(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理材料からの成分抽出方法は、
容器の内部流路に沿い被処理材料及び吸着剤を層状にして交互に配置した後、
前記容器の前記内部流路に高圧の溶媒を供給し、前記被処理材料から所定成分を溶媒に抽出し、前記溶媒中の前記所定成分を前記吸着剤に吸着して除去する。
【請求項２】
請求項１の被処理材料からの成分抽出方法は、
前記高圧の溶媒として、10℃〜80℃の温度で３MPa〜40MPaの圧力の二酸化炭素を供給する。
【請求項３】
請求項２の被処理材料からの成分抽出方法において、
前記被処理材料として煙草である。
【請求項４】
請求項３の被処理材料からの成分抽出方法は、
前記所定成分としてニコチン及び煙草特有ニトロソアミンを除去する。
【請求項５】
請求項４の被処理材料からの成分抽出方法において、
前記吸着剤は、活性炭、合成吸着剤、ゼオライト、イオン交換樹脂、アルミナ及びシリカゲルからなる群より選択された一種を含む。
【請求項６】
請求項５の被処理材料からの成分抽出方法は、
前記溶媒の供給時間と各層での前記被処理材料における前記所定成分の低減率との関係を予め求め、前記被処理材料全体を代表する前記所定成分の低減率が所望の値に達するまでの前記溶媒の供給時間を決定する前工程を更に具備し、
前記前工程で決定された前記溶媒の供給時間が経過したとき、前記溶媒の供給を停止する。
【請求項７】
請求項６の被処理材料からの成分抽出方法は、
前記溶媒を循環させる。
【請求項８】
被処理材料からの成分抽出装置は、
内部流路を有する容器と、
前記容器の内部流路に層状にして交互に設けられ、被処理材料が充填される材料区域及び吸着剤が充填される吸着区域と
前記容器の内部流路が一部をなす溶媒の循環流路と
を具備し、
前記被処理材料中の所定成分を溶媒に抽出し、溶媒中の前記所定成分を前記吸着剤に吸着して除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被処理材料から所定成分を抽出して除去するための抽出方法及び該方法に用いる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の抽出方法として、例えば、米国特許第4153063号明細書には、煙草からのニコチンの抽出方法が開示されている。この抽出方法は、煙草から香味成分を抽出する第１段階、ニコチンを抽出する第２段階、及び第１段階で抽出された香味成分を煙草に再付与する第３段階からなる。各段階では、所定の条件下にて、煙草が充填された抽出容器に高圧溶媒が供給され、煙草に接触した溶媒を介し、煙草からの香味成分やニコチンの除去が実施され、そして、煙草への香味成分の再付与が実施される。【０００３】
また、日本国特開平1-196285号公報には、煙草からニコチンを半連続的に抽出する方法及び装置が開示されている。この装置は、溶媒の流路に直列に配置された複数の抽出容器を備え、溶媒の流路には、各抽出容器をバイパスするバイパス流路が設けられている。この装置を用いた抽出方法では、溶媒の流動方向でみて上流側の抽出容器を通過し、ニコチンを抽出した後の溶媒、つまり、そのニコチン濃度が上昇した溶媒が下流側の抽出容器をも通過するので、この際にも、その溶媒は煙草からニコチンを抽出することができる。この抽出方法によれば、溶媒が、一連の抽出容器を通過する間、ニコチン濃度が飽和するまで抽出に利用される結果、全ての煙草からニコチンを抽出するのに要する時間が短縮され、迅速な抽出が可能になると考えられる。【０００４】
しかしながら、これら公知の抽出方法では、各抽出容器内を溶媒が流れるに連れ、溶媒中の抽出成分濃度が次第に増大する。このため、同じ抽出容器内の被処理材料であっても、下流側の被処理材料は上流側の被処理材料よりも抽出され難く、被処理材料の位置によって抽出成分の低減率にむらが生じ、この結果、品質にばらつきが生じてしまう。【０００５】
