JPH032001B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、浸出抽出器、特に浸出抽出器として
用いる圧力下で溶媒を供給する装置に関する。

浸出抽出器の普通の例はコーヒー ブルーイン
グ マシンであるが、その使用に限られるもので
はない。コーヒー ブルーイング マシンとして
の利用で特に重要なのは重力を利用できない宇宙
利用のためのコーヒー ブルーイング マシンの
特別の場合である。他の例には、植物からの天然
香料［芳香及び風味］の取得、スパイスからの精
油、植物油及び食物製品の抽出［例えばビートか
ら砂糖］、及び植物の根、幹及び葉からの医薬製
品の回収への利用がある。本発明はまた超臨界流
体抽出器として及び加圧醗酵槽又は蒸煮釜として
も有用である。溶媒として作用する任意の流体を
用いることができる。

［従来技術］ 浸出抽出［infusion extraction、また「漉し
出し」、「洗浄抽出」、「拡散抽出」、「溶媒抽出」と
もいわれる］は、流体溶媒との接触による固体混
合物からの１又はそれ以上の成分の選択的溶解で
ある。本出願で用いるように、これはまた不溶性
物質の表面から成分を洗浄又は取去ることを含
み、及び物理的溶解自体に加えて、物理的分離又
は化学反応による分離を含むこともあり、さらに
溶媒の物理的及び／又は化学的作用による溶解性
及び不溶性物質からの揮発物及び芳香類の放出を
も含む。本出願では「溶媒」の語が用いられる
が、方法及び抽出される浸出性物質に応じ、この
語は水ばかりでなく蒸気、エチル及びイソプロピ
ル アルコール、石油ナフサ、ヘキサン、トリク
ロロエチレン、アセトン、パークロロエチレン、
塩素化炭化水素及び各種抽出法に用いられる他の
溶媒にも適用され得る。さらに本出願で用いる
「溶媒」の語は流体の溶解特性のみに限定される
のではなく、例えば膜を通過する浸透圧マストラ
ンスフアー及び流体による成分の物理的洗浄のよ
うな浸出抽出に有用な流体の物理的又は化学的な
他の特性をも包含する。

浸出抽出工程は、浸出物質の粒径の減少、浸出
物質の溶媒による浸出抽出、及び生成抽出物及び
抽出残留物の分離の一般工程を包含する。

好結果の浸出抽出法は浸出前の固体浸出物質の
適当な調製を包含する。場合により可溶性物質の
小粒子は不溶性物質のマトリツクスで包囲されて
いるので、溶媒は物質の塊の中に拡散して入らな
ければならず［浸透圧によつて］、生成溶液又は
抽出物は拡散して出なければならない。この固体
の破砕又は粉砕はこの作用を大いに促進する。植
物及び動物体は細胞構造であり、これらの物質か
ら抽出すべき天然物質は通常は細胞内に存在す
る。種々の大きさへの粉砕、破砕、又はローリン
グは、細胞壁を破つて抽出工程で溶解又は洗浄す
べき物質を露出するのに有用であることがある。
コーヒーの「粉砕」が異なると好ましいコーヒー
のだしかたが異なる。然しながら、粉砕は揮発性
を促進する。例えば、粉砕コーヒーは香り及び好
香を提供する化学成分の酸化のため空気にさらさ
れると新鮮さを失い始める。従つて、粉砕後のコ
ーヒーの真空包装は永年に亙つて実施されてい
る。香料及び芳香工業は、多くの天然製品［花、
葉、幹、根、果実等］の抽出物及び蒸溜物を用い
る。これらは配合香料及び芳香の調製のための主
要成分として役立つ。芳香類抽出物製造業者の直
面する問題は、天然製品の多くの一層重要な芳香
成分が極めて揮発性で極めて小濃度で、即ちppm
あるいはppbの程度でしか存在しないことである
［Teraniski、et al、“Flavor Research、
Principles and Techniques”、Marcell
Dekker、Ｉ nc.、1971、p.39］。従つて、抽出
前及び抽出中に浸出物質が密封されたままである
抽出法は有利である。

