JP4639218B2 - マイクロ波加速抽出装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波加速抽出装置に関するものであり、特に、マイクロ波抽出の特性を利用して、マイクロ波を抽出対象の内部組織を透過させ、それにより、内部組織に水分子が含まれているため、内部組織が熱により膨張され、僅かに破壊されることになり、さらに、後段の攪拌抽出と合わせて、瞬間の大量の熱伝導効果を利用することで、２種の機能のメカニズムで抽出効率の向上を達成させるマイクロ波加速抽出装置に関するものである。

従来、食品、薬草などの試料の前処理は、試料分析過程において最も重要な工程であり、また、抽出は、試料の前処理において最も常用の手段である。従来の抽出技術においては、ソックスレー（Ｓｏｘｈｌｅｔ）抽出と攪拌抽出があるが、このような技術は、時間がかかり、抽出効率が低く、再現性が悪い等といった欠点が存在している。科学技術の発展につれて、超音波抽出、超臨界流体抽出（ＳＦＥ）などの抽出方法のような新しい抽出技術が現れるようになってきた。しかし、このような技術は、装置が複雑で、作業コストが高く、且つ適用範囲が限られている等の問題が存在しているため、広く適用することができず、結局は、マイクロ波抽出（ＭＡＥ）技術が新たな技術として突然に現れてきた。

マイクロ波抽出技術は、目標成分を直接的に原料から分離させることができるので、選択性がよく、また、溶媒との親和性による制限が少ないため、選択できる溶媒も多い。しかし、従来のマイクロ波抽出に用いられる方法は、マイクロ波を熱源として抽出に導入するが、溶媒の昇温効率の向上に対してのみ有効である一方、大量のエネルギーが必要であるので、工業化プロセスにおいて実質上に大きな利益がないといえる。したがって、従来のマイクロ波抽出技術には、まだ多くの欠陥が存在しており、その改善が切実に期待されていることが分かる。

本発明は、マイクロ波抽出の抽出率を向上させ、抽出時間を短くさせるためのマイクロ波加速抽出装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成させるために、本発明のマイクロ波加速抽出装置は、マイクロ波の透過特性を利用して、製品の内部から加熱することにより、浸潤した原料がマイクロ波を吸収してから熱エネルギーを発生し、若干の機能成分がエネルギーを吸収してから活性化され、そして、大量の溶媒中での浸漬によって、これらの成分が熱交換で同時に溶媒に溶解される。従来の抽出方法と比べれば、加熱が必要となる溶媒の体積が小さくなるため、加熱速度が速くなり、また、加熱時間が短くなるので、加熱時間が長すぎることによる化合物の酸化又は崩壊を防止することで、良好な抽出効果が発揮される。

本発明は、電源供給器により駆動・制御されマイクロ波を発生して抽出槽に供給するマイクロ波源に接続している、抽出予定の原料及び溶媒を収容する抽出槽を備えるマイクロ波加速抽出装置である。様々な原料によるマイクロ波の供給への要求を満たすために、本発明において、側方導波管により、直接上方結合口により、または攪拌棒をアンテナとして用いることにより、マイクロ波を供給する。

例としては、本発明は、マイクロ波源を抽出槽の上に設けて、抽出槽における結合口により、マイクロ波源によるマイクロ波を直接的に抽出槽に供給することができる。また、本発明は、抽出槽の側面に側方導波管を設置して、マイクロ波源を当該側方導波管に設けることにより、マイクロ波を側方導波管から抽出槽内に供給することもできる。さらに、本発明は、抽出槽の上に、抽出槽内に延びる攪拌モーターの金属攪拌棒に接続される上方導波管を設置して、マイクロ波源を当該上方導波管に設けることにより、マイクロ波を上方導波管と金属攪拌棒を介して抽出槽に供給することもできる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。図面には、対応する構成要素を示す符号を付している。

図１は本発明のマイクロ波加速抽出装置の構成を模式的に示す図、図２は抽出槽を示す正面図、図３は抽出槽を示す背面図である。添付図面に示すように、本発明のマイクロ波加速抽出装置は、原料及び溶媒を収容する抽出槽１０と、抽出のためにマイクロ波を発生して抽出槽１０に供給するマイクロ波発生装置（マイクロ波源）３１と、マイクロ波発生装置３１を駆動してマイクロ波を発生する電源供給器２０とにより構成されている。

