JP4830749B2 - 小型抽出装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波照射による加熱を利用して植物原料または動物原料から有効成分を簡易に抽出、取得するための小型抽出装置に関する。

植物や動物原料から有効成分を簡便に取得するための抽出方法においては、原料を溶媒と混合したのち加熱すると、抽出効率を高めることができる。従来かかる場合における加熱方法としては、水浴あるいはマントルヒーター等による外部からの加熱方法が用いられていた。

しかし、外部からの加熱においては、抽出容器を温める必要があり、また、原料を所望の温度に加熱するためには、加熱ロスを含めてそれ以上の温度設定にて加熱する必要があった。また、原料が固体の場合には抽出効率を高めるために、原料を細かく粉砕する必要があり、あるいは長時間の抽出反応が必要であった。さらに、目的とする有効成分が熱に弱いものの場合には長時間の加熱、あるいは外部からの加熱により分解、劣化する問題もあった。このような問題点を考慮すると動植物から有効成分を抽出する方法として外部加熱を用いる方法はあまり好ましい方法とは考えられない。

特許文献１には、ろ過工程が不要で、マイクロ波照射による短時間の加熱を利用して有効成分を抽出できる抽出方法および装置が提案されている。特許文献１記載の抽出方法においては、マイクロ波加熱が利用されているが、ソックスレー抽出法が用いられ、電気またはガスによる外部加熱が併せて行われている。また、その他、外部加熱を利用しない装置として、常圧でのマイクロ波反応装置も幾つか製造あるいは市販されているが、特注品もしくは反応用のものであるため高価である。一方、一般家庭用のマイクロ波装置（電子レンジ）を抽出反応に使用するには、穴あけなど改造が必要である。
特表２０００−５１０７６５号公報

そこで、本発明者等は、マイクロ波照射により加熱することで、短時間で、省エネ、省コストにて有効成分を分離する方法や、該技術を一般家庭の電子レンジでも利用できるよう簡便、コンパクト化した小型抽出装置を提案した（特願２００６-０９７２４１）。この装置によれば、目的物を５〜１０分程度の反応で得ることができるため、熱劣化のない目的物を得ることができるが、冷却材や回収した液体がマイクロ波で加熱されないように、装置をマイクロ波遮蔽材で構成する必要があった。

ところが、マイクロ波遮蔽材として、金属カバーや金属コーティング材を使用すると、マイクロ波遮蔽効果は優れているものの、破損、傷等が生じた場合にスパークが発生する恐れがあり、一般家庭で使用することを考慮すると傷や破損を防ぐために高コストのカバーを採用せざるを得ず、コスト増の要因となっていた。

本発明は、植物原料等をマイクロ波遮蔽材として利用することに着目したものであり、マイクロ波照射による加熱を利用する抽出操作を簡便に行い、安全に、低コストで、短時間で有効成分を抽出することができる小型抽出装置を提供することを目的とする。

本発明者等は、マイクロ波遮蔽材として植物原料または動物原料を利用する装置構成とし、原料をマイクロ波で直接加熱して有効成分を抽出した溶媒蒸気を発生させる機能と、該蒸気を冷却、凝縮させて溶媒と有効成分を回収する機能と、を一体に組み込むことにより、電磁波遮蔽材を用いない小型抽出装置を提供できることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明は以下の通りである。
（１）マイクロ波照射による加熱によって植物原料または動物原料から有効成分を抽出、取得するための小型抽出装置であって、
前記原料および溶媒を収容する材料部をマイクロ波透過性の材料で形成するとともに、
凝縮された溶媒および抽出された有効成分を回収する回収部と蓄冷材を収容可能な冷却部を、前記材料部の中に配置するとともに、前記冷却部を前記回収部の上に回収部と連通するように配置し、
前記回収部および冷却部と材料部外壁との間に、原料を充填可能な空間を設けることで、材料部で発生した蒸気が、前記原料の間を抜けた後、冷却部の開口を介して、冷却部で冷却、凝縮されて回収部で回収されるように構成したことを特徴とする小型抽出装置。
（２）マイクロ波照射による加熱によって植物原料または動物原料から有効成分を抽出、取得するための小型抽出装置であって、
マイクロ波照射による加熱によって植物原料または動物原料から有効成分を抽出、取得するための小型抽出装置であって、
前記原料および溶媒を収容する材料部をマイクロ波透過性の材料で形成するとともに、
凝縮された溶媒および抽出された有効成分を回収する回収部を、前記材料部の中に配置するとともに、蓄冷材を収容可能な冷却部を前記材料部の外かつ回収部の上に、回収部と連通するように配置し、
前記回収部と材料部外壁との間に、原料を充填可能な空間を設けることで、材料部で発生した蒸気が、前記原料の間を抜けた後、冷却部の開口を介して、冷却部で冷却、凝縮されて回収部で回収されるように構成したことを特徴とする小型抽出装置。
（３）前記回収部が、凝縮された溶媒を材料部に戻すための溶媒リサイクルパイプを有し、該リサイクルパイプは、前記材料部の底面近傍に溶媒排出口を有している、前記（１）または（２）に記載の小型抽出装置。
（４）前記マイクロ波透過性の材料が、ガラスまたはマイクロ波透過性耐熱材である、請求項１〜（３）のいずれかに記載の小型抽出装置。
（５）前記冷却部が、その頂面に蒸気を逃がすための穴を有する、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の小型抽出装置。
（６）電子レンジ用の抽出装置である、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の小型抽出装置。

