JPH0889783A - ガス体の加圧方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 設備費が安価であると共に安全性が高く、高
圧ガス取締法の規制を受けることなく誰にでも容易に作
業することができ、とくに、抽出を始めとする液化ガス
や超臨界流体を利用した高圧処理技術の基礎データを得
るための試験や試作などに好適なガス体の加圧方法およ
び加圧装置を提供する。 【構成】 被処理物Ｓと共に炭酸ガスを封入したポリエ
チレン製袋体６を耐圧容器３内の水中に浸漬したのち当
該耐圧容器を密閉し、加圧ポンプ４によって耐圧容器３
内に水を加圧注入することによって袋体６内の炭酸ガス
を高圧化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば食品の殺菌、油
脂や香料，色素などの抽出、化学物質の分離・精製、溶
媒の除去、乾燥などを行うために、ガスを高圧化し、必
要に応じて液化状態あるいは超臨界状態のガスを得るの
に利用されるガスの加圧方法および装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、低温域での殺菌方法として、超臨
界流体を媒体にした技術や、被処理物から所望の成分を
抽出する抽出分離方法として、液化流体や超臨界流体の
溶媒としての優れた溶解能力を利用した技術が注目され
ている。

【０００３】とくに、超臨界流体抽出は、気体にくらべ
て超臨界流体の密度および粘度が高く、溶質の溶解度を
高めることができ減圧ないし加熱による抽出物質の分離
回収が容易であり、比較的低温での操作が可能なので熱
的に不安定なものでも取扱うことができるなど、種々の
特徴を備えている。

【０００４】図２は、このような抽出装置の基本構成を
示す概略図であって、図に示す抽出装置１００は、流
体、例えば炭酸ガスを貯えたタンク１０１と、被処理物
を封入する抽出槽１０２と、抽出物を含んだ炭酸ガスか
ら目的の抽出物を分離，回収する分離槽１０３から主に
構成されている。

【０００５】このような抽出装置１００においては、タ
ンク１０１から供給された炭酸ガスが加圧ポンプ１０４
により昇圧され、さらに熱交換器１０５によって加熱昇
圧されて、液化炭酸ガスあるいは超臨界炭酸ガスとな
り、あらかじめ被処理物を封入しておいた抽出槽１０２
内に導入され、当該抽出槽１０２内において、被処理物
に含有されている目的の抽出物が液化あるいは超臨界状
態の炭酸ガス相に移行する。次いで、抽出物を取込んだ
液化あるいは超臨界炭酸ガスは分離槽１０３に送られ、
当該分離槽１０３内において減圧あるいは加熱され、こ
れによって目的とする抽出物が炭酸ガス相から分離し、
分離槽１０３の底部に残留する。

【０００６】一方、分離槽１０３内で抽出物を排出した
炭酸ガスは、配管１０６を介して炭酸ガスタンク１０１
に回収され、分離槽１０３の底部に残留した抽出物は、
分離槽１０３の下部に取付けられたバルブ１０７を開く
ことによって取出すことができるようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た抽出装置１００においては、例えば５０〜５００ｋｇ
ｆ／ｃｍ² の高圧ガスを取扱う高圧設備であるので、装
置自体が複雑で高価なものとなるばかりでなく、高圧ガ
ス取締法上の諸規制を受けることから、周囲の設備や建
屋に高圧ガス取締法に準拠した特別な仕様が必要となる
と共に、装置の運転やメンテナンスには、高圧ガス製造
保安責任者の資格が必要であって、作業者が限定されて
しまうという問題点がある。

【０００８】一方、上記のような抽出を始めとする液化
流体や超臨界流体を利用した高圧技術は、まだ開発途上
にあり、抽出だけを取り上げてもその対象となる被処理
物や抽出物質は極めて多岐にわたり、一部物質を除いて
その大部分は研究段階にあると言ってよく、商業的な操
業条件や経済性などについてはほとんど明らかになって
いないのが実情である。したがって、これら技術の実用
化にあたっては、圧力，温度，流体組成，前処理条件な
ど、実用プラントの設計データを採取するための種々の
基礎的試験が必要となる。また、製品の市場性調査のた
めには試供品を作成するための設備も必要となる。