例えばコーヒーのような粉砕物質は、液体を吸
収すると膨潤し重力供給装置のパーコレクシヨン
を遅らせる。粉砕物質を通る液体に圧力を用いる
と緊密化してさらに流速を減少させる。水を撹拌
することなくバツチの中を流れさせるとバツチの
中に好ましいルート、「トンネル」又は「チヤネ
ル」が形成され得る。好ましいルート又はチヤネ
ルの中で液体の不均衡量がチヤンネルを通り、可
溶性成分がチヤンネルに隣接する粒子から漉し出
され早期に消耗させて、チヤンネルを後から通る
液体は多くを抽出できないが、チヤンネルに隣接
していない他の粒子はまだ実質的に漉し出されな
いままである［即ち、溶媒と浸出性物質との間の
接触の均一性がない］。即ち、浸出物質のバツチ
の中を溶媒が通過する装置は「撹拌」の既知の利
点を無にする。従つて、容器の中で浸出物質が溶
媒に懸濁するように液体溶媒と浸出固体物質とを
混合し液体抽出物を取出すことは浸出物質中に溶
媒を強制するのに好ましい。従つて、撹拌し溶媒
中に懸濁して溶媒との均一な接触及び浸出抽出を
確保しながら、溶媒を浸出物質の中を移動させる
ことは有利である。

かなりの高温が浸出抽出工程を促進することが
あること及び一般に温度が高くなると工程が一層
迅速で完全になり抽出物の濃度も高くなることが
良く知られている。増大する速度は、とりわけ液
体溶媒を用いる場合の粘度が低下することによる
ことが大きい。然しながら、特定の浸出物質に対
しては温度が高くなり過ぎることもある。例え
ば、砂糖ビートは処理温度が高過ぎると望ましく
ない溶出物を生じた製品の化学劣化をもたらす。
換言すると、それぞれの製品には最適温度又は温
度範囲がある。例えば、パン アメリカン コー
ヒー ビユーローの非営利コーヒー ブリユーイ
ング インスチチユートはコーヒーをだすための
最適の水の温度として195〓±５〓を推薦してい
る。そのため溶媒一浸出物質混合物の精密な温度
制御を可能にすることが好ましい。

浸出抽出法の他の重要な因子は、浸漬時間即ち
溶媒が浸出物質と接触を維持する時間の長さであ
る。コーヒー又は茶の場合、例えば、接触時間が
長過ぎると強過ぎたり苦い飲物となるし接触時間
が短過ぎると弱い飲物となる。浸出時間は他の製
品についても臨界的である。重力によるパーコレ
ーシヨン時間は、多くの因子［粒径、容器の幾何
学的配置等］に左右されるので、特定の方法にお
いて最適浸出時間に対し長過ぎたり短過ぎたりす
る。例えば、スパイスは植物の各部分、葉、花、
果実及び樹皮に由来し、天然状態［乾燥及び粉砕
後］で用いられるものもあり、スパイス抽出物
［一般にはオレオレジン］に対するかなりの市場
がある。オレオレジンは、浸出抽出の溶媒の使用
によりまた通常粉砕固体を通る溶媒の重力パーコ
レーシヨンによつて通常分離される。各種の溶媒
が特定スパイスに応じて用い得る。溶媒との接触
時間は抽出物の濃度だけではなくその組成をも定
める敏感な因子であり、また成分によつては溶解
性は溶媒との接触時間及びその温度に依存する。
浸出抽出が行われる速度は現在では完全には分つ
ていない多くの変数に依存する。不浸透固体粒子
表面からの溶媒の洗浄は極めて速いことが予想さ
れ浸出物質と溶媒との混合のみを必要とするが、
固体内部からの溶出物の漉し出しはかなり遅い。
透析又は浸透速度、不溶性物質のマトリツクスか
らの溶出物の溶解及び化学反応速度等は方法が変
ると全々変る。例えば、大豆油の性質は用いる漉
し出し時間がかなり長いか短いかによつて変る ［Treybal、“Mass−Transfer Operations”、
Mc Graw−Hill、1955、p628］。粉砕固体を通る
液体のパーコレクシヨンに必要な時間は、勿論、
特定の固体及び液体及び特定の粒径及びバツチの
大きさのようなものに左右されるが、また特定の
バツチ及び溶媒に対してパーコレーシヨン中の浸
漬又は接触時間はかなり定まつた時間である。従
つて、浸出物質と溶媒との接触時間の精密な制御
を易にすることは望ましいことである。

