JP2005007232A

JP2005007232A - 粉体成分の超臨界抽出方法

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Publication number: JP2005007232A
Application number: JP2003171877A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Minamino; 康信南野; Hitoshi Ito; 仁志伊藤
Original assignee: Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd
Current assignee: Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2023-06-17
Also published as: JP4632226B2

Abstract

【課題】粉体が圧密化して固結することなく、粉体から所定成分を効率良く抽出する粉体の超臨界抽出方法を提供する。
【解決手段】卵黄粉末の所定成分の抽出時、抽出槽１２の内圧が低い抽出初期では抽出槽１２に供給される二酸化炭素の供給流速を低くし、その後、抽出槽１２内での二酸化炭素の密度に合わせて、抽出槽１２に供給される二酸化炭素の供給速度を徐々に高める。その結果、卵黄粉末が圧密化して固結することなく、卵黄粉末から所定成分を効率良く抽出することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、粉体成分の超臨界抽出方法、詳しくは超臨界状態の抽剤を利用し、粉体が圧密化して固結することなく、粉体から所定成分を効率良く抽出する粉体成分の超臨界抽出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば圧密性を有する卵黄粉末から所定成分を抽出する方法として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。これは、抽出槽において、コレステロールを含有する乾燥した卵黄粉末、全卵粉、粉乳などを、高圧の超臨界二酸化炭素と接触させることで、卵黄粉末からコレステロールを抽出する方法である。
ここで、二酸化炭素の抽出槽への供給においては、加圧しながら一定流量で二酸化炭素を供給し、短時間に抽出槽の内圧を大気圧から超臨界状態の圧力まで高めるものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５９−１３５８４７号公報
【０００４】
しかしながら、特許文献１のように、二酸化炭素を一定流量で抽出槽に供給していくと、抽出槽の内圧が低い段階では、二酸化炭素の流速が大きい。そのため、圧損が大きくなって、卵黄粉末の圧密化が進行して固結し、抽出槽内で超臨界状態となったときに超臨界二酸化炭素の流れが阻害され、所定流量での抽出が困難となり、抽出時間が長くなるか、または、抽出ができなくなる恐れがあった。
しかも、卵黄粉末の充填層にクラックが発生し、その部分を超臨界二酸化炭素がショートパスして通過することにより、抽出効率が低下するなどの不都合が発生していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、粉体が圧密化して固結することなく、粉体から所定成分を効率良く抽出することができる粉体の超臨界抽出方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、超臨界状態の抽剤を利用して、抽出槽に充填された圧密性を有する粉体から所定成分を抽出する粉体の超臨界抽出方法において、上記抽出槽の抽剤供給部と抽剤排出部とにおける単位層高当たりの圧力差が、下記式（１）を満足するように抽剤の供給流量を制御することを特徴とする粉体の超臨界抽出方法である。
