JP2006510361A - 生物材料の成分の採取 - Google Patents

Abstract

本発明は生物材料、特にテンサイ（Beta vulgaris）の成分の改善された採取方法に関する。

Description

本発明は生物材料、特にテンサイ（Beta vulgaris）又はテンサイチップからの成分の採取(Gewinnung)のための改善された方法に関する。

多数の様々な生物材料、特に植物性原料、例えば農業的に得られる果実から、既知のように機械的及び／又は熱的方法で有用成分が採取される。この成分を生物材料から分離するには、必ず細胞材料特に植物細胞の膜を開かねばならない。これは通常、機械的な力の作用により、例えば切断、摩擦、ロール掛け等によって行われる。生物材料の細胞膜を破壊する別の方法は、細胞膜を温度の影響で変性させる熱的細胞分解又は熱的方法と機械的方法の組合せである。分解処理の後に生物材料の可溶性成分を搾り出し、溶媒、たいてい水により抽出するか、又は不溶物の場合は洗い出す。

生物材料から成分を採取するこのような方法は、製糖業にとって特に重要である。中欧では既知のように砂糖（サッカロース）の製造のために、テンサイ（Beta vulgaris）をこのような方法で処理して、砂糖を採取しなければならないからである。その場合従来は洗浄したテンサイを慣用の切断機で薄切りにし、得えられたチップをチップマッシュの状態で約７０〜７５℃の熱水で煮る。その際テンサイ細胞は熱的に変性され、即ち細胞壁が分解され、サッカロース分子が透過可能になる。通常、向流抽出によるその後の抽出工程で、約６８〜７０℃の温度でサッカロース含有抽出物（糖汁）が得られる。

効果的な抽出を可能にするために、既知のように大きな割合の外部水（復水）を加えなければならない。抽出過程の最適化と抽出済みチップの残留糖含量の減少のために、公知の方法ではチップ量に対して通常約１０５％〜１１０％の糖汁が取り出される。この取り出し量は抽出物量と使用したテンサイ量の比から計算される。続いて抽出物の糖汁精製を行うことができる。

成分の採取のための生物材料の処理は、抽出のために多量の外部水を必要とするだけでなく、大量のエネルギーを消費する方法でもある。特に７０℃を超える慣用の温度での生物材料の熱分解は、高いエネルギー投入を必要とする。また後続の抽出段階のために大きな割合の外部水を７０℃以上の温度に加熱し、その後の工程の経過中に再び高いエネルギーコストをかけて蒸発させなければならない。そこで先行技術では、生物材料特にテンサイ又はテンサイ細胞を少ないエネルギー消費量で分解し、適当な後置の工程を適用することによって生物材料の成分の採取のための水量とエネルギー量を減少することが要求されている。

もう一つの重要な観点は、抽出済み生物材料の脱水性である。例えばドイツ連邦共和国では製糖のために毎年約２７００万トンのテンサイが加工される。細切したテンサイを水で向流抽出した後に含水量約９０％の抽出済みチップが１５００万トン発生し、家畜飼料として利用される。製品を安定化し、輸送可能にするために、十分に脱水しなければならない。脱水はまず機械的に圧搾し、続いて残留含水量１０％まで乾燥して行う。原則として高度の搾り出しは高い電気エネルギー消費を意味し、乾燥のための燃料量の節減と対立する。従来約３５％の乾燥物含量に達する機械的脱水の費用は、乾燥のための費用より有利であるから、圧搾の改善は製糖業のたゆみない目標である。乾燥のコスト圧力とそれに伴う環境保護対策が、機械的脱水を絶えず改善する結果となった。１６の特定の工場で確かめたチップ搾りかすの平均乾燥物含量は、１９７６年のちょうど２０％から１９８７年の約３２％へと絶えず上昇した。抽出済みチップを乾燥物含量２０％まで搾った後、抽出済みチップとともに排出される水の約４４％をさらに除去しなければならないのに対して、圧搾を３０％乾燥物まで行った場合には、この水の割合はすでに約２５％に低下している。このことは大きなエネルギー節約を意味し、テンサイの毎日加工量１万トンの工場にとって、それはシーズン当り約５０万ユーロに相当する（石油価格：１５０ユーロ／トンとして）。従って抽出の後の生物材料、特にテンサイチップの圧搾性即ち脱水性を一層改善することは緊急の必要事である。

本発明の課題は、生物材料から成分を採取するための改善された方法及び改善された方法の実施のための装置を提供することである。その場合改善された方法は特に高い効率及び経済性と同時に資源、例えばエネルギー及び水の消費が少ないことを特徴とするものである。

本発明に基づきこの課題は、第１工程ａ）で生物材料をエレクトロポレーションに付し、第２工程ｂ）でエレクトロポレーションした生物材料から細胞液(Zellsaft)を分離し、第３工程ｃ）で工程ｂ）で得られた生物材料を抽出に付し、第４工程ｄ）で工程ｂ）で得られた細胞液及び工程ｃ）で得られた抽出物から成分を得る方法によって解決される。