各添付図面に示すように、前記抽出槽１０は、架台２１に架設されることにより、ユーザの作業を容易にすることができる。抽出槽１０は、上部カバープレート１１と下部カバープレート１２とを有し、抽出槽１０の槽体と上部カバープレート１１及び下部カバープレート１２との接合箇所において、マイクロ波漏れ防止シール１３（図４参照）が設けられることにより、抽出槽１０内のマイクロ波が漏れ出すことを防止する。上部カバープレート１１は、原料供給蓋１４と結合口１５とを備えている。この原料供給蓋１４は上開式の原料供給蓋として設計されることにより、ユーザが当該原料供給蓋１４を介して抽出予定の原料を抽出槽１０に入れることができる。原料供給蓋１４は、覗き窓が備えられることにより、ユーザがこの覗き窓を介して抽出槽１０内の様子を観察することができる。なお、覗き窓には、マイクロ波が漏れ出さないように、金属網目（図示せず）が設けられている。下部カバープレート１２は、係合板１６により抽出槽１０に固着されており、放出口１７を備えているが、この放出口１７は、ボールバルブ式の放出口とされることにより、抽出槽１０内の抽出液を当該放出口１７を介して流し出すことができる。

マイクロ波発生装置は、マイクロ波源３１を備えている。このマイクロ波源３１は、抽出槽１０の上方に設けられて、抽出槽１０における結合口１５を通して抽出槽１０内に延びることにより、当該マイクロ波源３１によるマイクロ波が上から直接的に抽出槽１０内に供給されることができる。このマイクロ波源３１は電源供給器２０により駆動され、これにより、ユーザは当該電源供給器２０を介してマイクロ波源３１の出力パワー及び作動時間を制御することができる。

さらに図４を参照すると、様々な原料によるマイクロ波の供給への要求を満たすために、本発明のマイクロ波発生装置に合わせたマイクロ波供給装置が設けられている。ここでは、抽出槽１０の槽体の側面において、抽出槽１０内に延びた方形の金属管で、マイクロ波供給の均一性を向上させるための槽状切欠部を有する側方導波管３２が設けられ、そしてマイクロ波源が当該側方導波管３２に設置される。使用される際に、マイクロ波源によるマイクロ波は、側方導波管３２を通して抽出槽１０に供給される。また、当該側方導波管３２は、吸排気ファン３３と導通して接続されることで、冷熱ガスが当該吸排気ファン３３により抽出槽１０に吸入・排出される。

なお、マイクロ波発生装置はさらに、抽出槽１０の上方において攪拌モーター３５を設置した上方導波管３４と協同してマイクロ波を抽出槽内に供給することができる。この攪拌モーター３５も電源供給器２０により制御されるが、当該攪拌モーター３５から、上方導波管３４を通過して、上部カバープレート１２におけるマイクロ波供給孔１８を通して抽出槽１０内に延びる金属攪拌棒３６が延びている。また、様々な原料によるマイクロ波供給への要求を満たすために、マイクロ波源を上方導波管３４に設置して、金属攪拌棒３６をマイクロ波のアンテナとして用いることにより、マイクロ波源３１によるマイクロ波が上方導波管３４を通して金属攪拌棒３６に導かれて、上部カバープレート１１におけるマイクロ波供給口１８を通して抽出槽１０に供給されることができる。

本発明のマイクロ波加速抽出装置は、使用される時に、まず、抽出予定の原料（例えば、漢方薬草や食品原料）を上部カバープレート１１における原料供給蓋１４から抽出槽１０に入れ、そして原料の特性に応じて、抽出槽１０における給水弁１９を介して所定の割合の溶媒又は水を抽出槽１０に注入し、原料を初歩的に浸潤する。次に、電源供給器２０を介してマイクロ波源３１を起動させ、マイクロ波を発生させて、マイクロ波による加熱の効果により浸潤された原料を加熱してから、また所定量の溶媒を注入して、さらに電源供給器２０により攪拌モーター３５を起動させ、攪拌モーター３５により金属攪拌棒３６が駆動されて抽出槽１０において原料と溶媒を攪拌することで、マイクロ波の抽出に役立つようになる。抽出終了後、抽出液は、抽出槽１０の底部に設けられたマイクロ波漏れ防止スクリーン３７により初歩的にろ過されてから、放出口１７を介して抽出槽１０から流し出される。ろ過された原料かすは、係合板１６を開けて下部カバープレート１２をオープンすることにより取り出され、これで、マイクロ波での抽出が完了する。

以上をまとめると、本発明のマイクロ波抽出装置に抽出される物質材料は、漢方薬草や食品原料などであればよいが、それらに限らず、抽出予定の原料を粉砕した後、材料の特性に応じて溶媒を添加せず、または所定の割合の溶媒を添加することで浸潤してから、マイクロ波による加熱の効果により浸潤された原料をマイクロ波で数分間加熱し、所定の体積の溶媒に入れて、数分間攪拌してからろ過・濃縮し、抽出物を収集して分析を行う。その原理は、マイクロ波の透過特性を利用して、製品の内部から加熱することにより、浸潤した原料がマイクロ波を吸収してから熱エネルギーを発生し、若干の機能成分がエネルギーを吸収してから活性化され、そして、大量の溶媒中での浸漬によって、これらの成分が熱交換で同時に溶媒に溶解されることにある。従来の抽出方法と比べれば、加熱が必要となる溶媒の体積が少くなくなるため、加熱速度が速くなり、また、加熱時間が短いので、加熱時間が長すぎることによる化合物の酸化や崩壊を防止することができ、そのため、良好な抽出効果が発揮される。なお、異なる後処理方法と組み合わせてもよく、例えば超音波抽出や超臨界抽出などの常用の抽出方法のような他の抽出方法と組み合わせると、異なるタイプの原料の抽出に適用されることができる。

