JP2010213790A - 循環加熱式の抽出装置と抽出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】たとえ抽出温度が高温であっても、加熱装置や循環経路内での処理液の沸騰を極力抑えて、抽出成分が加熱装置や循環経路の内壁に付着して焦げ付くのを抑制することのできる循環加熱式の抽出装置と抽出方法。
【解決手段】抽出原料Ｃに処理液Ｗを注いで抽出液を生成する抽出器本体１と、抽出液を加熱する加熱装置２を備え、抽出器本体１と加熱装置２が互いに接続されて、抽出液を加熱して抽出器本体１に循環させる密閉式の循環経路６が形成され、循環経路６内に加圧用流体を圧入して当該経路６内を加圧する加圧装置８が設けられ、抽出器本体１から排出される抽出液を加熱装置２により加熱して抽出器本体１に循環させて抽出を行う循環加熱運転中に、加圧装置８を作動させて、循環経路６内における処理液Ｗの飽和蒸気圧より高い圧力に循環経路６内を加圧する制御手段９を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、抽出原料に処理液を注いで前記抽出原料から抽出される抽出成分を含む抽出液を生成する抽出器本体と、その抽出器本体から排出される抽出液を加熱する加熱装置を備えた抽出装置と抽出方法に関する。

このような抽出装置および抽出方法においては、抽出原料に処理液を注いで抽出液を生成する際の処理液の温度、つまり、抽出温度が重要な要素となる。
そこで、従来、処理液の温度を所定の抽出温度（６０〜１５０℃）に予め調整し、その温度調整した処理液を抽出器本体に導入して抽出原料に注ぐように構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３６１９４４８号公報

しかし、上記特許文献１に記載の抽出装置および抽出方法では、処理液の温度を抽出温度よりもわずかに高い温度に予め調整しておいて、その後、その処理液を抽出器本体に導入して抽出を行う結果、抽出器本体内における抽出時の処理液の温度は、必ずしも所定の抽出温度になっているとは限らない。
また、近年、抽出温度を高くすることで、従来不可能であった有効成分（例えば、ポリフェノール）を抽出できることが判明して注目されている。

ところが、上記特許文献１に記載の抽出装置および抽出方法では、処理液の温度を一度に２００℃程度の抽出温度にまで上昇させる必要があるため、処理液の昇温に問題があり、また、抽出器本体内での抽出時において、処理液の温度を確実に抽出温度に維持するのもむずかしい。
このような問題を解消するには、抽出器本体と加熱装置を循環経路で接続して、抽出器本体から排出される抽出液を加熱装置により加熱して再び抽出器本体に循環させながら、処理液の温度を徐々に上昇させる循環加熱式の抽出装置および抽出方法を採用することが考えられる。

しかし、循環加熱式の抽出装置および抽出方法では、抽出原料から抽出された抽出成分を含む高温の抽出液が循環経路を通流するため、循環経路内、特に加熱装置内で沸騰を起し、溶出した抽出成分が、抽出液の沸騰により過剰昇温して、加熱装置や循環経路の内壁に付着して焦げ付きを生じるおそれがある。
抽出成分が焦げ付いて加熱装置や循環経路の内壁に付着すると、当然、それを除去する作業が必要となる。特に、同じ抽出装置を使用して、異なる抽出原料からの抽出を行う場合には、焦げ付いた抽出成分を確実に除去する必要があり、この焦げ付いた抽出成分の除去が大きな問題となる。

本発明は、このような従来の問題点に着目したもので、その目的は、たとえ抽出温度が高温であっても、加熱装置や循環経路内での処理液の沸騰を極力抑えて、抽出成分が加熱装置や循環経路の内壁に付着して焦げ付くのを抑制することのできる循環加熱式の抽出装置と抽出方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る循環加熱式の抽出装置の特徴構成は、抽出原料に処理液を注いで前記抽出原料から抽出される抽出成分を含む抽出液を生成する抽出器本体と、その抽出器本体から排出される抽出液を加熱する加熱装置を備え、前記抽出器本体と前記加熱装置が互いに接続されて、前記抽出器本体から排出される抽出液を前記加熱装置により加熱して前記抽出器本体に循環させる密閉式の循環経路が形成されるとともに、その循環経路内に加圧用流体を圧入して当該経路内を加圧可能な加圧装置が設けられ、前記抽出器本体から排出される抽出液を前記加熱装置により加熱して前記抽出器本体に循環させる循環加熱運転を行うに、前記加圧装置を作動させて、前記循環経路内における前記処理液の飽和蒸気圧より高い圧力に前記循環経路内を加圧する制御手段を備えたところにある。