本発明に基づき行われるエレクトロポレーションによって、高電圧パルスを使用して生物材料の細胞、特にテンサイ細胞が特に具合よく開口される。従ってその後の抽出のためにこの細胞の熱的開口は必要でない。続いて行う生物材料の前処理によって細胞液、特に細胞液の大部分又はかなりの部分をあらかじめ分離することが可能になるから、本発明に基づき後置される抽出段階で抽出される生物材料成分の量が減少する利点がある。その結果細胞液の上記分離の後に生物材料に残った成分の抽出のために使用しなければならない外部水の必要量が著しく減少することが特に有利である。またこのことは取り出し量、即ち抽出物量と使用する生物材料の量の比の顕著な減少をもたらす。

本発明に関連して「生物材料」とは、有用成分を含有する植物性原料及び農産物を意味し、主として重要成分サッカロースを含むテンサイ及びサトウキビ、重要成分イヌリンを含むチコリ、油の採取のためのセイヨウアブラナ、ブドウ汁の採取のためのブドウ又は植物性染料例えばカロチン又は芳香物質の採取のために使用される果実である。そのほかデンプンの採取のために使用される植物又は植物成分を意味する。

本発明に関連して抽出とは、適当な溶媒により固形物又は液状物質の混合物、特に生物材料から特定の構成成分、特に含有物質を溶出するための分離操作を意味する。その場合溶媒と溶解される物質、即ち生物材料の含有物質との間に化学反応は起こらない。生物材料から水溶性含有物質例えばサッカロース、イヌリン、デンプンを抽出する場合、例えばテンサイ又はテンサイチップから糖を採取する場合は、抽出剤として水を使用することが好ましい。一変法では主として無極性及び／又は有機溶媒を使用して、生物材料から補足的に又はもっぱら油溶性含有物質を採取することができる。

特に好ましい実施形態では、本発明方法の工程ａ）即ち生物材料のエレクトロポレーションを導電性媒質の中で行い、その際生物材料が高圧電界にさらされる。既知のように、例えば電圧導電電極により生物材料に電圧、特に高圧を印加することにより、高圧電界を発生させることが好ましい。パルス状の高圧波形を使用することが好ましいが、周期交流電界及び直流電界も考えられる。電界強度は好ましくは約０．５〜１．５ｋＶ／ｃｍ、特に０．７〜１．３ｋＶ／ｃｍである。特に好ましい変法では、生物材料が置かれている媒質の導電率を生物材料の導電率に整合させ、生物材料内に最適な電気力線分布(Feldlinienverlauf)が得られるようにする。導電率は約０．２〜２．５ｍＳ／ｃｍ、特に０．４〜２．１ｍＳ／ｃｍであることが好ましい。特に好ましい変法ではエレクトロポレーションのために作物植物全体、例えばテンサイ全体を使用する。それによってエレクトロポレーションのために必要なエネルギーが、細切した生物材料のエレクトロポレーションと比較して減少することが判明した。生物材料を細切した形で、例えばテンサイの場合はテンサイチップの形でエレクトロポレーションに送ることももちろん考えられる。

本発明に基づき本発明方法の工程ｂ）で、小さな機械的負荷のもとで生物材料から細胞液を分離することが好ましい。本発明に基づき生物材料の機械的負荷、即ち圧力の作用は本発明方法の工程ａ）、工程ｂ）、工程ｃ）、工程ｄ）で常に、即ちあらゆる時点かつあらゆる工程部分で２ＭＰａ未満、特に１ＭＰａ未満、好ましくは０．５ＭＰａ未満とする。即ち本発明に基づき生物材料に対する圧力又は生物材料の機械的負荷は全工程中にもっぱら常に２ＭＰａ未満であることが好ましく、他の力及び負荷を生物材料に働かせないことが好ましい。本発明に基づき生物材料の機械的負荷を最大限減少し、圧縮負荷が常に１ＭＰａ未満、とりえわけ０．５ＭＰａ未満であることが特に好ましい。特に生物材料に常に圧力又は機械的負荷を作用させない。この小さな機械的負荷は、先行技術で公知の２ＭＰａ以上、主として約１０〜３０ＭＰａという、生物材料の搾り出しに相当する高い機械的負荷に比して著しく減少している。

本発明に基づくとりわけ小さな機械的負荷は通常、例えばとりわけフルスクリューとして形成されたスクリューで生物材料を簡単にタンブリング(Walken)及び／又は回転(Wenden)することによって得られる。生物材料をタンブリングし及び／又は回転させるために、このような目的に用いられる別の既知の装置も使用できることはもちろんである。これはとりわけあらゆる種類のスクリューコンベヤ例えば半開型スクリュー、さらにはベルトコンベヤ、シェーキングコンベヤ又はドラムである。

意外なことに、エレクトロポレーションで前処理した生物材料、特にテンサイ又はテンサイチップの小さな機械的負荷（上記を参照）ですでに細胞液の大部分、それとともに生物材料に含まれる成分の大部分を採取できることが判明した。既知のように在来の前処理で熱的又は電気的に分解されたテンサイ又はテンサイチップは、例えば抽出の前に２ＭＰａ以上、主として約１０〜３０ＭＰａの高い機械的圧力で圧搾されるから、テンサイ又はテンサイチップは機械的に激しく変化した形で、主としてパルプ状のコンシステンシーでこの圧搾に続く処理段階に移送しなければならない。これに対して本発明に基づくとりわけ小さな機械的負荷により、工程ｂ）で細胞液の分離のために処理された生物材料はその形態を変えずに、従って機械的に不変のまま後続の工程ｃ）即ち抽出へ簡単に送ることができる。

