天然高分子化合物の抽出・精製システム
【課題】天然原料から大量の天然高分子（有用多糖類）を短時間で且つ自動的に取得するためのシステムを提供する。
【解決手段】抽出・精製システム（１）は、天然材料（１６０）と抽出溶媒（１６２）の混合物を攪拌しつつ上記天然材料（１６０）に含まれる天然高分子化合物を抽出する抽出装置（２）と、上記抽出装置（２）で抽出された天然高分子化合物を精製する精製装置（４）とを備えている。抽出装置（２）は、抽出溶媒（１６２）を収容する外槽（１０）と、上記抽出溶媒（１６２）が通過できる複数の連通孔（６４）を備えており、天然材料（１６０）を収容して上記外槽（１０）の内側に上記外槽（１０）と同心的に固定される内槽（４６）と、上記外槽（１０）に固定された上記内槽（４６）を正逆回転する回転手段（４０）を備えている。好ましくは、内槽（４６）はその開口率を調整できる。
【解決手段】抽出・精製システム（１）は、天然材料（１６０）と抽出溶媒（１６２）の混合物を攪拌しつつ上記天然材料（１６０）に含まれる天然高分子化合物を抽出する抽出装置（２）と、上記抽出装置（２）で抽出された天然高分子化合物を精製する精製装置（４）とを備えている。抽出装置（２）は、抽出溶媒（１６２）を収容する外槽（１０）と、上記抽出溶媒（１６２）が通過できる複数の連通孔（６４）を備えており、天然材料（１６０）を収容して上記外槽（１０）の内側に上記外槽（１０）と同心的に固定される内槽（４６）と、上記外槽（１０）に固定された上記内槽（４６）を正逆回転する回転手段（４０）を備えている。好ましくは、内槽（４６）はその開口率を調整できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然材料から天然高分子（例えば、多糖類、タンパク質）を抽出して精製するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多糖類は生体において様々な役割を果たしている。なかでも、最近注目されているのがコンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸、ヘパリンなどのムコ多糖類である。例えば、コンドロイチン硫酸は関節炎に対する効果や神経痛の改善効果などが認められており健康食品、サプリメントおよび医薬品等に用いられている。ヒアルロン酸は水分保持効果を有することから化粧品等に多く用いられている。ヘパリンは抗血液凝固作用があり、医療現場で用いられている。これらの物質は従来から医薬品として用いられており、最近では健康食品やサプリメントとしての需要が激増している。これらの多糖類は天然組織を原料として得られている。その方法も多くのものが開発されているが、とりわけ透析工程、限外濾過工程、有機溶媒による沈殿工程などに時間がかかるので効率が良いとはいえず、かつ、大規模で複雑かつ高価な施設を要することが多い（特許文献１〜３等参照）。
【０００３】
また、ムコ多糖類をはじめとする有用多糖類は動物（陸生、水生を含む）や真菌類の組織由来のものがほとんどであり、ほとんどの場合、ヒトが食用としている動物の組織から得られている。最近では、資源の有効利用の面から、従来は廃棄されていた食用動物の不可食部（調理には適さない部位）から有用多糖類を得る試みもなされている。しかも食用動物の不可食部の量は膨大である。
【０００４】
かかる事情に鑑みると、単純かつ効率的な方法にて、大量の原料から大量の有用多糖類を短時間のうちに得るための方法が必要である。
【特許文献１】特開２０００−２７３１０２号公報
【特許文献２】特開２００３−２６８００４号公報
【特許文献３】特開２００４−１８９８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の解決課題は、大量の天然原料から大量の天然高分子（有用多糖類）を短時間で且つ自動的に取得するためのシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
具体的に、本発明に係る抽出・精製システム（１）は、天然材料（１６０）と抽出溶媒（１６２）の混合物を攪拌しつつ上記天然材料（１６０）に含まれる天然高分子化合物を抽出する抽出装置（２）と、上記抽出装置（２）で抽出された天然高分子化合物を精製する精製装置（４）とを備えている。抽出装置（２）は、抽出溶媒（１６２）を収容する外槽（１０）と、上記抽出溶媒（１６２）が通過できる複数の連通孔（６４）を備えており、天然材料（１６０）を収容して上記外槽（１０）の内側に上記外槽（１０）と同心的に固定される内槽（４６）と、上記外槽（１０）に固定された上記内槽（４６）を正逆回転する回転手段（４０）を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
このような構成を備えた抽出・精製システムによれば、単純かつ効率的に、大量の原料から大量の有用多糖類を短時間のうちに得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明に係る、天然高分子化合物（多糖類）の抽出・精製システムの実施形態を説明する。
【０００９】
〔１．システム概要〕
図１に示すように、抽出・精製システム１は、概略、抽出溶媒を用いて天然材料から天然高分子（例えば、多糖類）を抽出する抽出装置２と、抽出装置２で抽出された天然高分子を精製する精製装置４と、抽出装置２から精製装置４に抽出溶媒と天然高分子を輸送する輸送装置６と、これら抽出装置２と輸送装置６を自動制御する自動制御装置８を有する。
【００１０】
〔２．抽出装置〕
図２，３を参照すると、抽出装置２は、外槽（恒温槽）１０を有する。実施形態では、外槽１０は、上部に開口部を有する円筒状の容器で、建物（図示せず）の床１２に固定されている。図２に詳細に示すように、外槽１０は、中心軸１４を中心とする円周上に配置された外側円筒部１６及び内側円筒部１８と、外側円筒部１６及び内側円筒部１８の底部をそれぞれ塞ぐ底板２０，２２と、外側円筒部１６と内側円筒部１８の上端部を連結する環状の板部２４を備えており、これらの部材によって囲まれた空間の温水循環室（温度調整媒体収容室）２６に温度調整媒体２８である流体が密封して収容できるようにしてある。
【００１１】
温水循環室２６に収容される温度調整媒体２８の温度は、処理する天然材料に応じて最適に調整される。そのため、実施形態の抽出装置２は、温水循環室２６にある温度調整媒体２８の温度を検出する温度検出器３０と、温度検出器３０で検出された温度に応じて、必要であれば温度調整媒体２８を加熱する加熱器３２と、温水循環室２６における温度調整媒体２８を循環させる循環手段３４を有する。例えば、循環手段３４は、図１，２に示すように、温水循環室２６の底部と上部を接続する循環パイプ３６と、循環パイプ３６に設けられたポンプ３８を有し、ポンプ３８を駆動することによって、循環パイプ３６を介して、温水循環室２６の温度調整媒体２８を循環する。
【００１２】
外槽１０の底部には、正逆回転可能なモータ４０が固定されている。モータ４０の駆動軸４２は、外槽１０の中心軸１４と同軸上に配置されており、外槽１０の底板２０，２２を貫通して、外槽１０の内側に突出している。図示するように、温水循環室２６を貫通する駆動軸４２の周囲は筒状又は環状の隔壁４４によって囲まれてシールされている。
【００１３】
外槽１０の内側に突出したモータ駆動軸４２に内槽（材料収容槽）４６が着脱自在に連結されている。図示するように、モータ駆動軸４２に連結される内槽４６は円筒体からなり、この円筒体の中心軸が外槽１０の中心軸１４に一致させてある。図３に詳細に示すように、内槽４６は、円筒状の外側バスケット４８と内側バスケット５０を有する。外側バスケット４８は、上部を開放した円筒容器の形をしており、円筒部５２と底部５４を有する。円筒部５２と底部５４は、内側と外側を連通する多数の開口（外側開口）５６を規則的に有する。同様に、内側バスケット５０は、上部を開放した円筒容器の形をしており、円筒部５８と底部６０を有する。円筒部５８と底部６０は、内側と外側を連通する多数の開口（内側開口）６２を規則的に有する。
【００１４】
外側バスケット円筒部５２の内径は内側バスケット円筒部５８の外径とほぼ等しくしてある。したがって、外側バスケット４８に内側バスケット５０を装入すると、外側バスケット４８の内面（内周円筒面及び内側底面）に内側バスケット５０の外面（外周円筒面及び外側底面）がぴったりと又はほぼぴったりと一致し、それら円筒部５２，５８の間には実質的な隙間ができないようにしてある。なお、円筒部５２，５８の高さはほぼ等しく、外側バスケット４８に内側バスケット５０を装入した状態で、両者の上端部が一致するか、内側バスケット５０の上端が外側バスケット４８の上端から若干突出することが好ましい。
