用于供应富含镁和/或钙的水基饮料的方法以及关联的制造设备的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于生产富含镁和/或钙的饮用水基饮料的方法，包括：?按下列步骤制备碳酸氢镁和/或碳酸氢钙的浓缩水性溶液：a)在反应器(4)中提供镁化合物和/或钙化合物的粉末；b)将水性液体添加到所述反应器中；以及c)将二氧化碳(CO2)注入所述反应器中；?将所述碳酸氢镁和/或碳酸氢钙浓缩水性溶液的至少一部分添加到包含水性液体的流动回路中。本发明还涉及相关联的制造设备，所述制造设备包括反应器。
【专利说明】
用于供应富含镆和/或钙的水基饮料的方法以及关联的制造 设备
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于供应富含镁和/或钙的水基饮料的方法，包括以下步骤:制备 浓缩母液，然后将所述浓缩母液的一部分溶解在水性液体中。
[0002] 本发明还涉及关联的制造设备，该设备包括其中注入了二氧化碳的反应器。
[0003] 作为另一目标，本发明还涉及一种饮用水基饮料，该饮料包含与碳酸氢根阴离子 结合在一起的镁和/或钙阳离子，并含有浓度有限的Na、S04、K和C1基团离子。
【背景技术】
[0004] 镁和钙是人体内含量最多的四种金属元素中的两种，另两种是钾和钠。
[0005] 镁是人体生物学的重要元素。镁离子在控制所有活细胞所必需的重要生物聚磷酸 盐化合物（如ATP、DNA和RNA)方面，发挥重大作用。因此，数百种酶需要镁离子才能起效。镁 离子的味道偏酸，低浓度的镁离子有助于赋予新鲜矿物质水天然的酸味。
[0006] 镁是人体生物学的重要元素。镁是超过350种酶的辅因子，用于调节神经兴奋性和 若干种离子通道。参与ATP的生产和水解过程的酶依赖于镁(Agarwal等人，2013年;Saris等 人，2000年）。低血镁症的诱因可能是镁摄入不足、镁从肾脏或胃肠道流失，或者镁从细胞外 间隙重新分布到细胞内间隙（Hypomagnesaemia,Drug Ther Bull ,2013,51(3) ,33-6( "低血 镁症"，《药物与治疗学通报》，2013年，第51卷第3期，第33-36页））。
[0007] 镁摄入量低和血中镁浓度低与糖尿病、高血压、代谢综合征等慢性病相关(Bae& Choi，2011年），也与心血管疾病、骨质疏松症、偏头痛、哮喘和结肠癌相关(Rosanoff A等 人，2012年）。缺镁与眼科疾病的关联也有文献记录。
[0008] Ca与Mg的比率应为3左右，否则可能导致死亡风险增大：就Ca与Mg的比率低于1.7 的中国女性而言，心血管疾病（CVD)引起的死亡风险增大，与镁的摄入量相关(Dai等人， 2013年）。
[0009] 动物和人类研究已证实，镁缺乏导致产生甲状旁腺激素和1，25_二羟维生维D的机 能受损，继而可能引起骨质流失(Rude RK等人，2005年），并且可能和骨质疏松症有关(Rude RK和Gruber HE，2004年）。
[0010]越来越多的证据表明，镁在降低患2型糖尿病的风险方面，可发挥重要作用。 Rodriguez-Moran Μ等人2011年对研究结果加以综述，得出如下结论:流行病学研究一致表 明，膳食摄入的镁量与患2型糖尿病的风险有很强的负相关关系，不过也注意到，由于临床 试验的结果依然匮乏，这一结论存在争议。
[0011]镁缺乏与心血管疾病(CVD)的关联已有充分的理论依据，补充镁可有助于预防CVD (Seelig Μ，1989年;Bo S和Pisu Ε，2008年）。近来的元分析已表明，膳食摄入的镁量与致命 的缺血性心脏病但并非所有心血管疾病的风险降低相关，但这种负相关关系似乎只在每日 摄入多达250mg镁时才观察到(Del Gobbo LC等人，2013年）。另一项回顾性研究(QU X等人， 2013年)观察到，镁与心血管疾病事件总数存在统计学上显著的关联，这种关联在每日摄入 的镁从150mg增大到400mg时最为明显。这两项研究均观察到，膳食摄入的镁量与CVD的这种 负相关关系是非线性的，与血清镁的情形相反(血清镁与CVD的负相关关系是线性的）。