本特徴構成によれば、抽出原料に処理液を注いで抽出原料から抽出される抽出成分を含む抽出液を生成する抽出器本体と、その抽出器本体から排出される抽出液を加熱する加熱装置を備え、抽出器本体と加熱装置が互いに接続されて、抽出器本体から排出される抽出液を加熱装置により加熱して抽出器本体に循環させる密閉式の循環経路が形成された、いわゆる、循環加熱式の抽出装置であるから、抽出液を循環させながら加熱する循環加熱運転を行うことにより、結果的に、処理液の温度を無理なく、例えば、２００℃以上の高温にまで昇温して、その温度を容易に維持することができる。
そして、制御手段が、循環加熱運転を行うに、その循環経路内に加圧用流体を圧入して当該経路内を加圧可能な加圧装置を作動させて、循環経路内における処理液の飽和蒸気圧より高い圧力に循環経路内を加圧するように構成されているので、加熱装置を含む循環経路内において処理液が沸騰する可能性は少なく、加熱装置や循環経路の内壁に対する抽出成分の焦げ付きが抑制される。

本発明に係る循環加熱式の抽出装置の更なる特徴構成は、前記制御手段が、前記循環加熱運転の開始時に、前記処理液の最高抽出温度における飽和蒸気圧より高い圧力に前記循環経路内を加圧するように構成されているところにある。

本特徴構成によれば、制御手段が、抽出原料に処理液を注いで抽出液を生成する循環加熱運転の開始時に、加圧装置を作動させて、処理液の最高抽出温度における飽和蒸気圧より高い圧力に循環経路内を予め加圧しておくように構成されているので、抽出液の温度上昇に対応して循環経路内を徐々に加圧するための多数のセンサ類や複雑な制御を必要とせず、比較的簡単な装置で、抽出成分の焦げ付きを抑制することができる。

本発明に係る循環加熱式の抽出装置の更なる特徴構成は、前記加熱装置内の抽出液の温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段が、前記温度検出手段による抽出液の検出温度の温度上昇に対応して、前記循環経路内の圧力を、その検出温度下における前記処理液の飽和蒸気圧より高い圧力に上昇させるように構成されているところにある。

本特徴構成によれば、加熱装置内の抽出液の温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段が、温度検出手段による抽出液の検出温度の温度上昇に対応して加圧装置を制御し、前記循環経路内の圧力を、その検出温度下における処理液の飽和蒸気圧より高い圧力に上昇させるように構成されているので、加圧装置による循環経路内の加圧は、抽出液の温度上昇に対応して徐々に行うことが可能となり、抽出作業の効率化を図ることができる。また、循環経路が密閉式であることから加熱装置による加熱に伴い当該経路内の圧力が上昇するので、上記加圧装置は飽和蒸気圧に対して不足する分のみ加圧すればよく、加圧のためのエネルギ消費を抑制することができる。

上記目的を達成するための本発明に係る循環加熱式の抽出方法の特徴構成は、抽出原料に処理液を注いで前記抽出原料から抽出される抽出成分を含む抽出液を生成する抽出器本体と、その抽出器本体から排出される抽出液を加熱する加熱装置を備え、前記抽出器本体と前記加熱装置との間に設けられた密閉式の循環経路を介して、前記抽出器本体から排出される抽出液を前記加熱装置により加熱して前記抽出器本体に循環させる循環加熱運転を行うに、前記循環経路内に加圧用流体を圧入して、前記循環経路内における前記処理液の飽和蒸気圧より高い圧力に前記循環経路内を加圧した状態で、前記抽出器本体から排出される抽出液を加熱しながら循環させて抽出を行うところにある。