さらに工程ｂ）で分離された細胞液は機械的負荷が小さいためおおむね透明であり、高い機械的負荷の場合に必然的に現れる組織成分、特に浮遊物等で汚染されておらず、従って特に純粋に採取できる利点がある。別の変法では工程ｂ）で分離された細胞液にさらに凝集剤を加えて清澄にする。

本発明によれば、本発明方法の工程ｂ）によって後続の工程ｃ）の抽出の前に生物材料の前処理が行われる。本発明に基づきこの前処理は、生物材料からの細胞液の予備分離を特に効果的に行うことができる利点がある。本発明に基づき前処理した生物材料は、特に本発明に基づき機械的負荷がとりわけ小さいため機械的に安定してゆるく装入されているので、抽出剤が装入物をすこぶるよく貫流することができ、特に効果的な抽出が可能であることが判明した。

本発明方法のもう一つの利点は、大量の細胞液及びその中にある大部分の成分を生物材料から予め分離する結果として、生物材料からの成分の採取において後続の抽出が果たす役割がはるかに小さくてよいことにある。特に生物材料としてテンサイ又はテンサイチップを使用する場合は、後置の抽出で分離しなければならない糖量が減少する。生物材料としてとりわけテンサイ又はテンサイチップを使用する場合は、収量は生物材料の全重量に対して約１０〜３０重量%である。

特に有利なことに、本発明に基づく効果により、生物材料の成分の抽出のために使用しなければならない必要な外部水量の著しい減少がもたらされる。本発明によれば取り出し量、即ち抽出物量と使用する生物材料の量の比の顕著な減少が生じる。その場合取り出し量は１００％未満の値、特に約９０％の値まで減少する。本発明に基づき生じる取り出し量の減少から、抽出物の純度が９０％を超える値、特に約９１．５％〜９２．５％に上昇することが特に有利である。その結果、工程ｃ）の抽出物採取に続いて本発明に基づきとりわけ設けられる抽出物精製工程のために、例えば使用される石灰石（石灰乳）の量を大幅に、特に約１５％〜約３０％の値に減少することができる。

単に理論上に留まらず、一方では工程ａ）のエレクトロポレーションにより（エレクトロポレーションによってすでに細胞の開口が行われるから）、他方ではエレクトロポレーションした生物材料から工程ｂ）で多量の細胞液を分離することにより、後続の抽出に対する要求が大幅に減少されるから、生物材料の抽出を著しく低い温度で行うことができる。従って本発明に基づく好ましい方法は、抽出工程ｃ）を先行技術と比較してはるかに低い温度、即ち１０〜６５℃、好ましくは４５〜６０℃、特に４６〜６０℃の温度で行うことを特徴とする。

もちろん抽出温度を生物材料の必要条件に適応させることができ、抽出がなお行える限り、さらに大幅に低い又は高いことも可能である。抽出温度の低下に基づき、生物材料例えばテンサイチップが在来の熱的変性法より優しく取扱われる。それによって本発明に基づき生物材料、例えばテンサイチップの圧搾性が％ＤＭ（ＤＭ＝乾燥物）で約２ポイント増加する利点がある。

本発明に基づき精製抽出物、特に糖液Ｉ及びＩＩを続いて多段階蒸発設備で約７０％乾燥物に濃縮する。本発明に基づき外部水量が減少するので、得た抽出物から続いて外部水を蒸発するために必要なエネルギー量が減少する。

本発明に基づき処理したテンサイの抽出から得た抽出物及び／又は糖液から、多段階結晶設備で砂糖を得ることが好ましい。抽出済み生物材料、特に抽出済みテンサイチップは続いてさらに機械的に脱水され、例えば糖蜜と混合され、好ましくは熱乾燥の後に飼料、特に飼料ペレットとして市販される。

好ましい変法では工程ｃ）の抽出が、特にアルカリ化剤例えば石灰乳及び／又は生石灰を使用してアルカリ性抽出として行われる。この点に関連して「アルカリ性」とは、水性媒質中のｐＨ値が約ｐＨ７〜約１４（２０℃で）であることを意味する。好ましい変法ではアルカリ性抽出がｐＨ７．５〜ｐＨ１１、特に約ｐＨ１０、例えばｐＨ１０．２で行われる。

アルカリ性抽出では生物材料との化学反応を必ずしも排除することができず、特に若干の高分子量ペクチン酸カルシウム分が生成される。約７０〜７５℃の既知の抽出温度の場合、アルカリ性抽出のこの望ましくない化学反応が激しいため、多量のペクチン酸カルシウムが生成され、これが採取した、とりわけ糖汁精製により精製した抽出物の濾過をはなはだ困難にするから、このような方法は実用化することができない。これに対して本発明に基づく好ましいアルカリ性抽出は低温で行われ、この高分子量化合物の生成が減少するから、精製抽出物、特にテンサイの抽出に関連して糖汁精製によって得られた糖液Ｉ及び／又は糖液ＩＩを濾過する場合１ｍｍ／ｇ未満の濾過効率が得られる。

