邱品銓、楊慕震、張鑑舜、何宗仁、劉仕賢、金志龍 / 工研院材化所
微反應器作為高效率流體混合反應器，能夠在極短暫時間內達到不同流體的高度混合效果以降低生產成本，因而吸引醫藥產業高度興趣。在本文中我們將討論Eicosapentaenoate(簡稱EPAE)產品透過工研院所設計的先進型微反應器系統進行量產技術開發，其原料是萃取自魚油中的有效成分，為高純度Omega-3酸酯，而EPAE生產過程中需要使用有機溶劑萃取方式獲得，萃取過程的產率則會影響到產品的生產成本。傳統製程設備龐大，且僅透過攪拌無法有效均勻混合油水兩相，降低萃取效果，故需要採用高效率的萃取技術來解決此製程效率問題。
【內文精選】
EPAE魚油萃取機制
傳統製程為批次反應萃取，設備龐大且攪拌混合效果有限，需耗費較長時間。混合效果不佳容易導致萃取效率降低而影響生產成本，且萃取效率直接影響魚油濃度，而濃度則會影響保健功效與人體吸收率。目前國際上已使用如超臨界萃取技術、微型反應萃取技術等，逐漸取代傳統批次反應製程。
工研院透過流體力學計算與CFD模擬設計出一種新型微流道反應器，可以在微小空間內將不同流體混合以達到高效率混合結果。有別於傳統微流道反應器，新型反應器針對縮減與放大區域進行調整，使流速更快且混合效果提升。此一新型微型反應器應用於EPAE魚油萃取，如圖六所示，富含魚油的螯合劑溶液與油相溶劑分別進入微型反應器進行混合萃取，經過反應器後充分混合的水溶液在分相槽中進行油水分離，高濃度EPAE從水相中被萃取至油相，分層取出純化後可得到>98 wt.%以上的魚油。
圖六、本案研發之高效率液液反應混合流道
產業實績應用
微型反應器應用領域逐漸擴大，本計畫針對魚油萃取規劃設計並結合工研院MRT萃取專利技術，實績達到業主要求。原舊有製程處理一批次所耗費時間約13小時，透過工研院技術結合設計的可模組化連續式MRT量產系統，當兩相流體進入微流道後，藉由流道的縮口與擴張，使得兩相流體產生劇烈的碰撞而產生高速的質傳，在很短的時間內即可完成萃取程序，不但操作時間短、通量大，且設備占用空間極小，生產效率非常優越，僅需3小時即達到原製程處理量。而原製程因使用傳統儲槽進行攪拌萃取，並在過程中需進行人力投料，因此增加不少人力成本。連續式MRT量產系統採自動化控制，所有製程參數皆可在線上控制並即時監控。
本案利用兩座MRT串聯方式完成兩段式萃取，每一座MRT皆搭載數十組工研院專利研發之微型反應器並排連接，藉此達到製程放大效果。經過兩段式萃取後，混合液即進入分相槽進行油水分離，高濃度魚油經過MRT充分混合後，從水相萃取至油相，再經過分相槽將油相產品送往成品槽進一步濃縮，而剩餘水相則往後進入水洗段進行溶劑回收。
微型反應器未來發展趨勢
工研院現階段已完成整合微型反應/混合/純化裝置的整體製程微型化設計、製作與測試，透過產業實際案例證實所需空間與傳統技術相比大幅縮小。由於目前只有反應/混合部分為微反應器，其他部分仍為傳統分離純化單元操作，下一階段將進行自動化與製程智慧化調控規劃。
工研院致力於推動化工產業進展，除了進行苯胺衍生物微反應器製程評估，也採用微通道反應器開發連續式彈性製造技術，快速整合調整製程，配合產品性能需求產出關鍵單體，連續式多官酯化製程驗證則採用微流道反應器進行第一段反應，搭配後段連續式脫水節能技術，節省蒸氣50%以上，提升產能39%，試驗工廠測試驗證如圖八。
圖八、多官酯化製程於不同裝置下驗證分析結果
隨著改善傳統製程的勞力密集、生產效率低等問題，以提升製程安全及環保為主軸推動微型反應器系統，除了可整合純化、分析及自動控制，配合建立的流體化學反應平台技術資訊，並能提供產品製程與整合性設備，促進技術轉移、整廠輸出及新創公司成立。而工研院則由材料與化工研究所進行化學產品開發、微通道設計、製程設計與系統整合，跨領域結合生醫與醫材研究所之醫藥產品製程開發、機械與機電系統研究所之機件設計與加工，盼能帶動更多產業進入微型反應器系統並發揮其更大應用效益---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》434期，更多資料請見下方附檔。