本特徴構成によれば、抽出原料に処理液を注いで抽出原料から抽出される抽出成分を含む抽出液を生成する抽出器本体と、その抽出器本体から排出される抽出液を加熱する加熱装置を備え、抽出器本体と加熱装置との間に設けられた密閉式の循環経路を介して、抽出器本体から排出される抽出液を加熱装置により加熱して抽出器本体に循環させて抽出を行う、いわゆる、循環加熱式の抽出方法であるから、抽出液を循環させながら加熱することにより、結果的に、処理液の温度を無理なく、例えば、２００℃以上の高温にまで昇温して、その温度を容易に維持することができる。
そして、その循環経路内に加圧用流体を圧入して当該流路内を加圧可能な加圧装置によって、循環経路内における処理液の飽和蒸気圧より高い圧力に循環経路内を加圧した状態で、抽出器本体から排出される抽出液を加熱しながら循環させて抽出を行うので、加熱装置を含む循環経路内において処理液が沸騰する可能性は少なく、加熱装置や循環経路の内壁に対する抽出成分の焦げ付きが抑制される。

第１の実施形態による循環加熱式の抽出装置の概略構成図 水の温度と飽和蒸気圧の関係を示す図表 第２の実施形態による循環加熱式の抽出装置の概略構成図 エタノールの温度と飽和蒸気圧の関係を示す図表

本発明による循環加熱式の抽出装置と抽出方法につき、その実施の形態を図面に基づいて説明する。
第１の実施形態による循環加熱式の抽出装置は、図１に示すように、高温と高圧に耐え得る高温高圧型の抽出器本体１と加熱装置２などを備えている。
抽出器本体１は、抽出原料の一例である粉砕されたコーヒー豆Ｃに処理液としての湯水Ｗを注いでコーヒー豆Ｃから抽出される抽出成分を含む抽出液を生成するもので、その上方開口部には、開閉自在な蓋体３が設けられ、その内部の抽出室４には、粉砕されたコーヒー豆Ｃを収納する固液分離用のメッシュなどからなる籠５が取り外し自在に配置されている。

抽出器本体１の抽出室４には、湯水Ｗを供給するための第１配管Ｌ１が連通接続され、その第１配管Ｌ１には第１開閉弁Ｖ１が設けられ、第１配管Ｌ１の先端部には、図示はしないが、湯水Ｗをコーヒー豆Ｃに均等に注ぐための回転式のシャワーノズルと、コーヒー豆Ｃを平らに均すための回転式の均し羽根が設けられている。
抽出器本体１の底部には、抽出室４内から湯水Ｗや抽出液を排出するための第２配管Ｌ２が連通接続され、その第２配管Ｌ２に第２開閉弁Ｖ２が設けられて、第２配管Ｌ２が加熱装置２に連通接続されている。
その加熱装置２は、抽出器本体１から第２配管Ｌ２を通して排出される湯水Ｗや抽出液を加熱するためのもので、例えば、高温の蒸気や気体などと熱交換するタイプのものや、ヒータなどにより直接加熱するタイプのものなど、各種タイプの加熱装置を使用することができる。

そして、その加熱装置２の入口側に第２配管Ｌ２が連通接続され、加熱装置２の出口側には、第１配管Ｌ１が連通接続されている。つまり、抽出器本体１と加熱装置２が、第１配管Ｌ１と第２配管Ｌ２により互いに連通接続されて、抽出器本体１から排出される抽出液を加熱装置２により加熱して抽出器本体１に循環させる密閉式の循環経路６が形成されている。
その循環経路６を形成する第２配管Ｌ２には、抽出液を循環させるための循環ポンプ７が、第２バルブＶ２と加熱装置２の間に位置して配設され、第１配管Ｌ１には、制御弁Ｖ３を有する第３配管Ｌ３が、加熱装置２と第１バルブＶ１の間に連通接続され、その第３配管Ｌ３には、窒素などの不活性ガスや空気などの加圧用ガス（加圧用流体の一例）を圧入（高圧で供給）して、抽出器本体１の抽出室４や循環経路６などを加圧可能なコンプレッサなどの加圧装置８が接続されている。尚、本実施形態において、加圧用ガスを圧入するための上記第３配管Ｌ３を、上記第１配管Ｌ１に接続した例を説明するが、当該第３配管は、循環経路６における如何なる部分に接続しても構わず、例えば蓋体３を介して抽出器本体１の抽出室４に接続しても構わない。