[0012] 在镁对血压的影响方面，绝大多数证据不足采信。口服的镁充当天然的钙通道阻 滞剂、增加一氧化氮、改善内皮功能紊乱，还引起直接和间接的血管舒张 (Houston M，2011 年）lass L等人2012年进行的最近一次元分析，综合所有试验的结果得出以下结论:补充 镁看起来使血压出现轻度但临床上显著的下降（就收缩压来说，降低3至4mm Hg;就舒张压 来说，降低2至31111]1取;每日摄入超过37〇11^镁，血压下降的程度增大）。]\1.!1〇1181:〇11在2011年 观察到，将增加镁和钾的摄入量与减少钠的摄入量相结合，相比只摄入单种矿物质，可更有 效地降低血压。
[0013] 近来的动物研究已表明，大脑中的镁可预防阿尔茨海默病小鼠模型出现认知缺 陷。Li等人在2013年也提出，L-苏糖酸镁对阿尔茨海默病小鼠模型起到保护突触的效果。还 平行观察到，阿尔茨海默病患者的血浆镁浓度发生改变(Barbagallo Μ等人，2011年;Vural Η等人，2010年）。这种镁缺乏现象可能参与阿尔茨海默病的发病机理。
[0014] 如果缺镁，则可能无法满足神经元对镁的需求，从而导致神经元损伤(可能表现为 抑郁症）。尽管镁在预防抑郁症方面所起的作用仍不清楚(Derom ML等人，2013年），但通常 镁可有效用于辅助治疗抑郁症(Eby GA和Eby KL，2006年）。按照Eby GA和Eby KL的说法， "推荐采用生物可利用的镁来强化饮用水，使其达到二十世纪以前的水平"。
[0015] 镁缺乏与若干种眼科疾病如青光眼、白内障、糖尿病视网膜病变有关。原因是血管 收缩介质和血管舒张介质失衡，氧化应激反应增强(Agarwal等人，2013年）。
[0016] 虽然大多数人认为镁缺乏与骨骼肌痉挛相关联，但一直没有科学文献报道过这一 点；另外，对口服补充镁进行的诸项研究通常显示，口服补充镁出现潜在副作用的频率与安 慰剂类似。Garrison SR等人在2012年得出如下结论:通过补充镁来预防肌肉痉挛，不太可 能有临床意义。
[0017] 依据美国第三次国家健康与营养调查(US NHANES III)研究（Deng X等人，2013 年）的数据，只摄入镁或镁与维生素 D的相互作用可有助于改善维生素 D的状态。血清中的 25-羟基维生素 D与死亡风险的关联可受镁的摄入水平影响而改变。但这有待确认。
[0018] 欧洲食品安全局(EFSA)对下列健康声明持肯定意见：
[0019]-镁有助于细胞正常分裂
[0020]-镁有助于正常的心理机能
[0021]-镁有助于电解质平衡 [0022]-镁有助于正常的产能代谢 [0023]-镁有助于维持正常的骨骼功能 [0024]-镁有助于正常的肌肉（包括心肌)功能 [0025]-镁有助于维持正常的牙齿功能 [0026]-镁有助于正常的神经系统功能 [0027]-镁有助于蛋白质正常合成
[0028]-镁可能有助于减轻疲劳和疲惫
[0029]就钙来说，99%的钙存在于骨骼和牙齿内，从婴儿到老人，食物和水源都是促进骨 骼发育、维持骨骼健康的关键因素。但补钙并非没有争议，因为已发布的数据表明，补钙对 心血管疾病(CVD)存在潜在不利的影响(Meier C和Kr^izlinME，2011年），所以有必要平衡 钙对骨骼健康带来的益处与其对CVD造成的潜在风险。另一方面，其他研究已观察到，高钙 摄入(每天超过600mg)与有些心血管危险因素如血压负相关(Da Silva Ferreira T等人， 2013年）。
[0030] 实际上，高钙摄入对心血管疾病的影响已受到越来越多的关注。Reid IR和 Bolland MJ(2008年)在一项为期5年的大规模试验中观察到，健康的绝经后妇女补钙，看起 来会加速血管疾病(尤其是心肌梗死)的产生。多项前瞻性流行病学研究调查了中年人和老 年人膳食摄入的钙量与其CVD发病率或死亡率的关系，得到的结果是矛盾的(Wang L等人， 2012年）。不过，应当平衡摄入比推荐量高的钙可能造成的不利影响(血钙过多及其并发症） 与钙可能对骨骼带来的益处，对中老年女性尤其如此（Sabbagh Z和Vatanparast H，2009 年)。
[0031] 将维生素 D与钙结合起来补充可降低骨折风险，但相比住在养老机构的老年人，这 种骨折风险降低的效果在居住在社区的老年人中可能较不明显（Chung Μ等人，2011年； Lips Ρ等人，2010年）。最近的研究证实了这一点，这些研究的整体结果似乎表明，钙并未显 著降低绝经后妇女骨折的风险，在坚持治疗的女性当中，才看到了钙对骨折风险的有益效 果(Spangler Μ等人，2011年）。妇女健康倡议(WHI)进行的另一项队列研究(Prentice R1等 人，2013年)尽管未能找到联合补充钙和维生素 D与心肌梗死或冠心病的关联，却推断联合 补充钙和维生素 D有利于降低绝经后妇女髋部骨折的风险。