本発明にかかるそれらの好ましい実施例について説明したが、本発明を逸脱しない範囲で様々な変更及び修正が可能であることは、当業者にとっては明らかである。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲において、本発明の真の精神と範囲にある全てのそのような変更及び修正が包含されることを意図するものである。

本発明のマイクロ波加速抽出装置の構成を模式的に示す図である。 抽出槽を示す正面図である。 抽出槽を示す背面図である。 抽出槽の断面構造を模式的に示す図である。

符号の説明

１０…抽出槽、１１…上部カバープレート、１２…下部カバープレート、１３…マイクロ波漏れ防止シール、１４…原料供給蓋、１５…結合口、１６…係合板、１７…放出口、１８…マイクロ波供給口、１９…給水弁、２０…電源供給器、２１…架台、３１…マイクロ波源、３２…側方導波管、３３…吸排気ファン、３４…上方導波管、３５…攪拌モーター、３６…金属攪拌棒、３７…マイクロ波漏れ防止スクリーン

Claims (11)

1. 上部カバープレート及び下部カバープレートを備えており、抽出予定の原料を収容する抽出槽と、
   マイクロ波を発生して前記抽出槽に供給するマイクロ波源を備えるマイクロ波発生装置と、
   前記マイクロ波源に電力を供給することにより、前記マイクロ波源を駆動・制御する電源供給器と、
   マイクロ波発生装置によるマイクロ波を抽出槽における抽出予定の原料に供給するマイクロ波供給装置と
   より構成され、
   前記抽出槽に設けられる攪拌モーターがさらに備えられており、前記攪拌モーターは、前記電源供給器により駆動され、また、当該攪拌モーターから前記抽出槽内に金属攪拌棒が延びることにより、前記抽出槽において攪拌動作が行われ、
   前記マイクロ波発生装置は、前記抽出槽と前記攪拌モーターとの間に設けられる上方導波管を有し、前記金属攪拌棒が前記上方導波管を通過して前記抽出槽内に延びており、且つ、前記上方導波管に前記マイクロ波源が設置されることにより、前記マイクロ波源によるマイクロ波が前記上方導波管により導かれ前記金属攪拌棒を介して前記抽出槽内に供給される、マイクロ波加速抽出装置。
2. 前記マイクロ波供給装置は、前記上部カバープレートにおいて、前記マイクロ波源を受け入れるための結合口が形成されることにより、前記マイクロ波源によるマイクロ波が直接的に前記抽出槽内に供給される、請求項１に記載のマイクロ波加速抽出装置。
3. 前記マイクロ波供給装置は、前記抽出槽の槽体側に設けられている、当該抽出槽内に延びる側方導波管を少なくとも一つ有し、前記側方導波管には、前記マイクロ波源が設けられることにより、前記マイクロ波源によるマイクロ波が前記側方導波管を介して前記抽出槽に供給される、請求項１に記載のマイクロ波加速抽出装置。
4. 前記側方導波管は、槽状切欠部を有する方形金属管である、請求項３に記載のマイクロ波加速抽出装置。
5. 前記側方導波管には吸排気ファンが導通して接続されることで、冷熱ガスが当該吸排気ファンにより前記抽出槽に送入又は排出される、請求項３に記載のマイクロ波加速抽出装置。
6. 前記上部カバープレートには原料供給蓋が設けられており、抽出予定の原料が当該原料供給蓋を介して前記抽出槽に入れられる、請求項１に記載のマイクロ波加速抽出装置。
7. 前記原料供給蓋は、マイクロ波が漏れ出さないように網目が設けられた覗き窓が備えられる、請求項６に記載のマイクロ波加速抽出装置。
8. 前記下部カバープレートには放出口が設けられており、前記抽出槽に抽出された液体が当該放出口から流し出される、請求項１に記載のマイクロ波加速抽出装置。
9. 前記抽出槽の底部にはマイクロ波漏れ防止スクリーンが備えられており、液体は先ず当該マイクロ波漏れ防止スクリーンによりろ過されてから、前記放出口から流し出される、請求項８に記載のマイクロ波加速抽出装置。
10. 前記抽出槽には給水弁が設けられている、請求項１に記載のマイクロ波加速抽出装置。
11. 前記抽出槽の槽体と前記上部カバープレート及び前記下部カバープレートとの接合箇所において、マイクロ波漏れ防止シールが設けられることにより、前記抽出槽内のマイクロ波が漏れ出すことを防止する、請求項１に記載のマイクロ波加速抽出装置。
    

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