全 文 ：《食品工业》2014 年第35卷第 12 期 133
超临界CO2流体技术萃取蒙古蒿挥发油工艺优选
董岩，祁伟
山东省高校配位化学与功能材料重点实验室（德州 253023）
摘 要 优化超临界CO2法 (SFE-CO2) 提取蒙古蒿挥发油的萃取工艺, 确定最佳提取条件。以萃取率为评价指标, 在
单因素试验的基础上进行正交试验。结果表明, 超临界法提取蒙古蒿挥发油的最佳提取条件为萃取压力30 MPa、萃
取温度50 ℃、萃取时间2.5 h, 蒙古蒿挥发油的提取率为0.723%。超临界CO2萃取法提取蒙古蒿挥发油具有提取时间
短、产率高和工艺条件较稳定等特点。
关键词 蒙古蒿; 挥发油; 超临界萃取; 正交试验
Optimization of SEF-CO2 Process for Volatile Oil from Artemisia mongolica
Dong Yan, Qi Wei
Key Laboratory of Coordination Chemistry and Functional Materials in Universities of Shandong Province, Dezhou
University (Dezhou 253023)
Abstract Find the best extraction conditions of volatile oil from Artemisia mongolica by SFE-CO2. The volatile oil from Artemisia
mongolica was extracted by SFE-CO2. Using extraction yield as evaluation index, the orthogonal experiment based on single factor
experiment was carried out. The optimal extracting conditions of volatile oil from Artemisia mongolica was found as followings:
extracted by SFE-CO2, extract press 30 MPa, temperature 50 ℃, time 2.5 h. These results offered theoretical basis for further study,
exploitation and utilization of Artemisia mongolica.
Keywords Artemisia mongolica; volatile oil; SFE-CO2; orthogonal experiment
蒙古蒿是典型的草本无性系植物。主要分布在我
国东北、华北和西北各省，朝鲜、日本、蒙古和俄罗
斯也有分布。全草具有除湿、散寒、止血、安胎、杀
菌、镇静和抗过敏作用；还可用于黄胆型或无黄胆型
的肝炎用药[1-2]。目前对于蒙古蒿的研究多集中于提
取物化学成分分析[3]、离体抑菌活性测定[4]和杀虫功
效[5-6]，提取方法主要使用水蒸气蒸馏法和溶剂浸取
法。SFE-CO2作为一种新型萃取分离技术，由于具有
萃取率高，选择性好，无溶剂残留等优点而广泛应用
于食品工业[7-8]。
为了探讨蒙古蒿油超临界提取的最佳萃取工艺参
数，试验对蒙古蒿油萃取过程中的压力、温度、时间
等条件进行了优化研究，对蒙古蒿挥发油超临界萃取
工艺进行了报道。为工业生产大规模提取蒙古蒿挥发
油提供理论依据。
1 试验部分
1.1 材料与仪器
蒙古蒿全草，采集于德州郊区，并由德州学院生
命科学学院张秀玲教授鉴定；QE-200药材粉碎机：
武屹县毅力工具有限公司；超临界二氧化碳萃取装
置：美国Applied Separations；电子分析天平：梅特
勒-托利多仪器上海有限公司。
1.2 试验方法
利用粉碎机将清洗干净的蒙古蒿进行粉碎、过
筛，称量粉碎后的蒙古蒿粉末装入超临界萃取釜中，
装料后进行超临界CO2萃取，控制好萃取的压力、温
度、时间等相关的萃取参数，在不同的参数条件下进
行多次萃取，记录萃取过程中的原料质量（m1）、挥
发油质量（m2）等相关参数。萃取后的挥发油在避光
条件下密封保存备用。
挥发油的萃取率（y）=m2m1×100% （1）
1.3 SFE-CO2法萃取蒙古蒿挥发油的单因素试验
影响SFE-CO2萃取的因素有：萃取压力、萃取温
