(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高度不飽和脂肪酸含有物質の分別装置において、原料物質を超臨界状態の流体とともに供給する抽出塔には、１００℃までの温度に加熱された、高さ方向に異なる温度に設定された複数の温度領域が形成されており、抽出塔内の抽出部分は直径が３００ｍｍより小さく、超臨界状態の流体の供給管路には、バッファータンクを結合しているか、あるいはさらにバッファータンクを管路によって抽出塔から排出される流体から分離した気体の循環管路に結合して循環回路を形成したことを特徴とする高度不飽和脂肪酸含有物質の分別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエイコサペンタエン酸（以下、ＥＰＡとも称す）、ドコサヘキサエン酸（以下、ＤＨＡとも称す）等の高度不飽和脂肪酸エステルを工業的規模で高度不飽和脂肪酸含有物質中から目的とする高度不飽和脂肪酸エステルを分離精製し高純度の製品を製造する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種の脂肪酸エステルの混合物からＥＰＡ等の特定の高度不飽和脂肪酸エステルを濃縮分離する方法として蒸留、クロマトグラフィー、超臨界抽出方法等が知られている。
ところが、蒸留は温度差による分離であるため、沸点が近似した高度不飽和脂肪酸エステルと他の飽和あるいは低不飽和脂肪酸エステルとの分離は困難であった。また、さらに高沸点であるために、１ｍｍＨｇ以下の減圧下での蒸留によっても、蒸留操作を高温で行うことが不可欠である。このために加熱によって異性化や重合が起こりやすいという欠点がある。
【０００３】
とくに、ＥＰＡは分子鎖中に二重結合が多いために、熱変性しやすく、蒸留によって濃縮操作を行ったものは熱変成物をＥＰＡから精製分離することは困難であった。
また、クロマトグラフィーによる方法では、分離に長時間を要するとともに原料に対して大量の溶剤を必要とする等の欠点がある。
【０００４】
これらの方法に較べ超臨界抽出法は比較的低温で抽出でき、有機溶剤等を使用しないことから注目されている。
例えば、抽出槽上部に加熱還流部を有する方法（特公昭５４−１０５３９号公報、特公平１−２１８２０号公報）、抽出塔に複数の温度の異なる領域を設けることによって抽出塔内で分離及び還流を繰り返し濃縮分離する方法（特開昭１−２４９７４２号公報、特開平１−２４９１０２号公報）が提案されているが、提案されているこれらの方法は、いずれも実験室での小型の装置によって抽出する際の条件等を開示しているのみであり、工業的規模の装置による抽出分離に好適な装置は提案されていなかった。
提案されている装置では、電気ヒーター等によって加熱するものであるが、分離精製の能力を大きく左右する問題として、抽出温度の調整の問題が挙げられている。たとえば、特開平１−２４９１０２号公報で述べられているような１２０気圧、塔頂温度６０℃という抽出条件では１℃の温度変化で高度不飽和脂肪酸エステルの超臨界抽出流体への溶解度が約１０％の変化し、それに伴い抽出量も大きく変動する。
【０００５】
また、抽出塔内には、塔高さ方向での温度調整が重要であるとともに、塔内の水平方向の温度の均一性も重要である。塔内の水平方向の温度に温度差がある場合、超臨界流体への溶解度に差が生じるため、塔高さ方向で温度差を形成して精留効果が得られた場合でも、精留効果が小さくなるという問題点があった。
【０００６】
塔径を大きくするにしたがって内容量に対して熱伝導面積が減少していくので、充分な熱量を与えるためには、温度差を大きくしなければならない。しかしながら温度差を大きくすることは熱媒体の温度を高くすると、温度調整の際にハンチング等が大きくなったり、高度不飽和脂肪酸の熱変性を引き起こす可能性があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＥＰＡ等の高度不飽和脂肪酸エステルを超臨界抽出分離方法によって、工業的な規模で高純度に分離精製することが可能な装置を提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高度不飽和脂肪酸含有物質の分別装置において、原料物質を超臨界状態の流体とともに供給する抽出塔には、１００℃までの温度に加熱された、高さ方向に異なる温度に設定された複数の温度領域が形成されており、抽出塔内の抽出部分は直径が３００ｍｍより小さく、超臨界状態の流体の供給管路には、バッファータンクを結合しているか、あるいはさらにバッファータンクを管路によって抽出塔から排出される流体から分離した気体の循環管路に結合して循環回路を形成した高度不飽和脂肪酸含有物質の分別装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は高度不飽和脂肪酸エステルを超臨界抽出装置で分離精製することを可能とする工業的に利用可能な分離装置を提供することを課題とするものである。