[0032] 就怀孕女性来说，补钙与预防先兆子痫方面的明显保护作用相关联，但尚未观察 到其他额外的好处(Buppasiri P等人，2011年）。
[0033]欧洲食品安全局(EFSA)对下列健康声明持肯定意见：
[0034] ?钙是维持正常的骨骼和牙齿必需的元素 [0035] ?钙有助于血液正常凝结
[0036] ?钙有助于正常的能量代谢 [0037] ?钙有助于正常的肌肉功能和神经传递
[0038] ?钙是儿童骨骼正常生长发育必需的元素 [0039] ?钙有助于细胞正常分裂和分化
[0040]就碳酸氢盐来说，即便其并不属于必需微量营养素，但是碳酸氢根离子(HC03-)有 重要的营养意义，原因是碳酸氢根离子参与机体的酸碱平衡调节，并且酸负荷影响肾小管 对钙和镁的再吸收。
[0041] 在一项对1413名女性和1125名男性进行的调查中，发现骨质疏松症与含磷酸可乐 型饮料的摄取量存在某种关联，这种可乐型饮料导致酸负荷增大，身体分泌更多的矿物质 (Heaney RP和Rafferty K，2001年）。另一项研究证实，在老年人的尿液中，酸的净排泄量与 镁和钙的量密切相关(Rylander等人，2006年）。在一项干预性研究中，发现每升含403mg碳 酸盐的饮用水降低了20名轻度高血压受试者的血压(Rylander R和Arnaud MJ，2004年）。该 研究最终发现，碳酸盐含量高于ll〇mg/L的情况下，心肌梗死致死的风险较低，推荐的碳酸 盐含量可为250mg/L(Rylander R等人，2008年）。
[0042] 在若干项针对男性进行的后续研究中，结果表明，潜在肾脏酸负荷(PRAL)低的富 碳酸氢盐碱性矿物质水减少了骨再吸收标志物，甚至降低了甲状旁腺激素的水平 (Burckardt P，2008年）。这两类研究都证实，碱负荷对骨骼健康有影响，在健康的绝经后妇 女群体中这一现象尤其明显(Burckardt P，2008年）。另一项研究还证实，碱负荷而非钙含 量不同的膳食对骨再吸收标志物有不同的影响。在这项研究中，碱负荷基本上由每日两升 高碳酸氢盐含量的矿物质水(每天提供4868mg碳酸氢盐)提供，PRAL为-124mEq/d(Buclin等 人，2001年）。含有相同水平的钙、蛋白质、盐和能量的对照膳食没有这种效果。得出的结论 是，一些PRAL为绝对值较大负数的含钙和碳酸氢盐的水，可能有助于预防骨质流失。
[0043] Wynn E等人在2009年表明，最适宜维持骨骼健康的水富含碳酸氢盐和钙这两者。 此外，他们还观察到，在体内钙质充足的情况下，富含酸钙的水对骨再吸收无影响，而富含 碳酸氢盐的碱性水使年轻女性体内的骨再吸收标志物明显减少（2009年，b) Aoux S等人 2004年针对39名女性进行的一项研究，显示了与富含硫酸盐的矿物质水相比，富含碳酸氢 盐的水对骨代谢具有有益效果。
[0044] 推荐膳食许可量(RDA)对应某小组(年龄和性别）中几乎所有(98%)个体的需要 量，适宜摄入量(AI)是没有充分科学证据可用于计算RDA时参考的摄入量。根据美国医学研 究所(US Institute of Medicine) 1997年的研究结果，就镁和|丐来说：
[0045]
[0046]同时，在美国，镁的平均摄入量为323mg/日（男性)和228mg/日（女性）。就钙来说， 男性的平均摄入量为871至1，266mg/日，女性的平均摄入量为748至968mg/日。
[0047] 优选的是，饮用水应当补充食物所提供的镁和/或钙的不足，达到每日所需值。
[0048] 然而，自来水所含的镁通常极少;一般为约5至20mg/L。
[0049] 因此，预防医学和健康营养学的现代理论要求居民更多地摄入镁，饮用矿物质水 或镁含量较高的其他瓶装水，便可最轻易地实现这一点。但许多市售瓶装水的镁含量极低。
[0050] 含有上文提及量的矿物质的矿物质水很少，还由于硫酸盐含量高，其味道往往不 尽人意。