【００１５】
実施例では外側と内側のバスケット４８，５０に形成された開口５６，６２の形は円形であるが、その形は任意（例えば、四角形、他の矩形等、スロット状、星形）である。具体的には、バスケット４８，５０（円筒部及び底板）を構成する材料には、公知のステンレス製パンチングメタルが好適に利用できる。周知のとおり、パンチングメタルには、開口５６，６２がバスケット４８，５０に縦方向、横方向、斜め方向に一定の間隔をあけて規則的に形成されている。したがって、外側バスケット４８に対して内側バスケット５０を相対的に回転又は上下すれば、外側バスケット４８の開口５６と内側バスケット５０の開口６２が一致して形成される連通孔６４（図５参照）の面積（内槽の開口面積又は開口率）が変化する。
【００１６】
内槽４６の開口率を予め決められた複数の値に調整できる開口率調整手段６６を備えていることが好ましい。実施形態では、外側バスケット４８に対して内側バスケット５０を回転することによって開口率を調整する方法が採用されている。したがって、図６に示すように、実施形態では、開口率調整手段６６として、バスケット底部５４，６０の中央に環状板６８，７０が固定されており、内側バスケット５０の環状板７０には一つの貫通孔７２が形成され、また、外側バスケット４８の環状板６８には複数のねじ孔７４ａ〜７４ｅが形成され、内側バスケット環状板７０の貫通孔７２を介して外側バスケット環状板６８の複数のねじ孔７４ａ〜７４ｅのいずれかにねじ７６を螺合することによって、開口率が１００％、８０％、７０％、６０％、５０％に調整できるようにしてある。
【００１７】
代わりに、外側バスケット４８に対して内側バスケット５０を相対的に上昇することで開口率を調整できる。この場合、図示しないが、高さ方向に関して、外側バスケット４８に対して内側バスケット５０を複数の位置で固定できる手段（例えば、高さ調整治具、ボルトとねじ孔又はボルトとナットの組み合わせ）を設け、要求される開口率に応じて内側バスケット５０の高さを調整する。
【００１８】
外側と内側のバスケット４８，５０に異なる形の開口を設けてもよい。また、開口５６，６２はバスケット４８，５０の全体に形成することが必須でなく、内槽４６の開口率が調整できれば、バスケット４８，５０の少なくとも一部に形成するだけでもよい。さらに、開口率調整に際して、外側バスケット４８に対して内側バスケット５０を回転又は上昇させたとき、それらの全ての開口５６，６２の重なり合う面積が変化する必要はなく、それら開口５６，６２の少なくとも一部の重なり合う面積が変化することによって結果的に内槽４６の開口率が変化するようにすればよい。
【００１９】
また、図２，４に示すように、内側バスケット５０には、円筒部５８の内面、又は底部６０の内面、若しくはそれらの両方に撹拌羽根７８を設けることが好ましい。撹拌羽根７８の形状、大きさは、処理する天然材料の種類に応じて適宜変更することができる。
【００２０】
図２，３に示すように、外槽１０に対して内槽４６を正確に同心的に位置決めするために、外槽１０の上端近傍には、ガイド手段８０を均等に配置することが好ましい。例えば、実施形態では、各ガイド手段８０は、外槽１０の内面に固定されたブラケット８２と、ブラケット８２に固定された垂直軸８４を介して回転可能に支持されたローラ８６を有する。当然、複数のローラ８６の内側に内槽４６が正確に位置決めされるために、複数のローラ８６に内接する円（図示せず）が、内槽４６の外周面に一致又はほぼ一致することが好ましい。
【００２１】
図２を参照すると、以上のように構成された内槽４６は、外槽１０の内側に装入される。このとき、内側バスケット底部６０の中央に設けた環状板７０の中央貫通孔８８（図６参照）にモータ駆動軸４２が挿通され、該モータ駆動軸４２の上端外ねじ部（図示せず）に内ねじを有するキャップ９０を螺合して、内側バスケット５０がモータ駆動軸４２に固定される。図示するように、この状態で、外槽１０と内槽４６の間には、ほぼ一定の厚みの空間が形成されるように、外槽１０の内部に突出したモータ駆動軸４２の周囲には環状の調整部材９２が設けることが好ましい。
【００２２】
〔３．精製装置〕
図１に戻り、精製装置４は、ゲル濾過クロマトグラフィー用のカラム１００を有する。後に説明するように、イオン交換クロマトグラフィー用のカラム１０２を追加的に設けてもよい。カラム１００，１０２の構成は周知であることから、その説明は省略する。
【００２３】
〔４．輸送装置〕
輸送装置６は、外槽１０の内側、正確には内側円筒部１８と内側底板２２で囲まれた空間（処理室）の底部とゲル濾過クロマトグラフィー用カラム１００の上部（入口）を接続する配管１０４、ゲル濾過クロマトグラフィー用カラム１００の下端（出口）とイオン交換クロマトグラフィー用カラム１０２の上端（入口）を接続する配管１０６を有する。前者の配管１０４には２つの電磁弁１０８、１１０と一つのポンプ１１２が設けてある。後者の配管１０９６には２つの電磁弁１１４，１１６と一つのポンプ１１８が設けてある。イオン交換クロマトグラフィー用カラム１０２の下端（出口）と電磁弁１１６が配管１２０で接続されており、この配管１２０に別の電磁弁１２２が設けてある。そして、電磁弁１０８，１１０，１１４，１２２がそれぞれ配管１２４，１２６，１２８，１３０対応する容器１３２，１３４，１３６，１３８に接続されている。
【００２４】
〔５．自動制御装置〕
自動制御装置８は、中央処理装置（ＣＰＵ）１４０と、ＲＯＭ１４２、ＲＡＭ１４４、タイマ１４６、入力部１４８、及び出力部１５０を有する。これら各部の構成と動作は以下に説明するシステムの動作の中で具体的に説明する。
【００２５】
〔６．システムの動作〕
以上の構成を有するシステム１を用いて、天然材料から高分子化合物である多糖類を得る方法を説明する。なお、有用多糖類を豊富に含有する天然組織としては、アガリクスなどの担子菌の菌糸体や子実体、魚類や動物の軟骨や内臓、イカの頭部などに由来するものが挙げられる。例えば、魚類（エイやサメを包含）の軟骨などからコンドロイチン硫酸を得ることができる。ニワトリのトサカなどからヒアルロン酸を得ることができる。あるいはブタ小腸粘膜などからヘパリンを得ることができる。さらに、食用生物の不可食部、例えば、ウシ、ブタ、ニワトリ等の家畜、サケ、イワシ等の魚類、イカ、タコ等の軟体動物、エビ、カニ等の甲殻類の不可食部は量的に膨大であり、そこから有用多糖類を取得することもできる。クラゲなどの組織から多糖類を取得することもできる。また、例えば、コンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸、ヘパリンなどのムコ多糖類が含まれる。例えば、魚類（エイやサメを包含）の軟骨などからコンドロイチン硫酸を得ることができ、ニワトリのトサカなどからヒアルロン酸を得ることができ、あるいはブタ小腸粘膜などからヘパリンを得ることができる。また、例えば、ソデイカ、スルメイカ、コウイカ、モンゴウイカ、ハリイカ、ケンサキイカ、ヤリイカ、アオリイカ、ジンドウイカ、アカイカ、マツイカなどのイカ、特にその胴体を除く部分（例えば頭部、足、皮、ひれ、眼球、軟骨ならびに他の不可食部）、ウシ、ブタ、ウマ、ヤギ、ヒツジなどの家畜や家禽類の臓器（例えば肝臓、腸、気道など）およびその他の部位（例えば、鼻軟骨などの軟骨、眼球、皮膚など）、特にニワトリ軟骨（例えば胸軟骨、関節軟骨など）、あるいは魚類軟骨などからコンドロイチン硫酸やその他の多糖類を取ることもできる。さらに、例えばアガリクスやサルノコシカケ等の担子菌からベータグルカン等の多糖類を得ることもできる。
【００２６】
〔６−１．準備工程〕
抽出装置２では、外槽１０の温水循環室２６に温度調整媒体２８を充填する。温度調整媒体２８は、水、エチレングリコールが好適に利用できる。また、内槽４６を外槽１０に装入し、内槽４６を外槽１０に対して固定する。このとき、内槽４６は、所望の開口率に応じて、外側バスケット４８に対する内側バスケット５０の位置を固定しておく。次に、内槽４６に処理対象である天然材料（処理材料）１６０を投入する。投入される天然材料１６０の大きさは、内槽４６の連通孔（開口面積）６４及びバスケット４８，５０の開口５６，６２よりも大きく、天然材料１６０が連通孔６４および開口５６，６２を通じて外部に流出することはない。また、内槽４６及び外槽１０の内側に、抽出溶媒１６２を投入する。抽出溶媒１６２としては水性溶媒が好ましく用いられ、例えば、水、中性付近の緩衝液（例えば、ｐＨ約５〜約９の酢酸緩衝液、リン酸カリウム緩衝液、リン酸ナトリウム緩衝液等）が例示されるがこれらに限らない。あるいは水性溶媒と有機溶媒（例えば、エタノール、アセトン等）との混合物を抽出に用いてもよい。
【００２７】