度、萃取时间、CO2流量、夹带剂的类型等，其中萃
取压力、萃取温度、萃取时间为影响较大的因素，
决定了萃取的可行性。试验过程中保持其他参数不
变，通过改变某一参数来测定其对蒙古蒿挥发油萃
取的影响。
1.3.1 萃取压力的选择
CO2 的临界压力为7.38 MPa，试验中设置萃取压
力分别为15，20，25，30和35 MPa，萃取温度40 ℃，
萃取时间2.0 h。
1.3.2 萃取温度的选择
CO2的临界温度为31.04 ℃，试验中设置萃取温度
分别为35 ℃，40 ℃，45 ℃，50 ℃和55 ℃，萃取压力
25 MPa，萃取时间2.0 h。
1.3.3 萃取时间的选择
设置萃取时间为0.5，1.0，1.5，2.0和.5 h，萃取
基金项目：山东省自然科学基金（NO:ZR2010BL015）；山东省新
型药用辅料与缓控释工程试验室资助项目（NO: 13ZX17）
工艺技术
《食品工业》2014 年第35卷第 12 期 134
压力25 MPa，萃取温度40 ℃。
1.4 SFE-CO2法萃取蒙古蒿挥发油的正交试验
在单因素试验的基础上进行正交试验，结合单因
素试验结果，以挥发油萃取率为考察指标，选取萃取
压力（A）、萃取温度（B）和萃取时间（C）为考察
因素，每个因素设计3个水平，优选参数组合[9-10]。不
考虑因素之间的相互作用，设计3水平4因素L9(34)正交
试验表进行试验。
2 试验结果分析
2.1 SFE-CO2法萃取蒙古蒿挥发油的单因素试验结果
分析
2.1.1 萃取压力的影响
萃取压力是影响SFE-CO2的重要参数，在保持温
度和时间相对恒定的情况下，探讨不同的压力对蒙古
蒿挥发油萃取率的影响，结果见图1。
由图1可以看出，萃取压力从15 MPa增至20 MPa
时，曲线呈明显上升趋势，说明随压力增大，萃取
率增大，这是因为压力增大超临界CO2流体的密度增
大，对挥发油的溶解能力相应变大，所以萃取效率提
高；压力在20～25 MPa之间时，随着压力的增大，萃
取率也增加，但是曲线变化幅度减小，当压力超过30
MPa后，萃取率略有下降；这是因为压力增至一定程
度后，流体密度虽然增大，但其扩散系数减小，导致
扩散速率减小，对溶质的溶解能力相应减小，所以萃
取率减低。且在实际操作中，压力过高，对设备的要
求、生产成本、不安全因素、萃取物中杂质也会相应
增多。综合以上分析结果，确定正交试验中萃取压力
影响因素的水平为20，25和30 MPa。
图1 压力对蒙古蒿挥发油萃取率的影响
2.1.2 萃取温度的影响
萃取温度是影响SFE-CO2的另一个重要参数，在
保持压力和时间相对恒定的情况下，探讨不同的温度
对蒙古蒿挥发油萃取率的影响，结果见图2。
由图2可以看出，萃取温度在35 ℃～50 ℃范围
内，随着温度的升高，挥发油萃取率显著增加；当温
度超过50 ℃时，萃取率呈现减小趋势；这是因为温度
升高会导致超临界CO2流体密度降低，对挥发油的溶
解能力下降，温度升高又导致分子热运动加快，溶质
扩散速度增加，两个相互矛盾的因素共同作用导致挥
发率先增加再降低，这说明当温度低于50 ℃时，超
临界CO2 流体密度降低是决定因素，温度超过50 ℃
时，溶质扩散速度增加是决定因素。根据以上分析
结果，故确定正交试验中萃取温度影响因素的水平
为40 ℃，45 ℃和50 ℃。
图2 温度对蒙古蒿挥发油萃取率的影响
2.1.3 萃取时间的影响
萃取时间也是影响SFE-CO2的一个重要参数，在
保持压力和温度相对恒定的情况下，探讨不同的萃取
时间对蒙古蒿挥发油萃取率的影响，结果见图3。
由图3可以看出，随着萃取时间的延长，挥发油
萃取率逐渐增加；萃取时间在0.5～1.0 h内，萃取速度
较快，曲线变化较为明显，萃取时间从1.0 h增至2.0
h时，萃取率缓慢增加，曲线变化幅度减小，时间继
续延长，萃取率略有上升，但若时间过长，则能耗增
加，且会使杂质含量上升，经以上分析确定正交试验
中萃取时间影响因素的水平为1.5，2.0和2.5 h。
图3 萃取时间蒙古蒿挥发油对收率的影响
2.2 SFE-CO2法萃取蒙古蒿挥发油的正交试验结果分析
按照所设计3水平4因素L9(34)正交设计试验，试验
结果如表1。
极差R反映因素水平波动时，试验指标的变动幅
度，极差越大，说明该因素对试验指标的影响越大。
因此可以根据极差的大小，判断因素的主次顺序。由
表2极差数据可知，RA＞RB＞RC，即各因素作用主次
关系为A＞B＞C，3因素中，萃取压力对试验结果影
响最大，其次是萃取温度，最后是萃取时间。