[0051] 替代方案是按下述过程制备的瓶装水:首先按传统的制备脱矿物质水的方式，经 过各种可能的处理步骤得到纯化水，再向所述纯化水中补充矿物质。补充矿物质的步骤包 括向脱矿物质的水中添加矿物质离子。所述组分为（例如）MgS(k、MgC 12、CaC 12、NaH⑶3、 KHC03、NaF或NaCl。并未详尽无遗地提出所有组分，也可使用其他组分。
[0052] 这样，添加特定的矿物质离子如钙、镁或碳酸氢盐时，就可通过使用上文针对所得 的水提出的一些健康声明，实现声明的一些健康有益效果。
[0053] 就前述方法来说，通常使用上文提到的盐类制备高度浓缩的母液，再用纯水稀释 所述母液，最终得到饮用水。
[0054] 如上文列出用于补充矿物质的可能组分的部分所述，添加钙(Ca2+)或镁(Mg2+)矿 物质离子时，同时还添加了抗衡离子如硫酸根(s〇42_)或氯离子(cr)。类似地，在添加碳酸 氢根(HCOf)的同时，还添加了钠离子(Na+)或钾离子(K+)。通常使用将所述阳离子与阴离子 结合而产生的这些盐类，因为它们在水中的溶解度极高，从而使方法的富集过程异常简单。
[0055] 然而，添加的抗衡阴离子S〇42lP/或Cr和/或Na和/或K导致产品具有苦味和/或咸 味，影响水的味道，导致所得的饮用水不受消费者欢迎。
[0056] 还考虑了包含镁和/或钙的其他盐类(如Mg⑶3、Mg(OH)2、Ca⑶3)，但由于这些盐在 水中的溶解度极低，故几乎无法以工业规模制备母液和富集水。
[0057]提出的使用氧化镁(MgO)的溶液在已公布专利申请EP2488269中介绍。提出的这种 溶液使用装填MgO晶种的柱塞流反应器，水(H20)和二氧化碳(C02)被送入该反应器内。二氧 化碳与氧化镁和水按如下化学反应式反应：
[0058] Mg0+2C02+H20=Mg(HC03)2
[0059] 所得的组分在低浓度下可溶。为获得较高浓度，提出的方法包括再循环回路。但再 循环必然需要很高的流量比（最高达待处理流量的10倍），导致该方法的能耗成本过高。
[0060] 因此，本发明的目标是提供一种用于供应富含镁和/或钙的水基饮料的方法，该方 法避免了现有技术的缺点。
[0061]就这一点来说，本发明旨在提供一种能够供应大量商业化生产的镁强化饮用水的 方法。
[0062]本发明的另一目标是提供一种根据所提出的方法制造镁浓度增大的饮用水的设 备。
[0063]本发明的又一目标是提供每升至少含55mg镁和/或150mg钙，但没有苦味和/或咸 味的饮用水。
[0064]本发明的其他目标和优点将在说明书下文中逐渐呈现。
【发明内容】
[0065] 在这方面，本发明提供了根据权利要求1所述的用于生产富含镁和/或钙的饮用水 基饮料的方法。
[0066] 所述方法允许制备碳酸氢镁和/或碳酸氢钙的浓缩水性溶液，然后将所述碳酸氢 镁和/或碳酸氢钙浓缩水性溶液的至少一部分添加到包含水性液体的流动回路中。
[0067] 该方法的优点是，允许向水性液体中定量投放碳酸氢镁和/或碳酸氢钙的浓缩水 性溶液，从而得到富含镁和/或钙的饮用水基饮料，这种饮料中的镁和/或钙浓度/含量是准 确的。
[0068] 应当注意，镁化合物选自氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁、碱式碳酸镁。
[0069]另外，钙化合物选自氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙。
[0070] 根据一种可能的特征，该方法包括测量反应器内的浓缩水性溶液的导电性这一步 骤。该步骤的优点是，允许对浓缩水性溶液中的镁化合物和/或钙化合物的含量进行控制。
[0071] 根据一种可能的特征，在该方法期间，反应器被保持在至少1个大气压的二氧化碳 (C02)分压下。二氧化碳的使用通常会增大镁化合物和/或钙化合物在化学反应期间的溶解 速率。
[0072] 根据另一种特征，反应器内的二氧化碳压力在1个大气压至10个大气压范围内。反 应器内的二氧化碳压力为10个大气压时，可使镁化合物和/或钙化合物的溶解度增大三倍。
[0073] 根据一种补充特征，通过增加反应器内的二氧化碳(C02)压力来增加镁化合物和/ 或钙化合物的溶解度。这使方法中需要的化学反应得以改善，所以是有利的。
[0074] 借助提出的特征，使用固体定量栗向反应器供给镁化合物和/或钙化合物。这可改 善对将在反应器中供给的镁化合物和/或钙化合物的量的控制。