【０００９】しかし、このような試験用あるいは試作用
の比較的小規模の装置であっても、高圧設備である以
上、前述のように高圧ガス取締法の対象となり、設備の
建設費がかさんだり、作業者が限定されたりすることか
ら、基礎的試験といえども容易ではなく、このような高
圧技術の開発には、基礎データの収集や採算性の調査の
段階から莫大な費用と時間を投入しなければならないの
で、開発研究に大きなリスクが伴うという問題点があ
り、このような問題点を解決することが超臨界流体抽出
などの技術を確立し、工業的に実用化するための課題と
なっていた。

【００１０】

【発明の目的】本発明は、従来の高圧設備における上記
課題に着目してなされたものであって、設備費が安価で
あると共に安全性が高く、高圧ガス取締法の規制を受け
ることなく誰にでも容易に操作することができ、とく
に、抽出を始めとする精製，分離，殺菌、さらには超微
粉体の製造などの基礎データを得るための試験や試作な
どに好適なガス体の加圧方法およびこれに用いる加圧装
置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係わるガスの加
圧方法は、例えば炭酸ガスなどのガス体を封入した、例
えばポリエチレンなどのプラスチックフィルムからなる
気密性袋体を、例えば水などの液体中に浸漬して、当該
液体を加圧することで気密性袋体内のガス体を高圧化す
る構成としたことを特徴としており、このようなガス体
の加圧方法の構成を前述した従来の課題を解決するため
の手段としている。

【００１２】また、本発明に係わるガス体の加圧装置
は、ガス体を封入する気密性袋体と、ガス体を封入した
気密性袋体を加圧媒体となる液体と共に収納する耐圧容
器と、耐圧容器内の液体を加圧する加圧手段と、耐圧容
器の加圧状態を解除する圧力開放手段と、必要に応じて
耐圧容器内の液体の温度を調整する調温装置をを備えた
構成としたことを特徴としており、ガス体の加圧装置に
おけるこのような構成を前述した従来の課題を解決する
ための手段としている。

【００１３】

【発明の作用】本発明に係わるガス体の加圧方法におい
ては、ガス体を封入した気密性袋体を液体中に浸漬し、
液体を加圧することによって袋体内のガス体を高圧化す
るようにしているので、袋体内にあらかじめ被処理物を
入れておくことにより当該被処理物に種々の処理が施さ
れることになる。このとき、袋体内のガス体は、加圧媒
体としての液体を介して加圧され、高圧ガスを使用しな
いので、安全性が高く、高圧ガス取締法の適用を受けな
いため周囲の設備や建屋に特別な配慮の必要がなく、設
備が安価なものになると共に、操作やメンテナンスに特
別な資格を必要としないので、作業者が限定されること
がない。

【００１４】本発明に係わるガス体の加圧装置は、ガス
体を封入する気密性袋体と、該袋体を液体と共に収容す
る耐圧容器と、液体の温度を調整する調温手段と、加圧
媒体となる液体を加圧する加圧手段と、加圧状態を解除
する圧力開放手段を備えたものであるから、上記加圧方
法を実施するのに適したものとなっている。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。

【００１６】図１は、本発明に係わるガス体の加圧装置
の一実施例を示すものであって、図に示す加圧装置１
は、加圧媒体となる水を入れた恒温槽２内に収納された
耐圧容器３と、恒温槽２内の水を加圧して耐圧容器３内
に圧送する加圧手段としての加圧ポンプ４と、恒温槽２
内の水の温度を調整する調温装置５（調温手段）から主
に構成され、前記耐圧容器３内には、被処理物Ｓと共に
ガス体を封入したポリエチレンフィルムからなる袋体
６，６が収納され、取付金具７によって当該耐圧容器３
の中心部に保持されるようになっている。

【００１７】耐圧容器３の上端開口部は、蓋体３ａによ
って閉塞され、ボルト３ｂ，３ｂを締結することによっ
て当該耐圧容器３を密閉するようにしてある。

【００１８】蓋体３ａには、該蓋体３ａを貫通して耐圧
容器３の内部に連通する貫通孔３ｃが形成され、この貫
通孔３ｃには、蓋体３ａ上に取付けられたマウント８を
介して流量調整バルブ９とボールバルブ１０が接続され
ている。すなわち、この実施例では流量調整バルブ９に
よって耐圧容器３内の圧力を徐々に開放して耐圧容器３
内の圧力を調整すると共に、ボールバルブ１０の操作に
より耐圧容器３内の圧力を急速に開放するようになって
おり、両バルブ９，１０により圧力開放手段が形成され
ている。さらに、マウント８には耐圧容器３内の圧力を
検出する圧力センサー１１が取付けられている。