用3个因素分别作横坐标，相应的k1，k2和k3作纵
坐标作图。得图4~图6。
工艺技术
《食品工业》2014 年第35卷第 12 期 135
从图4~图6可以看出，随着萃取压力、温度和时
间数值的增大，萃取率也增大，但是在单因素试验
中，我们已经得出结论，当压力超过30 MPa，温度
超过50 ℃时，萃取率都会减小，而且压力、温度过
高会增加操作能耗，成本增加，并且可能使挥发油组
分分解或发生反应，所以最佳方案组合为萃取压力30
MPa、萃取温度50 ℃、萃取时间2.5 h。正交试验表中
没有这一条件组合，为验证所得结果的准确性，在此
最佳工艺条件下进行试验，蒙古蒿挥发油的提取率为
0.723%。比试验中任何一组提取率都要高，验证了试
验结论的正确性。
表1 正交试验结果分析
试验号
因素
y萃取率/
%A萃取压力 /MPa
B 萃取温度/
℃
C萃取时间 /
h D误差
1 1(20) 1(40) 1(1.5) 1 0.345
2 1 2(45) 2(2.0) 2 0.415
3 1 3(50) 3(2.5) 3 0.493
4 2(25) 1 2 3 0.346
5 2 2 3 1 0.543
6 2 3 1 2 0.416
7 (30) 1 3 2 0.598
8 3 2 1 3 0.641
9 3 3 2 1 0.710
K1 1.253 1.289 1.401 1.598
K2 1.305 1.598 1.471 1.429
K3 1.948 1.619 1.634 1.479
k1 0.418 0.430 0.467 0.533
k2 0.435 0.533 0.490 0.476
k3 0.650 0.540 0.545 0.493
极差 R 0.232 0.110 0.078 0.057
图4 萃取压力与萃取率关系图
图5 萃取温度与萃取率关系图
图6 萃取时间与萃取率关系图
从表2方差分析结果可知，3因素对萃取率的影响
程度依次为A＞B＞C，萃取压力影响最大，其次是萃
取温度，最后是萃取时间，这一点和极差分析结果完
全一致，从方差分析结果还可以看出，萃取压力对试
验结果有显著影响，而温度和时间没有显著影响。
表2 正交试验结果的方差分析
方差来源 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 显著性
A 0.1 2 20.000 F0.05(1, 2)=19 *
B 0.023 2 4.600 F0.01(1, 2)=99
C 0.009 2 1.800
D 0.005 2 1.000
误差 0.01 2
3 结论
SFE-CO2是较好的提取分离植物挥发油的技术。
通过正交试验优化SFE-CO2萃取蒙古蒿挥发油的萃取
工艺，得到最佳提取条件为：萃取压力30 MPa，萃取
温度50 ℃，萃取时间2.5 h。在此条件下，蒙古蒿挥发
油的提取率为0.723%。SFE-CO2具有操作温度低、系
统密闭、选择分离效果好、提取率高、无有机溶剂残
留、提取时间短等特点，深入研究SFE-CO2提取蒙古
蒿挥发油的工艺条件，具有十分巨大的商业价值、药
用价值和科研价值，而且必将拥有广阔的应用前景。
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《食品工业》2014 年第35卷第 12 期 136
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青椒热风干燥特性及数学模型
郑清云1,2，王丹2，马越2，赵晓燕2，童军茂1*
1. 石河子大学食品学院（石河子 832000）；2. 北京市农林科学院蔬菜研究中心（北京 100097）
摘 要 铺料密度恒定的条件下, 对青椒进行热风干燥, 研究其在不同干燥温度条件下的干燥特性, 并构建干燥过程
中的数学模型。结果发现, 热风干燥温度越高干燥速度越快, 产品达到国家含水量标准 (8%) 时, 75 ℃条件下的干燥时
间比65 ℃缩短7 h。采用单项扩散模型、指数模型及Page模型对试验数据进行线性回归分析和模型的拟合, 结果表明,
3个干燥温度条件下, 均是Page模型拟合度最高, 进而建立青椒的干燥模型, 并通过试验验证干燥模型的正确性。
关键词 青椒; 热风干燥; 干燥特性; Page模型
Hot Air Drying Characteristics and Mathematical Model of Green Pepper