溶媒／浸出物質混合物の圧力を変える能力は、
有利な結果、例えば浸出物質の細胞壁の破れを得
るのに有利であり得る。また溶媒／バツチ混合物
の与圧に続く抽出物の真空除去は、そうでなけれ
ば放出される揮発物の回収を容易にし得る。浸出
抽出法を促進するため所望の圧力を適用し制御す
る能力を提供することは有利である。

従つて、多くの変数、溶媒のタイプ、漉し出し
時間、温度、圧力及び撹拌の程度は抽出法の速度
と効率ばかりでなく、抽出物自体にも重大な影響
を有する。各変数及び変数の任意の組合せを変え
る能力は、多くの方法、例えば商業生産にスケー
ル アツプする前の所定の浸出物質の抽出の因子
の最適組合せを定めるための小規模の実験におい
て有利である。

［発明の開示］ 浸出物質を含む室を通るピストンの使用による
熱水のような溶媒の運動は知られている。この原
則を利用するコーヒー ブリユーイング器は多く
の特許に開示されている。

これらの装置の多くは、溶媒に作用する重力又
は溶媒を浸出物質を通してパーコレートし又は与
圧パーコレートする溶媒にかかる重量に依存す
る。例えばウエーバーの米国特許第3804635号。
他のものは加圧パーコレートのための再供給溶媒
の導入力の圧縮気体を用いる。例えば、ヘレラの
米国特許第3451329号、ガルテの米国特許第
3120170号、ウイリアムスの米国特許第3583308
号。キングの米国特許第3565641号は浸出物質に
溶媒を通すピストンを用い、溶媒及び浸出物質を
撹拌するため空気を用いている。ヘツダドの米国
特許第4189991号は溶媒と浸出物質との混合物を
撹拌しようとして間欠的に適用される圧力を用い
ている。

上記の特許はすべて溶媒が浸出物質を通つて移
動する装置を関示している。そのうちの１のウエ
ーバーの米国特許第3804635号は、浸出物質を通
つて流れる溶媒の速度を制御することによつて浸
出物質と溶媒との接触時間を制御しようとしてい
るが、上記の特許はいづれも溶媒に浸出物質を懸
濁させ直接接触時間を制御することを教示してい
ない。さらに抽出物を浸出残留物から分離した後
第１室に戻すことを教示したものはないし、抽出
の前、間及び後に揮発物の保存を教示するものも
ない。

［発明の実施の最良の態様］ 第１図に、ゼロ重力コーヒー メーカー又はテ
イー メーカーとして作り上げた浸出抽出器１０
を示す。これは、その中に配置されたピストン１
２を有し、かつその内容物の温度を制御するため
最適に絶縁されたサーモスタツト制御加熱要素１
３に内包された流体室１１を備えている。流体室
１１は、３路弁のような切替弁装置１４によつて
流体供給及び排出ライン１６と連絡され、それに
よつて新しい溶媒１８、この場合には水が流体室
１１に入ることができ、またそれによつて抽出後
に抽出物を排出できる。