本発明の小型抽出装置によれば、回収部を電磁波遮蔽材で被覆する必要がないため、安全、かつ装置コストを抑えることができる。しかも、材料部で発生した蒸気が、回収部の周囲を通って冷却部の開口から冷却部に入り、凝縮されるので、短時間で簡便に有効成分を抽出することができる。

請求項１によれば、材料部、回収部および冷却部が一つの容器内にコンパクトに収容されているので、装置の製造、取り扱いが容易である。請求項２によれば、冷却部が、材料部および回収部とは別体で構成されているので、冷却部のみ電磁波遮蔽することにより、電磁波遮蔽材の使用部分を少なくすることができる。

請求項４によれば、照射されたマイクロ波により原料および溶媒を効率よく加熱することができ、抽出効率を高めることができる。請求項５によれば、蒸気が大量に発生した場合においても抽出装置の破裂を防止して、効率よく抽出操作を行うことができる。

請求項３によれば、回収部が凝縮された溶媒を材料部に戻すための溶媒リサイクルパイプを有するので、溶媒を再利用できるため省エネ、省溶媒量の抽出装置となる。溶媒リサイクルパイプの溶媒排出口が材料部の底面近傍に設けられているので、抽出効率が向上する。

本発明によれば、蓄冷材を収容した小型抽出装置を提供することができ、また、電子レンジ用小型抽出装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の小型抽出装置の好適な形態の外観を示す斜視図で、図２は同じ抽出装置の概略断面図である。図１，２において、１は小型抽出装置、１０は溶媒と原料を収容する材料部、２０は凝縮された溶媒および抽出された有効成分を回収する回収部、３０は蓄冷材を収容可能で、抽出成分を含む溶媒蒸気を凝縮させて液化させる冷却部である。図２は、材料部１０に被抽出物を収容し、冷却部３０に蓄冷材３３を収容した状態を示している。

この抽出装置１は、本体の上部に蓋体１１があり、抽出前後の材料の出し入れが容易となる様に、材料部を本体と蓋体とで構成している。蓋体１１には冷却部３０と対応させた蒸気穴３１が設けられている。容器自体が材料部１０を構成し、該材料部の中に回収部２０と冷却部３０を収容しており、それぞれの機能が一体化した構成となっている。

材料部１０と回収部２０は、溶媒リサイクルパイプ２５を介して、回収部の下部において連通しており、図に示す態様ではこの連通パイプ２５は、テフロン（登録商標）製または磁製の目皿５の間に固定されている。そのため、凝縮された溶媒量が一定の水位に到達すると、サイホンの原理により、回収溶媒８が材料部の底部に戻される仕組みになっている。なお、リサイクルパイプ２５は、回収部の水位が一定量に保持されるようになっていればよいので、取付け位置や取付け方法は特に限定されない。また、溶媒排出口の位置も限定されないが、原料全体に蒸気を行き渡らせることや、特に下部原料から効率よく有効成分を抽出することを考慮すると、目皿位置または目皿の下部部分など、材料部底面近傍にあることが好ましい。

回収部２０の上には、該回収部と連通するように冷却部３０が設けられている。冷却部３０には、内部に蒸気を凝縮するための、取り外し可能な蓄冷材３３が収容されている。蓄冷材は抽出操作の前に予め冷凍しておくと、蒸気（抽出液）の凝縮効率を高めることができる。蓄冷材としては、例えば、凍結可能な液体を含浸吸収させたポリアクリル酸系吸水性樹脂、カルボキシポリマー、ポリアルキレングリコールを含む水溶性高分子水溶液等を用いることができる。蓄冷材被覆材としては、膨潤性を有するものが温度変化に対する耐性の点から好ましい。また、冷却部３０の上部には蒸気穴３１が設けられているので、蒸気が大量に発生した場合であっても、過剰の蒸気を逃がすことにより抽出装置の破裂を防止することができる。

溶媒蒸気は、冷却部３０に設けられた開口３４を通って、冷却部に導入される。冷却部３０に到達した溶媒蒸気は、蓄冷材３３に接触することで冷却され、凝縮して液体となり、開口３２を流下して回収部２０に溜められる。

