一种廉价制备长效富氢水的方法
【专利摘要】一种廉价制备长效富氢水的方法，包括以下步骤：步骤一、将缚氢剂和饮用水搅拌均匀得到溶液；步骤二、将步骤一所得溶液通过管道转移到吸收塔中，吸收塔下部氢气由下至上运行，在吸收塔中形成气、液两相逆流混合，充分接触而达到吸收平衡；步骤三、多余的氢气从氢气运行到末端的吸收塔顶端流出，将饱和溶解氢气的富氢水溶液从吸收塔的塔底流出，用玻璃瓶灌装，得到长效富氢水；本发明在常温、常压下得到的富氢水氢气的浓度大于1500ppb，并通过加入缚氢剂使其保存12个月以后，氢气浓度仍然在1000ppb以上，达到了工业化生产和商业化运作的要求。
【专利说明】一种廉价制备长效富氢水的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及功能性饮用水领域，特别涉及一种廉价制备长效富氢水的方法。
【背景技术】
[0002]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——人类的健康、寿命等都与生命过程中产生的自由基有关。也就说，由于人类生命的代谢过程中产生的自由基损伤细胞，导致多种疾病的产生，影响人类的健康，甚至影响寿命。
[0003]基于这一研究进展，人们又开始了清除体内自由基的研究，并且取得了重要的研究进展和成果。而这些研究成果也与我国几千年不断流传、完善的中草药祛病、治病的结果相吻合。因为大多数中草药中都含有共同的有效成分一自由基清除剂。如白藜芦醇、丹参素、黄酮、花青素等等。这 也与民间流传的保健食品联系到了一起，因为许多有效的保健食品中也含有上述自由基清除剂。
[0004]自由基清除剂实际上就是强还原剂。基于这种原理日本科学家太田成男于2007年研究表明将氢气摄入人体内也具有明显的抗氧化(即清除自由基)的作用，而且对于强身健体，预防、治疗许多疾病等都具有意想不到的效果。因此，人们又掀起了研究富氢水的热潮。国内从2011年开始对富氢水进行了大量的研究与开发。主要集中在氢气的制备上，主要有两个方面:一种是化学制氢法，就是用能与水反应生成氢气的化学物质——制氢剂，使用时将制氢剂直接加入到水杯中产生氢气。如申请的专利《一种高效富氢水生成方法201110175091.9》、《一种钙镁富氢水添加剂及其制备方法201210062980.9》、《一种简便家用制富氢水棒201220578215.8》等等。这种方法产生的氢气浓度不稳定，而且都低于600ppb，同时在水中入了杂质，并使水的pH值升高，使水质偏离饮用水标准。另一种是电解制氢，就是设计一种带有电解装置的水杯。申请的专利有《富氢水生成方法及富氢水生成器200510068852.5》、《一种富氢水发生器201120279635.1》、《便携式富氢水制造装置201180022475.5》、《家用型富氢水生产设备201110089244.8》、《高效多功能富氢水机201120489156.2》等等。这种方法在使用时需要电解一段时间，由于随着电解水温升高，氢气的溶解度下降，一般氢气的浓度也低于800ppb，同时也存在着水的pH值不稳定等问题。以上两种制富氢水的方法都存在着富氢水的质量指标不稳定，氢气含量达不到有效的浓度等问题，使得富氢水不能作为一种产品进行商业化运作。
[0005]作为一种保健型饮用水必须具有可工业化生产、商业化运作的稳定的、有效的质量指标。因而作为一种商品，富氢水还必须解决两个重要问题:一是需要可靠的包装容器，北京活力氢源饮品有限公司申请的中国专利《包装袋(富氢源牌富氢水)201330221901.X》，使用了铝箔软包装袋进行包装，虽然能有效防止氢气的耗散，但由于饮用者无法观看到富氢水的状态(如是否变质等)带来诸多不便。二是富氢水中氢气浓度的稳定，日本有限会社春天在中国申请的专利《溶氢水溶液以及延长水溶液中的溶解氢的寿命的方法》CN101573300B，该专利根据分子间的静电场作用原理，选用了还原性单糖作为保氢剂，与不加保氢剂相比，在两天内效果明显，但仍然存在一些不足之处:第一该专利是用电解的方法制备富氢水，需要用含有电解装置的专用设备和相应的配套设施，一次性投资较大。第二该专利方法在电解产氢的同时也产生其它无用(甚至不利)的气体(或其它物质)以及随着电解的进行水溶液的PH值发生改变，都将造成富氢水偏离饮用水的基本指标。第三该专利方法为了延长富氢水中溶解氢有效浓度，添加了保氢剂，这将与富氢水的生产工艺发生冲突。若先加入保氢剂，再进行电解制氢，则加入的还原性保氢剂也会在电极上放电，造成保氢剂不稳定，根据其阐述的保氢原理，将造成保氢效果下降；若先电解制氢，再进行保氢剂的加入，则由于搅拌扰动使溶入的氢浓度下降。
