JP2006328304A - 植物組織内成分の抽出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 植物組織を炭化させず、また亜臨界水領域の熱水を外部から供給することなく植物組織内成分を変質させずに効率よく抽出する。
【解決手段】 原料投入処理と、加水分解処理と、冷却処理とを行う。原料投入処理は、植物原料を処理チャンバー１内に投入し、処理チャンバー１を密閉する処理（ステップＳ１）であり、加水分解処理は、処理チャンバー１内の植物原料を１３０℃〜１５０℃の範囲で加熱し、植物原料に含まれる水分の水蒸気雰囲気中に植物原料を一定時間曝して植物原料の細胞組織を破壊して細胞内の植物組織内成分を水蒸気中に取り込ませる処理（ステップＳ２、Ｓ３）であり、冷却処理は、加水分解処理後、処理チャンバー１内の水蒸気を冷却して水蒸気中に含まれる植物組織内成分を抽出する処理（ステップＳ４、Ｓ５）である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、木酢液、竹酢液などの植物の組織内成分を抽出する植物組織内成分抽出方法に関する。

木酢液、竹酢液などの植物組織内成分を抽出する方法として従来より、いわゆる燻炭方法が知られている。この方法は、特許文献１に記載されているように、植物原料を炭化させることによって水蒸気を含んだ煙を発生させ、この煙を冷却して得られた液体を精製することによって木・竹酢液を抽出する方法である。

しかしながら、このような方法によるときには、タール分やベンツピレンのような発がん性物質、環境汚染物質を含んでいることを指摘して、亜臨界水抽出を利用した木・竹酢液の製造方法が提案された。この方法は、樹木や竹の葉あるいは根を圧力容器に容れ、その圧力容器内に飽和水蒸気又は加熱水蒸気を供給して１２０℃〜３８０℃に加熱するとともに圧力容器の内圧を０．１Ｍｐａ〜１．０Ｍｐａに保持して水蒸気を抽出し、抽出した水蒸気を冷却、凝結させることによって木・竹酢液を製造する方法である。

この方法を用いて植物を処理すると、図４に示すようにセルロース、ヘミセルロース、リグニンなどが分子分解を受けるため、植物組織内成分が漏出して回収が可能となる。実際にこの方法によって得られた木・竹酢液は、精油分が含まれていて香りが良く、またタール分やベンツピレンといった発ガン物質、環境汚染物質は殆ど含まれないため、安全であることが特許文献２に強調されている。

ところで、特許文献２に記載された方法は、亜臨界水領域の高温、高圧の水蒸気を植物原料に供給し、高温の水蒸気を原料に接触させることによって植物原料を加熱分解させ、加熱分解により原料から発生した気体を水蒸気とともに回収し、回収した気体を凝結して木・竹酢液を抽出するという構想の発明である。原料に供給する水蒸気が高温、高圧であるほど、加熱分解力が大きく、木・竹酢液といった植物の組織内成分の抽出の抽出効率が高い。

すなわち、水は、図５に示すように、温度を３７５℃以上、圧力を２２ＭＰａ以上にあげると臨界点に達し、水（液体）でもなく蒸気（気体）でもないきわめて流動性の高い超臨界水流体になる。ところが超臨界水はステンレス容器であっても、ぼろぼろにしてしまうほどの分解力を有するが、分解力が強すぎて植物組織の加水分解には活用することができない。

そこで、特許文献２に記載された方法は、この臨界点より温度・圧力が低い亜臨界領域の水蒸気（熱水）の加水分解力を利用して樹木や竹から木・竹酢液を抽出しようという試みである、要するに臨界点より温度・圧力が低い亜臨界水領域の熱水の有する成分抽出作用と加水分解作用を活用して木・竹酢液を抽出する試みのものであり、特許文献２では、木・竹酢液の抽出には、温度が好ましくは１２０℃〜３８０℃、圧力が好ましくは０．１Ｍｐａ〜１．０Ｍｐａの水蒸気を用いるとされているが、現実に上限の３８０℃の熱水では抽出成分が焦げ臭くなり、逆に下限の飽和水蒸気に近い１２０℃の熱水では高圧を要し、抽出効率が低く実用にならないなどの問題があって、実用レベルで、植物組織に供給する加熱水蒸気の温度、圧力を適正に設定することは極めて難しいという問題がある。