Ｍ＞ΔＰａ・Ｌ＋ΔＷ・Ｌ………（１）
ここで、Ｍは耐圧密荷重（ｋｇ／ｃｍ^２）
ΔＰａは単位層高当たりの圧力差（ｋｇ／ｃｍ^２・ｍ）
ΔＷは単位層高当たりの自重による負荷（ｋｇ／ｃｍ^２・ｍ）
Ｌは層高（ｍ）である。
【０００７】
粉体成分の超臨界抽出方法とは、超臨界状態の抽剤を利用して、粉体中の有用または有害な成分などを抽出分離する方法をいう。ここでは、液体と同様の抽出能力を有しながら、気体に近い拡散能力を有する超臨界状態の抽剤を使用する。そのため、抽出効率が高く、また温度や圧力を適宜選択することで、容易に抽出能力を制御することができる。さらには、抽出溶媒である抽剤を少ないエネルギーで容易かつ完全に分離することができる。
抽剤としては、例えば、二酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、亜酸化窒素などを採用することができる。
超臨界抽出の条件は、抽剤として二酸化炭素を用いる場合においては、通常、温度が３１℃以上、好ましくは３１〜１００℃、圧力が７．３７〜４０ＭＰａ、好ましくは７．３７〜３５ＭＰａである。
粉体成分の抽出初期では、抽出槽内の充填層前後における圧力差を監視しながら、抽出槽の内圧を大気圧から０．９８Ｍｐａまで、１０分間以上、好ましくは１０〜６０分間を要して昇圧する。１０分間未満では二酸化炭素の流速が高くなり、圧密を生じるという不都合が生じる。
【０００８】
その後、抽出槽内の充填層前後における圧力差を監視しながら、抽出槽に供給される抽剤の供給速度を徐々に高め、最終的に超臨界状態の圧力とする。
粉体としては、例えば卵黄粉末、茶葉粉末、全卵粉、粉乳などを採用することができる。
抽出槽における粉体の充填量および充填高さ（層高）は、抽出槽の形状、内容積に応じて適宜選択される。
【０００９】
請求項２の発明は、上記粉体が、卵黄を乾燥させた卵黄粉である請求項１に記載の超臨界抽出方法である。
なお、粉体の乾燥方法としては、噴霧乾燥方法、凍結乾燥方法、あるいは通常の加熱乾燥方法などで行うことができるが、粉体粒子の凝結が起こりにくい噴霧乾燥方法が好ましい。
【００１０】
請求項３の発明は、上記抽剤が、二酸化炭素である請求項１または請求項２に記載の超臨界抽出方法である。
抽剤を二酸化炭素とすることにより、安全性や経済性などの面から優位となる。また、原料となる粉体成分によっては、アルコールなどの適宜溶剤をエントレナーとして混合して用いることも、抽出効率向上から好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明によれば、粉体成分の抽出時、抽出槽の内圧が低い抽出初期では抽出槽に供給される抽剤の供給流速を低くし、その後、抽出槽内の充填層前後における圧力差を監視しながら、抽出槽に供給される抽剤の供給速度を徐々に高める。その結果、粉体が圧密化して固結することなく、粉体から所定成分を効率良く抽出することができる。
【００１２】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１において、１０はこの発明の一実施例に係る粉体の超臨界抽出方法が適用される粉体の超臨界抽出装置で、この超臨界抽出装置１０は、主に、卵黄粉末（粉体）が充填される内筒１１を有した抽出槽１２と、抽出槽１２に供給される二酸化炭素（抽剤）を貯留する抽剤貯留槽１３と、この抽剤貯留槽１３および抽出槽１２を連通する抽剤供給経路１４とを備えている。
【００１３】
以下、これらの構成体を詳細に説明する。
卵黄粉末の粒子径は１０〜１００μｍである。抽出槽１２は、円筒形状を有し、上端面に密閉蓋が設けられた槽（内容量４，０００ｃｃ）で、外周面から底面にかけてジャケット１５が一体形成されている。ジャケット１５には、加熱媒体である温水が、下部の供給口から上部の排出口に向かって流通されている。また、抽出槽１２の下端部には、ジャケット１５を貫通して、排出管路１６が形成されている。排出管路１６を通して、卵黄粉末の成分を抽出した超臨界二酸化炭素が槽外に排出される。排出管路１６の上流部分には、抽出後の超臨界二酸化炭素の排出量を調整する排出弁Ｖ１が設けられている。