[0075] 采用另一种特征的情况下，使用液体定量栗将碳酸氢镁和/或碳酸氢钙的浓缩水 性溶液添加到上述水性液体中，形成富含镁和/或钙的饮用水基饮料。这便能够非常准确地 定量投放所述浓缩水性溶液，使其与上述水性液体结合到一起。
[0076] 在采用一种提出的特征的情况下，反应器被自动地搅拌。这是有利的，因为自动搅 拌可分散反应期间形成的气体，从而改善化学反应。
[0077]举例来说，浓缩水性溶液中的镁浓度介于lg/Ι与25g/l之间。
[0078]类似地，浓缩水性溶液中的钙浓度介于lg/Ι与75g/l之间。
[0079]这些特征使饮用水基饮料中的镁浓度为至少55mg/l。
[0080] 就1丐而言，饮用水基饮料中的钙浓度为150mg/l。
[0081] 另外，流动回路包括入口，另外的组分穿过该入口被掺入到所述富含镁和/或钙的 饮用水基饮料中。
[0082] 例如，所述组分选自盐、矿物质、促进健康的物质以及呈现味道或风味的物质。 [0083]这是有利的，因为进一步使饮用水基饮料富含除镁和/或钙之外的组分。
[0084] 根据另一目标，本发明提供了一种根据权利要求17所述的用于制造镁浓度增大的 饮用水的设备。
[0085] 所述设备包括用于制备碳酸氢镁和/或碳酸氢钙的浓缩水性溶液的罐反应器。 [0086]详细地讲，所述设备包括：
[0087] i)具有水性液体管线的开放流动回路，所述水性液体管线包括用于向反应器(4) 供给水性液体的出口以及用于从所述反应器接收一定量的碳酸氢镁和/或碳酸氢钙浓缩水 性溶液的入口；
[0088] ii)反应器，所述反应器包括用于接收镁化合物和/或钙化合物、水性液体和二氧 化碳的入口以及设有计量装置的出口，所述计量装置用于将一定量的碳酸氢镁和/或碳酸 氢钙浓缩水性溶液计量地供给到所述开放流动回路的所述管线中；
[0089] iii)用于将二氧化碳(C02)掺入到所述反应器的注入装置；以及
[0090] iv)用于向所述反应器供应多份镁化合物和/或钙化合物的固体计量装置；
[0091] 由于再循环回路无需管理，而且反应器还可实现工业规模的使用，所以这种设备 非常方便。
[0092] 根据另一特征，所述设备包括设置在所述反应器内的搅拌器。由于该搅拌器，反应 器中非常容易形成湍流，从而改善在成分之间的化学反应。
[0093]根据另一特征，所述设备包括：
[0094] -导电性测量装置，用于测量所述反应器中所述碳酸氢镁和/或碳酸氢钙浓缩水性 溶液的导电性；以及
[0095] -调节单元，所述调节单元从所述导电性测量装置接收导电性数据，并管理向所述 反应器供给镁化合物和/或钙化合物，以确保所述反应器的所述水性液体中含有所需量的 溶解镁和/或钙。
[0096] 因此，这样改善了对反应的控制，并有助于制造工艺。
[0097] 本发明的其他目标和优点将在下文的【具体实施方式】中呈现。
【附图说明】
[0098]参照以下实施例进一步描述了本发明。应当理解，这些实施例并非旨在以任何方 式对权利要求书所保护的本发明进行限制。
[0099]现将结合附图以举例的方式描述本发明的实施方案，在附图中：
[0100] -图1为根据本发明的用于生产富含镁的水的反应方法的示意图；
[0101] -图2为根据本发明的用于生产富含镁的水的设备的示意图；以及
【具体实施方式】
[0102] 如本说明书中所用，词语"包括"、"包含"和类似的词语不应理解为排他性或穷举 性意义。换句话讲，这些词语旨在用于意指"包括但不限于"。
[0103] 本说明书中对现有技术文献中的任何参考不被视为承认此类现有技术为众所周 知的技术或构成本领域普遍常识的一部分。
[0104] 当前，天然矿物质水和补充矿物质的富含镁的水两者由于存在氯离子和硫酸根离 子而具有矿质化的苦味。这样会令消费者打消购买富含镁的水的念头。
[0105] 为了消除这种味道，提出将来自镁和/或钙的氧化物/氢氧化物/碳酸盐组合中的 不可溶镁盐和/或钙盐与二氧化碳C02反应，以便获得富含镁和/或钙的饮用水。
[0106] 如前所述，本发明涉及一种使用上述设备生产富含镁和/或钙的饮用水基饮料的 方法。
[0107] 所述方法提出制备碳酸氢镁和/或碳酸氢钙的浓缩水性溶液，然后把所述浓缩水 性溶液的一部分与水性液体结合，形成富含镁和/或钙的饮用水基饮料。