このような同一の抽出容器内における低減率のむらは、抽出時間を十分に長くすれば低減されるが、この場合、迅速な抽出が困難になる。低減率のむらは、溶媒の流動速度を増大し、被処理材料と接触する溶媒の量を増大しても低減されるが、しかしながら、ポンプの吐出能力には限界があり、溶媒の流動速度の増大にも限りがある。【０００６】
一方、日本国特表2003-526345号公報には、煙草からのニコチン及びＴＳＮＡ（煙草特有ニトロソアミン）の抽出方法が開示されている。この抽出方法は、抽出容器へ高圧溶媒を供給するという点では上述した抽出方法と同じであるが、同文献によれば、抽出時間の調整により、ニコチンの低減率に比べ、ニトロソアミンの低減率を選択的に大きくすることができる。【０００７】
しかしながら、上述した低減率のむらは、上流側の被処理材料からの抽出量が多い抽出初期ほど顕著であり、ニコチンに比べＴＳＮＡの低減率を増大すべく、同文献に記載されたように抽出時間を短縮した場合、ニコチン及びＴＳＮＡの低減率のむらが一層大きくなり、結果として品質のばらつきが増大してしまう。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の目的は、迅速且つむらの無い抽出を可能にし、所定成分を選択的に抽出するのに好適した、被処理材料からの成分抽出方法及び該方法に用いる装置を提供することにある。
【０００９】
上記した目的を達成すべく、本発明の被処理材料からの成分抽出方法は、容器の内部流路に沿い被処理材料及び吸着剤を層状にして交互に配置した後、前記容器の前記内部流路に高圧の溶媒を供給し、前記被処理材料から所定成分を溶媒に抽出し、前記溶媒中の前記所定成分を前記吸着剤に吸着して除去する。具体的には、前記被処理材料は煙草であってもよく、この場合、前記所定成分としてニコチン及び煙草特有ニトロソアミンが除去される。また、前記吸着剤は、活性炭、合成吸着剤、ゼオライト、イオン交換樹脂、アルミナ及びシリカゲルからなる群より選択された一種を含むことができる。
【００１０】
本発明の成分抽出方法によれば、被処理材料及び吸着剤を層状にして交互に配置したことで、各被処理材料層から抽出された抽出成分が、直下流の各吸着剤層で溶媒中から除去される。従って、各被処理材料層には、抽出成分を含まない溶媒が供給されるので、被処理材料層間で抽出成分の低減率に差が生じない。このため、この成分抽出方法によれば、迅速且つむらの無い抽出が実現され、被処理材料の品質が均一になる。
【００１１】
好適な態様として、前記高圧の溶媒として、10℃〜80℃の温度で３MPa〜40MPaの圧力の二酸化炭素が供給される。この態様では、抽出による被処理材料の品質低下が防止される。
【００１２】
好適な態様として、この成分抽出方法は、前記溶媒の供給時間と各層での前記被処理材料における前記所定成分の低減率との関係を予め求め、前記被処理材料全体を代表する前記所定成分の低減率が所望の値に達するまでの前記溶媒の供給時間を決定する前工程を更に具備し、前記前工程で決定された前記溶媒の供給時間が経過したとき、前記溶媒の供給が停止される。この態様では、被処理材料から所定成分を所定の低減率にて選択的に抽出すべく、前工程で決定された溶媒の供給時間が短時間であっても、前記容器の規模に依らず被処理材料層間で抽出成分の低減率に差が生じない。つまり、この成分抽出方法によれば、多量の被処理材料からの所定成分の抽出を選択的且つむらなく実施することができる。
【００１３】
好適な態様として、前記溶媒は循環される。この態様では、吸着剤層で除去されない成分については、溶媒中における当該成分の濃度が分配平衡濃度に達して抽出が抑制される。従って、吸着剤の選択により、被処理材料に必要とされる成分の抽出が抑制される。
【００１４】