【００１９】加圧ポンプ４は、三方バルブ１２を介し
て、耐圧容器３の底部に設けた連結孔３ｄに接続されて
おり、恒温槽２内の水を耐圧容器３内に圧送することに
よって、当該耐圧容器３内を最大５００ｋｇｆ／ｃｍ²
程度まで加圧できるようになっており、耐圧容器３内の
圧力は、前記圧力センサー１１からの出力に基づいて、
加圧ポンプ４に取付けられた圧力表示計４ａに表示され
る。

【００２０】恒温槽２内の水は、当該恒温槽２に連結さ
れた調温装置５により１０〜９５℃の範囲内にコントロ
ールされる。

【００２１】さらに、加圧装置１は、恒温槽２内の水を
耐圧容器３内に注水するための移送用ポンプ１３を備え
ており、当該ポンプ１３は、三方バルブ１２を介して耐
圧容器３の底部の連結孔３ｄに接続されている。

【００２２】すなわち、所定温度に保持された恒温槽２
内の水を移送用ポンプ１３によって耐圧容器３内に注水
したのち、三方バルブ１２を切り換え、加圧ポンプ４を
作動させて恒温槽２内の水を耐圧容器３内に圧送するこ
とにより耐圧容器３の加圧を行うようになっている。な
お、耐圧容器３内の水の温度調整は、恒温槽２の水温を
調節することによって間接的に行われる。

【００２３】このような構造を備えた加圧装置１におい
ては、加圧ポンプ４によって加圧した水を密閉状態の耐
圧容器３内に圧送することによって耐圧容器３内を加圧
するようにしており、袋体６内のガス体が周囲の水（加
圧媒体）を介して圧縮され、高圧化されるので、高圧ガ
スを直接取り扱うことがないので安全性が高く、装置が
比較的簡単なもので済むと共に、運転やメンテナンスに
特別な資格の必要がないので誰にでも容易に操作するこ
とができる。

【００２４】なお、この実施例においては、加圧媒体用
の液体として、最も一般的な水を用いた例を示したが、
油などを用いることもできる。

【００２５】以下に、上記構造の加圧装置１を抽出およ
び殺菌に適用した例を示す。

【００２６】適用例１ まず、上記構造の加圧装置１を用いて、超臨界流体抽出
により胡椒の果実からその辛味成分であるピペリンを抽
出する例について説明する。

【００２７】最初に、加圧装置１の恒温槽２に水を張
り、調温装置５により所定の抽出温度、すなわち６０℃
にセットしておく。

【００２８】一方、被処理物である胡椒果実について
は、抽出効率を高めるために、適当な粒度（例えば６０
〜１００メッシュ）に粉砕したのち、多孔質ポリエチレ
ンフィルムからなる内袋１４に入れ、この内袋１４をさ
らにポリエチレン製の袋体６に入れたのち、当該袋体６
に炭酸ガスを充填して密封する。

【００２９】次に、加圧装置１の耐圧容器３の蓋体３ａ
を取り外した状態において、三方バルブ１２を移送用ポ
ンプ１３側に切り換え、移送用ポンプ１３を作動するこ
とによって、耐圧容器３内に６０℃に加熱された温水を
満たしたのち、被処理物である胡椒粉末Ｓと共に炭酸ガ
スを封入した前記袋体６を耐圧容器３内の温水中に浸漬
し、取付金具７によって耐圧容器３の中心部に固定する
と共に、当該耐圧容器３に蓋体３ａを被せ、ボルト３
ｂ，３ｂを締め付けることによって耐圧容器３を密閉状
態にする。なお、図１においては、耐圧容器３内に２個
の袋体６，６をセットした例を示したが、耐圧容器３の
容積および袋体６のサイズによっては、１個あるいは３
個以上をセットすることができる。

【００３０】そして、蓋体３ａ上の流量調整バルブ９お
よびボールバルブ１０を開き、移送用ポンプ１３を再度
作動させることによって、耐圧容器３内に残留する空気
がなくなるまで、すなわち流量調整バルブ９およびボー
ルバルブ１０から温水が溢れ出るまで耐圧容器３内に温
水を送り込んだのち、流量調整バルブ９およびボールバ
ルブ１０を閉める。