これに対して燻炭による抽出方式は、原始的な方式ではありながら、亜臨界水利用による抽出方式のように外部から熱水を加える必要がないので、成分の抽出効率が優れているといえる。唯、燻炭による抽出方式が抱える問題は、特許文献２が指摘するように抽出された木・竹酢液にタール分やベンツピレンといった環境汚染物質が含まれる点である。
特許公開平６−２９９１６３ 特許公開２００５−１５７２２

解決しようとする問題点は、亜臨界水利用による抽出方式によるときには、実用レベルで、植物組織に供給する加熱水蒸気の温度、圧力の設定が極めて難しく、また、燻炭による抽出方式によるときには、抽出成分に環境汚染物質が含まれるという点である。

本発明は、植物組織を炭化させず、また亜臨界水領域の熱水を外部から植物に供給することなく植物組織内成分を変質させずに効率よく抽出する点を最大の特徴とする。

本発明によれば、植物原料を直接加熱し、植物原料自身が有する水分を蒸発させて植物原料の加水分解を進行させ、加水分解によって植物原料の細胞から開放された植物組織内成分を水蒸気中に取り込ませ、その水蒸気を冷却し、水蒸気中に含まれた植物組織内成分を抽出するため、植物組織内成分の抽出効率が高く、また、亜臨界水領域の高温熱水を使用しないため、抽出された植物組織内成分の変質がなく、高品質の抽出成分を得ることができる。

植物組織を炭化させず、また亜臨界水領域の熱水を外部から供給することなく植物組織内成分を変質させずに効率よく植物組織内成分を抽出するという目的を、植物原料を攪拌しつつ加熱して、植物原料中に含まれる植物組織を加水分解し、発生する水蒸気に含まれる植物組織内成分を抽出することによって実現した。

図１は、本発明による植物組織内成分抽出方法の実施に使用する装置の外観図、図２は装置の概要を略示的に示す構成図である。図２において、植物組織内成分抽出装置は、処理チャンバー１と、抽出管２と、冷却塔３と、循環ポンプ４との組み合わせからなっている。処理チャンバー１は、内部に投入された植物原料を加熱して加水分解処理を行う釜であり、その内壁には加熱ヒータ５が装備され、処理チャンバー１と、冷却塔３間は、前記抽出管２で接続されている。

抽出管２は、処理チャンバー１の下部の蒸気戻り口６と、上部の蒸気送出口７間をつなぐ循環管路であり、冷却塔３は、その管路内に接続され、循環ポンプ４は、冷却塔３の上流側の管路内に接続されたものである。また、処理チャンバー１は、植物原料の投入口８と排出口９とを有し、その内部には、垂直軸を中心に回転しながら槽内に投入された植物原料を攪拌する攪拌羽根１０を装備している。

冷却塔３は、抽出管２内の空気（蒸気）を冷却する熱交換器であり、循環ポンプ４は、加水分解処理後、処理チャンバー１内の水蒸気を冷却塔３に強制送風するものである。

次に上記抽出装置を用いて原料から植物組織内成分を抽出する要領を以下に説明する。植物組織内成分は、原料投入処理に続いて加水分解処理、冷却処理を順次行うことによって抽出される。図３に本発明のフローチャートを示す。

（１）原料投入処理
原料投入処理は、植物原料を処理チャンバー１内に投入し、処理チャンバー１を密閉する処理である（ステップＳ１）。植物原料には、例えば、杉、ヒノキなど樹木の葉、根又は竹の葉、根である。樹木の葉、根からは木酢液が得られ、竹の葉、根からは竹酢液が得られる。杉、ヒノキ、竹などの植物原料が保有している水分量は重量比で約１０〜２０％である。