また、上記した目的を達成すべく、本発明の被処理材料からの成分抽出装置は、内部流路を有する容器と、前記容器の内部流路に層状にして交互に設けられ、被処理材料が充填される材料区域及び吸着剤が充填される吸着区域と前記容器の内部流路が一部をなす溶媒の循環流路とを具備し、前記被処理材料中の所定成分を溶媒に抽出し、溶媒中の前記所定成分を前記吸着剤に吸着して除去する。
【００１５】
本発明の成分抽出装置によれば、容器の材料区域及び吸着区域に被処理材料及び吸着剤を層状にして交互に配置したことで、各被処理材料層から抽出された抽出成分が、直下流の各吸着剤層で溶媒中から除去される。従って、各被処理材料層には、抽出成分を含まない溶媒が供給されるので、被処理材料層間で抽出成分の低減率に差が生じない。このため、この成分抽出装置によれば、迅速且つむらの無い抽出が実現され、被処理材料の品質が均一になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例に係る被処理材料からの成分抽出装置の概略構成図、
【図２】図１の装置を用いて、溶媒温度70℃、溶媒圧力25MPa、抽出時間35分の条件下で抽出したときの結果を示したグラフ、
【図３】図１の装置を用いて、溶媒温度35℃、溶媒圧力10MPa、抽出時間35分の条件下で抽出したときの結果を示したグラフ、
【図４】図１の装置を用いて、溶媒温度70℃、溶媒圧力25MPa、抽出時間17分の条件下で抽出したときの結果を示したグラフ、
【図５】従来の成分抽出方法により、溶媒温度70℃、溶媒圧力25MPa、抽出時間35分の条件下で抽出したときの結果を示したグラフ、
【図６】従来の成分抽出装置の概略構成図、
【図７】従来の成分抽出方法により、溶媒温度35℃、溶媒圧力10MPa、抽出時間105分の条件下で抽出したときの結果を示したグラフ、
【図８】図１の装置の変形例を示した概略構成図、
【図９】図１の装置に適用される変形例の抽出容器の概略構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施例の被処理材料からの成分抽出装置を示す。
抽出装置は、溶媒として高圧な液体若しくは超臨界流体のＣＯ２（二酸化炭素）が循環する循環流路２を有し、循環流路２には循環ポンプ４が配置されている。循環ポンプ４は、循環流路２内における溶媒の流動を生成するが、このとき、その入口から吸込んだ溶媒の圧力を昇圧し、出口から所定の圧力範囲にある溶媒を吐出する。循環流路２における循環ポンプ４よりも下流には熱交換器６が配置され、熱交換器６はその内部で溶媒を加熱し、所定の温度範囲にある溶媒を送出する。【００１８】
循環流路２における熱交換器６よりも下流には、耐圧性の２つの抽出容器８,８が直列に配置されている。各抽出容器８は軸方向に長い円筒形状をなし、下端壁及び上端壁に入口ポート８ａ及び出口ポート８ｂを有する。入口ポート８ａと出口ポート８ｂとの間には、下端壁、上端壁及び内周壁によって、例えば185mmの内径及び675mmの長さを有する内部流路８ｃが区画され、内部流路８ｃは入口ポート８ａ及び出口ポート８ｂを介して循環流路２の一部をなしている。なお、上端壁は抽出容器８の上蓋として取り外し可能である。【００１９】
これら抽出容器８内には、内部流路８ｃに沿って、被処理材料としてトータル1.8kgの煙草の刻み１０及び吸着剤としてトータル3kgの粒状の活性炭１２が層状にして交互に配置されている。より詳しくは、刻み１０はドライベースで22%の水分を含み、溶媒が通過可能な不織布からなる円筒形状の複数のバスケット１４で300gずつ小分けに包まれている。各バスケット１４内の刻み１０は一つの被処理材料層をなし、各抽出容器８の内部流路８ｃには、被処理材料層及び吸着剤層がそれぞれ３つずつ配置されている。内部流路８ｃにおける最も入口ポート８ａ側には、被処理材料層が配置され、500gずつ小分けにされた活性炭１２が各バスケット１４上に直接配置されて吸着剤層をなしている。【００２０】