生物材料、とりわけテンサイ、サトウキビ又はチコリへの例えば石灰乳、水酸化カルシウム、サッカリンカルシウム又は生石灰の形のアルカリの導入は、エレクトロポレーション（工程ａ））の直後に、特に工程ｂ）で生物材料を再加工する前に中間バンカーで行うことが好ましい。別の変法では工程ｂ）で細胞液を分離する時にアルカリを導入する。別の変法では抽出（工程ｃ））を行う直前にアルカリを導入する。

発明の好ましい実施形態では、切断機で直接にアルカリ化剤を加えることによって生物材料、とりわけテンサイ又はテンサイチップ、サトウキビ又はチコリのアルカリ化が行われる。これは生物材料の部分消毒の利点がある。

発明の好ましい実施形態では生物材料バンカー、特にテンサイバンカーで、又はバンカー、特にテンサイバンカーへの輸送路で、アルカリ化剤を加えることによって、生物材料のアルカリ化が行われる。これは部分消毒の利点がある。

本発明に基づきアルカリを通常、水溶液の形で生物材料に導入し、とりわけ吹き付けることが好ましい。別の変法では生物材料にアルカリを導入するために、少なくとも１つのアルカリ性物質、特に石灰、例えば生石灰を固形物として、とりわけ粉末状で工程に導入する。

本発明方法の特に早期の段階、とりわけ工程ｂ）で又はその直前に生物材料にアルカリを導入することによって、分離された細胞液の精製を本発明に基づき生物材料からの分離過程で直接行うことが特に好ましい。とりわけテンサイ又はテンサイチップを使用する場合は非糖物質、主としてタンパク質が予め除去される。その場合、大部分の非糖物質はテンサイチップに吸着されるか又は該チップ上に凝集したままであり、抽出の後でさえそのままである。分離された細胞液の補足精製を、続いて、既知の方法で行うことができることはもちろんである。

また生物材料にアルカリを導入することによって、生物材料の感染の危険が減少し、生物材料及び分離された細胞液の加工中の微生物学的安定性が高められる。その場合微生物学的安定性は約１０⁴ＣＦＵ／ｍｌである。

別の好ましい変法では本発明方法、特に工程ｂ）で生物材料に少なくとも１つの補助物質を供給する。本発明に関連して「補助物質」とは、得られる成分、とりわけ得られる食品で機能を持たない組成物又は化学的純粋物質を意味する。これはプロセス物質、例えば凝縮物、さらにはプロセス用水、溶媒、消毒薬例えばホルムアルデヒド又は消泡剤である。またこれはとりわけ凝集剤、例えば陽イオン又は陰イオン凝集剤、アルカリ及び／又はカルシウムイオンを導入するための物質、例えば石灰乳、生石灰、水酸化カルシウム、サッカリンカルシウム、硫酸カルシウム及びその他のカルシウム塩及び／又はアルミニウム塩である。本発明に基づきとりわけ供給される少なくとも１つの補助物質は通常溶液の形で生物材料に導入され、とりわけ吹き付けられる。別の変法では少なくとも１つの補助物質が固形物として、とりわけ粉末状で導入される。導入された補助物質は分離された細胞液の予備精製も行う。

本発明に基づき工程ａ）で生物材料をエレクトロポレーションすることによって、その細胞壁が開口され、特に工程ｂ）で生物材料から細胞液を分離するときに、生物材料へのアルカリ及び／又はカルシウムイオンの導入が容易になることが特に好都合である。本発明に基づきとりわけ工程ａ）のエレクトロポレーションと工程ｃ）のアルカリ性抽出を組み合わせることにより、例えば乾燥物含量（％ＤＭ）約８ポイントまで、搾り出すことによって本発明方法の終了後の生物材料の脱水性が一層高められる。

そこで抽出済み生物材料、特にテンサイチップの圧搾性及び圧搾して得られる乾燥物分を増加する方法において、第１工程で生物材料特にテンサイチップのエレクトロポレーションを行い、別の工程で、エレクトロポレーションした生物材料、特にエレクトロポレーションしたテンサイ又はテンサイチップ、サトウキビ又はチコリのアルカリ性抽出を行い、続いて高い圧搾性を有する抽出済み生物材料を得ることを特徴とする方法も、本発明の好ましい主題である。

そこで高い乾燥物分、とりわけ約３８％ＤＭの乾燥物分を有する抽出済み生物材料、特に抽出済みテンサイチップ、サトウキビ又はチコリを得るための方法において、第１工程で生物材料特にテンサイをエレクトロポレーションし、別の工程で、エレクトロポレーションした生物材料、特にエレクトロポレーションしたテンサイ又はテンサイチップのアルカリ性抽出を行い、後続の工程で、エレクトロポレーションした生物材料、特にエレクトロポレーションしたテンサイ又はテンサイチップをとりわけ既知の方法で圧搾し、続いて高い乾燥物含量を有する抽出済み生物材料を得ることを特徴とする方法も、本発明の別の好ましい主題である。

