 第 11期
总第 224期
面的研究[7-10]，科学地提供局部与整体的关系，从而取得明
确的实验结果。近年来响应面法已成功地应用于化学化
工、食品、生物技术等领域，是优化反应条件和加工工艺参
数的有效方法。
1 实验材料与方法[7]
1.1 仪器及材料
仪器：HA221-40-11型超临界二氧化碳萃取装置（江
苏南通华安超临界萃取有限公司），SL-302N型电子天平
（上海民桥精密科学仪器有限公司）。
材料：芫荽籽（市售），二氧化碳（北京市华元气体化工
有限公司，W（CO2）≥99.9%）。
1.2 工艺流程
CO2钢瓶→冷却系统→高压泵→1L萃取罐→分离器Ⅰ→分离器Ⅱ→
冷却系统（循环）
1.3 方法
芫荽籽经粉碎后，每次实验称量200g样品，置于1L萃
取罐中，密封系统。将分离Ⅰ和分离Ⅱ的温度分别控制为
58℃和50℃；分离Ⅰ压力控制为7MPa，分离Ⅱ压力控制为
5MPa，待萃取温度达到指定的温度后开始进行萃取实验，
萃取结束后由分离Ⅰ和分离Ⅱ所得芫荽籽油总量计算产
率。实验中所得芫荽籽油为黄色透明液体。
1.4 萃取率的计算
超临界 CO2萃取芫荽籽油萃取率 = M1×100/M
式中：M1为分离Ⅰ和分离Ⅱ所得产物质量；M为芫荽籽粉的
质量。
2 实验数据与二次响应曲面法
2.1 试验数据[13]
2.1.1 萃取压力对芫荽籽油萃取率的影响
固定二氧化碳流量40L/h，萃取时间180min，分别考察
萃取温度为34℃、38℃，萃取压力分别为10MPa、15MPa、
20MPa、25MPa、30MPa时芫荽籽油的萃取率。萃取压力对
萃取率的影响见表1。
由表1可知，当压力为20MPa时，萃取率在温度为
34℃、38℃时均达到最大值。
2.1.2 二氧化碳流量对芫荽籽油萃取率的影响
分别考察（压力为15MPa、20MPa，二氧化碳流量分别
为20L/h、30L/h、40L/h、50L/h、60L/h时芫荽籽油的萃取率。
二氧化碳流量对萃取率的影响见表2。
由表2可知，当二氧化碳流量为30L/h时，萃取率在萃
取压力为15MPa、20MPa时均达到最大值。
2.1.3 萃取时间对芫荽籽油萃取率的影响
固定萃取温度38℃，CO2流量30L/h，分别考察压力为
15MPa、20MPa，萃取时间分别为30min、60min、90min、120min、
150min、180min时芫荽籽油的萃取率，萃取时间对萃取率
的影响见表3。
由表3可知，当萃取时间为180min时，萃取率在萃取
压力为15MPa、20MPa时均达到最大值。
2.1.4 温度对芫荽籽油萃取率的影响
固定二氧化碳流量30L/h，萃取时间180min，分别考察
萃取压力为15MPa、20MPa，萃取温度分别为36℃、39℃、
42℃、45℃、48℃时芫荽籽油的萃取率，萃取温度对萃取率
的影响见表4。
由表4可知，当萃取温度为42℃时，萃取率在压力为
15MPa、20MPa时均达到最大值。
2.2 二次曲面响应法
交互响应曲面法适用于多元多项式模型，被用于确定
设计变量以达到最优输出结果。该方法通过实时计算实
验结果并将其可视化，只要调整多个设计变量的值，就可
使输出结果逐步达到最优，大大简化了传统的非线性最优
设计步骤。
将萃取压力（x1）、二氧化碳流量（x2）、萃取时间（x3）以
及萃取温度（x4）对萃取率的影响简化为四变量二次多项
式模型，y（萃取率）=α0+α1x1+α2x2+α3x3+α4x4+α12x1x2+…+
温度/℃ 压力/MPa
10 15 20 25 30
34 3.31 9.2 10.64 9.74 8.86
38 4.52 10.31 11.45 10.27 9.53
表1 萃取压力对萃取率的影响
Table 1. Effects of extraction pressure on extraction rate
%
压力 /MPa
二氧化碳流量 /（L·h-1）
20 30 40 50 60
15 9.26 10.84 10.02 9.16 8.54
20 9.98 11.23 10.76 10.22 9.48
表2 二氧化碳流量对萃取率的影响
Table 2. Effects of CO2 flow rate on extraction rate
%
压力 /
MPa
萃取时间 /min
30 60 90 120 150 180
15 5.78 7.84 9.96 10.72 11.01 11.12
20 6.08 8.56 10.43 11.04 11.24 11.32
表3 萃取时间对萃取率的影响
Table 3. Effects of extraction time on extraction rate
%
压力 /MPa
萃取温度/℃
36 39 42 45 48
15 9.89 10.55 11.59 10.58 9.76
20 10.755 11.86 12.96 12.13 10.75
表4 萃取温度对萃取率的影响
Table 4. Effects of extraction temperature on extraction rate
%
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2010 No．11
Serial No．224 China Brewing
α34x3x4+α11x12+…α44x42
将全部实验数据整理编辑成42×5矩阵，作为参数输
入MATLAB数理统计工具箱的二次响应曲面交互工具，
进行二次四元多项式拟合试验。
当二次多项式拟合方式设定为包含交叉项时，MAT-
LAB显示结构矩阵X非常病态，矩阵条件数指标低于临界
值，拟合无法进行。
当二次多项式拟合方式设定为不包含交叉项时，拟
合可以进行，初始状态见图1。
图中4个设计变量和一个响应变量如前设，4张图分别
显示响应变量y对一个设计变量x（其他不变）的实时响应
曲线，实线为y对x拟合曲线，虚线为y真值95%置信区间上
下界。下方文本框和垂直虚线显示当前x值，左方灰色区
域为当前y值及95%置信区间。
依次在每张图上，通过拖动垂直虚线改变当前x值，使
y值达到极大，最终结果见图2。
由图2可知，得到萃取的最佳工艺条件是萃取压力
21.84MPa，二氧化碳流量33.60L/h，萃取时间146.94min，萃
取温度42.5℃。最佳萃取率为12.80%。
点击‘Export’按钮将拟合结果输出，得到关于萃取率
的拟合多项式：y=-67.7279+1.6423x1+0.2062x2+0.1143x3+
2.3855x4-0.0376x22-0.0004x32-0.0280x42
3 结论
利用交互响应曲面法将超临界二氧化碳萃取芫荽籽
油的试验数据转化为可视化图形，依据图形找到萃取率的
最佳工艺条件，并得到关于萃取率的四元二次多项式函数。
这种数学建模的方法不但具有可视化的优点，而且设计
步骤简单易行，适用于各类化学实验数据的多项式拟合。
参考文献：
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