【００３１】次に、三方バルブ１２を加圧ポンプ４の側
に切り換えると共に、加圧ポンプ４を作動させ、恒温槽
２内の温水を加圧して連結孔３ｄから耐圧容器３内に送
り込み、耐圧容器３内を加圧し、温水を介して前記袋体
６の内部圧力を高める。このときの昇圧速度について
は、袋体６内の温度上昇を防止する観点から、毎分５０
ｋｇｆ／ｃｍ² 程度で昇圧することが望ましい。

【００３２】そして、３００ｋｇｆ／ｃｍ² の目標圧力
に達したのち、この圧力および温度（６０℃）に約１時
間保持し、この間に、袋体６内において、主にピペニン
と精油からなる胡椒エキスが超臨界状態の炭酸ガス中に
抽出される。

【００３３】そして１時間経過したのち、流量調整バル
ブ９の操作によって耐圧容器３内の圧力を５５ｋｇｆ／
ｃｍ² に減圧すると共に、調温装置５によって水温を２
０℃に低下させ、この状態に約３０分保持することによ
って、炭酸ガス中に溶解した前記胡椒エキス成分を炭酸
ガスから分離させる。

【００３４】３０分経過後、流量調整バルブ９を開放す
ることにより、耐圧容器３の加圧状態を解除し、袋体６
内の炭酸ガスの圧力を大気圧に戻し、耐圧容器３の蓋体
３ａを開けて、袋体６を水中から取り出すことにより、
ピペニンを含む胡椒エキスが袋体６の内面に付着した状
態で得られた。

【００３５】適用例２ 次に、上記構造の加圧装置１を用いて、超臨界流体抽出
によりホップの球花を乾燥させたホップペレットからホ
ップエキスを抽出する例について説明する。

【００３６】被処理物であるホップペレットについて
は、抽出効率を高めるために、適当な粒度（例えば４８
〜１００メッシュ）に粉砕したのち、上記適用例と同様
に、これを多孔質ポリエチレンフィルムからなる内袋１
４に入れ、この内袋１４をさらにポリエチレン製の袋体
６に入れたのち、当該袋体６に炭酸ガスを充填して密封
する。

【００３７】次いで、同様の手順により、被処理物であ
るホップペレット粉末Ｓと共に炭酸ガスを封入した袋体
６を耐圧容器３内にセットし、当該耐圧容器３を密閉し
たのち、加圧ポンプ４を作動させて耐圧容器３内を加圧
し、１５０ｋｇｆ／ｃｍ² −５０℃の条件に約１時間保
持して、ホップエキスを超臨界状態の炭酸ガス中に抽出
させたのち、４５ｋｇｆ／ｃｍ² −４０℃の条件に約３
０分保持して炭酸ガス中に溶解したホップエキス成分を
炭酸ガスから分離させる。

【００３８】そして、流量調整バルブ９を開放すること
により、袋体６内の炭酸ガス圧力を大気圧に戻し、袋体
６を耐圧容器３から取り出すことによって、袋体６の内
面に付着したホップエキスが得られた。

【００３９】なお、上記両適用例においては、その経済
性，安全性（無毒，不燃性）などの観点から、超臨界流
体抽出に最も一般的に利用される炭酸ガスを用いたが、
この他には、メタンやエタン，エチレンガスなどを用い
ることもできる。

【００４０】適用例３ 上記構造の加圧装置１を用いたナツメグ粉末の殺菌処理
例について以下に説明する。なお、この殺菌処理の原理
は、被処理物を高圧雰囲気ガス中に保持したのち、雰囲
気ガス圧力を瞬時に大気圧に戻すことによって、被処理
物に付着した微生物の細胞内に溶け込んだガスを急膨脹
させ、このエネルギーによって微生物の細胞膜を破壊す
ることによって殺菌するものである。

【００４１】まず、加圧装置１の恒温槽２に水を張り、
調温装置５により４０℃に加熱しておく。そして、被処
理物であるナツメグ粉末をポリエチレン製の袋体６に入
れたのち、当該袋体６に炭酸ガスを充填して密封する。
なお、殺菌処理においては、内袋１４は使用しない。

【００４２】次に、上記適用例と同様の要領により、移
送用ポンプ１３を作動させることによって、耐圧容器３
内に４０℃の水を満たし、ナツメグ粉末と共に炭酸ガス
を封入した前記袋体６を耐圧容器３内の水中に浸漬し、
耐圧容器３の中心部に固定すると共に、耐圧容器３に蓋
体３ａを被せて当該耐圧容器３を密閉する。