【００１４】
上記内筒１１は円筒形状で、その開口した下端面が多孔質板１８により蓋止めされている。内筒１１は、抽出槽１２の長さ方向の中間部一帯に収納されている。内筒１１の内容量は３，０００ｃｃで、１．０ｋｇの卵黄粉末が充填されている。これにより、内筒１１の内部空間には高さ（充填高さ）０．４ｍ、充填密度０．３ｇ／ｃｍ^３の卵黄粉末の充填層１９が形成される。このように、抽出槽１２の中央部に内筒１１を配置することで、抽出槽１２の上部内には抽剤供給部（上部空間）が、抽出槽１２の下部内には抽剤排出部（下部空間）がそれぞれ形成される。これらの抽剤供給部と抽剤排出部との間には、細いバイパス管２０を介して、圧力差を計測する差圧計２１が外設されている。
【００１５】
上記抽剤供給経路１４は、抽剤貯留槽１３の抽剤供給口と上記抽出槽１２の抽剤供給部とを連通する管流路で、順次、その上流から下流に向かって二酸化炭素の供給圧を高めるコンプレッサー２２、弁開度を制御することで二酸化炭素の供給量を調整する流量調整弁Ｖ２、抽剤供給経路１４を通過する二酸化炭素の温度を高める抽剤加熱器（ヒータ）２３、二酸化炭素の圧力を計測する供給圧力計２４、二酸化炭素の流量を計測する流量計２５がそれぞれ配設されている。
【００１６】
次に、この超臨界抽出装置１０を適用した卵黄粉末の超臨界抽出方法を説明する。
図１に示すように、まず抽出槽１２の上部の開閉蓋を開け、卵黄粉末を内筒１１に所定量だけ充填し、その後、開閉蓋を閉めて抽出槽１２を密閉する。
そして、弁開度を制御しながら流量調整弁Ｖ２を徐々に開弁し、必要によりコンプレッサー２２により二酸化炭素を少しずつ昇圧し、抽出槽１２内に供給する。これにより、抽出槽１２内の圧力を大気圧から０．９８Ｍｐａまで１０分間以上（ここでは２０分間）をかけて昇圧する（図２中、実線の折線グラフ）。抽剤貯留槽１３として、二酸化炭素の高圧ボンベを使用したときには、コンプレッサー２２による昇圧は必要なく、ボンベ圧だけで供給する。
【００１７】
その後、流量調整弁Ｖ２の弁開度およびコンプレッサー２２による昇圧をさらに高める。これにより、抽出槽１２内の圧力を０．９８Ｍｐａから３．９２Ｍｐａまで１０分間以上（ここでは２０分間）をかけて昇圧する。抽剤貯留槽１３として、二酸化炭素の高圧ボンベを使用したときには、コンプレッサー２２による昇圧は必要なく、ボンベ圧だけで供給する。
【００１８】
その後、さらに流量調整弁Ｖ２の弁開度およびコンプレッサー２２による昇圧を続けて圧力を高める。しかも、ジャケット１５へ加熱媒体を供給し、抽出槽１２を加熱することで、抽出槽１２の内圧を３．９２Ｍｐａから超臨界状態の圧力まで昇圧し、さらに昇圧を続けて圧力を高め２９．４Ｍｐａまで３０分間以上（ここでは５０分間）をかけて昇圧する。
その後、排出弁Ｖ１を開弁して、この圧力における超臨界状態を１時間以上（ここでは４時間）維持しながら、超臨界二酸化炭素によって卵黄粉末から油脂成分を抽出する。
排出経路１６を通して排出された油脂成分を含む超臨界二酸化炭素は、図示しない抽出物分離回収装置に供給される。この装置により、超臨界二酸化炭素が分離され、油脂成分が回収される。
【００１９】
前記の昇圧中、差圧計２１により、抽出槽１２に充填した卵黄粉末の充填層１９の前後における圧力差を計測する。その圧力差が、常時、Ｍ＞ΔＰａ・Ｌ＋ΔＷ・Ｌの式を満足するように維持し、二酸化炭素の供給量を制御する。ここで、Ｍは耐圧密荷重（ｋｇ／ｃｍ^２）、ΔＰａは単位層高当たりの圧力差（ｋｇ／ｃｍ^２・ｍ）、ΔＷは単位層高当たりの自重による負荷（ｋｇ／ｃｍ^２・ｍ）、Ｌは層高（ｍ）である。また、供給圧力計２４の測定値に基づき、コンプレッサー２２による二酸化炭素の昇圧の度合いを調整する。一方、流量計２５および差圧計２１の値に基づき、流量調整弁Ｖ２の弁開度を自動的に調整する。