また、抽出器本体１から排出される抽出液を加熱装置２により加熱して抽出器本体１に循環させる循環加熱運転を行う制御手段としての制御部９が設けられており、更に、上記加圧装置８と制御弁Ｖ３も、制御部９により制御されるように構成されている。抽出器本体１には抽出室４の圧力を検出する抽出室用圧力センサ１０が、加熱装置２の出口近傍の第１配管Ｌ１には、加熱装置２内の抽出液の温度を検出する温度検出手段としての加熱装置用温度センサ１１がそれぞれ設けられ、それら抽出室用圧力センサ１０と加熱装置用温度センサ１１からの信号が、制御部９に入力されるように構成されている。
そして、第１配管Ｌ１には、第４開閉弁Ｖ４を有する第４配管Ｌ４が、第３配管Ｌ３の接続箇所と第１開閉弁Ｖ１の間に連通接続され、第２配管Ｌ２には、第５開閉弁Ｖ５を有する第５配管Ｌ５が、第２開閉弁Ｖ２と循環ポンプ７の間に連通接続され、抽出器本体１には、抽出室４内の圧力が設定圧以上になるのを回避するためのリリーフ弁Ｖ６を有する第６配管Ｌ６が連通接続されている。

つぎに、第１の実施形態による循環加熱式の抽出装置の動作を説明するとともに、循環加熱式の抽出方法について言及する。
例えば、抽出原料がコーヒー豆で、処理液が湯水であれば、抽出器本体１の蓋体３を開けて、籠５の中に粉砕されたコーヒー豆Ｃを仕込み、かつ、抽出室４内に湯水Ｗを仕込んで蓋体３を閉じ、第４開閉弁Ｖ４と第５開閉弁Ｖ５を閉じるとともに、第１開閉弁Ｖ１と第２開閉弁Ｖ２を開けて、抽出器本体１と加熱装置２を含む循環経路６を密閉する。
その後は制御部９が制御することになり、上記循環加熱運転を行うに、制御弁Ｖ３を開弁して加圧装置８を作動させ、不活性ガスなどの加圧用ガスにより湯水Ｗの最高抽出温度における飽和蒸気圧より高い圧力に循環経路６内を加圧する。

例えば、水の場合であれば、温度と飽和蒸気圧（ゲージ圧）は、図２に示す関係にあるので、湯水Ｗによる最高抽出温度を２００℃に設定した場合であれば、２００℃における飽和蒸気圧（約１．５ＭＰａ）より高い圧力に循環経路６内を加圧し、抽出室用圧力センサ１０からの信号により所定の圧力になったことを確認した後、循環ポンプ７を作動させて、抽出室４内の湯水Ｗを循環経路６に沿って循環させる。
それによって、抽出室４内の湯水Ｗは、加熱装置２により加熱されてコーヒー豆Ｃに注がれ、コーヒー豆Ｃから抽出される抽出成分を含む抽出液が生成され、さらに、その抽出液が加熱装置２により再び加熱されてコーヒー豆Ｃに注がれる。
なお、最高抽出温度を２００℃に設定した場合、加熱装置用温度センサ１１による検出温度は、第１配管Ｌ１を通流する際の外部への放熱分を上乗せした温度になるため、２００℃よりも高くなる。したがって、循環経路６内での抽出液の沸騰を確実に防止するためには、例えば、２．０ＭＰａ程度にまで循環経路６内を加圧するのが望ましい。