別の好ましい変法ではさらに処理工程ａ）とｂ）の間の別の処理工程で生物材料を細切し、例えばテンサイの場合はテンサイチップとする。これはエレクトロポレーションした生物材料からの細胞液の分離を一層容易にするためである。

この方法の好ましい変法では処理工程ｂ）が、生物材料の受け入れのために形成されたスクリュー部分に配置された送出しシャフト又は緩衝シャフトの内部でさらにすでに行われている。生物材料に働く機械的予圧は送出しシャフトでもフルスクリューでも常に２ＭＰａ未満、特に１ＭＰａ、好ましくは０．５ＰＭａ未満であることが好ましい。特に予圧がまったく働かないことが好ましい。とりわけ設けられた送出しシャフトが、生物材料をスクリューへの受け入れのために中間貯蔵し、一時集積するために利用されることはもちろんである。その場合生物材料に働く圧力は無視してよいとみなされる。特にこの圧力は、送出しシャフトに集積された生物材料が既知の方法で効率よくスクリューに送り出され、スクリューが良好な充填度を示すのに十分な程度のものである。

一変法では本発明に基づき好用されるスクリューの外部ジャケット及び／又はねじ山(Schneckengaenge)、即ち螺条(Schraube)は穴あけされている。即ち穴を有し、生物材料から分離された細胞液がこの穴によってスクリューから流出することができる。特に外部ジャケットとねじ山が穴あけされていることが好ましい。特に生物材料をスクリューで搬送する時に遊離する細胞液、即ち輸送液又は送出し液は、穴あけされたねじ山及び／又は穴あけされたスクリューの外部ジャケットを通って、本発明に基づきスクリューに通常配置される、特にスクリューを取り囲むタンクに集められる。このタンクは通常、好ましくは最下点で排出管に接続されている。

別の変法では、送出しシャフト、即ちエレクトロポレーションした生物材料が生物材料の受け入れのために形成されたスクリュー部分への送出しの前に集積される緩衝シャフトは、好ましくは緩衝シャフトの最下点に排出口を備えている。緩衝シャフトで生物材料から分離された細胞液の大部分は、設けられた排出口を通って流出する。

そこで通常本発明方法の実施のために使用される、生物材料から成分を採取するための装置も本発明の主題である。本発明によればこの装置は、生物材料のエレクトロポレーションのための装置特にチャンバーと、生物材料から細胞液を分離するための、エレクトロポレーションした生物材料を受け入れる少なくとも１個のフルスクリューと、生物材料の抽出のための抽出装置とを有する。本発明によれば、少なくとも１個のスクリューの外部ジャケット及び／又はねじ山は穴あけされている。フルスクリューで分離された細胞液を受けるタンクをフルスクリューに配置することが好ましい。タンクはフルスクリューを取り囲み、特にそれを密封していることが好ましい。本発明に基づく少なくとも１個のフルスクリューの機能は、おおむね生物材料をタンブリングすること、即ち機械的に僅かな負荷を掛けることを包含する。これはフルスクリューの別の好ましい機能、即ち装置を通って、とりわけエレクトロポレーション装置から抽出装置へ生物材料を搬送することと結び付けられる。

本発明に基づき抽出装置はミキサーセトラー塔であることが好ましい。一変法では抽出装置はタンク・スクリュー型抽出装置、例えばＤＤＳ抽出装置である。別の変法では抽出装置はドラム・セル型抽出装置、例えばＲＴドラムである。

別の好ましい実施形態では、本発明装置は薄切り装置、即ち切断機とりわけドラム型切断機を含む。これはエレクトロポレーション装置からフルスクリューへの生物材料の搬送路に配置され、エレクトロポレーションした生物材料をフルスクリューに送り出す前にさらに細切する。一変型では薄切り装置はエレクトロポレーションした生物材料を細切の前に収容するための中間バンカーを備えている。中間バンカーは基本的に生物材料を積み重ねることによって、細切のために必要な原形を整える。

搬送された生物材料を排出するために形成されたスクリュー部分に、さらにマッシュタンクを設けることが好ましい。とりわけ生物材料を続いて抽出装置で抽出するために、スクリューから出る生物材料がここに集められる。

本発明の好ましい実施形態では、さらに補助物質及び／又はアルカリの導入のための少なくとも１個の供給装置が設けられている。一変型ではこの供給装置は少なくとも１個のフラッシング管及びフラッシング管と連結され、とりわけフルスクリューにある生物材料に補助物質及び／又はアルカリ化剤の溶液例えば石灰乳を吹き付けるためのノズルヘッドを含む。別の変型では、少なくとも１個の供給装置は固形物、とりわけ粉末状媒質の導入のための装置である。とくにこれは空気式供給装置及び／又はネジコンベヤである。

供給装置はフルスクリューの供給区域、特にその外部ジャケット上に配置されることが好ましい。一変型では供給装置は中間バンカーの供給区域に配置される。別の変型では供給装置はマッシュタンクの供給区域に配置される。この点に関連して「供給区域」とは、特定の供給装置によって供給物、即ち上記の補助物質、アルカリ化剤等が生物材料の中又は上に運ばれる局限された場所を意味する。