本発明者らは超臨界抽出においても、高度不飽和脂肪酸エステルが１１０℃より高い温度に晒されると熱変性を起こすことを見いだしたものである。したがって、加熱帯域を加熱する加熱媒体の温度は、１１０℃以下の温度とすることが望ましい。加熱手段として電気ヒーターを使用することも可能であるが、所定の温度とするためには、精密な制御が必要であるので、熱媒体を用いることが好ましい。また、熱媒体としては、温水を用いることが好ましく、温水は大きな熱容量を有するとともに、加圧等をしなければ１００℃よりも高温とすることができないので、本発明の熱媒体には好適である。
【００１０】
また、抽出塔内において、精留が効果的に行われるように高さ方向の温度分布を調整するとともに、抽出塔内の水平方向の温度を均一に調整することも重要であることを見出したものである。
抽出塔内において水平方向に温度差が生じると、抽出塔内での超臨界流体への溶解度に差が生じるため、抽出塔の高さ方向に温度差を形成して精留効果を高めても充分な精留効果が得られなくなってしまう。
【００１１】
したがって、水平方向の温度分布はできるだけ小さくし、高さ方向には所望の温度勾配を形成するように正確に温度調整をすることが、抽出特性に大きな影響を与えるとこととなる。
抽出塔の温度を正確に調整するためには、充分な熱量を与えることが必要となる。このためには熱媒体との温度差を大きくするか、熱伝導面積を広く確保しなければならない。
【００１２】
高度不飽和脂肪酸の工業的な分離に用いる抽出塔は、大量の原料を処理するために、抽出塔の径を大きくすることが必要となるが、抽出塔の塔径が大きくなるにしたがって内容物に対する熱伝導面積が減少する。したがって、充分な熱量を与えるためには、温度差を大きくしなければならない。
しかしながら、温度差を大きくするために熱媒体の温度を高くすると、高度不飽和脂肪酸の熱変性を引き起こす可能性があるので、熱媒体による加熱温度は大きく上昇させることなく、大量の超臨界状態の流体に対して充分な熱量を与えることが可能な熱伝導面積を確保しなければならない。
【００１３】
抽出塔での熱伝導係数は抽出塔の内部の充填材の充填状態、充填剤の種類等によって変化するが、１００℃以下の熱媒体を使用した場合、３００ｍｍより内径が小さければ、１２０気圧、７０℃の条件で、抽出流体が二酸化炭素の場合には、１０００ｋｇ／時までの流量を確保できる。
【００１４】
また、さらに大量の原料を抽出する場合には、３００ｍｍよりも内径の小さな抽出塔を複数個を並列に用いることによって、大量の物質を抽出することが可能となる。
【００１５】
また、超臨界状態の流体を用いて抽出を行う場合には、抽出塔内へ供給する流体の圧力と流量は、抽出温度とともに抽出挙動に大きな影響を与える。
超臨界状態の流体を抽出塔に供給した場合には、脈動が生じる。脈動が生じると、安定した流動状態が維持しにくくなるので、抽出物を安定に得ることは困難となる。
【００１６】
こうした問題を解決するために、抽出塔への超臨界状態の供給管路に、バッファータンクを設けることによって圧力の安定した状態が得られることを見いだした。また、このバッファータンクの超臨界状態の流体の供給管路と結合した部分と反対側を抽出塔から排出された気体を、気体の処理装置へ導入する管路に結合して、超臨界状態の加圧装置の流入側へ循環することによって安定した流動状態が得られることも見いだしたものである。
【００１７】
図面を参照して、本発明の装置を説明する。
図１は、本発明の高度不飽和脂肪酸含有物質の分別装置の一例を説明する図である。
二酸化炭素貯槽１から二酸化炭素は加圧装置２に導かれて加圧されて、超臨界状態とされた後に、抽出塔３に流量制御弁４を通じて導入される。
抽出塔３は、熱媒体供給装置５から供給される熱媒体を用いた加熱装置６によって複数の温度領域に加熱されており、内部には充填物７が充填されている。抽出塔３に原料８が、原料加圧装置９によって加圧されて供給される。
【００１８】
抽出塔内に形成された複数の温度領域において精留をされながら抽出をされた後に、抽出物を伴った超臨界状態の流体は、抽出塔の上部から取り出されて、減圧弁１０を通じて分離槽１１において、抽出物と気体状の二酸化炭素に分離される。二酸化炭素は、減圧弁１２を介して気体処理装置１３に供給されて、二酸化炭素中に含まれる水分、有機物等を除去した後に、二酸化炭素貯槽１に循環されて再使用される。
