瓶装富氢水饮料及其制备方法与制备系统与流程

本发明涉及功能性饮用水领域，尤指一种安全性佳且可以被长效保存的瓶装富氢水饮料及其制备方法与制备系统。

背景技术：

生物学、医学、生命科学等领域的科学研究得到了一个共同的结论，就是人类的健康与寿命都与生命过程中产生的自由基有关。简单来说，人类生命的代谢过程中产生的自由基是人体中一种非常活跃且不稳定的物质，它会与细胞发生反应，使细胞出现异常或死亡，并造成各种慢性病和老化。自由基对细胞的伤害，主要有四项：

1.使脂质过氧化，降低解毒功能；

2.伤害细胞的DNA，造成细胞突变；

3.破坏体内代谢酵素，干扰离子平衡；及

4.造成发炎反应，降低免疫功能。

根据许多医学研究报告指出，自由基与老化、动脉硬化、脑中风、心脏病、白内障、肺气肿、糖尿病、老年失智症、癌症等均有密切关系。

想要减低自由基的伤害，一般可从两方面着手：其一是减少自由基生成，例如，可通过维持良好的生活习惯、避免处于受污染的环境、控制饮 食与情绪等手段来达成；另一方面是想办法消除或减低已经生成的自由基的影响，例如，可通过摄取食物中的抗氧化物来减少自由基的产生。然而就后者来说，大部分的抗氧化物(如维生素)并不容易穿透细胞膜，且不能针对性地只把恶性活性氧消灭，更何况大量的维生素不容易被人体吸收及储存。

基于日本科学家2007年发表“摄入人体内的氢气具有显着的抗氧化(即清除自由基)作用”的研究结果，掀起了富氢水的研究热潮。富氢水(又名水素水，Hydrogen Water)不但是健康水，更是目前最理想且最安全的抗氧化剂；原因在于，富氢水很容易进入到细胞内并参与细胞间的物质代谢，从而促进细胞排毒，并增加细胞的水合作用，以提升人体的免疫力，对氧自由基引起的各种疾病都有良好的预防及治疗效果；并且，富氢水除了可供饮用外，还可当作保湿化妆水使用，对皮肤美容及褪除色斑特别有效。

然而，作为一种保健型饮用水必须要达到可工业化生产和商业化运作的稳定且有效的质量指标；也就是说，富氢水本身作为一种商品势必要解决饮料的卫生要求、具体的含氢量指标要求、保存或运输要求及是否可稳定大量生产的技术特性等几大问题。一般市售的饮料由于技术成熟早都已经解决上述问题问槛，但由于氢气非常容易逸散，传统的富氢水饮料技术无法全面满足上面的要求。现有的技术是通过可靠的包装容器，例如金属容器或玻璃容器能有效减缓氢气耗散的速度，但封罐过程中会一同封存氧气而造成加速氢气逸散，保存上约2个月左右已没有氢气含量，虽然可通过严格的温度控制或满瓶装填来降低氢气耗散的量，但成品无法承受有效的高温灭菌程序。因此总观目前的氢水饮料技术仍然存在一些不足之处。

技术实现要素：

本发明基于高安全性及长久保存性的考量，主要的目的在于提供一种瓶装富氢水饮料及其制备方法与制备系统，所述瓶装富氢水饮料可保持水中比较高的氢气含量，同时满足氢水产品的储存运输需求。

为达上述目的，本发明实施例提供的瓶装富氢水饮料，其特征在于，在一瓶装容器内填充富氢水饮料，所述瓶装容器内具有一未被所述富氢水饮料所占据的一气体容置空间，氢气及具惰性的气体被保存在所述气体容置空间内。

本发明实施例提供的瓶装富氢水饮料的制备系统包括：一氢气产生器、一水储存槽、一水源、一过滤装置、具惰性气体供应源及一装瓶装置。其中，所述水储存槽具有一气体输入端、一液体输入端及一输出端，其中所述气体输入端与所述氢气产生器相连通；所述水源与所述水储存槽的所述液体输入端相连通；所述过滤装置设置于所述水储存槽与所述水源之间；所述具惰性气体供应源经由一气液混合器以与所述水储存槽的所述输出端相连通；所述装瓶装置与所述气液混合器相连通。

本发明实施例提供的瓶装富氢水饮料的制备方法包括以下步骤：首先，提供富氢水饮料；接着，在所述富氢水饮料中混入氮气，以形成含氮的富氢水饮料；然后，将所述含氮的富氢水饮料填充到一瓶装容器内，而所述含氮的富氢水饮料于填充时，其中一部分的氢气及氮气会同时从液体表面释出以将空气从所述瓶装容器中完全赶出；最后，迅速将所述瓶装容器予以密封，以使所述瓶装容器内的未被所述富氢水饮料所占据的一气体容置空间中保存氢气及氮气。