別の好ましい変型では、エレクトロポレーションした生物材料の受け入れのために形成されたスクリュー部分、とりわけその前端は下位点にあり、一方、搬送された生物材料の排出のために形成されたスクリュー部分、とりわけその末端は上記の下位点より高い上位点にある。即ち本発明に基づき設けられるフルスクリューは勾配に沿って配置され、フルスクリューの中の生物材料は下位点から上位点へ勾配に沿って搬送される。

その他の好ましい実施形態は従属請求項で明らかである。

本発明に基づく装置を図により詳述する。図は本発明に基づく装置の好ましい構成の概略図を示す。装置は生物材料のエレクトロポレーション装置（１）と、中間バンカー（２）及び送出しシャフト（４）を備え、エレクトロポレーションした生物材料を細切する切断装置（３）と、集液タンクを備えた穴あきフルスクリュー（５）と、補助物質を生物材料に導入するための少なくとも１個の供給装置（６）と、送出しシャフト及びフルスクリュー及び抽出装置（８）から糖汁を集めるための排出口（７）とを有する。

下記の実施例に基づき発明を詳述する。

エレクトロポレーションしたテンサイ材料のアルカリ性抽出
収穫したての又は貯蔵したテンサイを洗浄し、続いて粗くスライスした形で又は切断せずに、エレクトロポレーション設備（１）で０．７〜１．５ｋＶ／ｃｍの高電圧パルスを作用させる。その際テンサイ又はテンサイチップは導電率０．４〜２．１ｍＳ／ｃｍの導電性媒質の中にある。エレクトロポレーションによって細胞壁が既知の様式で破断される。

エレクトロポレーションしたテンサイ又はテンサイチップは続いて切断機（３）の直上の中間バンカー（２）に送られ、そこから切断装置（３）に到達し、細切され、次に送出しシャフト（４）を経てフルスクリュー（５）に到達する。フルスクリュー（５）の外部ジャケット及びねじ山は、テンサイチップから出る細胞液、即ち輸送液又は送出し液の流出を可能にするために、穴あけされている。微生物学的活性を低下するために、中間バンカーで石灰乳が供給される。

密閉されたフルスクリューの役目は、エレクトロポレーションされたチップを、抽出装置（８）に設けられたマッシュタンク内のチップマッシュへ搬送することである。その配置は搬送方向に上向きの勾配を有する。即ちフルスクリューの最低点は、切断機（３）とスクリュー（５）の間の送出し部（４）の直下にある。その最高点はチップマッシュの落下シュートの直前にある。切断機の出口とスクリューコンベヤとして形成されたこのフルスクリューの入口の間に、緩衝シャフトとして形成された送出しシャフト（４）がある。エレクトロポレーションしたばかりのテンサイチップがそこに集められる。スクリューの最低点に流出口（７）がある。この流出口は、スクリューでの搬送時及び／又は送出しシャフトでの機械的圧力の作用時に、エレクトロポレーションしたチップから出る細胞液を集めるために利用される。

スクリュー（５）は一方ではエレクトロポレーションしたチップをチップマッシュに搬送する役目があり、他方ではチップ材料を搬送時に勾配に逆らって機械的力を加え又はタンブリングする役目もある。その場合送出しシャフトからの機械的予圧力は常に２ＭＰａ未満である。この最大圧力値は全設備に当てはまる。即ち切断機から上記の設備を経てチップマッシュに至る途上で、エレクトロポレーションしたチップ材料は常に２ＭＰａ未満の圧力にさらされる。

スクリュー（５）によるチップの搬送の際に遊離する輸送液は、スクリューの穴あき外部ジャケットを通り、フルスクリューを取り囲むタンクに集められる。タンクはスクリューの最下点で上記の排出口（７）に開口している。エレクトロポレーションしたチップをフルスクリューで搬送するときにフルスクリューの穴及びスクリューの外壁の穴を通って、エレクトロポレーションしたチップの細胞液が流出し、フルスクリューの下に取り付けられたタンクに捕集され、流出口（７）に導かれる。なおタンクはフルスクリューを密閉して取り囲んでいる。

タンクとスクリューの外部ジャケットの間にフラッシング管がスクリューの軸方向に取り付けられている。フラッシング管は、供給装置（６）の役割をするノズルヘッドを有する。ノズルヘッドによって補助物質が外側からフルスクリューの外部ジャケットに噴射される。一変型では、フルスクリューの内部には、フルスクリューの前端からフルスクリューの搬送方向に、スクリューを通常運転した場合にチップがさらに約５分間のスクリュー内での滞留時間を有する地点付近まで、ノズル付きのいくつかの供給部が取り付けられている。このノズルによって、搬送されたチップ装入物に補助物質が供給される。チップマッシュに至る途中で、中間バンカー及びフルスクリューの補助物質供給部によってチップにサッカリンカルシウム溶液が加えられる。代案として、チップに石灰乳又は乾燥石灰が加えられる。この溶液の大部分はチップによって吸収される。その際チップはカルシウムを吸収して、アルカリ性抽出のために準備される。抽出は既知の様式で行われる。チップが吸収しないサッカリンカルシウムもしくは石灰又は石灰乳量はスクリューの最低点に集められ、そこで細胞液即ち輸送液とともに排出され、再処理される。