本発明においては原則的に植物原料が保有する水分をそのまま利用して加熱並びにこれに引き続いて冷却処理を行うが、必要により２０％以下の量の水分を加えることができる。

（２）加水分解処理
加水分解処理は、処理チャンバー１内の植物原料を１３０℃〜１５０℃の範囲で加熱し、植物原料に含まれる水分を蒸発させ、その水蒸気雰囲気中に植物原料を一定時間曝して植物原料の細胞組織を破壊して細胞内の植物組織内成分を水蒸気中に取り込ませる処理である。すなわち、処理チャンバー１内に植物原料を投入したのち、投入口８を閉じ、タイマーをセットしてヒータ５に通電し、処理チャンバー１内を１３０℃〜１５０℃に加熱する（ステップＳ２）。処理チャンバー１内の圧力は、そのときの飽和水蒸気圧に保たれる。また、一定間隔（例えば２秒）ごとに1回程度攪拌羽根１０を回転駆動して処理チャンバー１内の原料を攪拌する。

この状態で一定時間をかけて加熱した温度での飽和水蒸気圧のもと、１３０℃〜１５０℃で植物原料を加熱しながら処理チャンバー１内に発生する蒸気にて加水分解処理を進行させ、図４に示したように植物壁が破壊され、細胞内に閉じ込められた植物組織内成分が開放されて水蒸気に取り込まれ、処理チャンバー１内に充満する。植物原料の加水分解が進行して、予め定められた時間経過後、ヒータ５の電源を遮断して加水分解処理を完了する（ステップＳ３）。

植物原料の加水分解処理に要する時間は、処理チャンバー１の容量にもよるが、通常は５〜８時間である。つまり密閉された処理チャンバー１内で、１３０℃〜１５０℃の温度で加熱したときには、加熱温度での飽和水蒸気圧のもとで数時間のうちに植物原料を加水分解処理することができる。

（３）冷却処理
冷却処理は、加水分解処理後、処理チャンバー１内の水蒸気を冷却して水蒸気中に含まれる植物組織内成分を抽出する処理である。植物原料の加熱終了後、送出側、戻り側の抽出管のバルブＶ１、Ｖ２を開き、循環ポンプ４を起動して処理チャンバー１内の水蒸気を抽出管２内に吸引し、冷却塔３を経由させて一部を凝結させ、余剰の水蒸気は再び処理チャンバー１内に戻し、処理チャンバー１内の水蒸気を冷却塔３と処理チャンバー１間で循環させる。冷却塔３内に送り込まれた水蒸気の一部は、冷却されて水蒸気に含まれる植物組織内成分が凝結し、植物の成分液として抽出され、その成分液が冷却塔３内に貯められる（ステップＳ４）。

処理チャンバー１内の水蒸気は、冷却処理が繰り返されることによって次第に温度・圧力が下がり、処理チャンバー１内が常温、常圧になったことを確認して冷却塔３のドレインを開き、冷却塔３内で抽出された成分液を容器内に回収する（ステップＳ５）。
本発明による植物組織内成分の抽出方法は、温度１３０℃〜１５０℃、加熱温度での飽和水蒸気圧のもとで数時間をかけて植物原料を加水分解処理して植物組織内成分を抽出するものである。本発明の方法を３８０℃、１．０Ｍｐａのような高温、高圧の亜臨界水の雰囲気のもとで植物組織内成分を熱分解処理を行う方法と比べれば、当然分解能力は劣るものの、自然のままのリグニンやその他の有用成分が分解されることなく抽出される。ちなみに水溶性のリグニンはフェノール系化合物の重合体であり、１３０℃を越えると、急速に分解が進んでゆくが、本発明においては加水分解処理温度を１５０℃以下に抑えることによって、これら有用成分を含んだ良質の植物組織内成分を得ることが可能となる。また、本発明においては基本的に植物原料が保有する水分を蒸発させて発生させた水蒸気から植物組織内成分液を抽出するため、成分液が薄められることがなく、きわめて効率よく有効成分を抽出できる。