上述した抽出装置を用いて実施される抽出方法では、刻み１０が溶媒循環法を用いた回分式にて処理される。より詳しくは、抽出容器８の内部流路８ｃに、バスケット１４に包まれた刻み１０及び活性炭１２を交互に充填した後、循環ポンプ４及び熱交換器６が起動され、循環流路２内を例えば温度が70℃で圧力が25MPaの溶媒（ＣＯ２）が循環し始める。循環された溶媒は、熱交換器６を通過した後、上流側の抽出容器８内に入口ポート８ａから流入し、被処理材料層及び吸着剤層を交互に通過した後、出口ポート８ｂから流出する。上流側の抽出容器８からの溶媒は、下流側の抽出容器８内に入口ポート８ａから流入し、被処理材料層及び吸着剤層を交互に通過した後、出口ポート８ｂから流出し、そして、循環ポンプ４に吸込まれる。循環ポンプ４及び熱交換器６は、起動から例えば35分経過してから停止され、この後、刻み１０が抽出容器８から取り出され、シガレットの製造に供される。【００２１】
この抽出方法によれば、溶媒は、抽出容器８の内部流路８ｃを流動中、各被処理材料層を通過するときに刻み１０と接触し、刻み１０からニコチン及びＴＳＮＡ（煙草特有ニトロソアミン）を抽出する。従って、各被処理材料層を通過した溶媒は、高濃度のニコチン及びＴＳＮＡを含有するが、各被処理材料層の直下流の吸着剤層を通過するとき、活性炭１２と接触することで、含有するニコチン及びＴＳＮＡが活性炭１２に吸着される。このため、各吸着剤層の直下流の被処理材料層には、ニコチン及びＴＳＮＡを殆ど含有せず、ニコチン及びＴＳＮＡの溶解力が回復された溶媒が供給され、各被処理材料層からのニコチン及びＴＳＮＡの抽出量は常に最大になる。この結果、この抽出方法によれば、所定量の刻み１０から短時間でニコチン及びＴＳＮＡが除去される。【００２２】
なお、ＴＳＮＡは、ニコチン（主要アルカノイド）若しくはニコチンが脱メチル化したものが、ニトロソ化して生じるニトロソアミン（副次アルカノイド）の総称であり、具体的には、N'-ニトロソノルニコチン、4-メチルニトロサミノ-1-（3-ピリジル）-１-ブタノン，N'-ニトロソアナタビン，N'-ニトロソアナバシン等を含む。また、煙草からはニコチン及びＴＳＮＡの他、ソラネソ−ル等の脂溶性成分、ベンゾピレン等のＰＡＨ（多環式芳香族炭化水素）及び蛋白質も抽出される。【００２３】
そして、この抽出方法によれば、全ての被処理材料層に、同じ濃度のニコチン及びＴＳＮＡを含む溶媒が供給され、各被処理材料層からのニコチン及びＴＳＮＡの抽出量が均一になる。この結果、刻み１０全体におけるニコチン及びＴＳＮＡの低減率のむらの発生が防止され、刻み１０の品質が均一になる。【００２４】
なお、溶媒としてのＣＯ２は、刻み１０からニコチン及びＴＳＮＡを効率的に抽出するとともに、抽出による刻み１０の品質低下を防止するため、抽出容器８に供給されるときに、温度が10℃〜80℃の範囲にあり、圧力が３MPa〜40MPaの範囲にあるのが好ましい。更に、ＣＯ２は臨界点以上、即ち温度が31℃以上で圧力が7.4MPa以上の超臨界流体になっているのがより好ましい。この場合、超臨界流体は、わずかな温度・圧力変化により密度や溶解度が大きく変化するので、温度及び圧力を調整することにより、抽出成分を効率よく抽出することができる。【００２５】
表１及び図２には、実施例１として、上述の抽出方法により刻み１０を抽出したときのニコチン及びＴＳＮＡの低減率が示されている。ここで、ニコチン及びＴＳＮＡの低減率とは、抽出前の刻み１０におけるニコチン及びＴＳＮＡの含有量に対する抽出前後の刻み１０におけるニコチン及びＴＳＮＡの含有量の差の割合であり、次式で表される。【００２６】
低減率［％］＝｛（抽出前の含有量−抽出後の含有量）／抽出前の含有量｝×100
また、位置Ａ〜Ｆは、図１に示されたように、溶媒の流動方向での被処理材料層の位置を表している。
【表１】
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【００２７】
また、表２及び図３には、実施例２として、上述の抽出装置を用いたときの溶媒温度35℃、溶媒圧力10MPa、抽出時間35分の条件下での抽出結果が示されている。