回収部２０においては、有効成分と抽出溶媒との間に比重の差があると、液化した溶媒と有効成分を比重差で分離させ、各別に回収することができる。図２は、比重の大きい抽出溶媒である水８が下層、比重の小さい有効成分である精油７が上層に、二層分離している状態を示している。なお、有効成分によっては溶媒に溶解した溶液として回収してもよい。

回収された抽出溶媒８は、溶媒リサイクル用の連通パイプ２５を通って材料部１０に容易にリサイクルさせることができる。そのため、材料が少量の場合であっても過加熱の状態になることを防止し、適度な濃度の溶媒蒸気に保つことができる。

小型抽出装置の材料部、すなわち装置の外壁はマイクロ波透過性の材料で形成されている。該材料としては、耐熱ガラス等のガラスまたはマイクロ波透過性耐熱材が好ましい。マイクロ波を照射されると装置の外壁を透過したマイクロ波によって、収容されている原料および溶媒が加熱される。そのため、溶媒のみを加熱した場合に比べて、原料中の有効成分の抽出が促進されることで、短時間でかつ多量の有効成分の抽出が可能となる。

マイクロ波透過性耐熱材としては、例えば、ポリプロピレン系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリエーテル系、ポリフェニレン系、ポリサルホン系、ポリベンゾイミダゾール系等の樹脂材料、シリカもしくはアルミナを被覆したポリエチレンテレフタレート、セラミックス系材料等を挙げることができる。

有効成分を抽出するための溶媒としては、安全性が高く入手容易である点より、水を好ましく挙げることができる。

図２に示す小型抽出装置を用いて抽出操作を行う場合は、図示したように、回収部２０と冷却部３０の周囲に、ほぼ蓋体１１に近い高さまで、バイオマス粉砕物等の原料細片Ｂを充填し、材料部の底部に溶媒Ａを入れる。この形態の装置においては、回収部２０の直径を、抽出する有効成分の種類や含有量、使用する原料の種類に応じて適宜なサイズに設計することで、回収量や回収時間を調整することができる。また、回収部の直径に合わせて冷却部３０の容量を設定することで、抽出操作の安定化をはかることができる。回収部２０および冷却部３０の周囲にはそれぞれ原料細片Ｂを充填するので、それら各部をマイクロ波から遮蔽することができ、それら各部を電磁波遮蔽材で被覆する必要がなく、また材料部で発生した蒸気の通路を確保することができ、パイプを配設する必要がない。

原料細片Ｂは、原料を乾燥し、適当な大きさに切断または粉砕したものであればよく、一旦、抽出に用いられた原料の廃物を用いることもできる。例えば、植物原料または動物材料を、ミキサーなどで粉砕したものを用いれば、溶媒との接触面積を大きくすることができ、抽出効率を高めることができる。好ましい原料は、植物の実、葉、茎等のバイオマスである。

材料部に溶媒および原料を充填する際は、材料部に原料細片よりも小さめの孔を有する目皿５を設け、その上に原料細片Ｂを入れ、目皿５の下に溶媒Ａを入れるのが良い。次に、小型抽出装置１をマイクロ波発生装置の中に載置し、周波数が０．５〜１０ＧＨｚ、出力が１００Ｗ〜３．０ｋＷのマイクロ波を照射する。それにより、材料部１０に収容された溶媒と原料がマイクロ波により加熱されることで有効成分が抽出され、溶媒の沸点を超えると蒸気が発生する。材料部１０において発生した蒸気は、目皿の孔を通って、充填された原料細片Ｂの間を抜け、冷却部３０の開口３４を通って、冷却部３０の内部に入る。冷却部で冷却、凝縮された溶媒と抽出物は、回収部２０に回収される。抽出操作終了後は、蓋体１１をはずして回収部を取り出し、溶媒と抽出物とに分離することにより、簡単に抽出物を取得することができる。

図１，２に示す小型抽出装置は、材料部、回収部および冷却部が、簡単に取り外し可能に組み立てられているので、原料の供給、および抽出操作が終了した後の装置洗浄が容易である。

（実施形態２）
図３は本発明の他の小型抽出装置の好適な形態の概略断面図である。この実施形態の小型抽出装置２は、冷却部３０が、材料部１０と回収部２０とは別体になっており、冷却部３０がその底面に材料部１０に通じる開口３５を有する以外は、図２に示す実施形態１と同様である。図３において、冷却部３０には蓄冷材３３が収容され、原料細片Ｂは回収部２０の周囲に、材料部の頂面に近い高さまで充填されている。

この実施形態においては、冷却部３０の外壁は、電磁波遮蔽材または、電磁波遮蔽材および断熱材で構成されていることが好ましいが、氷等マイクロ波遮蔽を要しない材料を蓄冷材として用いる場合は、マイクロ波透過性の材料で構成されていても構わない。あるいは、材料部の外壁と冷却部の外壁を同一材料で構成し、蓄冷材３３のみを電磁波遮蔽材で被覆することもできる。