【００１９】
また、本発明の装置では、超臨界状態の流体を安定した圧力および流量で抽出塔に供給するために、抽出塔への超臨界状態の流体の管路にバッファータンク１４を設けることが好ましい。
バッファータンク１４と抽出塔への超臨界状態の流体の管路を結合した側の反対側には、流量調整弁１５を介して、気体処理装置１３の入口側あるいは、二酸化炭素貯槽１に接続し、バイパス回路１６を形成して循環することによって、圧力および流量をより安定化させることができる。
【００２０】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明を詳細に説明する。
実施例１
図１に示したものと同様の４分割した温水による加温装置を有する内径２５０ｍｍ、高さ１０ｍの抽出塔の２個に、それぞれ直径３ｍｍ、長さ３ｍｍのディクソンを充填した。加温装置に８０℃の温水を供給して上部から６０℃、５４℃、４８℃、４２℃の温度領域を形成した。抽出塔に入口の二酸化炭素温度を３６℃として二酸化炭素を供給し抽出塔内の圧力を１２０気圧とした。
一塔あたりの二酸化炭素流量を１０００Ｋｇ／時として二酸化炭素だけを流したところ、温度、圧力は安定しており、流量も設定値に対して±１０ｋｇ／時で安定した。
【００２１】
実施例２
実施例１に記載の条件で、抽出塔を一塔のみ使用して、実施例１と同じ条件で表１に示す原料を加圧装置から１０ｋｇ／時で連続的に供給しながら抽出を行った。分離槽には毎時４ｋｇ／時の抽出物が安定的に得られた。また、抽出塔下部より連続的に抽出残渣成分相を６ｋｇ／時で取り出した。
抽出物及び抽出残渣成分を表１に示した。これは、容量が１０００ｍｌの小型の実験装置での抽出成分組成と良く一致し、本装置での安定性が良いことが分かった。
【００２２】
実施例３
次いで、実施例２と同じ条件で抽出塔を２基使用して抽出を行った。
分離槽には毎時８ｋｇの抽出物が安定的に得られた。抽出塔の下部より各々６ｋｇの抽抽出残渣成分の抜き出しを行った。表１に示すように実施例２と同様の組成物が得られた。連続抽出装置として充分な性能を示している。また、実施例２と共に抽出物及び抽出残渣成分に熱変性物と思われるものは無かった。
【００２３】
比較例１
実施例１と同じ装置を使用し、抽出塔の加熱装置に温水に代えて１１９℃の水蒸気を供給して、実施例１と同様の条件で運転を行った。
設定温度に対して、抽出塔の塔頂で設定温度６０℃に対して±０．５℃のハンチングを起こし、温水での加熱の方が優れた温度安定性を示した。
【００２４】
比較例２
高さ５ｍ、塔径４５４ｍｍの抽出塔に実施例１と同じ充填材を充填し、入口温度４８℃で二酸化炭素を流量３０００ｋｇ／時で供給し、複数の領域に分割することができない加温装置に８０℃の温水を供給し加温した結果、塔頂温度が５８℃までしか加温されなかった。このときの二酸化炭素の線速度は実施例１と同様の速さであり、熱伝導面積が不足していた。
【００２５】
比較例３
実施例１に記載の装置において、二酸化炭素の供給管路にバッファータンクとバイパス管路を用いない点を除き、同様に二酸化炭素を供給したところ、圧力は±０．５気圧のハンチングを起こし実施例１に比べ安定度が悪かった。また、流量も１０００ｋｇ／時に対して±５０ｋｇ／時の変動をした。
【００２６】
【表１】
0004003901.tif 000002
【００２７】
ただし、表１において、ＥＰＡはエイコサペンタエン酸、ＤＨＡは、ドコサヘキサエン酸を示し、Ｃ１８、Ｃ２０、Ｃ２２はＥＰＡ、ＤＨＡ以外の化合物を炭素数で分類した化合物を示している。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の装置によって、高度不飽和脂肪酸エステルの混合物を超臨界流体によって工業的に安定した抽出分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高度不飽和脂肪酸含有物質の分別装置を説明する図である。
【符号の説明】
１…二酸化炭素貯槽、２…加圧装置、３…抽出塔、４…原料、５…加圧装置、６…充填物、７…加熱装置、８…減圧弁、９…分離槽、１０…減圧弁、１１…気体処理装置、１２、１３…三方弁、１４…調整槽、１５…溶媒槽、１６…加圧ポ１…二酸化炭素貯槽、２…加圧装置、３…抽出塔、４…流量制御弁、５…熱媒体供給装置、６…加熱装置、７…充填物、８…原料、９…原料加圧装置、１０…減圧弁、１１…分離槽、１２…減圧弁、１３…気体処理装置、１４…バッファータンク、１５…流量調整弁、１６…バイパス回路
【図１】
0004003901.tif 000003