超臨界CO2抽出とは — 相図から読む「溶剤が残らない溶剤」

水は温度を上げれば気体になり、下げれば固体になる。中学校で習うこの3つの状態のほかに、4つ目の顔がある。ある温度と圧力の組み合わせを超えると、物質は気体でも液体でもない状態に入る。気体のように隅々まで広がっていくのに、液体のように物を溶かす。二酸化炭素の場合、その境目は 31℃、7.4 メガパスカル（約 73 気圧）。人肌よりわずかに低い温度である。

相図の右上にある領域

この境目を臨界点という。温度と圧力を軸にとった図の上で、気体と液体を分けていた線がそこでぷつりと途切れる。線が無くなるということは、そこから先は気体と液体の区別が付かないという意味だ。境界を跨がずに一方から他方へ移れてしまうので、そもそも「沸騰」という現象が起きない。

臨界点で気体と液体を分ける線が途切れる。その先は境目のない1つの領域になる。

この領域にある二酸化炭素は、溶剤として都合のよい性質を2つ持っている。密度が液体に近いので物をよく溶かし、粘り気と表面張力が気体に近いので、植物の細胞の隙間へするりと入り込む。浸透力は気体、溶解力は液体。ヘキサンのような有機溶剤が時間をかけてやることを、短時間で、しかも 30℃ 台の低温でやってのける。

コーヒーから来た装置

この技術は香料のために生まれたのではない。工業的に立ち上がったのは、コーヒー豆からカフェインを取り除く用途と、ビールのためのホップ抽出だった。食品に使う以上、溶剤が残っては困る。二酸化炭素なら、抽出が終わって圧力を下げた瞬間にただの気体へ戻り、抽出物から勝手に抜けていく。後始末の要らない溶剤という一点が、食品産業にとって決定的だった。

香料がその恩恵にあずかったのは、装置と運転技術が出来上がったあとである。高圧に耐える容器と、圧力を精密に操るポンプ。設備は高価で、いまも導入できる工場は限られる。CO2 抽出物が同じ素材の精油より高値になりがちなのは、原料ではなく設備の値段が乗っているからだ。

装置の中身も食品時代のままだ。太い鋼の筒に素材を詰め、液化した二酸化炭素をポンプで送り込み、圧力を保ったまま循環させる。抽出を終えた流体を別の槽へ移して圧力を下げると、溶け込んでいたものが底に落ち、二酸化炭素は気体に戻って再び圧縮ポンプへ回る。溶剤は使い捨てではなく、装置の中をぐるぐる回っている。二酸化炭素という温室効果ガスを使いながら環境負荷が低いとされるのは、系の外へほとんど出ていかないからである。

浅いステンレスの皿に落ちた、濃く粘りのある抽出物 — 圧力を下げた瞬間に二酸化炭素は気体へ戻り、溶けていたものだけが皿に残る。

圧力を変えると、採れるものが変わる

この方法のいちばん面白い性質は、同じ溶剤で違うものが採れることにある。超臨界状態の二酸化炭素は、圧力を上げれば密度が上がり、重い分子まで溶かすようになる。圧力を低めに保てば、軽く揮発しやすい成分だけを選んで連れ出せる。溶剤を替えずに、ダイヤルひとつで選択性を動かせるのである。

そのため CO2 抽出物には種類がある。低めの圧力で軽い成分だけを採ったセレクトと、高い圧力まで上げて樹脂質まで引き出したトータル。同じジンジャーでも、前者は生の根をおろしたような立ち上がりで、後者は煮詰めたような濃さになる。「CO2 抽出のジンジャー」という表示だけでは、どちらなのか分からない。

CO2 抽出が力を発揮する素材

弱点もある。超臨界の二酸化炭素は無極性に近い溶剤なので、水に馴染むような極性の高い分子を苦手とする。そこでエタノールを数パーセント混ぜる手が使われる。共溶媒と呼ばれるこの補助で溶かせる範囲は広がるが、そのぶん「溶剤が残らない」という長所は薄まる。長所と短所が同じ性質から出ているので、片方だけを取ることができない。

選択の幅が広いということは、決めなければならないことが多いということでもある。同じ素材でも、圧力・温度・時間・共溶媒の有無で得られるものが変わる。産地や品種の違いに、製造条件の違いが重なる。CO2 抽出の香料を選ぶときに「どこの畑か」だけでなく「どう採ったか」を問うことになるのは、この方法が持ち込んだ新しい面倒である。