(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
爆砕処理と、水蒸気分解処理と、産出物の回収処理とを有する植物の細胞組織成分の収集方法であって、
爆砕処理は、植物を密閉空間に閉じ込め、空間内の温度を１００℃〜１４０℃で空間内の飽和水蒸気圧を少なくとも１気圧〜３．６気圧に一定時間保ち、その後、一気に密閉空間内の圧力を開放し、水蒸気の膨張圧によって植物組織を自壊させる処理であり、
水蒸気分解処理は、爆砕処理によって、組織が自壊した植物を引き続き密閉空間内に閉じ込め、空間内に水蒸気を送り込み、空間内の分圧としての水蒸気圧を飽和水蒸気圧曲線に沿って制御しつつ空間内の水蒸気圧と温度を上昇させながら、２〜５気圧のもとで、２時間から５時間の間１２０℃〜１５０℃を保ち、植物の細胞内や細胞壁に含まれていた細胞組織成分を外部に露出させ、その後、水蒸気圧を飽和水蒸気圧曲線に沿って、温度・圧力域で水蒸気圧をさげてゆく処理であり、
産出物の回収処理は、細胞組織から露出した有効成分を回収する処理であることを特徴とする植物の細胞組織成分の収集方法。
【請求項２】
産出物の回収処理は、水蒸気分解処理によって、細胞組織から露出した有効成分中、液体となったものは溶液内に溶出して回収し、気体となったものは冷却することによって液体成分として回収し、また固形物として残った残渣は、乾燥することによって回収する処理であることを特徴とする請求項１に記載の植物の細胞組織成分の収集方法。
【請求項３】
熱湯抽出処理をさらに有し、
熱湯抽出処理は、産出物の回収処理によって固形物として回収された植物の残渣を熱湯で煮沸し、植物の残渣中に残存する細胞組織成分を抽出する処理であることを特徴とする請求項１に記載の植物の細胞組織成分の収集方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物組織を分解して植物細胞、特に細胞壁に含まれる有用成分を容易に収集する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物には、多くの有用成分が含まれている。とりわけ、きのこ、野草、果実、野菜類には、細胞内成分だけでなく、特に日光、空気、雨水などに直接曝される植物の表皮部分の細胞壁に、抗酸化成分や細胞保護物質といった有用成分が特に多く含まれていることが知られている。しかしながら、これら有用成分が含まれるきのこ、野草、果実や野菜類を食したからといって、これら表皮に含まれる有用成分が直ちに人体に摂取されるわけではない。
【０００３】
これらの有用成分を植物から取出し、人体の栄養として摂取できるようにするには、植物細胞を加水分解し、低分子化する必要がある。従来、植物細胞を加水分解する方法として微生物の分解作用を利用する方法、化学薬品を用いて分解する方法、超臨界流体を用いて分解する方法などについて種々の試みがなされてきたが、残念ながら植物細胞からこれらの有用成分を高純度で取出すにはいたっていない。
【０００４】
発明者は、先に、植物原料を直接加熱し、飽和水蒸気圧の下で植物原料自身の有する水分を蒸発させ、その水蒸気の雰囲気中に植物原料を一定時間曝すことによって、植物の細胞組織を破壊し、細胞組織成分を水蒸気中に取り込ませることによって抽出する方法を開発した。この方法によれば、細胞内の成分の抽出に限らず、細胞壁に含まれる抗酸化成分や細胞保護物質などの抽出に対しても有効であることがわかった。
【０００５】
この方法は、要するに水蒸気の有する加水分解作用を利用しようという考え方に基づいていており、水蒸気と溶質が反応して起こる分解反応も加水分解の範疇に含まれることには違いないが、「水蒸気を用いた加水分解作用」が、一般に理解されている加水分解の意味、例えば「塩と水とが反応して酸と塩基に分解すること」（丸善、科学大辞典参照）と同等かどうか、水蒸気の有するエネルギーが物理的に植物細胞の分解にどのように作用しているのかについては、今まで必ずしも明らかにされてきたわけではない。
【０００６】
発明者は、「水蒸気を用いた加水分解作用」の利用技術の発展を目指し、さらに実用化のための設備コスト、ランニングコストの問題、さらには、安全性、排水などの後処理の問題についても検討を加えた。本発明において、水蒸気の有するエネルギーを植物細胞作用させてこれを分解する作用を一般的な「加水分解」の意味と区別して「水蒸気分解作用」と定義した。
【特許文献１】特開２００６−３２８３０４