スクリューによってタンブリングされたテンサイチップはマッシュタンクを経て向流抽出設備に送られ、ここで抽出され、抽出物が捕集される。抽出温度は４５〜６０℃であるが、４５℃より明らかに高い温度、但し最高６０℃の温度を選ぶことが好ましい。抽出装置はミキサーセトラー塔、タンク・スクリュー型抽出装置又はドラム・セル型抽出装置である。抽出装置でチップは抽出剤（いわゆる清水）に対して向流をなして抽出される。

それに続いて石灰乳−炭酸糖汁精製が行われる。精製した抽出物（糖液Ｉ及びＩＩ）は常法により再処理される。即ち糖液をシロップに濃縮した後、結晶装置でさらに蒸発し、引続き結晶させて砂糖を得る。分離された炭酸カルシウムスラッジは常法によりフィルタプレスで脱水し、肥料、いわゆる炭酸石灰として市販される。

フルスクリュー及び／又は送出しシャフトで分離された細胞液に、まずアルカリ化を行った後に凝集剤が加えられる。次に輸送液は慣用の静止デカンターに送られる。デカンター内の細粒を引き出して、並行して行われる抽出物精製の予備石灰処理設備に送る。これに対してデカンターの上清は再使用のために送られ、抽出物精製からの糖液と合流する。それと平行して、発生する抽出物に慣用の糖液精製が行われる。

抽出済みチップをネジプレスで圧搾する。搾り出された圧搾水は抽出装置に返送される。圧搾したチップは常法により熱的に、即ち低温乾燥器、高温乾燥器又は蒸発乾燥器で脱水する。

半工業的規模の方法
以下では、方法が有利であることを説明するために、半工業的規模の試験（処理するテンサイ：６ｋｇ／ｈ）を示す。

テンサイの切断及びアルカリ化の工程
テンサイをエレクトロポレーション装置で０．７〜１．５ｋＶ／ｃｍの電界強度でエレクトロポレーションし、続いて半工業的切断装置（いわゆるアレクサンダー型装置）で薄切りにした。次にチップをミキサに移し、石灰乳（消石灰溶液）と混合した。その際チップ温度が２０℃以下であるように注意した。消石灰溶液（濃度：２２０ｇＣａＯ／ｌ）の量はテンサイ１００ｇあたりＣａＯ ０．３〜０．５ｇの有効アルカリ度の添加に相当する。アルカリ化したテンサイをＤＤＳ型タンクスクリューに移した。スクリューコンベヤの外部ジャケットとねじ山は穴あけされている。チップ材料をスクリューコンベヤで静かにタンブリングしながら搬送した。使用したテンサイ材料に対して２０〜３０％のアルカリ化テンサイ汁がその途上で分離された。アルカリ性テンサイ汁（ｐＨ値：１１〜１２）を捕集した。

抽出の工程
アルカリ性チップをＤＤＳ型タンクスクリュー抽出装置に移し、そこで抽出した。チップと抽出水（石灰乳で弱アルカリ性にし、硬化した水（ｐＨ＝９．５；８０°ｄＨ））を、チップ材料に対して向流をなすように導いた。半連続操作で、あらかじめ脱液したチップを、チップマッシュに対して６０〜８０％の清水を加えつつ毎時４．８ｋｇの規模で抽出した。６０℃の温度で抽出を行った。この温度は従来の方法に比して低い。

これは処理の際のエネルギー消費が少なく、チップ材料の取り扱いが丁寧である点で特に有利である。このことは特に優れた抽出物品質（高い純度）及びその後のチップの圧搾の際の良好な圧搾性となって現れる。

この試験でアルカリ性抽出とエレクトロポレーションの併用の主な利点として、抽出済みチップの圧搾性が在来の方法に比して高く（ネジプレスで圧搾）、このため圧搾したチップの乾燥物含量が約８ポイントも高いことが示される。例えば乾燥物含量が在来の方法の３０％ＤＭに対して３８％ＤＭに増加した。その結果、チップのその後の熱脱水でのエネルギー消費が著しく減少した。

抽出物純度は９１．５〜９２．５％の範囲であり、従って在来の方法より著しく高い。在来の方法の場合には抽出される重要な非糖物質例えばタンパク質及びペクチンが、アルカリ性処理の場合にはチップに残留し、その後飼料ペレットに加工したときにその飼料価値を高める。