本发明至少具有以下有益效果：

首先，本发明的方法利用“氢气与饮用水在特定压力下进行接触(导入于水储存槽3内的氢气压力是保持在1bar左右或更高)以形成富氢水饮料，并配合在富氢水饮料中混入氮气，且所通入氢气的压力大于所通入 氮气的压力”的技术手段，可提供饮用水与氢气间的良好接触，使饮用水中能溶解大量氢气，所形成的富氢水饮料具有高还原性(氧化还原电位可以达到-600mV～-700mV)。

再者，由于氮气的加入可以将瓶内的空气赶出瓶外，并可帮助瓶装容器内达成压力平衡状态，以保持水中的氢气不析出，因此所制得的瓶装富氢水饮料成品可以长期维持初期的高还原性状态，开瓶即可饮用。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。

附图说明

图1为本发明的瓶装富氢水饮料的制备方法的流程示意图。

图2为本发明的瓶装富氢水饮料的制备系统的架构图。

图3为图2所示的步骤S104的制作过程示意图。

【符号说明】

100 瓶装富氢水饮料的制备系统

1 氢气产生器

2 气液分离器

3 水储存槽

31 气体输入端

32 液体输入端

33 输出端

4 水源

5 过滤装置

51 活性碳过滤芯

52 紫外线杀菌滤芯

53 纳米银滤芯

6 具惰性气体供应源

7 气液混合器

8 装瓶装置

B 瓶装容器

H 富氢水饮料

S 气体容置空间

具体实施方式

本发明所披露的技术内容主要是关于利用“无须在水中添加化学物质且无须耗费大量能源”的方法制备富氢水饮料，而后将所制成的富氢水饮料填充于瓶装容器内，并保持水中的氢气不析出的技术手段，通过此技术手段的具体实现，可工业化生产日常生活所需的保健饮用水。

下文特举一优选实施例，并配合所附图式说明本发明的实施方式，本领域的技术人员可由本说明书所披露的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的图式仅为简单示意说明，并非依实际尺寸描绘，先予叙明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所披露的内容并非用以限制本发明的技术范畴。

请先参阅图1，本发明优选实施例提供的瓶装富氢水饮料的制备方法包括：步骤S100，提供富氢水饮料；步骤S102，在富氢水饮料中混入氮气，以形成含氮的富氢水饮料；步骤S104，将含氮的富氢水饮料填充到瓶装容器内，而含氮的富氢水饮料于填充时，其中一部分的氢气及氮气会同时从表面释出以将空气从瓶装容器中完全赶出；步骤S106，迅速将瓶装容器予以密封，以在瓶装容器内的未被富氢水饮料所占据的一气体容置空间中保存氢气及氮气。

请配合参阅图2，为本发明的瓶装富氢水饮料的制备系统的架构图。须说明的是，瓶装富氢水饮料的制备系统100适用于执行上述各个步骤。如图所示，制备系统100包括一氢气产生器1、一水储存槽3、一水源4、一过滤装置5、一具惰性气体供应源6、一气液混合器7(gas/water mixer)及一装瓶装置8。接下来将会先简单介绍制备系统100中所有基本装置单元之间的连结关系、各个基本装置单元的具体例及各个基本装置单元的作用，而后再适时地补充上述各个步骤与基本装置单元间的对应关系。

大体上来说，制备系统100在气体和液体的输送设计上，水储存槽3至少具有一气体输入端31、一液体输入端32及一输出端33，其中气体输入端31连接氢气产生器1，液体输入端32经由过滤装置5连接水源4，且输出端33与具惰性气体供应源6同时经由气液混合器7以连接装瓶装置8。

更进一步来说，制备系统100在正常运作时，氢气产生器1作为系统中的氢气源可连续且稳定地供应氢气于水储存槽3内。而优选的设计是，氢气产生器1可通过电解水来产生氢气，其中水分子会在电极上发生电化学反应以分解成氢气及氧气；本领域的技术人员应理解，虽然此种产氢方式较为简易且制氢成本较低，但本发明并不限制于此。

水源4可供应与氢气接触前的饮用水或各种饮料例如含果蔬汁饮料、碳酸饮料、茶类饮料或机能饮料于水储存槽3内，而饮用水中的矿物质优选为钙、钾、钠、铁、锌、镁。且为进一步符合饮用水的水质标准，由水源4提供的饮用水在导入水储存槽3之前须经过过滤装置5以滤除水中的杂质、污染物、病菌及微生物等。本实施例中，过滤装置5可以仅包括一活性碳过滤芯51、一紫外线杀菌滤芯5或一纳米银滤芯53；而优选的设计是，过滤装置5同时包括所述三者，其中活性碳过滤芯51连通于水源，一纳米银滤芯53连通于水储存槽3的液体输入端32，紫外线杀菌滤芯52接设于活性碳过滤芯51与纳米银滤芯53之间。由于各个滤芯的作用为本领域的技术人员所熟知，故在此不予赘述。