【００４３】そして、流量調整バルブ９およびボールバ
ルブ１０を開き、移送用ポンプ１３を再度作動させるこ
とによって、同様に耐圧容器３内に残留する空気を追い
出したのち、流量調整バルブ９およびボールバルブ１０
を閉める。

【００４４】次に、三方バルブ１２を加圧ポンプ４の側
に切り換えた状態で、加圧ポンプ４を作動させ、恒温槽
２内の水を加圧して耐圧容器３内に送り込み、耐圧容器
３内を昇圧し、袋体６の内部圧力を高める。このとき、
袋体６内の温度上昇を防止する観点から、例えば２０ｋ
ｇｆ／ｃｍ² 程度昇圧する毎に、約５分間昇圧を停止し
て、熱を袋体６の周りの水に放散させるようにすること
が望ましい。なお、耐圧容器３の水の温度調節は、恒温
槽２の水温を調節することによって間接的に行われる。

【００４５】そして、６０ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力に達し
たのち、この圧力に約１時間保持したのち、ボールバル
ブ１０を開き、耐圧容器３の加圧状態を一気に解除し、
袋体６内の炭酸ガスの圧力を大気圧に戻したのち、耐圧
容器３の蓋体３ａを開けて、袋体６を取り出す。なお、
このときの減圧は、殺菌効果を高めるため１秒以内で行
うことが望ましい。

【００４６】このような手順により殺菌処理したナツメ
グ粉末に付着した大腸菌をデスオキコレート寒天培地を
使用して、３７℃で１時間培養したのち、サンプル１グ
ラムあたりの生菌数を未処理のナツメグ粉末の場合と比
較した結果、未処理のものでは大腸菌群数が２．８×１
０⁴ であったのに対し、上記殺菌処理を施したものでは
陰性を示し、顕著な殺菌効果が認められた。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わるガ
ス体の加圧方法においては、ガス体を封入した気密性袋
体を液体中に浸漬し、液体を加圧することで袋体内のガ
ス体を高圧化するようにしているので、袋体内にあらか
じめ被処理物を入れておくことにより当該被処理物に超
臨界流体抽出など、種々の高圧処理を施すことができる
と共に、加圧に際して高圧ガスを使用しないので、安全
性が高く、高圧ガス取締法の適用外となり、設備コスト
を低減することができ、しかも操作やメンテナンスに特
別な資格を要しないので、誰にでも容易に取り扱うこと
ができるという極めて優れた効果がもたらされる。

【００４８】また、本発明に係わるガス体の加圧装置
は、ガス体を封入する気密性袋体と、該袋体を液体と共
に収容する耐圧容器と、液体の温度を調整する調温手段
と、加圧媒体となる液体を加圧する加圧手段と、加圧状
態を解除する圧力開放手段を備えたものであるから、上
記加圧方法を合理的に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるガス体の加圧装置の一実施例を
示す縦断面説明図である。

【図２】液化流体あるいは超臨界流体を利用した従来の
抽出装置の構成を示す概略図である。

【符号の説明】

１ ガス体の加圧装置 ３ 耐圧容器 ４ 加圧ポンプ（加圧手段） ５ 調温装置（調温手段） ６ 袋体 ９ 流量調整バルブ（圧力開放手段） １０ ボールバルブ（圧力開放手段）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス体を封入した気密性袋体を液体中に
   浸漬して、当該液体を加圧することで気密性袋体内のガ
   ス体を高圧化することを特徴とするガス体の加圧方法。
2. 【請求項２】 ガス体が炭酸ガスであって、当該炭酸ガ
   スが超臨界域に加圧されることを特徴とする請求項１記
   載のガス体の加圧方法。
3. 【請求項３】 液体が水であることを特徴とする請求項
   １または請求項２記載のガス体の加圧方法。
4. 【請求項４】 気密性袋体がプラスチックフィルムから
   なることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれ
   かに記載のガス体の加圧方法。
5. 【請求項５】 ガス体を封入する気密性袋体と、 ガス体を封入した気密性袋体を加圧媒体となる液体と共
   に収納する耐圧容器と、 耐圧容器内の液体の温度を調整する調温手段と、 耐圧容器内の液体を加圧する加圧手段と、 耐圧容器の加圧状態を解除する圧力開放手段を備えたこ
   とを特徴とするガス体の加圧装置。