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What is a supercritical fluid? | |
Features of technique for using |
超臨界流體分離技術（SFE－CO2）
世界最新萃取技術 無氧化 無污染 無有機溶劑
二氧化碳在室溫時﹝常溫與常壓﹞是無色無味的惰性氣體，近來由於高壓馬達與耐壓容器的發明，使物理學家及化學家能夠研究二氧化碳在高壓常溫下的性質。由於多方研究才有驚人的發現，原來二氧化碳在超過高壓(74atm)與常溫(31℃)的狀態下會呈現出超流體所具有的高溶解力與高滲透性的特質。
正因為如此，許多科技先進國家都使用它來取代一般的有機溶劑，以從事天然物質萃取與純化的工作。
它與一般的有機溶劑最大的不同，並不只於它具有很強大的溶解力與對物質的高滲透力，而且它能在常溫下將物質萃取出而且不會與萃取的物質起化學反應，當物質被萃取出後仍能確保完全的活性，同時萃取完畢之後只要置於常溫常壓下二氧化碳就能完全揮發，達到快速濃縮物質的功效，所以沒有溶劑殘留的問題。常被用於對溫度敏感的天然物質萃取；例如中藥萃取與藥物純化等。特別是在藥品純化方面，由於使用此技術可完全去除藥物製造合成時使用有害的有機溶劑，同時可使藥品結晶體小於10 A0，因此大大提高藥品的效果。
↗枸杞汁→枸杞多糖
枸杞 →
↘枸杞籽→水份調節→粉碎過濾→超臨界CO2→枸杞籽油
超臨界流體萃取技術與應用
我們食用的天然食品中，經常含有對人體有益的珍貴成份；若使用傳統分離方法往往會破壞其成份，甚製造成環境嚴重的污染，如何找尋一個有效方便的分離技術是當務之急，其中超臨界流體萃取法即是方法之一。
物質概可分為三態，分別為固相、液相和氣相。固相有一定之形狀和體積；液相雖有一定之體積卻無固定之形狀；至於氣相則因分子間結構、引力關係，既無固定形狀也無一定體積。以水為例：在常壓（一大氣壓）、之下，水將可被凝結成固態水｜冰；同理，常壓、
下水將被氣化形成氣相的水｜水蒸氣。理論上，任何一種物質皆有其在某壓力、溫度恆定下之相變化；至於超臨界則是壓力、溫度超越其本身所具有之臨界壓和臨界溫度點，在這一區中，我們說它是氣、液混合區，既非氣相也非液相區，所以我們稱它為超臨界區。
傳統上，欲分離兩種混在一起之液體溶液，我們可利用因沸點不同而分離之蒸餾操作，更可利用因溶解度不同而達分離效果之液萃取。在萃取方法中，由於必須添加萃取溶劑以達分離目的，一旦分離後又必須將溶劑與某一液體分開，如此操作則常因而提高能源費用，同時環保意識的提昇則使回收溶劑處理上也益加困難。超臨界流體萃取恰好可解決、克服這方面的困擾，因它同時具備蒸餾與有機溶劑萃取的雙重效果，又無殘留萃取溶劑的困難。最重要的，在超臨界區中流體之擴散係數高、黏度低、表面張力低、密度更深受影響，藉由密度之改變來促進其對欲分離物質之溶解度，藉以達分離效果。