【特許文献２】特開２００６−３４０６２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、水蒸気分解作用を利用する上の新しい方法を開発する点である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、植物組織に存在する水分の蒸発による圧力を利用して植物組織を爆砕したのち、水蒸気のエネルギーを作用させて植物細胞を分解し、細胞組織、特に細胞壁から有用成分を取出すことを最大の特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による植物組織の分解方法は、水蒸気の有するエネルギーによる植物組織の分解処理に先立って、爆砕処理を行い、爆砕処理では植物組織に含まれる水分を水蒸気として急激に膨張させることによって、植物組織を物理的に自壊させるため、その後の分解処理において、水蒸気エネルギーを植物細胞に有効に作用させることができ、これによって、比較的短時間で植物細胞の分解が進行してその細胞組織、特に細胞壁に含まれる抗酸化成分を含め各種の有用成分を容易に、しかも効率よく取出すことができる。取出された有用成分のうち、気体成分は、結露させて液体成分として回収し、また液体成分は、溶液内に溶出させて取出すことができる。さらに、固形成分として残った繊維類は、乾燥して食品類、飼料類、土壌改良材などとして活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、植物の細胞組織、特に壁から有用成分を取出すという目的を植物細胞の水蒸気分解処理に先立ち、植物組織の爆砕処理を行うことによって実現した。
【実施例１】
【００１１】
以下に本発明の実施例を示す。本発明は、爆砕処理と、水蒸気分解処理と、産出物の回収処理とを順に行い、植物組織の分解によって植物組織から取出された有用成分を収集するものである。
【００１２】
爆砕処理は、水蒸気の膨張圧によって植物組織を自壊させる処理である。植物組織には、導管、篩間などの水分を各部に運ぶための微細な管が無数にあり、植物組織が完全に乾燥していない限り、これらの管は水で満たされている。このため、植物を密閉空間に閉じ込め、空間内の温度を１００℃〜１４０℃で空間内の飽和水蒸気圧を少なくとも１気圧〜３．６気圧に一定時間保ち、その後、一気に密閉空間内の圧力を開放すると、植物組織内に含まれる水は蒸発して気化するため、体積が急膨張し、この結果、組織は自壊する。
【００１３】
水蒸気分解処理は、爆砕処理によって、組織が自壊した植物を引き続き密閉空間内に閉じ込め、空間内に水蒸気を送り込み、空間内の水蒸気圧と温度を上昇させながら、２〜５気圧のもとで、２時間から５時間の間１２０℃〜１５０℃を保つと、細胞内組織は勿論のこと、細胞壁もが完全に分解され、細胞内や細胞壁に含まれていた細胞組織の有用成分が外部に露出する。
【００１４】
産出物の回収処理は、細胞組織から露出した有用成分を回収する処理である。すなわち、細胞組織から露出した有用成分中、液体となったものは溶液内に溶出して回収し、気体となったものは冷却することによって露結するため、これを液体成分として回収でき、また残った残渣は固形物として回収する。固形物は、乾燥することによって食品類、飼料類、土壌改良材などに活用されるが、さらに、熱湯抽出処理として、産出物の回収処理として回収された固形成分を煮沸溶出することによって、残渣に残存する有用成分を容易に抽出することができる。
【００１５】
図１に、植物組織の分解に用いる分解処理装置の一例を示す。図１において、分解処理装置は、缶本体１と、ボイラ２と、水槽３との組合わせから構成されているものである。缶本体１は、植物原料の処理チャンバーであって、その内部には冷却コイル４が配管されている。処理すべき植物は、処理物かご５に収容してトレイ６に搭載し、缶本体１のハッチを開いて缶本体１内に搬入される。
【００１６】
ボイラ２は、植物原料の爆砕処理及び水蒸気分解処理に必要な温度に加熱された水蒸気を缶本体１内に送り込むためのものである。さらに、水蒸気分解処理後、冷却水ポンプ７の運転によって、水槽３内の冷却水を缶本体１の冷却コイル４に送り込んで水蒸気分解処理によって細胞組織から露出した有用成分を冷却するためのものである。図１中、３ａは缶本体１の冷却コイル４を経て水槽３に戻された冷却水を冷やすためのクーリングタワー、８は水蒸気分解作用によって缶本体１内に生成された有用成分の水蒸気を凝結して回収するクーラーである。さらに、缶本体１には、爆砕処理によって生じる爆発音を消音するサイレンサー９を備えている。１０は、冷却コイル４へ安定して冷却水を送り込むためのサーフェイスコンデンサ、１１は缶本体内に生成された蒸留液を回収するドレインタンクを示している。