[0108] 对于富集镁，在实验室中检测了若干种镁化合物例如Mg0、Mg(0H)2和MgC〇3,以研究 其动力学、化学可行性和稳定性。
[0109] 在富集钙的情况下，我们提出使用氧化钙、氢氧化钙或碳酸钙。
[0110] 在提出的化合物中，实验室选用Mg(0H)2,以其为例进行试验。
[0111] 图1示出根据本发明的用于生产富含镁的水的反应方法的示意图。
[0112] 所提出的方法中发生的主要反应如下：
[0113] Mg(OH)2+2C〇2=Mg(HC03)2
[0114] 分解式如下： CO?.的水合： C(〕2 + H20 4 H?CO; 1 「0 ] H?C03 的电离： Η(03 4 Η-+ HCO.r ii HCCV - FT + CO, iii H+与固体之间的反应： 2H+ + Mg(OH)2 - Mg2+ + 2H20- iv
[0116] 如图1所示，碳酸化开始于C02在水中扩散，接着C02与水反应产生碳酸;碳酸被电离 产生H+和HC03-，然后H+扩散到固体表面上，使得碳酸化反应发生，产生镁离子。
[0117] 因此，存在如下过程:C02从气相GP扩散到液相LP，进行化学反应，以及随后H+从液 相LP扩散到固相SP中化合物的表面。
[0118] 为避免形成沉降物，在反应中始终存在过量⑶2,并且因此可以忽略标号为iii的 反应。
[0119] 如从以上的化学方程式可以看出，由于反应结束时的浓缩母液浓度仅取决于加入 多少物质，因此更容易控制浓缩母液浓度。
[0120] 图2示意性地展示设备1，在该设备中，实施用于生产富含镁和/或钙的饮用水基饮 料的方法。
[0121] 所述设备包括开放流动回路，所述开放流动回路包括脱矿物质水的管线1，该管线 则包括栗2。管线1具有用于通过若干个阀门5a、5b和5c向罐反应器形式的封闭反应器4供给 脱矿物质水的出口管线3。
[0122] 脱矿物质水通过入口管线3'供给到反应器4。管线1的出口管线3对应反应器4的入 口管线3 '，但是它们根据自身相关组件而分开呈现。
[0123] 最初，先向反应器4供给纯净的氢氧化镁Mg(0H)2粉末，然后，可进一步通过形成固 体计量装置6的固体定量栗向反应器供给所述镁化合物。
[0124] 反应器4利用搅拌器7进行搅拌，使混合物均质化，继而激活并促进成分之间的反 应。
[0125] 搅拌的另一目标是分散在反应期间形成的气体。在技术人员所已知的各种类型的 搅拌器中，圆盘涡轮对于分散气体而言是极好的选择。初步测试表明，气体分散对反应速率 有极大影响并且搅拌溶液会有助于促进反应。搅拌速度应当根据反应器的大小进行调整。
[0126] 该设备还包括二氧化碳源8。使用二氧化碳注入装置10通过供给管线9将气态二氧 化碳注入到反应器4中。使用控制装置11控制将要供给到反应器中的二氧化碳水平。还可添 加二氧化碳再循环系统。
[0127] 该设备还包括导电性测量装置12,用于连续测量进入反应器4中的溶液的导电性。 所述导电性测量装置12允许测量水性溶液中溶解的镁的水平。
[0128] 在必要时，导电性测量装置12可以根据该反应器中的反应温度进行校准，使得温 度影响可被"中和"。
[0129] 调节单元(未示出）用于控制并管理将镁化合物供给到反应器，以便在该反应器的 水性溶液中溶解镁为所需含量。
[0130] 反应器4具有与管线1的出口管线3和反应器4的入口管线3'一样的出口管线13,并 且在需要时使用阀门5a、5b和5c。
[0131] 反应器4的出口管线13包括阀门14和栗15。
[0132] 镁化合物浓缩水性溶液的最小一部分与管线1的脱矿物质水混合。管线1包括来自 反应器4的入口 13 '，用于将浓缩水性溶液注入开放流动回路的管线1中。
[0133] 计量装置16允许所需量的镁化合物浓缩水性溶液汇集到管线1中，从而得到具有 所需镁含量的水基饮料。所述计量装置16可为导电性测量装置形式。
[0134] 为有助于将浓缩水性溶液与脱矿物质水混合，将静态混合器17并入该设备，由此 递送富含镁的饮用水基饮料。
[0135] 所提出的设备中，开放流动回路的管线1还包括入口 18,另一种组分19穿过该入口 18被掺入到富含镁的饮用水基饮料。
[0136] 组分19选自盐、矿物质、促进健康的物质以及呈现味道或风味的物质，因此根据需 要对组分19进行选择。