早期在歐洲利用二氧化碳為流體來進行咖啡中含咖啡因的萃取；啤酒花中果實萃取液的萃取。國內也曾針對野生高貴藥材｜金線蓮，萃取其香氣及相關成份，用以加入大麥蒸餾酒中來提昇產品經濟價值。最近國內某知名食品公司，更利用此法來萃取殘留在米中的有機農藥、殘質，更希望藉此萃取出胚芽油以增進產品食用安全性和附加價值。
除了在食品方面的應用外，其它廣如醫藥、生物科技、半導體工業、傳統產業等皆可運用超臨界技術以達分離、萃取之目的。正因為超臨界技術能跳脫傳統分離技術，效果上又更佳，同時可避免因回收萃取劑所造成之環境污染。所以，目前超臨界分離技術將是分離程序上的主流，若能更適度擴展其層面至各相關產業技術之應用則將更有所為。
前言
利用二氧化碳做為超臨界流體的來源，是一項相當好的選擇。因為二氧化碳易於達到臨界點，臨界溫度約攝氏31.7℃，與一般戶外溫度相近，臨界壓力則需要72.8atm大氣壓，本身無毒、無色、無臭、不具自燃性、不產生光化學反應，對環境友善，不會破壞臭氧層、不產生煙霧。使用時，其溶解力隨溫度與壓力條件而變，且易於回收再利用，加上易於取得、便宜又安全，很適合進行超臨界流體的各項應用。
超臨界流體的定義
純物質有氣、固、液三相，當系統溫度及壓力達到某一特定點時，其氣-液兩相密度趨於相同，兩相合併為一均勻相。此一特定點即定義為該物質的臨界點，所對應的溫度、壓力和密度則分別定義為該純物質的臨界溫度(TC)、臨界壓力(PC)和臨界密度(ρC)。我們稱此高於臨界溫度及臨界壓力的均勻相為超臨界流體。
超臨界流體技術的發展
1.
法規限制：越來越多的國家，對於食品製程中有機溶劑的使用與殘留的規定愈趨嚴格‧相同的，對於食品中可能農藥及污染物殘留的去除也較為重視‧目前德國使用超臨界流體對於人蔘的農藥去除就是一個非常好的例子；而超臨界二氧化碳流體萃取枸杞技術，更進一步的去除了重金屬‧以長遠來說，超臨界流體技術，將會因為以下幾個因素而逐漸的受到重視，這包括了：職業災害防治、臭氧層破壞、有機溶劑釋放管制、產品有機溶劑殘留濃度限制等，對於消費者與環境的保護‧
2.
產品品質考量：超臨界流體技術的應用，對於高單價強調天然的產品萃取，有非常正面的意義‧這包括了象徵性的意義，與實際對於產品品質提昇的意義而言‧因為超臨界流體技術的「綠色」加工製程的天然形象，相對於傳統有機溶劑所給予消費者的「化學」加工製程，自然能提高產品的健康印象‧事實上，超臨界流體萃取的溫和製程，確實保留了更多天然的有效成分，有些更增加了有效成分人體的可吸收率達20~50倍（例如：超臨界二氧化碳脆取的枸杞精）；而加工製程中，且的殺菌與殺蟲的效果，對於熱帶天然產品的品質保持，更有非常好的功效‧
3.
新產品製造：利用超臨界流體技術製造的食品原料，不一定能完全取代傳統有機溶劑萃取，或是高溫蒸餾等方法所生產的原料，是因為必須用較長的時間，讓消費者接受並願意花費較高的成本‧
4.