本方法を工業的に実施した場合、抽出済みチップの圧搾で得た圧搾水は抽出設備に返送される。その場合約８９％という圧搾水の高い純度が有利な効果をもたらす。

糖液精製工程
アルカリ性輸送液とアルカリ性抽出物を一緒にした。糖液精製は実験用液精製装置で行った（温度調節可能な三つ首フラスコ）。混合物に石灰乳（濃度２２０ｇＣａＯ／ｌ）を混合した（抽出物１００ｍｌあたりＣａＯ ０．４〜０．６ｇのアルカリ度になるまで）。次に８５℃で糖液のアルカリ性処理を行った。この処理工程は、その後の工程を妨げる転化糖及び酸アミドを分解するためのものである。その後の処理工程は在来の方法にほぼ相当する。第１及び第２の炭酸処理で二酸化炭素を導入することによって、炭酸カルシウムが沈殿し、これが液中の非糖物質を吸着的に結合し、その後の濾過で液から分離される。糖液精製の終わりに精製抽出物が得られる。

試験から以下が明らかになった。すなわち精製抽出物は高品質であり、即ち在来の方法（１０００Ｉ．Ｕ．超）に比して色が少ない（約６００〜８００Ｉ．Ｕ．）。またその後の液の蒸発の際の熱的負荷に対して精製抽出物の安定性が高い。実験室試験（凝縮物を還流しつつ１時間煮沸）で液の変色が小さく、約２５Ｉ．Ｕ．に過ぎないことが判明した。本方法の欠点は可溶性カルシウムイオン、いわゆる石灰塩の含量が比較的高いことである。

穏和な温度及びアルカリ度条件のもとで漸進的な予備アルカリ化を行う予備石灰処理の処理段階を廃止することができる。

分離された炭酸カルシウム沈殿物は在来の方法より非糖物質の含有が少なかった。このことは炭酸石灰の肥料価値を高める。

結果の要約：
＊ フルスクリューと送出しシャフトで機械的圧力を作用させて行うテンサイの予備処理によって、テンサイ材料から大部分の細胞液が分離される。この場合収量は装入されるテンサイ材料の重量に対して約１０〜３０％の細胞液である。
＊ 細胞液をあらかじめ分離することによって、その後の抽出で分離すべき糖量が減少し、その結果取り出し量が約９０％へと明らかに減少する。
＊ 取り出し量の減少によって抽出物の純度が約９２％に上昇する。
＊ エレクトロポレーションしたチップ材料は向流抽出で低い温度、即ち４５〜６０℃、とりわけ必ず４５℃以上かつ必ず６０℃未満の温度で抽出される。抽出の際にチップ材料を優しく取扱うことによって、抽出物の品質（純度）という別の利点が生じる。
＊ アルカリ性抽出の後のチップの圧搾性が増加する。乾燥物量が例えば３０％から３８％へと８ポイント増加する。
＊ 必要な清水量の減少によって必要な水蒸発が減少する。
＊ 輸送液の予備分離は後置の液精製設備での別個の処理を増加する。液の純度が高いことから、輸送液に溶解した非糖物質の予備分離が考えられる。
＊ 高純度の輸送液と後置の抽出の抽出物の混合物は、在来の方法で得られるものより純度の高い液をもたらす。
＊ テンサイチップ及びそれから分離された細胞液のアルカリ化によって、微生物学的安定性が１０⁴ＣＦＵ／ｍｌの値まで高められる。

本発明に基づく装置の好ましい実施形態の概略図を示す。

Claims (14)

1. 生物材料から成分を採取するための方法であって、下記工程：
   ａ）生物材料をエレクトロポレーションする工程、
   ｂ）エレクトロポレーションした生物材料から細胞液を分離する工程、
   ｃ）生物材料の抽出を行う工程、及び
   ｄ）前記細胞液及び抽出物中の生物細胞材料の成分を得る工程
   を含む方法。
2. 工程ａ）で生物材料を導電性媒質中で高圧電界にさらすことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 工程ｂ）で生物材料からの細胞液の分離を機械的負荷によって、とりわけタンブリングによって行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 生物材料の機械的負荷が常に２ＭＰａ未満である請求項３に記載の方法。
5. 工程ｂ）をスクリュー、とりわけフルスクリューで行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
6. 工程ｂ）で生物材料に補助物質、とりわけ石灰及び／又は石灰乳を供給することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
7. 工程ｃ）を０〜６５℃、とりわけ４５〜６０℃の温度で行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
8. 工程ｃ）がアルカリ性抽出を包含することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
9. 生物材料がテンサイ（Beta vulgaris）及び／又はテンサイチップからなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法。
10. 生物材料のエレクトロポレーションのための少なくとも１個の装置（１）及びエレクトロポレーションした生物材料を受け入れるための少なくとも１個のフルスクリュー（５）を有する、特に請求項１〜９のいずれか１つに記載のような生物材料から成分を採取するための装置。
11. 特に生物材料から分離された細胞液を排出するために、少なくとも１個のフルスクリュー（５）、とりわけその外部ジャケット及び／又はそのねじ山が穴あけされていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 少なくとも１個のフルスクリュー（５）がスクリューコンベヤとして形成されており、エレクトロポレーションした生物材料の受け入れのために形成されたスクリュー部分と、搬送された生物材料の排出のために形成されたスクリュー部分とが、これらの部分の間にある勾配のそれぞれ下位点及び上位点に形成されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の装置。
13. さらに生物材料の抽出のための抽出装置（８）が設けられていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の装置。
14. さらに補助物質の供給のための少なくとも１個の供給装置（６）が設けられていることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１つに記載の装置。

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