【表２】
0004462569.tif 000003
【００２８】
更に、表３及び図４には、実施例３として、上述の抽出装置を用いたときの溶媒温度70℃、溶媒圧力25MPa、抽出時間17分の条件下での抽出結果が示されている。
【表３】
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【００２９】
一方、比較例１として、表４及び図５には、図６に示したように、上流側の抽出容器８に刻み１０のみを充填し、下流側の抽出容器８に活性炭１２のみを充填したときの、溶媒温度70℃、溶媒圧力25MPa、抽出時間35分の条件下での抽出結果が示されている。なお、位置ａ〜ｆは、図６に示されたように、溶媒の流動方向での被処理材料の位置を表している。
【表４】
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【００３０】
また、表５及び図７には、比較例２として、図６の装置を用いたときの、溶媒温度35℃、溶媒圧力10MPa、抽出時間105分の条件下での抽出結果が示されている。
【表５】
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【００３１】
表１〜５及び図２〜５,７から以下のことがわかる。
（１）実施例１と比較例１を比べると、刻み１０及び活性炭１２を層状にして交互に配置した実施例１の方が、比較例１よりも、ニコチン及びＴＳＮＡの低減率のばらつき（STD）が小さい。これより、実施例１の成分抽出方法及び装置によれば、抽出むらの発生が防止されるのがわかる。【００３２】
（２）比較例１と比較例２を比較すると、溶媒の温度及び圧力が低く、抽出条件が緩やかな比較例２の方が、抽出時間が３倍であるにもかかわらず、比較例１よりもニコチンの低減率のばらつきが大きい。
これは、抽出条件が緩やかな場合、溶媒に対するニコチン及びＴＳＮＡの溶解度が低くなるので、ＴＳＮＡに比べ煙草中に多く含まれるニコチンが、上流側の位置ａ,ｂにある刻み１０から専ら抽出され、下流側の位置ｃ,ｄ,ｅにある刻み１０にはニコチン濃度が殆ど飽和した溶媒が供給されたためと考えられる。【００３３】
（３）それぞれ抽出条件が緩やかな実施例２と比較例２を比べると、実施例２の抽出時間は比較例２の抽出時間の３分の１であるにもかかわらず、実施例２の方が比較例２よりもニコチンの低減率のばらつきが小さい。これは、抽出条件が緩やかで溶媒に対するニコチンの溶解度が低くても、吸着剤層でニコチンが除去された溶媒が各被処理材料層に供給され、各被処理材料層から均等にニコチンが抽出されたためと考えられる。これより、実施例２の成分抽出方法及び装置によれば、被処理材料の品質低下を防止すべく緩やかな条件で抽出を行うときでも、抽出むらの発生が防止されるのがわかる。なお、ＴＳＮＡの低減率のばらつきが実施例２よりも比較例２で小さいのは、比較例２の方が抽出時間が長かったためと考えられる。【００３４】
（４）実施例１と実施例３を比較すると、抽出時間が短い実施例３の方が、実施例１よりもニコチンの低減率が小さく、一方、実施例１及び実施例３のＴＳＮＡの低減率は互いに略等しい。従って、抽出時間と各被処理材料層でのニコチン及びＴＳＮＡの低減率との関係を求め、被処理材料全体を代表するニコチン及びＴＳＮＡの低減率、例えば各被処理材料層での低減率の平均値が所望の値になる抽出時間を予め決定しておけば、抽出時間を調整することにより、抽出むらの発生を防止しながら、ニコチンの低減率に対してＴＳＮＡの低減率を選択的に増大可能なのがわかる。【００３５】
（５）実施例１と実施例２を比較すると、抽出条件が緩やかな実施例２の方が、実施例１よりもニコチン及びＴＳＮＡの低減率が小さい。これより、溶媒の温度及び圧力を調整することにより、抽出むらの発生を防止しながら、ニコチン及びＴＳＮＡの低減率を増大可能なのがわかる。【００３６】