新製程建立：技術的革新，對於目前大家所面臨的環保問題的解決，有非常重要的貢獻‧而超臨界流體技術，就是目前大多研究人員，所寄望的解決有機溶劑，對環保與健康的迫害上的努力方向‧『綠色化學』(Green Chemistry)觀念與技術的推展，必定能在未來十年內，讓超臨界流體在反應介質及分離溶劑上的應用，更加蓬勃的發展‧
結語：
超臨界流體技術，將持續的在不同的領域中，將可由食品到藥品以至於化學品和工業化產品的生產應用‧此技術雖然不是萬能加工技術，卻絕對是二十一世紀講求環保化工製程中的另一種選擇‧對於此一新興的技術發展，台灣一定不能缺席‧
每一種物質皆有其特性，透過二氧化碳超流體的作用(溶解與滲透)可將物質當中的單一成份萃取出來，而其中的關鍵點是在於壓力及溫度，換言之，透過CO2超流體的技術，加上壓力及溫度的控制，即可依要求將所需成份萃取出來。
PS.每一種物質的單一成份所承受之壓力及溫度須先實驗得知。
1. 引進先進科技設備與技術，品質與衛生條件符合先進國家標準。
2. 在超臨界狀態區之不同壓力及溫度條件可完成選擇性成份萃取。
3. 萃取溫度低，能較好地保留產品的生物活性等成份。
4. 超臨界不僅將有效物質分離出來，並可提高單位有效物質的可被吸收率達20至50倍之多。
5. 超臨界萃取法可達到純化、萃取與熟化的功能，不須添加有機溶劑。
6. 超臨界萃取為無氧純化萃取，不與空氣接觸，不會被氧化酸敗。
（1）
超臨界二氧化碳萃取技術可專一提取所需要的組分；提純效果好，產品純度高，具有濃縮效果。
（2）
超臨界二氧化碳萃取技術起點高，應用範圍廣，達到世界先進技術水平。
（3）
超臨界二氧化碳萃取技術屬物理分離技術，無有機溶劑的參與，成為綠色食品。
（4）
超臨界二氧化碳萃取技術屬常溫提取，對熱敏性營養物質無任何破壞作用。高溫對食品營養的破壞作用很大，尤其是維生素類。
（5）
超臨界二氧化碳萃取技術無氧氣和光的參與，產品質量穩定。
（6）
超臨界二氧化碳萃取技術對環境不造成污染，符合環保要求。生產過程“三廢”排放極少。
我國重要產業技術研發動向-----食品技術
第一節 產業概況
隨經濟發展，醫療技術進步，人類壽命的逐年延長，許多已開發及開發中國家已開始出現人口老化及慢性病患增加的現象，造就了保健養生話題的熱門。健康食品認證技術及複方保健食品技術之開發與應用，正可為食品工業注入一股熱潮，引領食品工業往更寬廣的方向發展。2001年國內食品業產值（不含菸草製造業）為新台幣4,306億元，在總產值新台幣70,504億元的製造業中佔5.74%，排名僅次於電子、化學材料及金屬製品業。
第二節 先進國家技術發展潮流
一、健康食品
近年世界各國政府亦開始正視健康食品推廣後所帶來改善國民健康、醫療費用下降等的好處，因此近年來正加快腳步，希能持續與疾病相關的保健食品開發工作與建立保健食品相關新學理。依據效能來分，歐、美各國保健食品主要開發方向可分為：(1)與成長發育相關，(2)肥胖、糖尿病，(3)預防或降低氧化傷害食品，(4)心血管疾病（高血壓）食品，(5)消化管生理（腸道菌相），及(6)行動與心理相關之機能性。日本產、官、學界根據其社會結構、國民健康等因素，特別選定數項優先開發保健食品，分別為：高血脂、高血壓、防癌或抗癌、頻尿改善、降血糖、骨質疏鬆、改善視力、改善腦機能（老化）及護肝。而以素材來分，最受重視者為抗氧化劑（包括兒茶素、異黃酮等多元酚類）、大豆及其各種衍生產物、纖維、乳酸菌、魚油及DHA、EPA、納豆、紅麴等發酵食品、食藥用菇類等。
二、複方保健食品
由於歐、美國家較重視單一原料有效成分的探討，因此，有關複方的研究較為少見。目前使用複方理念應起始於中國人，例如用在食補之藥膳複方食品，而其中所使用的中草藥植物為中國傳統沿用的原料，原產於中國大陸最多，因此，在中國大陸的研究也相當多，近年來已注重複方的科學研究，在單一與複方藥草的研究論文篇數比例已自十年前之16:84提升至60:40；此外，香港亦相當注重中草藥的研發，每年自中國大陸進口藥草4至5萬噸。