電磁波遮蔽材としては、例えば、銅や銀等の金属塗料、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維等の炭素系材料や、金属粉末等を含有する導電性樹脂塗料、導電性プラスチック等を、断熱材としてはシリカアルミナ系ファイバー等を挙げることができる。

冷却部３０に収容する蓄冷材は、抽出操作の前に予め冷凍したものを、蓋体３６をはずして取り付けることができる。なお、冷却部３０全体をカセット式にし、蓄冷材を収容した状態で冷凍したものを、材料部の上に取り付けることもできる。

図３の抽出装置においては、材料部１０で発生した有効成分含有溶媒蒸気は、目皿５の孔を通って、回収部２０の周囲に充填された原料細片Ｂの隙間を抜けて冷却部底面の開口３５から冷却部に入り、蓄冷材３３に接触して凝縮され、開口３２を流下して回収部２０に溜まる。回収された溶媒は、溶媒リサイクルパイプを通って材料部に戻され、リサイクル使用される。回収部２０に溜まった溶媒と抽出物は、実施形態１と同様の方法で取り出すことができる。

以上説明したように、本発明の小型抽出装置においては、材料部１０、回収部２０および冷却部３０の大きさを、原料の種類、原料中の有効成分の種類、含有量に応じて調製することにより、安全かつ効率よく抽出操作を実施することが可能になる。本発明の小型抽出装置は、直径を１０〜２０ｃｍ程度、高さを１０〜２０ｃｍ程度の大きさにすると、一般家庭で用いられている電子レンジを利用することができる。

本発明の小型抽出装置を用いると、植物原料または動物原料から、マイクロ波照射により、エネルギーの無駄なく、短時間で、簡便にそれらに含有される有効成分を抽出し、取得することができる。したがって、本発明の小型抽出装置は、一般家庭用、喫茶店や売店等での業務用、研究室での実験用等として、幅広く利用することができる。

本発明に係る小型抽出装置の外観斜視図である。 図１に示す小型抽出装置の概略断面図である。 本発明に係る他の小型抽出装置の概略断面図である。

符号の説明

１ 小型抽出装置
２ 小型抽出装置
５ 目皿
７ 有効成分
８ 回収溶媒
１０ 材料部
１１ 蓋体
２０ 回収部
２５ 溶媒リサイクルパイプ
３０ 冷却部
３１ 蒸気穴
３２ 開口
３３ 蓄冷材
３４ 開口
３５ 開口
３６ 蓋体
Ａ 溶媒
Ｂ 原料細片

Claims (6)

1. マイクロ波照射による加熱によって植物原料または動物原料から有効成分を抽出、取得するための小型抽出装置であって、
   前記原料および溶媒を収容する材料部をマイクロ波透過性の材料で形成するとともに、
   凝縮された溶媒および抽出された有効成分を回収する回収部と蓄冷材を収容可能な冷却部を、前記材料部の中に配置するとともに、前記冷却部を前記回収部の上に回収部と連通するように配置し、
   前記回収部および冷却部と材料部外壁との間に、原料を充填可能な空間を設けることで、材料部で発生した蒸気が、前記原料の間を抜けた後、冷却部の開口を介して、冷却部で冷却、凝縮されて回収部で回収されるように構成したことを特徴とする小型抽出装置。
2. マイクロ波照射による加熱によって植物原料または動物原料から有効成分を抽出、取得するための小型抽出装置であって、
   前記原料および溶媒を収容する材料部をマイクロ波透過性の材料で形成するとともに、
   凝縮された溶媒および抽出された有効成分を回収する回収部を、前記材料部の中に配置するとともに、蓄冷材を収容可能な冷却部を前記材料部の外かつ回収部の上に、回収部と連通するように配置し、
   前記回収部と材料部外壁との間に、原料を充填可能な空間を設けることで、材料部で発生した蒸気が、前記原料の間を抜けた後、冷却部の開口を介して、冷却部で冷却、凝縮されて回収部で回収されるように構成したことを特徴とする小型抽出装置。
3. 前記回収部が、凝縮された溶媒を材料部に戻すための溶媒リサイクルパイプを有し、該リサイクルパイプは、前記材料部の底面近傍に溶媒排出口を有している、請求項１または２に記載の小型抽出装置。
4. 前記マイクロ波透過性の材料が、ガラスまたはマイクロ波透過性耐熱材である、請求項１〜３のいずれかに記載の小型抽出装置。
5. 前記冷却部が、その頂面に蒸気を逃がすための穴を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の小型抽出装置。
6. 電子レンジ用の抽出装置である、請求項１〜５のいずれかに記載の小型抽出装置。
   

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