この抽出液の循環によって、抽出温度は、経時的に上昇して最終的に２００℃の最高抽出温度にまで上昇し、その２００℃の最高抽出温度に維持された状態で所定の時間にわたって循環抽出が行われ、その間、外部への放熱分が加熱装置２により補充加熱される。そして、抽出完了後の抽出液は、第１開閉弁Ｖ１を閉じ、第４開閉弁Ｖ４を開けて第４配管Ｌ４から排出され、図外の冷却装置により冷却された後に払い出される。
このように、本発明による循環加熱式の抽出方法によれば、コーヒー豆Ｃに湯水Ｗを注いで抽出液を生成する循環加熱運転の開始時に先立って、湯水Ｗの最高抽出温度における飽和蒸気圧より高い圧力に循環経路６内を予め加圧しておくので、循環経路６内における湯水Ｗの沸騰が防止され、抽出液中に含まれる抽出成分の焦げ付きが回避されるのである。
尚、本実施形態では、循環加熱運転の開始時に循環経路６内を上記飽和蒸気圧より高い圧力に加圧するべく、該運転に先立って該経路６内を予め加圧するように構成したが、初期の沸騰を防止できる範囲内で、循環加熱運転の開始と同時又は初期の沸騰を防止できる範囲内での開始直後に、該経路６内を上記飽和蒸気圧より高い圧力に加圧するように構成しても構わない。

つぎに、第２の実施形態による循環加熱式の抽出装置について説明するが、重複説明を避けるため、第１の実施形態と同じ構成については、同じ符号を付すことによって説明を省略し、主として第１の実施形態と異なる構成について説明する。
第２の実施形態による循環加熱式の抽出装置では、図３に示すように、抽出室４内を流下する抽出液の温度を検出する抽出室用温度センサ１２が抽出器本体１に設けられ、さらに、循環ポンプ７の出口における圧力を検出する循環ポンプ用圧力センサ１３が第２配管Ｌ２に設けられ、加圧装置８の出口における圧力を検出する加圧装置用圧力センサ１４が第３配管Ｌ３に設けられている。
そして、それら抽出室用温度センサ１２と両圧力センサ１３，１４からの信号も、制御部９に入力されるように構成され、その制御部９には、例えば、図２に示す温度と飽和蒸気圧との関係がデータとして記憶されている。

この第２の実施形態による循環加熱式の抽出装置の動作は、第１の実施形態の場合とほぼ同じであるが、循環加熱運転開始時に、湯水Ｗの最高抽出温度における飽和蒸気圧より高い圧力に循環経路６内を加圧するのではなく、抽出液の経時的な温度上昇に対応して、その時点、時点での飽和蒸気圧を越える圧力に循環経路６内の圧力を徐々に上昇させ、最終的に、湯水Ｗの最高抽出温度における飽和蒸気圧より高い圧力にまで加圧する点において、第１の実施形態とは異なる。
すなわち、籠５の中に粉砕されたコーヒー豆Ｃを仕込み、抽出室４内に湯水Ｗを仕込んで循環経路６を密閉した後、制御部９が、制御弁Ｖ３を開弁して加圧装置８を作動させ、その加圧装置８の作動と前後して、循環ポンプ７も作動させ、抽出室４内の湯水Ｗを循環経路６に沿って循環させる。

この循環によって、湯水Ｗや抽出液は、加熱装置２により加熱されて徐々に温度上昇することになり、その湯水Ｗや抽出液の温度は、温度検出手段としての加熱装置用温度センサ１１、さらには、抽出室用温度センサ１２によりリアルタイムで検出されて制御部９に入力される。
制御部９は、図２に示す水の温度と飽和蒸気圧との関係をデータとして記憶しており、そのデータに基づいて、湯水Ｗや抽出液の経時的な温度上昇に対応して加圧装置８を制御し、その時々の検出温度下における湯水Ｗの飽和蒸気圧より高い圧力に循環経路６内を経時的に加圧し、最高抽出温度が２００℃であれば、最終的に２００℃の最高抽出温度に対応する飽和蒸気圧（約１．５ＭＰａ）より高い圧力に循環経路６内を加圧し、その状態で所定の時間にわたって循環抽出が行われるのである。