精製装置４では、ゲル濾過クロマトグラフィー用カラム１００にゲル濾過担体を充填しておく。ゲル濾過に用いる担体の種類、カラムのサイズ、溶出液の組成等、流速等の条件は、生体組織の由来、必要な多糖類の種類（および分子量や荷電状態等）、量、純度などの要因に応じて、当業者が適宜選択・決定することができる。これらの条件の選択・決定に際しては、必要な多糖類がゲル濾過担体にトラップされずに、あるいはほとんどトラップされずに素通し画分または高分子画分に溶出され、他の成分がゲル濾過担体にトラップされるようにする。本発明の方法に用いられるゲル濾過担体としては、デキストラン、アガロース、ポリアクリルアミド、ガラスビーズ等がある。具体例としては、各種セファロース、各種セファデックス、各種セファクリル、各種トヨパール、各種スーパーデックス、各種スーパーロース等がある。また、ゲル濾過工程に用いる展開液を容器１３４に充填する。展開液としては、水、中性付近の緩衝液（例えばｐＨ約５〜約９の酢酸緩衝液、リン酸カリウム緩衝液、リン酸ナトリウム緩衝液等）などが例示されるがこれらに限らない。また、ゲル濾過担体と多糖類との相互作用を調節するために食塩等の塩類を展開液に添加してもよい。
【００２８】
また、イオン交換クロマトグラフィー用カラム１０２にイオン交換体を充填しておく。イオン交換体は、必要な多糖類の種類、必要とされる純度、原料の種類や量、必要とされる多糖類の収量などを考慮して、適宜選択することができる。イオン交換体は様々なものが市販されており、それらから選択することもできる。陰イオン交換体としては、ダウエックス、アンバーライト、ムロマックなどの陰イオン交換樹脂、ハイドロタルサイト、キトパール”ベーシック”、ＤＥＡＥ−キトパール、Ｃａｐｔｏ Ｑ、Ｍｏｎｏ Ｑ、ＳＡＸ、イグゼなどの陰イオン交換体、ＤＥＡＥ−セルロース、ＤＥＡＥ−セファデックスなどの陰イオン交換セルロースなどが挙げられ、市販もされている。硫酸基を有する多糖類の分離・精製には弱陰イオン交換体を用いることができ、例えば、ＤＥＡＥ−セルロース、ＤＥＡＥ−セファデックス、ダウエックスなどの陰イオン交換体を用いることができる。イオン交換クロマトグラフィー工程において、目的の多糖類を精製するためには、通常、目的の多糖類をイオン交換体に吸着させておいて、その後、例えば溶離液のイオン強度を上昇させる等の手法により目的の多糖類をイオン交換体から溶出させる。イオン強度の上昇法としては、ステップワイズ法、グラジエント法などがある。また、目的の多糖類を吸着しない、逆の電荷を有するイオン交換体によるクロマトグラフィー工程を用いることにより、目的の多糖類の純度をさらに高めることもできる。この目的には陽イオン交換体が好ましく用いられる。陽イオン交換体としては、ダウエックス、アンバーライト、ムロマックなどの陽イオン交換樹脂、ゼオライト、カルボキシル化キトパール、スルホン化キトパール、Ｃａｐｔｏ Ｓ、Ｍｏｎｏ Ｓ、ＳＣＸ、イグゼなどの陽イオン交換体などが挙げられ、市販もされている。本発明に用いるイオン交換クロマトグラフィー工程は、カラム式、バッチ式のいずれで行ってもよい。イオン交換クロマトグラフィー工程で使用するイオン交換体の選択、溶離液の種類、組成、各成分の濃度、ｐＨ、温度、流速などの条件の選択は、当業者が通常に行いうる範囲のことである。
【００２９】
〔６−２．抽出工程〕
処理する天然材料（処理材料）１６０に応じて、制御装置８における入力部１４８を通じて、外槽１０の温水循環室２６に貯蔵されている温度調整媒体２８の設定温度、モータ４０の正逆回転時間（正方向の回転時間と逆方向の回転時間）、モータ４０の駆動時間を設定する。設定された条件は、ＲＡＭ１４４に記憶される。設定温度、回転時間、駆動時間は各処理材料に応じて決めておき、その決められた設定温度等を制御装置８のＲＯＭ１４２に記憶し、入力部１４８から処理材料の種類を入力するだけで、設定温度等が自動的に設定されるようにしてもよい。
【００３０】
必要な条件の入力が完了すると、制御装置８のＣＰＵ１４０は、入力された条件をもとに、出力部１５０を介して加熱器３２と循環ポンプ３８を駆動し、外槽１０の温水循環室２６と循環パイプ３６で温度調整媒体２８を循環しながら、温度検出器３０の出力（温度調整媒体２８の温度）をもとに温度調整媒体２８の温度を調整する。なお、抽出工程における温度調整媒体２８の温度は一定である必要はなく、例えばＲＯＭ１４２又はＲＡＭ１４４に入力された温度管理プログラム（図示せず）に基づいて、各段階で設定温度を変更してもよい。
【００３１】
ＣＰＵ１４０はまた、モータ４０の回転方向を正方向と逆方向に交互に切り換え、内槽４６を正方向と逆方向に交互に回転する。これにより、内槽４６に収容されている天然材料１６０は、内槽４６に設けた撹拌羽根７８によって攪拌されて抽出溶媒１６２と十分に接触し、天然高分子の抽出が良好に行われる。
【００３２】
正方向の回転時間と逆方向の回転時間（回転持続時間）は任意に決定できる。例えば、入力部１４８を通じて入力することもできるし、処理材料に適した回転時間を予めＲＯＭ１４２に記憶しておき、その情報に基づいてＣＰＵ１４０がモータ４０の駆動を制御してもよい。正方向（又は逆方向）の回転とそれに続く逆方向（又は正方向）の回転との間には、所定の休止時間を設けてもよい。この場合、まず正方向（又は逆方向）の回転により、内槽４６内の抽出溶媒１６２は遠心力によって径方向外側に移動し、内槽４６の連通孔６４を介して内槽４６の外側に移動する。同様に、処理材料も遠心力を受けて、内槽４６の周壁近傍に集まる。次に、正方向（又は逆方向）の回転を停止すると、内槽４６の外側に移動していた抽出溶媒１６２が内槽４６の連通孔６４を通じて内槽４６の内側に移動する。その結果、この抽出溶媒１６２の移動によって、内槽４６の周壁近傍に集まっていた天然材料１６０が分散し、各処理材料片は効果的に抽出溶媒１６２と接触し、天然高分子の抽出が促進される。
【００３３】
天然材料１６０と抽出溶媒１６２の攪拌は所定時間行われる。この時間は、入力部１４８で設定された時間である。代わりに、処理材料に適した回転時間を予めＲＯＭ１４２に記憶しておき、その情報に基づいてＣＰＵ１４０がモータ４０の駆動時間（全攪拌時間）を制御してもよい。
【００３４】
攪拌時間は、天然材料及び抽出すべき天然高分子に応じて異なる。参考までに、イカ皮からコンドロイチン硫酸を抽出する場合、抽出溶媒を室温状態に維持しながら約１２時間攪拌する。うろこからコラーゲンを抽出する場合、抽出溶媒を約１００℃に維持しながら約２〜３時間攪拌する。椎茸からベータグルカンを抽出する場合、抽出溶媒を約１００℃に維持しながら約１２時間攪拌する。
【００３５】
〔６−３．排出・乾燥工程〕
所定時間の攪拌が終了すると、ＣＰＵ１４０がモータ４０を停止する。次に、電磁弁１０８，１１０を操作し、ポンプ１１２を駆動し、天然高分子を含む抽出溶媒１６２をゲル濾過クロマトグラフィー用カラム１００に送る。天然材料１６０の間に残留する天然高分子を完全に排出するために、抽出溶媒１６２の排出中もモータ４０の回転は維持することが好ましい。このとき、モータ４０の回転数は、抽出工程におけるモータ４０の回転数よりも大きく設定し、内槽４６を高速回転することが更に好ましい。高速回転時間は、入力部１４８から入力してもよいし、予めＲＯＭ１４２に記憶しておいてもよい。排出が完了した後、ＣＰＵ１４０がモータ４０を所定時間駆動し、内槽４６に残留する材料を乾燥することもできる。抽出された天然高分子を含む抽出溶媒１６２が完全にカラム１００に送られると、ＣＰＵ１４０はポンプ１１２を停止し、電磁弁１０８，１１０を閉じる。その後、外槽１０と内槽４６を洗浄する場合、電磁弁１０８を操作し、洗浄水を廃水容器１３２に導く。
【００３６】
〔６−４．精製（ゲル濾過クロマトグラフィー）工程〕
精製（ゲル濾過クロマトグラフィー）工程では、カラム１００に送られた抽出溶媒１６２及び天然高分子をゲル濾過クロマトグラフィーに供し、その素通し画分または高分子画分を得る。このとき、ＣＰＵ１４０は電磁弁１１０を操作し、ポンプ１１２を駆動し、容器１３４から展開液をカラム１００に供給する。その結果、カラム１００の中では、必要な多糖類がゲル濾過担体にトラップされずに、あるいはほとんどトラップされずに素通し画分または高分子画分に溶出され、他の成分がゲル濾過担体にトラップされる。
【００３７】
クロマトグラフィー条件の選択において、好ましくは、目的とする多糖類が、送液開始後、ゲル濾過担体の総ベッド体積の約１３〜約３３％までの画分に溶出されるように、さらに好ましくはゲル濾過担体の総ベッド体積の約２０％までの画分中に溶出されるように、ゲル濾過クロマトグラフィー条件を選択する。したがって、本明細書において、「素通し画分または高分子画分」とは、試料の粘度や試料に含まれる多糖の種類、所望多糖の分子量、使用担体の種類などにもよるが、通常、担体の総ベッド体積の約３３％までの溶出液中に得られる画分をいう。例えば、ゲル濾過担体の総ベッド体積の約１３％〜約２０％までの溶出液中に得られる画分を「素通し画分または高分子画分」として集めて、多糖類を得てもよい。