移送管１５は流体室１１と浸出室２０とを接続
し、浸出室２０には、この例では屈曲性ブラダー
２４が配置され、さらに浸出物質、ここではコー
ヒーが入れられている。浸出室２０には、ブラダ
ー２４及びその内容物の膨脹／つぶれを容易にす
るため通気孔２５が備付けられている。流体室１
１及び浸出室２０の中間にあつて相互流通する流
体が通過しなければならないところには、第１又
は上部パーフオレート スクリーン２１、フイル
タ２２、第２又は下部パーフオレート スクリー
ン２３が、流体室１１から浸出室２０は又はその
逆に通過する流体の圧力の示す力に対してスクリ
ーン２１及び２３がフイルタ２２を位置付けかつ
支持するように配置されている。

第１図に示すように、弁１４は、ピストン１２
の作動により、溶媒供給源と連絡している供給ラ
イン１６から室１１、溶媒が引込まれるように配
置することができる。ピストン１２は、人手又は
電気、機械、水力、空気又は他の適当な作動機構
１９によつて、マニユアル又は自動制御で、所望
の仕込み量に応じて上部、下部又は中間位置に作
動することができる。溶媒１８は流体室１１内に
又は隣接して配置された加熱要素１３によつて所
望の温度に加熱される。流体室１１内の溶媒１８
の温度は適当な電気、機械又は電気機械的な方
法、例えばサーモスタツト、時間加熱サイクル、
又は温度ゲージ観測によつて制御できる。

溶媒１８が一旦予め設定した所望の温度に達す
ると、弁１４を位置付けピストン１２を作動させ
て流体室１１内の圧力を増大させ、それにより加
熱溶媒の必要量の仕込みをパーフォレート スク
リーン２１，２３及びフイルタ２２を通り浸出物
質３０の最初のバツチを含む浸出室２０のブラダ
ー２４内に移動させる。ブラダー２４の弾性抵抗
は、その組成、量、濃密さ及び配置によつて、溶
媒一浸出物質混合物に圧力を作用し、その圧力の
量は所定の大きさのブラダー２４に圧入される溶
媒１８の量又は仕込みの大きさによる。溶媒−浸
出物質混合物は所定の時間の間浸漬又は浸され
る。

特定の浸出物質、溶媒、及び抽出対象物に対し
て所定の浸漬時間の後、弁１４を位置付けピスト
ン１２を作動させて流体室１１の圧力を低下させ
所要の通り温度が制御される［特定の態様では、
加熱又は維持する］流体室１１にパーフオレート
スクリーン２１，２３及びフイルタ２２を通つ
て抽出物を戻すことによつて生成抽出残留物から
抽出物を分離させる。ある種の抽出では、一旦流
体室１１に含まれる抽出物の圧力を低下させるの
が有利であり得る。これは、本発明において、流
体室の圧力が低下するまで弁１４を閉じピストン
１２を移動させることによつて極めて容易に行な
うことができる。

抽出物が所望の温度に達した後、弁１４を位置
付けピストン１２を作動して抽出物を供給／排出
ライン１６を通つて使用又は次の処理のために排
出する。

他の具体例では、溶媒１８の浸出室２０への通
路は、適当な弁によつて［図示しない］、この段
階で漏過を必要としない場合［抽出残留物から抽
出物を後で取出す場合のように］、パーフオレー
ト スクリーン２１，２３及びフイルタ２２を通
らず直接に浸出物質中に行なうことができる。

コーヒー／テイー メイキングでは通常溶媒
［水］の加熱が必要であるが、溶媒、抽出物、又
は溶媒−抽出物の組合せを所望の温度に冷却する
ことも本発明によつて容易に行ない得ることを理
解すべきである。

さらに他の具体例では、浸出室２０は密封圧力
容器であり、そこでブラダーに包まれるのではな
く、スクリーン バスケツト［２９、第２図］、
多孔性バツグ又は同様な装置によつて適切に保持
され加圧下で溶媒が浸出物質と接触できる。