【００１７】
図２に、缶本体内で進行する爆砕処理並びに水蒸気分解反応の進行を監視するためのシステムの構成を示す。中央監視室１２には、爆砕並びに水蒸気分解制御装置１３としてコンピュータが設置され、コンピュータからは、ボイラの電源投入，処理時間の設定，配管のバルブの開閉制御、冷却水ポンプの運転の制御などを含めて、缶本体１内で進行させる爆砕処理Ｔ１、水蒸気分解処理Ｔ２、産出物の回収処理Ｔ３に必要な一切の制御並びに設定情報の管理を行う機能、分解反応の進行状況の監視および生成物を回収する機能、生成された産出物の状態は、モニター１４によって監視するほか、コンピュータは、更にこれらのサンプリングを行う機能を有している。
【００１８】
本発明は、上記装置を用いて爆砕処理Ｔ１、水蒸気分解処理Ｔ２、産出物の回収処理Ｔ３を順次行う。その手順を図３〜図６に従って説明する。図３は、爆砕処理を実行するまでの準備の手順を示すフロー図である。図３において、水蒸気の給・排用バルブ、冷却水の給水・排水用のバルブ、ドレインのバルブを含めて缶本体に通じる全てのバルブを閉じる（ステップＳ１）。この状態で缶本体のハッチを開き（ステップＳ２）、その中に植物原料を収容した処理物カゴを搬入し（ステップＳ３）、缶本体のハッチを閉じる（ステップＳ４）。
【００１９】
ステップＳ４の後、水蒸気分解処理Ｔ２に備えて缶本体内の水蒸気分解温度の上限を１２０℃〜１５０℃、圧力の上限を２〜５気圧に設定し、タイマーで処理時間をセットする（ステップＳ５）。以上の条件にセットしたのち、ボイラ５に発生させた水蒸気を缶本体内に圧入する（ステップＳ６）。
【００２０】
図４において、水蒸気の送気を実行し、圧力が規定値に達したところで、缶本体の外部に通じる排気バルブを開いて缶本体内を急激に減圧する。これによって、植物原料に対する爆砕処理Ｔ１が実行される（ステップＳ７）。爆砕処理Ｔ１の実行後、次に水蒸気分解処理Ｔ２に備えてタイマーを始動し、排気バルブを閉じ（ステップＳ８）、送気バルブを開いてボイラに発生させた水蒸気を缶本体内に圧入し、缶本体１内の温度と圧力を中央監視室のコンピュータで制御しつつ缶本体内を１２０℃〜１５０℃に保ち、２〜５気圧の下で、２〜５時間、水蒸気分解処理Ｔ２を実施する（ステップＳ９）。水蒸気分解処理において、缶本体１内の温度と圧力を制御するに際しては、図６に示す飽和水蒸気圧曲線に沿って、温度・圧力域で水蒸気圧を上げてゆく。
【００２１】
ちなみに、ある温度・圧力下で１成分系の気液両相が共存するとき、その気相をなす蒸気が飽和に達している状態を飽和蒸気といい、そのときの圧力が飽和蒸気圧である。ある物質の液体の周囲で、その物質の分圧が液体の蒸気圧に等しいとき、その液体は気液平衡の状態にある。温度を下げると蒸気は凝結して液体になる。逆に温度を上げると液体は気化する（蒸気になる）。また、固相と気相の間でも同様の平衡状態が保たれ、この転移を昇華という。
【００２２】
水蒸気分解処理Ｔ２においては、缶本体１内の分圧としての水蒸気圧を飽和水蒸気圧曲線に沿って制御する。この時、細胞組織の成分液の分圧比はごく低いため、水蒸気圧が支配的である。細胞組織成分を含む蒸気の温度・圧力域では、飽和水蒸気圧より少しでも温度が高いと炭化し、低いと不完全分解による不純物の液化混入の危険が生ずる。そこで、缶本体内の雰囲気の温度と、圧力とをコンピュータ制御によって、微妙な反応領域を通過させる。
【００２３】
水蒸気分解処理Ｔ２によって植物細胞内、細胞壁から細胞組織の有効成分が缶本体内に露出する。水蒸気処理の終了後、給水バルブを開き、冷却水ポンプを運転して水槽内の冷却水を缶本体の冷却コイルに送り込み（ステップＳ１０）、水蒸気分解処理によって細胞内から露出した有効気体成分を冷却、結露させる。冷却に際しても図６に示す水蒸気圧を飽和水蒸気圧曲線に沿って、温度・圧力域で水蒸気圧を下げてゆくことが細胞成分の純度を確保する上に重要なことである。
【００２４】
図５において、水蒸気分解処理Ｔ２の終了後、産出物の回収処理Ｔ３を実行する。産出物の回収に際しては、まず、ドレインバルブを開いて缶本体の内部に、冷却コイル４より冷却水を送り込み、缶本体内の水蒸気を冷却して結露させることによって生じた蒸留液をドレインタンク１１に回収する（ステップＳ１１）。
【００２５】
ついで、缶本体１のハッチを開き、水蒸気分解処理によって缶本体内のトレイ６に生成された溶出液を回収し、さらに、処理物かご５を缶本体内から搬出して処理物かご５から固形物を回収する。
【００２６】
（実験例）
本発明による水蒸気分解効果を確認するため、以下の実験を行った。