【００３８】
ゲル濾過クロマトグラフィーからの画分中の多糖類の検出・確認には、種々の公知方法を用いることができ、例えば、カルバゾール法、ジメチルフェノール法、フェノール硫酸法、紫外吸収測定法、屈折率測定法などを用いてもよい。
【００３９】
精製（ゲル濾過クロマトグラフィー）工程の間、ＣＰＵ１４０は電磁弁１１４を開き、カラム１００を通過した天然高分子を容器１３６に回収する。ただし、以下に説明する精製（イオン交換クロマトグラフィー）工程を行う場合、ＣＰＵ１４０は、電磁弁１１４，１１６を操作し、ポンプ１１８を駆動し、カラム１００からの天然高分子を更にイオン交換クロマトグラフィー用カラム１０２に送る。
【００４０】
本発明者が行った実験では、ゲル濾過クロマトグラフィーにより、ニワトリ胸軟骨から純度１００％のコンドロイチン硫酸、また、イカ皮から純度６８％のコンドロイチン硫酸を得た。
【００４１】
〔６−５．精製（イオン交換クロマトグラフィー）工程〕
精製（イオン交換クロマトグラフィー）工程では、目的の多糖類を精製するため、通常、カラム１０２の中で目的の多糖類をイオン交換体に吸着させ、その後、例えば溶離液のイオン強度を上昇させる等の手法により目的の多糖類をイオン交換体から溶出させる。本発明者が行った実験では、ニワトリ膝軟骨由来の粗コンドロイチン硫酸の純度が４０％から１００％に上昇した。
【００４２】
ＣＰＵ１４０は、電磁弁１１４，１１６，１２２を操作し、イオン交換体から溶出した高純度天然高分子を容器１３６に導く。
【００４３】
精製工程が収容した後、カラム１００，１０２を洗浄する場合、入力部１４８からの指令に基づいて、電磁弁１２２を操作して、洗浄液（廃水）を容器１３８に導く。
【００４４】
このように、上述した抽出・精製システム１によれば、制御装置８によって全ての装置（モータ４０、ポンプ３８、電磁弁）の操作を自動化することができる。特に、ゲル濾過は分子量の差を利用するために再生工程が不要であることから、抽出から精製（ゲル濾過クロマトグラフィー）までの工程を完全に自動化できるため、大量の天然試料をほぼ連続的に処理して大量の天然高分子を得ることができる。また、天然材料の種類に応じて最適の抽出・精製条件を得ることができる。
【００４５】
また、食品あるいは食品添加物のように高い純度を必要としない場合、ゲル濾過精製のみで十分対応できる。他方、医薬品のように高純度を要求する場合は、イオン交換カラムとの併用で高純度品に精製できる
【００４６】
さらに、上述の抽出・精製システムは、多糖類の抽出に限らず、タンパク質の抽出にも使用でき、その際、上述のように抽出から精製までの工程を自動的に且つ連続的に行うことができる。
【００４７】
さらにまた、上述の抽出・精製システムでは、内槽４６を２つのバスケット（外側バスケット４８と内側バスケット５０）で構成したが、一つのバスケットで構成した抽出・精製システムも本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る抽出・精製システムの概略構成を示す図。
【図２】抽出装置の断面図。
【図３】抽出装置の平面図。
【図４】図２に示す抽出装置の内槽の分解斜視図。
【図５】図２に示す内槽の部分拡大断面図。
【図６】図２に示す内槽の開口率を調整する手段を示す斜視図。
【符号の説明】
【００４９】
１：抽出・精製システム
２：抽出装置
４：精製装置
６：輸送装置
８：自動制御装置
１０：外槽
１２：床
１４：中心軸
１６：外側円筒部
１８：内側円筒部
２０：底板
２２：底板
２４：環状板部
２６：内部空間
２８：温度調整媒体
３０：温度検出器
３２：加熱器
３４：循環手段
３６：循環パイプ
３８：ポンプ
４０：モータ
４２：駆動軸
４４：隔壁
４６：内槽
４８：外側バスケット
５０：内側バスケット
５２：円筒部
５４：底部
５６：外側開口
５８：円筒部
６０：底部
６２：内側開口
６４：連通孔
６６：開口率調整手段
６８：環状板
７０：環状板
７８：攪拌羽根
８０：ガイド手段
１４０：ＣＰＵ
１６０：天然材料
１６２：抽出溶媒
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然材料から天然高分子（例えば、多糖類、タンパク質）を抽出して精製するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多糖類は生体において様々な役割を果たしている。なかでも、最近注目されているのがコンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸、ヘパリンなどのムコ多糖類である。例えば、コンドロイチン硫酸は関節炎に対する効果や神経痛の改善効果などが認められており健康食品、サプリメントおよび医薬品等に用いられている。ヒアルロン酸は水分保持効果を有することから化粧品等に多く用いられている。ヘパリンは抗血液凝固作用があり、医療現場で用いられている。これらの物質は従来から医薬品として用いられており、最近では健康食品やサプリメントとしての需要が激増している。これらの多糖類は天然組織を原料として得られている。その方法も多くのものが開発されているが、とりわけ透析工程、限外濾過工程、有機溶媒による沈殿工程などに時間がかかるので効率が良いとはいえず、かつ、大規模で複雑かつ高価な施設を要することが多い（特許文献１〜３等参照）。
【０００３】
また、ムコ多糖類をはじめとする有用多糖類は動物（陸生、水生を含む）や真菌類の組織由来のものがほとんどであり、ほとんどの場合、ヒトが食用としている動物の組織から得られている。最近では、資源の有効利用の面から、従来は廃棄されていた食用動物の不可食部（調理には適さない部位）から有用多糖類を得る試みもなされている。しかも食用動物の不可食部の量は膨大である。
【０００４】
かかる事情に鑑みると、単純かつ効率的な方法にて、大量の原料から大量の有用多糖類を短時間のうちに得るための方法が必要である。
【特許文献１】特開２０００−２７３１０２号公報
【特許文献２】特開２００３−２６８００４号公報
【特許文献３】特開２００４−１８９８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の解決課題は、大量の天然原料から大量の天然高分子（有用多糖類）を短時間で且つ自動的に取得するためのシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
具体的に、本発明に係る抽出・精製システム（１）は、天然材料（１６０）と抽出溶媒（１６２）の混合物を攪拌しつつ上記天然材料（１６０）に含まれる天然高分子化合物を抽出する抽出装置（２）と、上記抽出装置（２）で抽出された天然高分子化合物を精製する精製装置（４）とを備えている。抽出装置（２）は、抽出溶媒（１６２）を収容する外槽（１０）と、上記抽出溶媒（１６２）が通過できる複数の連通孔（６４）を備えており、天然材料（１６０）を収容して上記外槽（１０）の内側に上記外槽（１０）と同心的に固定される内槽（４６）と、上記外槽（１０）に固定された上記内槽（４６）を正逆回転する回転手段（４０）を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
このような構成を備えた抽出・精製システムによれば、単純かつ効率的に、大量の原料から大量の有用多糖類を短時間のうちに得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明に係る、天然高分子化合物（多糖類）の抽出・精製システムの実施形態を説明する。
【０００９】
〔１．システム概要〕
図１に示すように、抽出・精製システム１は、概略、抽出溶媒を用いて天然材料から天然高分子（例えば、多糖類）を抽出する抽出装置２と、抽出装置２で抽出された天然高分子を精製する精製装置４と、抽出装置２から精製装置４に抽出溶媒と天然高分子を輸送する輸送装置６と、これら抽出装置２と輸送装置６を自動制御する自動制御装置８を有する。
【００１０】
〔２．抽出装置〕
図２，３を参照すると、抽出装置２は、外槽（恒温槽）１０を有する。実施形態では、外槽１０は、上部に開口部を有する円筒状の容器で、建物（図示せず）の床１２に固定されている。図２に詳細に示すように、外槽１０は、中心軸１４を中心とする円周上に配置された外側円筒部１６及び内側円筒部１８と、外側円筒部１６及び内側円筒部１８の底部をそれぞれ塞ぐ底板２０，２２と、外側円筒部１６と内側円筒部１８の上端部を連結する環状の板部２４を備えており、これらの部材によって囲まれた空間の温水循環室（温度調整媒体収容室）２６に温度調整媒体２８である流体が密封して収容できるようにしてある。