また他の具体例では、フイルタ２２及び支持パ
ーフオレート スクリーン２１，２３を、溶媒が
注入され、かつ抽出物が取出される浸出室内で浸
出物質と浸出残留物とを含む多孔性バツグ又は同
様な装置で置換することもできる。

第１図に示した共通流体供給及び排出ライン１
６及びスライド弁１４は特定の具体例を説明する
ためのものに過ぎないことを理解すべきである。
別個の供給及び排出ライン及び他の形の多作用弁
又は別個の弁も本発明に含まれるものである。

また、加熱溶媒を用いる代わりに、多くの価値
ある芳香及び「コールド プレス」される。熱が
ある種の芳香成分を破壊したり望ましくないと考
えられる成分を抽出するからである。本発明は微
妙な芳香植物の抽出物を調製するのに効率が良く
破壊の少ない装置として用いることができる。本
装置は動物器官、腺、及び組織から芳香成分を抽
出するのに用いることもできる［例えば、じやこ
う］。

浸出抽出器は、超臨界流体抽出器としてあるい
は加圧醗酵槽又は蒸煮釜としても有用である。

ある種の気体［例えば二酸化炭素］は、冷却し
超臨界状態に圧縮したとき独特の抽出特性を示
す。例えば、超臨界二酸化炭素は溶媒残留物を残
すことなくコーヒーを脱カフエイン化する。抽出
後、コーヒーに通気し二酸化炭素を大気に逃が
す。同様に、超臨界気体は料理用／フライ用の油
の酸化留分を除くため及び多くの他の用途に用い
ることができる。