[0137] 本发明还涉及一种用于生产富含镁和/钙的水基饮料的方法，其中将搅拌反应器4 中制成的碳酸氢镁和/或碳酸氢钙的浓缩水性溶液添加到水性液体、优选脱矿物质水中。
[0138] 浓缩溶液使用镁化合物和/或钙化合物的粉末制备，其中在二氧化碳气氛下添加 水性液体、优选脱矿物质水。粉末包含具有小于?οομπι的粒度的颗粒。反应器4中的成分被搅 拌并保持在二氧化碳气氛下。
[0139] 浓缩水性溶液的导电性使用导电性测量装置12连续或按规律间隔测量，该导电性 反映了溶解于浓缩溶液中的镁化合物和/或钙化合物的量。
[0140] 在需要时，浓缩溶液还可通过添加更多的镁化合物和/或钙化合物来浓缩。接着， 使用固体定量栗6来向反应器4供给添加的镁化合物和/或钙化合物。
[0141]如前文所述，该反应器保持在二氧化碳气氛下，二氧化碳压力高于大气压力，使镁 的溶解速率更高。实际上，Mg(0H)2的溶解度可以通过增大C02的压力来提高，因为压力越高， C02的溶解度越高。已估计出，从1个大气压的二氧化碳压力增大到10个大气压的二氧化碳 压力，Mg(0H)2的溶解度可提高三倍。
[0142] 此外，为了避免二氧化碳浪费，提出将二氧化碳再循环利用。
[0143] 该反应器中的溶液使用搅拌器7进行搅拌，以便分散在反应期间形成的气体。在技 术人员所已知的各种类型的搅拌器中，圆盘涡轮对于分散气体而言是极好的选择。初步测 试表明，气体分散对反应速率有极大影响并且搅拌溶液会有助于促进反应。搅拌速度应当 根据反应器的大小进行调整。
[0144] 使用Mg(0H)2的实施例:
[0145] 根据来自供应商的安全数据表，Mg(0H)2溶解度为约9mg/L。
[0146] 通过使Mg(0H)2粉末与搅拌罐反应器中的C02和水反应，在反应结束时，就会获得 5g/L的Mg2+浓缩溶液（12g/L的Mg(0H)2)，随后形成Mg(HC03) 2的形式。就热力学而言，这种浓 缩溶液并不稳定，并且该盐会以MgC03的形式沉淀。然而，在C02气氛和室温(约25°C)下，这种 浓缩溶液在至少三天内保持稳定，这允许我们在晶体出现前制出产品。因此，在C02气氛下 保持该反应器封闭非常重要。接着，用定量栗将浓缩溶液精确稀释到纯（即脱矿物质)水中。 稀释溶液即为最终的产品。
[0147] 因此，在工业规模生产中，镁化合物和/或钙化合物的浓缩溶液应当在二氧化碳气 氛下保存。如前文所述，实验室制备的浓缩溶液在室温和C02气氛下至少稳定几天。
[0148] 这种新的方法还可适用于由CaC03制备高浓度Ca(HC03 )2溶液。
[0149] 利用提出的方法和设备，所述浓缩水性溶液中的镁浓度介于lg/L与25g/L之间。类 似地，所述浓缩水性溶液中的钙浓度介于1 g/L与75g/L之间。
[0150] 这些浓缩溶液很容易使饮用水基饮料具有至少55mg/L的镁浓度和至少150mg/L的 钙浓度。
[0151] 所获得的浓度可达到类似于高度矿质化天然泉水中的镁和钙浓度的浓度，具有这 种浓度的饮用水基饮料却没有这些高度矿质化天然泉水特有的怪味，因此是非常成功的。
[0152] 虽然本发明已举例说明了制作富含镁的饮用水基饮料的方法，但在不背离本发明 的情况下，可实施本发明来制作富含钙的饮用水基饮料，以及富含镁和钙的饮用水基饮料。
[0153] 尽管本发明以举例说明的方式进行了描述，但应当理解，可以在不脱离如权利要 求所述的本发明范围的前提下，对本发明作出变型和修改。此外，对于具体的特征如果存在 已知的等同物，则应如同在本说明书中明确提到的那样来引入这些等同物。
【主权项】
1. 用于生产富含镁和/或钙的饮用水基饮料的方法，方法包括： i) 按下列步骤制备碳酸氢镁和/或碳酸氢钙的浓缩水性溶液： a) 在反应器(4)中提供镁化合物和/或钙化合物的粉末； b) 将水性液体添加到所述反应器中；以及 c) 将二氧化碳(C02)注入所述反应器中； ii) 将所述碳酸氢镁和/或碳酸氢钙浓缩水性溶液的至少一部分添加到包含水性液体 的流动回路中。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述镁化合物选自氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁、碱式 碳酸镁。3. 根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述钙化合物选自氧化钙、氢氧化钙、 碳酸钙。