本発明は上記した一実施例に限定されることはなく、種々変形が可能であり、例えば固―液抽出及び固―気抽出全般に適用可能である。【００３７】
一実施例では、被処理材料は煙草の刻みであったが、コーヒー豆や紅茶葉等の天然固体原料であってもよく、この場合、カフェイン等が抽出される。なお、被処理材料として煙草から抽出する場合、乾燥を経た煙草の刻みを単独で抽出するのが好ましいが、乾燥煙草の刻みとともに、未乾燥の煙草の葉片若しくは葉柄の刻み、煙草ダスト、再生煙草、又はこれらの混合物を一緒に抽出してもよい。【００３８】
一実施例では、溶媒はＣＯ２であったが、共溶媒として水及びアルコールのうち一方又は両方を含んでいてもよい。なお、溶媒としては、比較的低い温度、圧力の臨界点を有し、又毒性がなく安全なＣＯ２を用いるのが好ましいが、Ｃ３Ｈ８，Ｎ２Ｏ，Ａｒ，ＳＦ６，ＣＨＦ３，ＣＦ４，ＣＨＣｌＦ２，ＣＨＣｌ２Ｆ，ＣＣｌＦ３，ＣＣｌ２Ｆ２，ＣＣｌ３Ｆ，ＣＢｒＦ３，ＣＦＣｌ＝ＣＦ２，ＣＦ２＝ＣＨ２，ＣＦ３−ＣＦ２−ＣＦ３等を用いてもよい。【００３９】
一実施例では、吸着剤として活性炭を用いたけれども、合成吸着剤、ゼオライト、イオン交換樹脂、アルミナ、シリカゲルを単独又は組み合わせて用いてもよい。【００４０】
一実施例の抽出装置は循環流路２を備えた閉サイクル型であるが、常に新しい溶媒を抽出容器に供給する開放サイクル型であってもよい。ただし、閉サイクル型であれば、被処理材料から抽出された成分のうち吸着剤に吸着されない成分、例えば煙草の香味成分が、循環流路２を循環することによって再び被処理材料に吸着し、煙草中の香味成分の濃度を所定の分配平衡濃度に保つことができ、煙草の喫味の低下が防止される。【００４１】
一実施例の抽出装置では、刻み１０は、不織布製のバスケット１４に包まれていたが、溶媒が通過可能な金属ネット製のバスケットに充填してもよい。また、一実施例の抽出装置では、バスケット１４を介して、抽出容器８内に被処理材料が充填される材料区域と、吸着剤が充填される吸着区域とが形成されていたが、バスケット１４に代えて、抽出容器８内に材料区域と吸着区域との間を仕切る金属ネット製の棚を設けてもよい。【００４２】
一実施例の抽出装置では、各抽出容器８に３層ずつ被処理材料層が充填されていたが、被処理材料及び吸着剤の層の数や厚みは特に限定されない。ただし、被処理材料層の厚みは、抽出初期の各層を通過する間に溶媒中のニコチン及びＴＳＮＡ濃度が飽和しないように設定され、一方、吸着剤層の厚みは、抽出初期の被処理材料層を通過した溶媒中から、各層を通過する間にニコチン及びＴＳＮＡが殆ど除去されるよう設定される。また、ニコチン及びＴＳＮＡの低減率のばらつきを確実に抑制すべく、被処理材料層及び吸着剤層は、それぞれ同一の厚みを有するのが好ましい。【００４３】
一実施例の抽出装置は、２つの抽出容器８を備えていたが、抽出容器８の数は特に限定されず、図８に示したように、抽出容器８の数は１つであってもよい。【００４４】
一実施例の抽出装置では、被処理材料及び吸着剤が軸方向にて交互に配置されていたが、図９に示したように、半径方向にて交互に配置してもよい。この場合、各被処理材料層及び吸着剤層はチューブ状をなし、入口ポート８ａから抽出容器８内に流入した溶媒は、最外周の被処理材料層から最内周の吸着剤層に向けて半径方向に流れ、交互に被処理材料層及び吸着剤層内を通過した後、上昇して出口ポート８ｂから流出する。また、最外周を吸着剤層、最内周を被処理材料層とし、溶媒を最内周から最外周へ流しても良い。なお、この場合、各バスケット１６も、各被処理材料層の形状に対応したチューブ形状をなす。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図１】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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