【００１１】
温水循環室２６に収容される温度調整媒体２８の温度は、処理する天然材料に応じて最適に調整される。そのため、実施形態の抽出装置２は、温水循環室２６にある温度調整媒体２８の温度を検出する温度検出器３０と、温度検出器３０で検出された温度に応じて、必要であれば温度調整媒体２８を加熱する加熱器３２と、温水循環室２６における温度調整媒体２８を循環させる循環手段３４を有する。例えば、循環手段３４は、図１，２に示すように、温水循環室２６の底部と上部を接続する循環パイプ３６と、循環パイプ３６に設けられたポンプ３８を有し、ポンプ３８を駆動することによって、循環パイプ３６を介して、温水循環室２６の温度調整媒体２８を循環する。
【００１２】
外槽１０の底部には、正逆回転可能なモータ４０が固定されている。モータ４０の駆動軸４２は、外槽１０の中心軸１４と同軸上に配置されており、外槽１０の底板２０，２２を貫通して、外槽１０の内側に突出している。図示するように、温水循環室２６を貫通する駆動軸４２の周囲は筒状又は環状の隔壁４４によって囲まれてシールされている。
【００１３】
外槽１０の内側に突出したモータ駆動軸４２に内槽（材料収容槽）４６が着脱自在に連結されている。図示するように、モータ駆動軸４２に連結される内槽４６は円筒体からなり、この円筒体の中心軸が外槽１０の中心軸１４に一致させてある。図３に詳細に示すように、内槽４６は、円筒状の外側バスケット４８と内側バスケット５０を有する。外側バスケット４８は、上部を開放した円筒容器の形をしており、円筒部５２と底部５４を有する。円筒部５２と底部５４は、内側と外側を連通する多数の開口（外側開口）５６を規則的に有する。同様に、内側バスケット５０は、上部を開放した円筒容器の形をしており、円筒部５８と底部６０を有する。円筒部５８と底部６０は、内側と外側を連通する多数の開口（内側開口）６２を規則的に有する。
【００１４】
外側バスケット円筒部５２の内径は内側バスケット円筒部５８の外径とほぼ等しくしてある。したがって、外側バスケット４８に内側バスケット５０を装入すると、外側バスケット４８の内面（内周円筒面及び内側底面）に内側バスケット５０の外面（外周円筒面及び外側底面）がぴったりと又はほぼぴったりと一致し、それら円筒部５２，５８の間には実質的な隙間ができないようにしてある。なお、円筒部５２，５８の高さはほぼ等しく、外側バスケット４８に内側バスケット５０を装入した状態で、両者の上端部が一致するか、内側バスケット５０の上端が外側バスケット４８の上端から若干突出することが好ましい。
【００１５】
実施例では外側と内側のバスケット４８，５０に形成された開口５６，６２の形は円形であるが、その形は任意（例えば、四角形、他の矩形等、スロット状、星形）である。具体的には、バスケット４８，５０（円筒部及び底板）を構成する材料には、公知のステンレス製パンチングメタルが好適に利用できる。周知のとおり、パンチングメタルには、開口５６，６２がバスケット４８，５０に縦方向、横方向、斜め方向に一定の間隔をあけて規則的に形成されている。したがって、外側バスケット４８に対して内側バスケット５０を相対的に回転又は上下すれば、外側バスケット４８の開口５６と内側バスケット５０の開口６２が一致して形成される連通孔６４（図５参照）の面積（内槽の開口面積又は開口率）が変化する。
【００１６】
内槽４６の開口率を予め決められた複数の値に調整できる開口率調整手段６６を備えていることが好ましい。実施形態では、外側バスケット４８に対して内側バスケット５０を回転することによって開口率を調整する方法が採用されている。したがって、図６に示すように、実施形態では、開口率調整手段６６として、バスケット底部５４，６０の中央に環状板６８，７０が固定されており、内側バスケット５０の環状板７０には一つの貫通孔７２が形成され、また、外側バスケット４８の環状板６８には複数のねじ孔７４ａ〜７４ｅが形成され、内側バスケット環状板７０の貫通孔７２を介して外側バスケット環状板６８の複数のねじ孔７４ａ〜７４ｅのいずれかにねじ７６を螺合することによって、開口率が１００％、８０％、７０％、６０％、５０％に調整できるようにしてある。
【００１７】
代わりに、外側バスケット４８に対して内側バスケット５０を相対的に上昇することで開口率を調整できる。この場合、図示しないが、高さ方向に関して、外側バスケット４８に対して内側バスケット５０を複数の位置で固定できる手段（例えば、高さ調整治具、ボルトとねじ孔又はボルトとナットの組み合わせ）を設け、要求される開口率に応じて内側バスケット５０の高さを調整する。
【００１８】
外側と内側のバスケット４８，５０に異なる形の開口を設けてもよい。また、開口５６，６２はバスケット４８，５０の全体に形成することが必須でなく、内槽４６の開口率が調整できれば、バスケット４８，５０の少なくとも一部に形成するだけでもよい。さらに、開口率調整に際して、外側バスケット４８に対して内側バスケット５０を回転又は上昇させたとき、それらの全ての開口５６，６２の重なり合う面積が変化する必要はなく、それら開口５６，６２の少なくとも一部の重なり合う面積が変化することによって結果的に内槽４６の開口率が変化するようにすればよい。
【００１９】
また、図２，４に示すように、内側バスケット５０には、円筒部５８の内面、又は底部６０の内面、若しくはそれらの両方に撹拌羽根７８を設けることが好ましい。撹拌羽根７８の形状、大きさは、処理する天然材料の種類に応じて適宜変更することができる。
【００２０】
図２，３に示すように、外槽１０に対して内槽４６を正確に同心的に位置決めするために、外槽１０の上端近傍には、ガイド手段８０を均等に配置することが好ましい。例えば、実施形態では、各ガイド手段８０は、外槽１０の内面に固定されたブラケット８２と、ブラケット８２に固定された垂直軸８４を介して回転可能に支持されたローラ８６を有する。当然、複数のローラ８６の内側に内槽４６が正確に位置決めされるために、複数のローラ８６に内接する円（図示せず）が、内槽４６の外周面に一致又はほぼ一致することが好ましい。
【００２１】
図２を参照すると、以上のように構成された内槽４６は、外槽１０の内側に装入される。このとき、内側バスケット底部６０の中央に設けた環状板７０の中央貫通孔８８（図６参照）にモータ駆動軸４２が挿通され、該モータ駆動軸４２の上端外ねじ部（図示せず）に内ねじを有するキャップ９０を螺合して、内側バスケット５０がモータ駆動軸４２に固定される。図示するように、この状態で、外槽１０と内槽４６の間には、ほぼ一定の厚みの空間が形成されるように、外槽１０の内部に突出したモータ駆動軸４２の周囲には環状の調整部材９２が設けることが好ましい。
【００２２】
〔３．精製装置〕
図１に戻り、精製装置４は、ゲル濾過クロマトグラフィー用のカラム１００を有する。後に説明するように、イオン交換クロマトグラフィー用のカラム１０２を追加的に設けてもよい。カラム１００，１０２の構成は周知であることから、その説明は省略する。
【００２３】
〔４．輸送装置〕
輸送装置６は、外槽１０の内側、正確には内側円筒部１８と内側底板２２で囲まれた空間（処理室）の底部とゲル濾過クロマトグラフィー用カラム１００の上部（入口）を接続する配管１０４、ゲル濾過クロマトグラフィー用カラム１００の下端（出口）とイオン交換クロマトグラフィー用カラム１０２の上端（入口）を接続する配管１０６を有する。前者の配管１０４には２つの電磁弁１０８、１１０と一つのポンプ１１２が設けてある。後者の配管１０９６には２つの電磁弁１１４，１１６と一つのポンプ１１８が設けてある。イオン交換クロマトグラフィー用カラム１０２の下端（出口）と電磁弁１１６が配管１２０で接続されており、この配管１２０に別の電磁弁１２２が設けてある。そして、電磁弁１０８，１１０，１１４，１２２がそれぞれ配管１２４，１２６，１２８，１３０対応する容器１３２，１３４，１３６，１３８に接続されている。
【００２４】
〔５．自動制御装置〕
自動制御装置８は、中央処理装置（ＣＰＵ）１４０と、ＲＯＭ１４２、ＲＡＭ１４４、タイマ１４６、入力部１４８、及び出力部１５０を有する。これら各部の構成と動作は以下に説明するシステムの動作の中で具体的に説明する。
【００２５】
〔６．システムの動作〕