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括测量所述浓缩水性溶液的导电性。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述反应器被保持在至少1个大气压 的二氧化碳(C02)压力下。6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述反应器(4)内的所述二氧化碳(C02)压力在1个 大气压至10个大气压范围内。7. 根据权利要求5或6所述的方法，其中通过增加所述反应器（4)内的所述二氧化碳 (C02)压力来增加所述镁化合物和/或钙化合物的溶解度。8. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中使用固体定量栗(6)向所述反应器(4) 供给所述镁化合物和/或钙化合物。9. 根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中使用液体定量栗（16)将所述碳酸氢镁 和/或碳酸氢钙浓缩水性溶液添加到所述水性液体中，以形成所述富含镁和/或钙的饮用水 基饮料。10. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述反应器被自动地搅拌。11. 根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述浓缩水性溶液中的镁浓度介于 lg/L 与 25g/L之间。12. 根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述浓缩水性溶液中的钙浓度介于 lg/L 与 75g/L之间。13. 根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述饮用水基饮料中的镁浓度为至 少55mg/L。14. 根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述饮用水基饮料中的钙浓度为 150mg/L〇15. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述流动回路还包括入口（18)，另外 的组分(19)穿过所述入口被掺入到所述富含镁和/或钙的饮用水基饮料中。16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述组分(19)选自盐、矿物质、 促进健康的物质以及呈现味道或风味的物质。17. 用于制造富含镁和/或钙的饮用水基饮料的设备，包括： i)具有水性液体管线（1)的开放流动回路，所述水性液体管线包括用于向反应器(4)供 给水性液体的出口（3)以及用于从所述反应器(4)接收一定量的碳酸氢镁和/或碳酸氢钙浓 缩水性溶液的入口（13'）； ii) 所述反应器(4)，包括用于接收镁化合物和/或钙化合物、水性液体和二氧化碳的入 口（3'，6'，9)以及设有计量装置（16)的出口（13)，所述计量装置用于将一定量的碳酸氢镁 和/或碳酸氢钙浓缩水性溶液计量地供给到所述开放流动回路的所述管线（1)中； iii) 注入装置(10)，用于将二氧化碳(C02)掺入到所述反应器⑷中； iv) 固体计量装置(6)，用于向所述反应器(4)供应多份镁化合物和/或钙化合物。18. 根据权利要求17所述的设备，还包括设置在所述反应器(4)内的搅拌器(7)。19. 根据权利要求17或18所述的设备，还包括： i) 导电性测量装置（12)，用于测量所述反应器中所述碳酸氢镁和/或碳酸氢钙浓缩水 性溶液的导电性；以及 ii) 调节单元，所述调节单元从所述导电性测量装置（12)接收导电性数据，并管理向所 述反应器(4)供给镁化合物和/或钙化合物，以确保所述反应器的所述水性液体中含有所需 量的溶解的镁和/或钙。
【文档编号】A23L2/38GK105828643SQ201480068695
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年12月16日
【发明人】E·马沙尔, R·撒布莱特
【申请人】雀巢产品技术援助有限公司