三、基因改造食品
目前利用於食品的基因改造生物以基因轉殖作物為主。美國FDA核准上市之GMOs（Genetically Modified Organism），主要的產品性狀包含耐除草劑、抗蟲、抗病、延緩熟成、改善品質等，其發展可謂十分快速。
四、超臨界流體應用技術
國外對超臨界流體技術的研究方向可以說是五花八門，基本上都是在取代有機溶劑的使用，其中包括咖啡因的去除，香辛料之萃取、植物精油、色素及其機能性成份的萃取分離；藥物或一些特殊分子之結晶製造；聚合物之塑形溶劑、精密電子零件、晶片甚至半導體及光纖的清洗；聚合物的化學合成製造；藥物及特殊化學物質及香味的酵素合成；以及利用超臨界的廢水處理等。
第三節 我國技術開發現況
一、健康食品認證技術
為確保保健食品的功能與安全獲得科學化的正確評估，並希望藉由保健食品之研發促成台灣食品產業技術的提升，國科會乃積極與衛生署、農委會、經濟部共同規劃推動保健食品之研究開發計畫，於1998年12月11日成立「保健食品跨部會整合推動委員會」，負責規劃、聯繫與推動國內的「保健食品」產業。並於1999年1月21日開會確定，欲推動的保健食品之原料乃以國內生產、具生產潛力或中國人傳統藥膳中使用、且具開發潛力者為優先。
二、複方保健食品技術之開發與應用
近年來國外有關草本植物膳食補助食品的市場急速成長，因此國內亦逐步發展自植物提取有效活性成分及進行複方食品之調配。國內的保健食品以靈芝及綠藻發展最久，其次為利用生物技術發展之冬蟲夏草、靈芝及人參等發酵培養與濃縮加工技術。近年來較為熱門的功能性保健食品有減肥食品、防癌保健、護肝及預防骨質疏鬆等產品。
三、基因改造食品技術之發展與應用
基因改造食品技術目前多屬學術研究領域之範疇。包含農委會所推動之“農業生物技術之研究與開發利用”計畫中之應用遺傳工程技術改良食品工業微生物以生產高附加價值食品用酵素、以及農委會與國科會積極推動基因改造植物與動物的研發工作。如：農委會“農業生物技術之研究與開發利用”計畫之“作物基因轉移技術之開發應用”，以及國科會“農業生物技術國家型科技計畫”之七大重點領域：(1)花卉及觀賞植物；(2)植物保護；(3)水產養殖；(4)畜產/動物用疫苗；(5)植物有用基因之利用；(6)環境保護；(7)保健/藥用植物。其中包含多種可應用於食品及原物料之計畫專題，由此可看出我國在基因改造食品上之部分研發現況。
四、超臨界流體應用技術
國內對於超臨界技術之研究約始於1980年代中期，研究的領域主要以化學及化工上的基礎及應用性研究為主。在生物科學、農學及醫學方面的應用，則包括食品中可食成分及傳統藥理有效成分的萃取與分離。
第四節 我國技術未來發展方向
一、健康食品認證技術
臨床研究者等，藉以增加新素材之開發、效能機制研究、驗證技術研發的深度與廣度，並積極投入有效、安全劑量之研究，為健康食品市場的發展提供最大的支持。以美、日為例，隨著人類基因體的解密及蛋白質體研究的快速發展，美國NIH大力推動將此二類技術應用於營養學的研究，尤其是對於癌症預防方面。
二、複方保健食品技術之開發與應用
未來要促成藥膳食品的工業化，應適度開放具安全性的養生中藥草給食品業界，供開發及生產具養生保健性之複方藥膳食品。
三、基因改造食品技術之發展與應用
未來基因改造食品主要的價值來源，將在於提升產品蛋白質、修飾澱粉含量、生產機能性或醫藥產品、強化營養含量、延緩成熟等等。
四、超臨界流體應用技術
未來隨著政府對生產製程清淨化之要求，而在法令政策上逐步限用有機溶劑，則超臨界流體技術亦將逐漸取代有機溶劑成為萃製製程之主流技術。
工研院環安中心 曾繁銘副組長
相較於傳統化工萃取技術、純化技術、環保技術，超臨界流體技術的研發和應用算是相當新的技術，它的萃取作用是1970 年代才逐漸工業化��
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