以上の構成を有するシステム１を用いて、天然材料から高分子化合物である多糖類を得る方法を説明する。なお、有用多糖類を豊富に含有する天然組織としては、アガリクスなどの担子菌の菌糸体や子実体、魚類や動物の軟骨や内臓、イカの頭部などに由来するものが挙げられる。例えば、魚類（エイやサメを包含）の軟骨などからコンドロイチン硫酸を得ることができる。ニワトリのトサカなどからヒアルロン酸を得ることができる。あるいはブタ小腸粘膜などからヘパリンを得ることができる。さらに、食用生物の不可食部、例えば、ウシ、ブタ、ニワトリ等の家畜、サケ、イワシ等の魚類、イカ、タコ等の軟体動物、エビ、カニ等の甲殻類の不可食部は量的に膨大であり、そこから有用多糖類を取得することもできる。クラゲなどの組織から多糖類を取得することもできる。また、例えば、コンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸、ヘパリンなどのムコ多糖類が含まれる。例えば、魚類（エイやサメを包含）の軟骨などからコンドロイチン硫酸を得ることができ、ニワトリのトサカなどからヒアルロン酸を得ることができ、あるいはブタ小腸粘膜などからヘパリンを得ることができる。また、例えば、ソデイカ、スルメイカ、コウイカ、モンゴウイカ、ハリイカ、ケンサキイカ、ヤリイカ、アオリイカ、ジンドウイカ、アカイカ、マツイカなどのイカ、特にその胴体を除く部分（例えば頭部、足、皮、ひれ、眼球、軟骨ならびに他の不可食部）、ウシ、ブタ、ウマ、ヤギ、ヒツジなどの家畜や家禽類の臓器（例えば肝臓、腸、気道など）およびその他の部位（例えば、鼻軟骨などの軟骨、眼球、皮膚など）、特にニワトリ軟骨（例えば胸軟骨、関節軟骨など）、あるいは魚類軟骨などからコンドロイチン硫酸やその他の多糖類を取ることもできる。さらに、例えばアガリクスやサルノコシカケ等の担子菌からベータグルカン等の多糖類を得ることもできる。
【００２６】
〔６−１．準備工程〕
抽出装置２では、外槽１０の温水循環室２６に温度調整媒体２８を充填する。温度調整媒体２８は、水、エチレングリコールが好適に利用できる。また、内槽４６を外槽１０に装入し、内槽４６を外槽１０に対して固定する。このとき、内槽４６は、所望の開口率に応じて、外側バスケット４８に対する内側バスケット５０の位置を固定しておく。次に、内槽４６に処理対象である天然材料（処理材料）１６０を投入する。投入される天然材料１６０の大きさは、内槽４６の連通孔（開口面積）６４及びバスケット４８，５０の開口５６，６２よりも大きく、天然材料１６０が連通孔６４および開口５６，６２を通じて外部に流出することはない。また、内槽４６及び外槽１０の内側に、抽出溶媒１６２を投入する。抽出溶媒１６２としては水性溶媒が好ましく用いられ、例えば、水、中性付近の緩衝液（例えば、ｐＨ約５〜約９の酢酸緩衝液、リン酸カリウム緩衝液、リン酸ナトリウム緩衝液等）が例示されるがこれらに限らない。あるいは水性溶媒と有機溶媒（例えば、エタノール、アセトン等）との混合物を抽出に用いてもよい。
【００２７】
精製装置４では、ゲル濾過クロマトグラフィー用カラム１００にゲル濾過担体を充填しておく。ゲル濾過に用いる担体の種類、カラムのサイズ、溶出液の組成等、流速等の条件は、生体組織の由来、必要な多糖類の種類（および分子量や荷電状態等）、量、純度などの要因に応じて、当業者が適宜選択・決定することができる。これらの条件の選択・決定に際しては、必要な多糖類がゲル濾過担体にトラップされずに、あるいはほとんどトラップされずに素通し画分または高分子画分に溶出され、他の成分がゲル濾過担体にトラップされるようにする。本発明の方法に用いられるゲル濾過担体としては、デキストラン、アガロース、ポリアクリルアミド、ガラスビーズ等がある。具体例としては、各種セファロース、各種セファデックス、各種セファクリル、各種トヨパール、各種スーパーデックス、各種スーパーロース等がある。また、ゲル濾過工程に用いる展開液を容器１３４に充填する。展開液としては、水、中性付近の緩衝液（例えばｐＨ約５〜約９の酢酸緩衝液、リン酸カリウム緩衝液、リン酸ナトリウム緩衝液等）などが例示されるがこれらに限らない。また、ゲル濾過担体と多糖類との相互作用を調節するために食塩等の塩類を展開液に添加してもよい。
【００２８】
また、イオン交換クロマトグラフィー用カラム１０２にイオン交換体を充填しておく。イオン交換体は、必要な多糖類の種類、必要とされる純度、原料の種類や量、必要とされる多糖類の収量などを考慮して、適宜選択することができる。イオン交換体は様々なものが市販されており、それらから選択することもできる。陰イオン交換体としては、ダウエックス、アンバーライト、ムロマックなどの陰イオン交換樹脂、ハイドロタルサイト、キトパール”ベーシック”、ＤＥＡＥ−キトパール、Ｃａｐｔｏ Ｑ、Ｍｏｎｏ Ｑ、ＳＡＸ、イグゼなどの陰イオン交換体、ＤＥＡＥ−セルロース、ＤＥＡＥ−セファデックスなどの陰イオン交換セルロースなどが挙げられ、市販もされている。硫酸基を有する多糖類の分離・精製には弱陰イオン交換体を用いることができ、例えば、ＤＥＡＥ−セルロース、ＤＥＡＥ−セファデックス、ダウエックスなどの陰イオン交換体を用いることができる。イオン交換クロマトグラフィー工程において、目的の多糖類を精製するためには、通常、目的の多糖類をイオン交換体に吸着させておいて、その後、例えば溶離液のイオン強度を上昇させる等の手法により目的の多糖類をイオン交換体から溶出させる。イオン強度の上昇法としては、ステップワイズ法、グラジエント法などがある。また、目的の多糖類を吸着しない、逆の電荷を有するイオン交換体によるクロマトグラフィー工程を用いることにより、目的の多糖類の純度をさらに高めることもできる。この目的には陽イオン交換体が好ましく用いられる。陽イオン交換体としては、ダウエックス、アンバーライト、ムロマックなどの陽イオン交換樹脂、ゼオライト、カルボキシル化キトパール、スルホン化キトパール、Ｃａｐｔｏ Ｓ、Ｍｏｎｏ Ｓ、ＳＣＸ、イグゼなどの陽イオン交換体などが挙げられ、市販もされている。本発明に用いるイオン交換クロマトグラフィー工程は、カラム式、バッチ式のいずれで行ってもよい。イオン交換クロマトグラフィー工程で使用するイオン交換体の選択、溶離液の種類、組成、各成分の濃度、ｐＨ、温度、流速などの条件の選択は、当業者が通常に行いうる範囲のことである。
【００２９】
〔６−２．抽出工程〕
処理する天然材料（処理材料）１６０に応じて、制御装置８における入力部１４８を通じて、外槽１０の温水循環室２６に貯蔵されている温度調整媒体２８の設定温度、モータ４０の正逆回転時間（正方向の回転時間と逆方向の回転時間）、モータ４０の駆動時間を設定する。設定された条件は、ＲＡＭ１４４に記憶される。設定温度、回転時間、駆動時間は各処理材料に応じて決めておき、その決められた設定温度等を制御装置８のＲＯＭ１４２に記憶し、入力部１４８から処理材料の種類を入力するだけで、設定温度等が自動的に設定されるようにしてもよい。
【００３０】
必要な条件の入力が完了すると、制御装置８のＣＰＵ１４０は、入力された条件をもとに、出力部１５０を介して加熱器３２と循環ポンプ３８を駆動し、外槽１０の温水循環室２６と循環パイプ３６で温度調整媒体２８を循環しながら、温度検出器３０の出力（温度調整媒体２８の温度）をもとに温度調整媒体２８の温度を調整する。なお、抽出工程における温度調整媒体２８の温度は一定である必要はなく、例えばＲＯＭ１４２又はＲＡＭ１４４に入力された温度管理プログラム（図示せず）に基づいて、各段階で設定温度を変更してもよい。
【００３１】
ＣＰＵ１４０はまた、モータ４０の回転方向を正方向と逆方向に交互に切り換え、内槽４６を正方向と逆方向に交互に回転する。これにより、内槽４６に収容されている天然材料１６０は、内槽４６に設けた撹拌羽根７８によって攪拌されて抽出溶媒１６２と十分に接触し、天然高分子の抽出が良好に行われる。
【００３２】
正方向の回転時間と逆方向の回転時間（回転持続時間）は任意に決定できる。例えば、入力部１４８を通じて入力することもできるし、処理材料に適した回転時間を予めＲＯＭ１４２に記憶しておき、その情報に基づいてＣＰＵ１４０がモータ４０の駆動を制御してもよい。正方向（又は逆方向）の回転とそれに続く逆方向（又は正方向）の回転との間には、所定の休止時間を設けてもよい。この場合、まず正方向（又は逆方向）の回転により、内槽４６内の抽出溶媒１６２は遠心力によって径方向外側に移動し、内槽４６の連通孔６４を介して内槽４６の外側に移動する。同様に、処理材料も遠心力を受けて、内槽４６の周壁近傍に集まる。次に、正方向（又は逆方向）の回転を停止すると、内槽４６の外側に移動していた抽出溶媒１６２が内槽４６の連通孔６４を通じて内槽４６の内側に移動する。その結果、この抽出溶媒１６２の移動によって、内槽４６の周壁近傍に集まっていた天然材料１６０が分散し、各処理材料片は効果的に抽出溶媒１６２と接触し、天然高分子の抽出が促進される。
【００３３】