浸出抽出器は、超臨界条件を部分的に創り出す
に必要な圧力を創り出すピストンを備えている。
冷却は超臨界条件を完全に達成するために適用す
る。

上昇温度及び中程度の圧力下での醗酵ユニツト
の操作はかなり最近の革新技術である。この浸出
抽出器は圧力を適用し好熱性温度に下部室を加熱
してバイオーリアクターとして操作することがで
きる。フイルタは、醗酵の終に細胞を分離し、細
胞を含まない状態で醗酵媒体及び最終製品を提供
できるので、極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の浸出抽出器の断面図であり、
第２図は他の実施例としての浸出室の断面図であ
る。 １０……浸出抽出器、１１……流体室［第１
室］、１２……ピストン、１４……弁、１８……
溶媒、２０……浸出室［第２室］、２４……ブラ
ダー、２９……スクリーン バスケツト、３０…
…浸出物質。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶媒を収容するに適した密封第１室、 第１室と流体連絡し、溶媒が浸出物質と接触し
   所望の成分の抽出物が生成される密封第２室、 溶媒を重力とは無関係に第１室から第２室に移
   送しかつ抽出物を第２室から第１室に移送するた
   めの移送手段、及び抽出残留物から抽出物を分離
   するに適した第２室と連結された分離手段を包含
   する溶媒による浸出物質の浸出抽出装置。 ２ 該移送手段が第１室に新しい溶媒を引込む手
   段を備えた特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 該移送手段が第１室から溶媒を排出する手段
   を備えた特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４ 第１室の内容物を所望の温度に制御するため
   の温度制御手段を備えた特許請求の範囲第１項記
   載の装置。 ５ 第２室の内容物を所望の温度に制御するため
   の温度制御手段を備えた特許請求の範囲第１項記
   載の装置。 ６ 第１室に圧力を適用し制御するための圧力手
   段を備えた特許請求の範囲第１項記載の装置。 ７ 第２室の圧力を制御するための圧力手段を備
   えた特許請求の範囲第１項記載の装置。 ８ 該圧力手段が膨脹し、つぶれることができる
   ブラダーを包含する特許請求の範囲第７項記載の
   装置。 ９ 該移送手段が該圧力手段を備えた特許請求の
   範囲第６項記載の装置。 １０ 該移送手段が第１室内で作動するピストン
   を備えた特許請求の範囲第１項記載の装置。 １１ 移送手段がさらにマルチプル弁手段を備え
   た特許請求の範囲第１０項記載の装置。 １２ 該分離手段がフイルターを備えた特許請求
   の範囲第１項記載の装置。 １３ 該分離手段が浸出物質及び抽出残留物を阻
   止するに充分小さい流体通過開口部を有する囲い
   を備えた特許請求の範囲第１項記載の装置。 １４ 溶媒による浸出抽出で浸出物質から成分を
   抽出し生成した抽出物を抽出残留物から分離する
   装置において、 その中に緊密に収容されたピストンを備えた密
   封第１室、 第１室の圧力を上昇させ降下させるため第１室
   のピストンを往復運動させる手段、 第１室と流体連絡し、その中に浸出物質を有
   し、かつ抽出物及び抽出残留物を生成することが
   できる密封第２室、及び 第１室と第２室との間、第１室と溶媒源との
   間、及び第１室と抽出物用のシンクとの間に選択
   的に流体連絡を提供する弁手段 を包含する装置。 １５ 第１室の内容物の温度を制御する手段を備
   えた特許請求の範囲第１４項記載の装置。 １６ 第２室の内容物に圧力を適用する手段を備
   えた特許請求の範囲第１４項記載の装置。 １７ 第２室内の圧力を制御する手段を備えた特
   許請求の範囲第１４項記載の装置。 １８ 抽出残留物から抽出物を分離する手段が流
   体のみを透過させる膜状フイルターを備えた特許
   請求の範囲第１４項記載の装置。 １９ 密封した第１室に溶媒を密閉的に引込む工
   程、 溶媒を密閉的に所望の温度に加熱する工程、 浸出物質を含む密封第２室に加熱溶媒を、重力
   とは無関係に、密閉的に移送する工程、 第２室の溶媒と浸出物質との所望の圧力を密閉
   的に制御する工程、 第２室の溶媒と浸出物質とを浸出物質の浸出抽
   出に有効な時間の間密閉的に保持する工程、 浸出物質の所望の成分を浸出抽出によつて抽出
   物に補捉する工程、 このようにして生成した抽出物を第１室に取出
   し第２室に抽出残留物を残す工程、 を包含する浸出物質の浸出抽出方法。 ２０ 第１室の抽出物の圧力を密閉的に制御する
   工程をさらに包含する特許請求の範囲第１９項記
   載の方法。 ２１ 第２室の溶媒と浸出物質との温度を制御す
   る工程をさらに包含する特許請求の範囲第１９項
   記載の方法。 ２２ 溶媒源と密封第１室との間の源弁を開く工
   程、 第１室内のピストンを移動して第１室の圧力を
   減少させる工程、 第１室に源弁を介して溶媒を引込む工程、 源弁を閉じる工程、 第１室の溶媒に熱を適用する工程、 第１室の溶媒の温度を制御する工程、 第１室と浸出物質がおかれている密封 第２室とを連絡する移送弁を開く工程、 第１室内のピストンを移動して第１室の圧力を
   増大させる工程、 加熱溶媒を第１室から移送弁を介して第２室に
   移送する工程、 抽出物と抽出残留物とを製造する浸出抽出に有
   効な時間の間加熱溶媒と浸出物質とを接触させる
   工程、 第１室内のピストンを移動して第１室の圧力を
   減少させる工程、 抽出物を抽出残留物からフイルターを通過させ
   ることによつて抽出物を分離する工程、 抽出物を第２室から移送弁を介して第１室に移
   送する工程、 移送弁を閉じる工程、 抽出物を加熱する工程、 第１室内の抽出物の温度を制御する工程、 タツプ弁を開く工程、 第１室内のピストンを移動して第１室の圧力を
   増大させる工程、及び 抽出物を第１室からタツプ弁を介して取出す工
   程、 を包含し、かつ全ての工程を密閉的に行なう浸出
   物質の浸出抽出方法。