本発明においては、植物原料の２０％以下の量の水分とともに植物原料を処理チャンバー１内に投入処理を含むものである。もっとも、植物原料に水分を加えると、発生水蒸気量が多くなって、冷却処理での植物組織内成分の濃度が低下するが、植物原料に含まれる水分量が少ないときには、水分を補うことは当然必要である。加水分解処理において、植物原料は炭化してはならないし、また、亜臨界水領域となる高温、高圧のもとでは、植物原料の細胞内組織そのものまでが熱分解してしまって、細胞内組織の有効成分を抽出できない。

以下に本発明の実施例を示す。
実施例は、本発明方法によって製造した竹酢液と、市販の竹酢液（製造方法不明）とについて、それぞれの竹酢液に含まれる成分を比較した。結果を表１に示す

分析場所：滋賀県工業技術センター
分析方法：高速液体黒的グラフ法

含有成分は、表１に示した成分のほか、１０種類以上の成分も検出されたが、いずれも含有量は極微量であるため省略した。分析結果によれば、塩分を除くすべての含有成分の量は市販の竹酢液に比べて本発明方法によって製造された竹酢液が上回った。良く知られているように、例えばペンゾキノン誘導体は、動物の攻撃に対する防御物質、プロピオン酸は、ヘモグロビンの元であるガンマーグロビン合成を促進し、感染予防、カルシウムの吸収促進、コレストロールを下げる働きを有する成分である。以上実施例では竹酢液に含まれる成分を示したが、松、杉などの木酢液のほか、唐辛子などの野菜類についても基本的に同じであり、市販品に比べて有効成分を多量に含有した植物組織内成分液が得られる。

本発明の方法によって製造された植物組織内成分液は、加水分解する植物の種類を選定することによって、医療効果、害虫の忌避効果、植物の生育効果、代謝効果を大いに期待できる。

本発明方法を実施する装置の概念図である。 本発明方法を実施する装置の構成図である。 本発明方法のフローを示す図である。 セルロースの分解の様子を示す図である。 水の存在状態を示す図である。

符号の説明

１ 処理チャンバー
２ 抽出管
３ 冷却塔
４ 循環ポンプ
５ 加熱ヒータ
６ 蒸気戻り口
７ 蒸気送出口
８ 投入口
９ 排出口
１０ 攪拌羽根

Claims (4)

1. 密閉空間で植物原料を直接加熱し、飽和水蒸気圧のもとで植物原料自身が有する水分を蒸発させ、その水蒸気を冷却し、水蒸気中に含まれた植物の有効成分を抽出することを特徴とする植物組織内成分の抽出方法。
2. 原料投入処理と、加水分解処理と、冷却処理とを有する植物組織内成分の抽出方法であって、
   原料投入処理は、植物原料を処理チャンバー内に投入し、処理チャンバーを密閉する処理であり、処理チャンバーは、植物原料を加熱する釜であり、
   加水分解処理は、処理チャンバー内の植物原料を１３０℃〜１５０℃の範囲で加熱し、植物原料に含まれる水分の水蒸気雰囲気中に植物原料を一定時間曝して植物原料の細胞組織を破壊して細胞内の植物組織内成分を水蒸気中に取り込ませる処理であり、
   冷却処理は、加水分解処理後、処理チャンバー内の水蒸気を冷却して水蒸気中に含まれる植物組織内成分を抽出する処理であることを特徴とする植物組織内成分の抽出方法。
3. 原料投入処理は、植物原料の２０％以下の量の水分とともに植物原料を処理チャンバー内に投入する処理を含むものであることを特徴とする請求項２に記載の植物組織内成分の抽出方法。
4. 加水分解処理は、一定間隔ごとに攪拌羽根を回転駆動してチャンバー内の原料を攪拌し、処理チャンバー内に投入された植物原料を均等に加熱しながらチャンバー内に発生する蒸気にて植物原料の加水分解を進行させる処理を含むものであることを特徴とする請求項２に記載の植物組織内成分の抽出方法。

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