天然材料１６０と抽出溶媒１６２の攪拌は所定時間行われる。この時間は、入力部１４８で設定された時間である。代わりに、処理材料に適した回転時間を予めＲＯＭ１４２に記憶しておき、その情報に基づいてＣＰＵ１４０がモータ４０の駆動時間（全攪拌時間）を制御してもよい。
【００３４】
攪拌時間は、天然材料及び抽出すべき天然高分子に応じて異なる。参考までに、イカ皮からコンドロイチン硫酸を抽出する場合、抽出溶媒を室温状態に維持しながら約１２時間攪拌する。うろこからコラーゲンを抽出する場合、抽出溶媒を約１００℃に維持しながら約２〜３時間攪拌する。椎茸からベータグルカンを抽出する場合、抽出溶媒を約１００℃に維持しながら約１２時間攪拌する。
【００３５】
〔６−３．排出・乾燥工程〕
所定時間の攪拌が終了すると、ＣＰＵ１４０がモータ４０を停止する。次に、電磁弁１０８，１１０を操作し、ポンプ１１２を駆動し、天然高分子を含む抽出溶媒１６２をゲル濾過クロマトグラフィー用カラム１００に送る。天然材料１６０の間に残留する天然高分子を完全に排出するために、抽出溶媒１６２の排出中もモータ４０の回転は維持することが好ましい。このとき、モータ４０の回転数は、抽出工程におけるモータ４０の回転数よりも大きく設定し、内槽４６を高速回転することが更に好ましい。高速回転時間は、入力部１４８から入力してもよいし、予めＲＯＭ１４２に記憶しておいてもよい。排出が完了した後、ＣＰＵ１４０がモータ４０を所定時間駆動し、内槽４６に残留する材料を乾燥することもできる。抽出された天然高分子を含む抽出溶媒１６２が完全にカラム１００に送られると、ＣＰＵ１４０はポンプ１１２を停止し、電磁弁１０８，１１０を閉じる。その後、外槽１０と内槽４６を洗浄する場合、電磁弁１０８を操作し、洗浄水を廃水容器１３２に導く。
【００３６】
〔６−４．精製（ゲル濾過クロマトグラフィー）工程〕
精製（ゲル濾過クロマトグラフィー）工程では、カラム１００に送られた抽出溶媒１６２及び天然高分子をゲル濾過クロマトグラフィーに供し、その素通し画分または高分子画分を得る。このとき、ＣＰＵ１４０は電磁弁１１０を操作し、ポンプ１１２を駆動し、容器１３４から展開液をカラム１００に供給する。その結果、カラム１００の中では、必要な多糖類がゲル濾過担体にトラップされずに、あるいはほとんどトラップされずに素通し画分または高分子画分に溶出され、他の成分がゲル濾過担体にトラップされる。
【００３７】
クロマトグラフィー条件の選択において、好ましくは、目的とする多糖類が、送液開始後、ゲル濾過担体の総ベッド体積の約１３〜約３３％までの画分に溶出されるように、さらに好ましくはゲル濾過担体の総ベッド体積の約２０％までの画分中に溶出されるように、ゲル濾過クロマトグラフィー条件を選択する。したがって、本明細書において、「素通し画分または高分子画分」とは、試料の粘度や試料に含まれる多糖の種類、所望多糖の分子量、使用担体の種類などにもよるが、通常、担体の総ベッド体積の約３３％までの溶出液中に得られる画分をいう。例えば、ゲル濾過担体の総ベッド体積の約１３％〜約２０％までの溶出液中に得られる画分を「素通し画分または高分子画分」として集めて、多糖類を得てもよい。
【００３８】
ゲル濾過クロマトグラフィーからの画分中の多糖類の検出・確認には、種々の公知方法を用いることができ、例えば、カルバゾール法、ジメチルフェノール法、フェノール硫酸法、紫外吸収測定法、屈折率測定法などを用いてもよい。
【００３９】
精製（ゲル濾過クロマトグラフィー）工程の間、ＣＰＵ１４０は電磁弁１１４を開き、カラム１００を通過した天然高分子を容器１３６に回収する。ただし、以下に説明する精製（イオン交換クロマトグラフィー）工程を行う場合、ＣＰＵ１４０は、電磁弁１１４，１１６を操作し、ポンプ１１８を駆動し、カラム１００からの天然高分子を更にイオン交換クロマトグラフィー用カラム１０２に送る。
【００４０】
本発明者が行った実験では、ゲル濾過クロマトグラフィーにより、ニワトリ胸軟骨から純度１００％のコンドロイチン硫酸、また、イカ皮から純度６８％のコンドロイチン硫酸を得た。
【００４１】
〔６−５．精製（イオン交換クロマトグラフィー）工程〕
精製（イオン交換クロマトグラフィー）工程では、目的の多糖類を精製するため、通常、カラム１０２の中で目的の多糖類をイオン交換体に吸着させ、その後、例えば溶離液のイオン強度を上昇させる等の手法により目的の多糖類をイオン交換体から溶出させる。本発明者が行った実験では、ニワトリ膝軟骨由来の粗コンドロイチン硫酸の純度が４０％から１００％に上昇した。
【００４２】
ＣＰＵ１４０は、電磁弁１１４，１１６，１２２を操作し、イオン交換体から溶出した高純度天然高分子を容器１３６に導く。
【００４３】
精製工程が収容した後、カラム１００，１０２を洗浄する場合、入力部１４８からの指令に基づいて、電磁弁１２２を操作して、洗浄液（廃水）を容器１３８に導く。
【００４４】
このように、上述した抽出・精製システム１によれば、制御装置８によって全ての装置（モータ４０、ポンプ３８、電磁弁）の操作を自動化することができる。特に、ゲル濾過は分子量の差を利用するために再生工程が不要であることから、抽出から精製（ゲル濾過クロマトグラフィー）までの工程を完全に自動化できるため、大量の天然試料をほぼ連続的に処理して大量の天然高分子を得ることができる。また、天然材料の種類に応じて最適の抽出・精製条件を得ることができる。
【００４５】
また、食品あるいは食品添加物のように高い純度を必要としない場合、ゲル濾過精製のみで十分対応できる。他方、医薬品のように高純度を要求する場合は、イオン交換カラムとの併用で高純度品に精製できる
【００４６】
さらに、上述の抽出・精製システムは、多糖類の抽出に限らず、タンパク質の抽出にも使用でき、その際、上述のように抽出から精製までの工程を自動的に且つ連続的に行うことができる。
【００４７】
さらにまた、上述の抽出・精製システムでは、内槽４６を２つのバスケット（外側バスケット４８と内側バスケット５０）で構成したが、一つのバスケットで構成した抽出・精製システムも本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る抽出・精製システムの概略構成を示す図。
【図２】抽出装置の断面図。
【図３】抽出装置の平面図。
【図４】図２に示す抽出装置の内槽の分解斜視図。
【図５】図２に示す内槽の部分拡大断面図。
【図６】図２に示す内槽の開口率を調整する手段を示す斜視図。
【符号の説明】
【００４９】
１：抽出・精製システム
２：抽出装置
４：精製装置
６：輸送装置
８：自動制御装置
１０：外槽
１２：床
１４：中心軸
１６：外側円筒部
１８：内側円筒部
２０：底板
２２：底板
２４：環状板部
２６：内部空間
２８：温度調整媒体
３０：温度検出器
３２：加熱器
３４：循環手段
３６：循環パイプ
３８：ポンプ
４０：モータ
４２：駆動軸
４４：隔壁
４６：内槽
４８：外側バスケット
５０：内側バスケット
５２：円筒部
５４：底部
５６：外側開口
５８：円筒部
６０：底部
６２：内側開口
６４：連通孔
６６：開口率調整手段
６８：環状板
７０：環状板
７８：攪拌羽根
８０：ガイド手段
１４０：ＣＰＵ
１６０：天然材料
１６２：抽出溶媒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然材料（１６０）と抽出溶媒（１６２）の混合物を攪拌しつつ上記天然材料（１６０）に含まれる天然高分子化合物を抽出する抽出装置（２）と、上記抽出装置（２）で抽出された天然高分子化合物を精製する精製装置（４）とを備えた、抽出・精製システムであって、
上記抽出装置（２）は、
抽出溶媒（１６２）を収容する外槽（１０）と、
上記抽出溶媒（１６２）が通過できる複数の連通孔（６４）を備えており、天然材料（１６０）を収容して上記外槽（１０）の内側に上記外槽（１０）と同心的に固定される内槽（４６）と、
上記外槽（１０）に固定された上記内槽（４６）を正逆回転する回転手段（４０）を備えたことを特徴とする抽出・精製システム。
【請求項２】
上記内槽（４６）の開口率を調整する開口率調整手段（６６）を備えていることを特徴とする請求項１の抽出・精製システム。
【請求項３】
上記開口率調整手段（６６）は、
（ａ）上記内槽（４６）を、外側バスケット（４８）と、上記外側バスケット（４８）の内側に配置される内側バスケット（５０）で構成し、
（ｂ）上記外側バスケット（４８）には複数の外側開口（５６）を形成し、上記内側バスケット（５０）には複数の内側開口（６２）を形成し、
（ｃ）上記内側バスケット（５０）を上記外側バスケット（４８）の内側に配置した状態で、上記外側開口（６２）の少なくとも一部が上記内側開口（５６）の少なくとも一部と重なり合って上記複数の連通孔（６４）を形成しており、