水储存槽3提供氢气与饮用水在特定压力下进行接触，使氢气溶解于饮用水中；本实施例中，导入于水储存槽3内的氢气压力是保持在1bar左右或更高，以维持饮用水与氢气间的良好接触状态，进而获得饮用水中能溶解大量氢气的富氢水饮料，其氧化还原电位(ORP)可以达到-600mV～-700mV(即具有高还原性)。再者，可于氢气产生器1与水储存槽3的气体输入端31之间进一步设置一气液分离器(gas/water separator)，藉此去除气体水分及颗粒物质。须说明的是，本文中所提及“富氢水饮料”一词，指的是单纯富氢水或利用富氢水调制而成的各种味道的饮料。

具惰性气体供应源6可以在富氢水饮料流经气液混合器7的期间，供应具惰性的气体至气液混合器7，由气液混合器7将具惰性的气体及富氢水饮料混合后，再输送至装瓶装置8以进行填充装瓶及封盖。本实施例中，具惰性的气体可为氮气，但本发明并不限制于此；举例来说，在其他的实 施例中，具惰性的气体可为包含氮气并包含氦气、氖气、氩气及二氧化碳气体之中的至少一种的混合气体。

请再配合参阅图3，其显示富氢水饮料于进行填充装瓶及封盖的过程。值得注意的是，富氢水饮料于填充时，由于瓶装容器B内的气体压力处于不平衡状态，因而其中一部分的氢气及氮气会自液体表面释出，并可将瓶装容器B内的空气完全赶出到瓶装容器B外；此时若迅速将瓶装容器B予以密封，则瓶装容器B内可形成一未被富氢水饮料填满的一气体容置空间S，且气体容置空间S内仅保存有氢气及氮气，同时瓶装容器B内可达成压力平衡状态，以保持水中的氢气不析出。据此，所制得的瓶装富氢水饮料可以长期储存，开瓶即可饮用。附带一提，瓶装容器B可为具氢气阻隔性的合成树脂制瓶、玻璃制瓶、金属制瓶。

请一并参阅图1至图3，首先，制备系统100于执行步骤S100时，由氢气产生器1供应的氢气会先进入气液分离器2，将气体水分及颗粒物质去除后再导入于水储存槽3；另外，由水源4供应的饮用水则会先进入过滤装置5，将饮用水中的杂质、污染物、病菌及微生物等滤除后再导入于水储存槽3；而后氢气与饮用水即可在特定压力下进行接触并形成富氢水饮料。

接着，制备系统100于执行步骤S102时，所形成的富氢水饮料会先进入气液混合器7，同时在气液混合器7中与由具惰性气体供应源6提供的氮气进行混合后再导入于装瓶装置8，其中在富氢水饮料中即暂时存在有氢气及氮气。

然后，制备系统100于执行步骤S104及步骤S106时，所形成的含氮气的富氢水饮料可由装瓶装置8注入瓶装容器B，且装瓶装置8会在瓶装容器B内的富氢水饮料填充至一定程度时，迅速在瓶装容器B上加盖，藉此将瓶装容器B予以密封，完成瓶装富氢水饮料的制备。

[发明效果]

综上所述，与传统制备富氢水产品的方法相比，利用上述本发明的方法所制成的瓶装富氢水饮料至少具有以下优点：

首先，本发明的方法利用“氢气与饮用水在特定压力下进行接触(导入于水储存槽3内的氢气压力是保持在1bar左右或更高)以形成富氢水饮料，并配合在富氢水饮料中混入氮气，且所通入氢气的压力大于所通入氮气的压力”的技术手段，可提供饮用水与氢气间的良好接触，使饮用水中能溶解大量氢气，所形成的富氢水饮料具有高还原性(氧化还原电位可以达到-600mV～-700mV)。

再者，由于氮气的加入可以将瓶内的空气赶出瓶外，并可帮助瓶装容器内达成压力平衡状态，以保持水中的氢气不析出，因此所制得的瓶装富氢水饮料成品可以长期维持初期的高还原性状态，开瓶即可饮用。

承上述，利用本发明的方法制成的瓶装富氢水饮料中，气体容置空间S的体积可满足以下的关系式：

V_f(T₀)≥1.1×V_w(T_o)×[ρ(T_o)/ρ(T)–1]，

其中，V_f(T₀)表示气体容置空间的最小体积，V_w(T_o)表示富氢水饮料填充于瓶装容器的初始体积，ρ(T_o)表示富氢水饮料填充于瓶装容器的初始密度，ρ(T)表示富氢水饮料填充于瓶装容器于设定的最高使用温度下的最终密度。藉此，所制得的瓶装富氢水饮料成品安全性高，其可以保存在比较宽广的环境温度范围内而不会有容器变形或过压渗漏的危险，便于运输和销售。

此外，本发明的方法无须在水中添加化学物质且无须耗费大量能源，因此有利于工业化生产。

然以上所述仅为本发明的优选实施例，非意欲局限本发明的专利保护范围，故举凡运用本发明说明书及图式内容所为的等效变化，同理均包含于本发明的权利保护范围内，合予陈明。