【００２７】
（実験例１）
実験は、シメジいしづき（菌柄）の有効活用を目的として水蒸気処理によってシメジいしづきからβグルカンの抽出を試みたものである。
【００２８】
（１）実験の要領
（実験１）伊那市の生産者Ｊより提供を受けたシメジいしづき（菌柄）約１５０ｇを容器に入れ、１２０℃、２気圧で爆砕処理を施し、次いで容器を密閉して１４０℃、約３．６ａｔｍの飽和水蒸気中に５時間暴露して水蒸気分解処理を行った。産出処理では、容器内に生成された蒸気を１００ｍｌの純水を用いて蒸気を逃がさないようにして抽出したところ、１５４ｍｌの抽出液が得られた。
【００２９】
（参考実験１）実験１によって得られたシメジいしづき（菌柄）の水蒸気処理物５０ｇを１５０ｍｌの熱湯で２時間煮沸し、抽出液１５６ｍｌを得た。
（比較実験１）爆砕処理も、水蒸気分解処理のいずれも行わない無処理のシメジいしづき（菌柄）５０ｍｇを１５０ｍｌの熱湯で２時間煮沸蒸留抽出して１５０ｍｌの抽出液を得た。
【００３０】
（２）（実験１）、（参考実験１）、（比較実験１）の結果得られた抽出液中に含まれるβグルカンの量の分析を財団法人日本食品分析センターに依頼して行った。
（測定結果）
財団法人日本食品分析センターによる分析結果は以下の通りである。
実験１による抽出液中に含まれるβグルカンの割合      ０．２８０％
参考実験１による抽出液中に含まれるβグルカンの割合  ０．０３８％
比較実験１による抽出液中に含まれるβグルカンの割合  ０．０１８％
（分析は酸素法による）
【００３１】
各抽出液中に含まれるβグルカンの量をシメジいしづき（菌柄）１００ｇ当たりのβグルカン抽出量に換算すると以下の通りである。
実験１による抽出液中に含まれるβグルカンの１００ｇ当たりの抽出量１５４ｍｌ×０．２８０％×１００ｇ／１５０ｇ＝０．２８７５ｇ
参考実験１による抽出液中に含まれるβグルカンの１００ｇ当たりの抽出量
１５６ｍｌ×０．０３８％×１００ｇ／１５０ｇ＝０．１１８６ｇ
比較実験１による抽出液中に含まれるβグルカンの１００ｇ当たりの抽出量
１５０ｍｌ×０．０１８％×１００ｇ／１５０ｇ＝０．０５４０ｇ
【００３２】
（結果の考察）
以上の実験結果から明らかなように、実験１によれば、比較実験１の結果に比べてβグルカンは、約５．３倍の抽出量が得られた。また、参考実験１の結果から明らかなように、爆砕処理によって植物組織を自壊させたものは、その後水蒸気分解処理によって細胞組織の有用成分を抽出した後であっても、その残渣からは、熱湯抽出によって、比較例１による抽出量に比べて２．２倍のβグルカンの抽出が可能で或ることがわかった。この結果から、爆砕処理、水蒸気分解処理による細胞組織成分の抽出とあわせて水蒸気分解処理後の残渣の煮沸によって、通常の熱湯抽出に比べて実に７．５倍のβグルカンの抽出が可能であるという結果になった。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によれば、植物原料の水蒸気分解処理に先立って爆砕処理を施すことによって、植物組織が自壊し、水蒸気分解処理による細胞組織成分、とりわけ細胞壁に含まれた抗酸化成分、細胞保護物質のような人体に対して有用な成分を容易に取出すことが可能となり、これらの成分の活用によって、人体の健康増進、病気の治癒に効果に大いに期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による植物組織の分解に用いる分解処理装置の構成を示す図である。
【図２】本発明方法を実施するシステムの構成図である。
【図３】本発明方法のフローを示す図である。
【図４】本発明方法のフローを示す図である。
【図５】本発明方法のフローを示す図である。
【図６】飽和水蒸気圧曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１  缶本体
２  ボイラ
３  水槽
３ａ  クーリングタワー
４  冷却コイル
５  処理用かご
６  トレイ
７  ポンプ
８  クーラー
９  サイレンサー
１０  サーフェイスコンデンサ
１１  ドレインタンク
１２  中央監視室
１３  爆砕並びに水蒸気分解制御装置
１４  モニター
Ｔ１  爆砕処理
Ｔ２  水蒸気分解処理
Ｔ３  産出物回収処理
【図１】
0004296575.tif 000002
【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６】
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