（ｄ）上記外側バスケット（４８）に対する上記内側バスケット（５０）の相対的な位置を変えることによって上記内槽（５０）の開口率が調整できるように構成されていることを特徴とする請求項２の抽出・精製システム。
【請求項４】
上記開口率調整手段（６６）は、上記回転手段（４０）の回転軸（４２）を中心として、上記外側バスケット（４８）に対して上記内側バスケット（５０）を相対的に回転することによって、上記内槽（４６）の開口率が調整できるようにしてあることを特徴とする請求項３の抽出・精製システム。
【請求項５】
上記開口率調整手段（６６）は、上記回転手段（４０）の回転軸（４２）の中心軸に沿って、上記外側バスケット（４８）に対して上記内側バスケット（５０）を相対的に移動することによって、上記内槽（４６）の開口率が調整できるようにしてあることを特徴とする請求項３の抽出・精製システム。
【請求項６】
上記開口率調整手段（６６）は、予め決められた複数の開口率に対応して、上記外側バスケット（４８）に対して上記内側バスケット（５０）を固定する固定手段（７４ａ〜７４ｅ，７６）を備えていることを特徴とする請求項４又は５の抽出・精製システム。
【請求項７】
上記抽出・精製システムは制御手段（８）を備えており、
上記制御手段（８）は、上記内槽（４６）を正方向に回転する時間と逆方向に回転する時間を調整する調整手段（１４０，１４２，１４８）を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの抽出・精製システム。
【請求項８】
上記抽出装置はまた、上記外槽に収容された抽出溶媒の温度を調整するために、
上記外槽に形成された温度調整媒体収容室（２６）と、
上記温度調整媒体収容室（２６）に収容された媒体（２８）と、
上記温度調整媒体収容室（２６）を介して上記媒体を循環させる循環手段（３８）と、
上記媒体（２８）の温度を検出する温度検出器（３０）と、
上記媒体（２８）を加熱する加熱器（３２）と、
上記加熱器（３２）を制御する加熱器制御手段（１４０）を備えていることを特徴とする請求項１〜７の抽出・精製システム。
【請求項９】
上記抽出・精製システムはまた、
上記抽出装置（２）と上記精製装置（４）を連結し、上記抽出装置（２）で抽出された天然高分子化合物を含む抽出溶媒（１６２）を上記精製装置（４）に輸送するための輸送配管（１０４）と、
上記輸送配管（１０４）に設けられたポンプ（１１２）と、
上記抽出装置（２）における抽出処理が終了した後、上記ポンプ（１１２）を駆動して、上記抽出装置（２）から上記精製装置（４）に上記抽出溶媒（１６２）を自動的に輸送する輸送制御手段（１４０）を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかの抽出・精製システム。
【請求項１０】
上記精製装置（４）は、ゲル濾過クロマトグラフィー用カラム（１００）を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかの抽出・精製システム。
【請求項１１】
上記精製装置（４）は、イオン交換クロマトグラフィー用カラム（１０２）を有することを特徴とする請求項１０の抽出・精製システム。
【請求項１】
天然材料（１６０）と抽出溶媒（１６２）の混合物を攪拌しつつ上記天然材料（１６０）に含まれる天然高分子化合物を抽出する抽出装置（２）と、上記抽出装置（２）で抽出された天然高分子化合物を精製する精製装置（４）とを備えた、抽出・精製システムであって、
上記抽出装置（２）は、
抽出溶媒（１６２）を収容する外槽（１０）と、
上記抽出溶媒（１６２）が通過できる複数の連通孔（６４）を備えており、天然材料（１６０）を収容して上記外槽（１０）の内側に上記外槽（１０）と同心的に固定される内槽（４６）と、
上記外槽（１０）に固定された上記内槽（４６）を正逆回転する回転手段（４０）を備えたことを特徴とする抽出・精製システム。
【請求項２】
上記内槽（４６）の開口率を調整する開口率調整手段（６６）を備えていることを特徴とする請求項１の抽出・精製システム。
【請求項３】
上記開口率調整手段（６６）は、
（ａ）上記内槽（４６）を、外側バスケット（４８）と、上記外側バスケット（４８）の内側に配置される内側バスケット（５０）で構成し、
（ｂ）上記外側バスケット（４８）には複数の外側開口（５６）を形成し、上記内側バスケット（５０）には複数の内側開口（６２）を形成し、
（ｃ）上記内側バスケット（５０）を上記外側バスケット（４８）の内側に配置した状態で、上記外側開口（６２）の少なくとも一部が上記内側開口（５６）の少なくとも一部と重なり合って上記複数の連通孔（６４）を形成しており、
（ｄ）上記外側バスケット（４８）に対する上記内側バスケット（５０）の相対的な位置を変えることによって上記内槽（５０）の開口率が調整できるように構成されていることを特徴とする請求項２の抽出・精製システム。
【請求項４】
上記開口率調整手段（６６）は、上記回転手段（４０）の回転軸（４２）を中心として、上記外側バスケット（４８）に対して上記内側バスケット（５０）を相対的に回転することによって、上記内槽（４６）の開口率が調整できるようにしてあることを特徴とする請求項３の抽出・精製システム。
【請求項５】
上記開口率調整手段（６６）は、上記回転手段（４０）の回転軸（４２）の中心軸に沿って、上記外側バスケット（４８）に対して上記内側バスケット（５０）を相対的に移動することによって、上記内槽（４６）の開口率が調整できるようにしてあることを特徴とする請求項３の抽出・精製システム。
【請求項６】
上記開口率調整手段（６６）は、予め決められた複数の開口率に対応して、上記外側バスケット（４８）に対して上記内側バスケット（５０）を固定する固定手段（７４ａ〜７４ｅ，７６）を備えていることを特徴とする請求項４又は５の抽出・精製システム。
【請求項７】
上記抽出・精製システムは制御手段（８）を備えており、
上記制御手段（８）は、上記内槽（４６）を正方向に回転する時間と逆方向に回転する時間を調整する調整手段（１４０，１４２，１４８）を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの抽出・精製システム。
【請求項８】
上記抽出装置はまた、上記外槽に収容された抽出溶媒の温度を調整するために、
上記外槽に形成された温度調整媒体収容室（２６）と、
上記温度調整媒体収容室（２６）に収容された媒体（２８）と、
上記温度調整媒体収容室（２６）を介して上記媒体を循環させる循環手段（３８）と、
上記媒体（２８）の温度を検出する温度検出器（３０）と、
上記媒体（２８）を加熱する加熱器（３２）と、
上記加熱器（３２）を制御する加熱器制御手段（１４０）を備えていることを特徴とする請求項１〜７の抽出・精製システム。
【請求項９】
上記抽出・精製システムはまた、
上記抽出装置（２）と上記精製装置（４）を連結し、上記抽出装置（２）で抽出された天然高分子化合物を含む抽出溶媒（１６２）を上記精製装置（４）に輸送するための輸送配管（１０４）と、
上記輸送配管（１０４）に設けられたポンプ（１１２）と、
上記抽出装置（２）における抽出処理が終了した後、上記ポンプ（１１２）を駆動して、上記抽出装置（２）から上記精製装置（４）に上記抽出溶媒（１６２）を自動的に輸送する輸送制御手段（１４０）を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかの抽出・精製システム。
【請求項１０】
上記精製装置（４）は、ゲル濾過クロマトグラフィー用カラム（１００）を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかの抽出・精製システム。
【請求項１１】
上記精製装置（４）は、イオン交換クロマトグラフィー用カラム（１０２）を有することを特徴とする請求項１０の抽出・精製システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１７３６９２（Ｐ２００９−１７３６９２Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０６８７（Ｐ２００８−１０６８７）
【出願日】平成２０年１月２１日（２００８．１．２１）
【出願人】（５０４１５０４６１）国立大学法人鳥取大学 (271)
【出願人】（３０２０５２１２７）有限会社カンダ技工 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２１日（２００８．１．２１）
【出願人】（５０４１５０４６１）国立大学法人鳥取大学 (271)
【出願人】（３０２０５２１２７）有限会社カンダ技工 (6)
【Ｆターム（参考）】
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