Zheng Qing-yun1,2, Wang Dan2, Ma Yue2, Zhao Xiao-yan2, Tong Jun-mao1*
1. Shihezi University College of Food Science (Shihezi 832000);
2. Beijing Academy of Agriculture and Forestry Vegetable Research Center (Beijing 100097)
Abstract The characteristics of hot-air drying of green pepper at different temperatures in conditions of constant density materials
were investigated. Furthermore, a mathematical model of the drying process was established. Experimental results showed
that drying rate became fast with increasing the temperature. The total time of drying green peppers which the water content met the
national standards (8%) at 75 ℃ is at least 7 h less than 65 ℃. The experimental datum was simulated with different mathematical
models. The results also showed that Page model was the most appropriate model of three mathematical models under different
drying temperatures, established the hot-air drying model for green pepper. Then the correctness of the model was verifi ed.
Keywords green pepper; hot air drying; drying characteristics; Page model
青椒是一种茄科属植物[1]，具有肉质细嫩、风味
独特等特点[2]，备受人们欢迎。其既可鲜食，也可制
成脱水产品。我国青椒的收获季节正直雨季，霉烂现
象十分严重。加工脱水青椒，既可防止霉烂现象，又
可解决其周年供应的问题。目前，脱水青椒的干燥方
式主要有热风干燥、微波干燥和冷冻干燥，其中热风
干燥法是最常用的干燥方式[3]，其具有操作简便、生
产成本低、设备投资小等优点，实验室制干青椒常采
用此干燥法。国内许多学者采用此干燥法研究果蔬的
干燥特性。李远志等[4]对哈密瓜特性进行了研究，分
析了不同热风干燥温度对哈密瓜片品质的影响；王慧
等[5]对胡萝卜丁热风干燥特征进行了研究，并对其工
艺参数进行了优化。
目前，青椒热风干燥温度为60 ℃～80 ℃[6]，干燥
过程中，干燥温度对其品质影响较大。中外许多学者
通过对大量农产品的研究，其中3种经验、半经验干
燥模型多用来模拟其干燥过程中的变化[7]即：
单项扩散模型：（式中：A，K-模型的参数）；
指数模型：MR=e-Bt（式中：B-模型的参数）；Page
模型：MR=e-Ktn（式中：K，n-模型的参数）。
不同农产品干燥中的最适数学模型不尽相同。目
前关于青椒热风干燥特性及其数学模型的相关研究较
少。试验通过探求脱水青椒加工过程中的干燥特性，
并构建干燥过程中的数学模型及适宜参数，能够预测
和控制青椒干燥过程的水分变化，对其工业化生产有
一定的指导意义。
1 材料与方法
1.1 材料、仪器与设备
青椒：市售，处理前放入4 ℃冰箱恒温保存。
DZKW-4 型电子恒温水浴锅：中国中信伟业仪
器有限公司；AL204 电子天平：瑞士Mettler Toledo公
司；FCD-295HA 冷柜：中国海尔电器；DHG-9240A
电热恒温鼓风干燥箱：中国北京雅士林实验设备有限
公司。
1.2 试验方法
化学工业出版社, 2005: 80-90.
[10] 张成军. 试验设计与数据处理[M]. 北京: 化学工业出版
社, 2009: 30-50.
工艺技术