なお、Ｍは圧密度測定テスト時に荷重を徐々に増加させ、圧縮率が急に増加する変曲点の値であって、卵黄粉末に対して事前に測定しておく。ΔＰａは差圧計２１により求めたΔＰと層高から求められる値である。また、ΔＷは抽出槽１２に充填された卵黄粉末の重量と層高により決定される値である。さらに、Ｌは最初に充填したときの卵黄粉末の層高の値である。
【００２０】
上記ΔＰと超臨界二酸化炭素の流速とは以下の関係を有している。よって、下記式（２）を満足するようにΔＰを監視することで、二酸化炭素の供給流量が決定される。
【００２１】
ΔＰ＝ｆ_ｃ・｛Ｌ・６（１−ε）／ε・Ｄ_ｐ｝・｛ρ（Ｕ_ｆ／ε）^２／２ｇ_ｃ｝
………（２）
【００２２】
ΔＰは差圧計２１により求める（ｋｇ／ｃｍ^２）。ｆ_ｃは二酸化炭素とレイノズル数により決定される摩擦係数である。Ｌは最初に抽出槽１２に充填したときの卵黄粉末の層高（ｍ）である。εは卵黄粉末の充填による空隙率である。Ｄ_ｐは処理物の粒子径（ｍ）である。ρは二酸化炭素の密度（ｋｇ／ｃｍ^３）、Ｕ_ｆは二酸化炭素の見かけの流速（ｍ／ｓｅｃ）である。このＵ_ｆは、Ｑ（ｍ^３／ｈｒ）／内筒断面積（ｍ^２）・３，６００でも求められる。Ｑは流速計により求める（ｍ^３／ｈｒ）。ｇ_ｃは重力の加速度（ｋｇ／ｓｅｃ^２）である。
【００２３】
ここで、ｆ_ｃは、レイノズル数（Ｒｅｃ）
Ｒｅｃ＝ρ・Ｄｐ・ｕｆ／｛６（１−ε）μ｝に対して、以下のように示される。
ここで、上記μは、抽剤の粘性係数（ｋｇ／ｍ・ｓｅｃ）である。
Ｒｅ＜１：ｆｃ＝９．４５／Ｒｅ
Ｒｅ＝１〜５：ｆｃ＝０．７３４＋８．８４／Ｒｅ
Ｒｅ＝５〜１００：ｆｃ＝｛９．４５＋０．９４４（Ｒｅ−０．８３３）^０．８８｝／Ｒｅとなる。
このように、卵黄粉末の油脂成分の抽出開始時には、抽出槽１２内への二酸化炭素の流速を低く抑え、その後、抽出槽１２内での二酸化炭素の密度に応じて二酸化炭素の供給速度を徐々に高める。その結果、卵黄粉末が圧密化して固結することなく、卵黄粉末から油脂成分を効率良く抽出することができる。
また、図２中、二点鎖線の曲線グラフは、抽出初期には徐々に抽出層１２の内圧を高め、３．９２Ｍｐａ程度から急激な曲線を描いてその内圧を連続的に高めた別の実施例を示す。その他の構成、作用および効果は、上記図２中に示す実線グラフの場合と同じである。
【００２４】
【発明の効果】
この発明の粉体の超臨界抽出方法によれば、粉体成分の抽出開始時には、抽出槽内への抽剤の供給流速を低く抑え、その後、抽出槽内での抽剤の密度に応じて抽剤の供給速度を徐々に高めるので、粉体が圧密化して固結することなく、粉体から所定成分を効率良く抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る粉体の超臨界抽出方法が適用された粉体の超臨界抽出装置の説明図である。
【図２】この発明の一実施例に係る粉体の超臨界抽出方法の運転パターンである。
【符号の説明】
１０粉体成分の超臨界抽出装置
１２抽出槽

Claims

超臨界状態の抽剤を利用して、抽出槽に充填された圧密性を有する粉体から所定成分を抽出する粉体成分の超臨界抽出方法において、
上記抽出槽の抽剤供給部と抽剤排出部とにおける単位層高当たりの圧力差が、下記式（１）を満足するように抽剤の供給流量を制御することを特徴とする粉体成分の超臨界抽出方法。
Ｍ＞ΔＰａ・Ｌ＋ΔＷ・Ｌ………（１）
ここで、Ｍは耐圧密荷重（ｋｇ／ｃｍ^２）
ΔＰａは単位層高当たりの圧力差（ｋｇ／ｃｍ^２・ｍ）
ΔＷは単位層高当たりの自重による負荷（ｋｇ／ｃｍ^２・ｍ）
Ｌは層高（ｍ）。
上記粉体が、卵黄を乾燥させた卵黄粉末である請求項１に記載の粉体成分の超臨界抽出方法。
上記抽剤が、二酸化炭素である請求項１または請求項２に記載の粉体成分の超臨界抽出方法。