〔別実施形態〕
第１と第２の実施形態では、抽出原料がコーヒー豆で、処理液が湯水の場合を例にして説明したが、抽出原料としては、コーヒー豆以外にも、ココアや各種のお茶類などが使用可能であり、その場合、処理液としては、主として湯水が使用される。
さらに、抽出原料として、畜肉系原料、水産系原料、食品・農産・水産廃棄物など、種々のものが使用可能であり、その抽出原料に応じて、処理液としては、エタノール（アルコール系有機溶剤）、アセトン（ケトン系有機溶剤）、ヘキサンなどが使用され、その使用される処理液によって、温度と飽和蒸気圧の関係も異なる。

一例を挙げると、エタノールであれば、温度と飽和蒸気圧（ゲージ圧）の関係は、図４に示すようになる。
したがって、第２の実施形態の場合であれば、図４に示す温度と飽和蒸気圧との関係がデータとして制御部９に記憶されることになり、さらに、制御部９に水やエタノールを含めて、アセトンやヘキサンなどの温度と飽和蒸気圧との関係を全てデータとして記憶させておき、使用する処理液に応じて選択使用して実施することもできる。

さらに、本願発明者らは、抽出温度を１９５℃程度とすることにより、処理液である水を使用して、抽出原料であるココアからルチンや抗アレルギー成分として有効なケルセチンなどを抽出できることを見出した。抽出温度が高いため、ケルセチンは、ルチンの加水分解により得られるものと解される。

上記実施の形態では、加圧用流体としての加圧用ガスを密閉式の循環経路６内に圧入することで当該経路６内を加圧するように構成するが、別に、加圧用流体としての処理液である湯水Ｗなどの加圧用液体を密閉式の循環経路６内に圧入することで当該経路６内を加圧するように構成しても構わない。

１ 抽出器本体
２ 加熱装置
６ 循環経路
８ 加圧装置
９ 制御手段
１１ 温度検出手段
Ｃ 抽出原料
Ｗ 処理液

Claims (4)

1. 抽出原料に処理液を注いで前記抽出原料から抽出される抽出成分を含む抽出液を生成する抽出器本体と、その抽出器本体から排出される抽出液を加熱する加熱装置を備え、
   前記抽出器本体と前記加熱装置が互いに接続されて、前記抽出器本体から排出される抽出液を前記加熱装置により加熱して前記抽出器本体に循環させる密閉式の循環経路が形成されるとともに、その循環経路内に加圧用流体を圧入して当該経路内を加圧可能な加圧装置が設けられ、
   前記抽出器本体から排出される抽出液を前記加熱装置により加熱して前記抽出器本体に循環させる循環加熱運転を行うに、前記加圧装置を作動させて、前記循環経路内における前記処理液の飽和蒸気圧より高い圧力に前記循環経路内を加圧する制御手段を備えた循環加熱式の抽出装置。
2. 前記制御手段が、前記循環加熱運転の開始時に、前記処理液の最高抽出温度における飽和蒸気圧より高い圧力に前記循環経路内を加圧するように構成されている請求項１に記載の循環加熱式の抽出装置。
3. 前記加熱装置内の抽出液の温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記制御手段が、前記温度検出手段による抽出液の検出温度の温度上昇に対応して、前記循環経路内の圧力を、その検出温度下における前記処理液の飽和蒸気圧より高い圧力に上昇させるように構成されている請求項１に記載の循環加熱式の抽出装置。
4. 抽出原料に処理液を注いで前記抽出原料から抽出される抽出成分を含む抽出液を生成する抽出器本体と、その抽出器本体から排出される抽出液を加熱する加熱装置を備え、
   前記抽出器本体と前記加熱装置との間に設けられた密閉式の循環経路を介して、前記抽出器本体から排出される抽出液を前記加熱装置により加熱して前記抽出器本体に循環させる循環加熱運転を行うに、
   前記循環経路内に加圧用流体を圧入して、前記循環経路内における前記処理液の飽和蒸気圧より高い圧力に前記循環経路内を加圧した状態で、前記抽出器本体から排出される抽出液を加熱しながら循環させて抽出を行う循環加熱式の抽出方法。

Images