【发明内容】
[0006]为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种廉价制备长效富氢水的设备及方法，用商业化的瓶装氢气和符合国家标准的饮用水为原料，通过气、液逆流吸收装置来制备质量稳定、氢气浓度高的富氢水的方法，该方法在常温、常压下得到的富氢水氢气的浓度大于1500ppb，并通过加入缚氢剂使其保存12个月以后，氢气浓度仍然在1000ppb以上，达到了工业化生产和商业化运作的要求。
[0007]为了达到上述目的，本发明的技术方案为:
[0008]一种廉价制备长效富氢水的方法，包括以下步骤:
[0009]步骤一、将缚氢剂和符合国家标准的饮用水按照质量比为(0.01~1.5):100混合，搅拌均匀，在室温下得到均一稳定的溶液；所述的缚氢剂包括淀粉、α-环糊精、β-环糊精、面粉、海藻酸钠、寡聚果糖和海藻酸钠中的一种或多种的任意比率混合；
[0010]步骤二、将步骤 一所得溶液通过管道转移到富氢水生产装置上部的液体入口 I处再进入到吸收塔2中，吸收塔2下部设置有氢气入口 3 ;使得水由上而下运行，氢气由下至上运行，吸收塔2的高度不低于1.0米，在吸收塔中形成气、液两相逆流混合，充分接触而达到吸收平衡；
[0011]步骤三、多余的氢气从氢气运行到末端的吸收塔2顶端流出，将饱和溶解氢气的富氢水溶液从吸收塔2的塔底流出，氢气的含量> 1500ppb，用玻璃瓶灌装，得到长效富氢水，储存12个月以上，氢气含量> 1000ppb0
[0012]所述的富氢水生产装置采用一个或多个吸收塔2串联来控制富氢水出口的压力，压力的大小取决于一个或多个吸收塔中水柱的总高度，出口压力范围为0.10~0.50Mpa。
[0013]所述的出口压力范围最理想的为0.12~0.25Mpa。
[0014]本发明特点为:
[0015]1、选用了商用化的瓶装(或罐装)氢气作为富氢水制备的氢源，用符合国家标准的饮用水为原料，通过吸收装置将气、液两相逆流运行达到富氢水制备的目的。由于瓶装(或灌装)氢气已经是成熟的工业化商品，有稳定的货源和质量指标，使得该制富氢水的方法有两个明显特点:其一与电解产氢法相比，工艺上省去了电解装以及相应的配套设施，一次性投资费用大幅度降低；其二与化学产氢法相比，本发明属于物理方法吸氢、保氢。至始至终不发生化学反应，也不带入或产生任何不相关的物质。保证了富氢水的组成稳定且符合国家饮用水的基本标准，同时保证了富氢水中氢气浓度的稳定。
[0016]2、将水由上而下运行，氢气由下至上运行，形成气、液两相逆流混合，充分接触而达到吸收平衡。氢气在水中饱和溶解度受温度、压力的影响较大，本发明容易通过控制吸收塔中水柱的总高度来控制富氢水出口的压力，继而控制富氢水中氢气的浓度。
[0017]3、由于氢气在水中的饱和溶解度随压力的增大而增大，为了氢气的充分了利用，本发明的富氢水的生产工艺流程中采用一个(如图1所示)或多个吸收塔串联工艺(如图2所示)来控制富氢水出口的压力。压力的大小取决于一个或多个吸收塔中水柱的总高度。本工艺的出口压力范围为0.10~0.50Mpa,最理想的压力范围为0.12~0.25Mpa。将吸收塔多级串联，很方便地依靠水柱自身压力调节或提高氢气的吸收压力。参照图2，将4个吸收塔串联，从右向左依次标记为I号塔，2号塔、3号塔和4号塔，4号塔到I号塔在常温下，吸收压力依次增大,氢气的饱和溶解度也依次增大。这样在常温下富氢水中氢气的浓度大大高于电解制氢法和化学制氢法，而且不需要任何辅助设施和设备。
[0018]4、末端的吸收塔，如图2中的I号塔下富氢水的压力最大，溶解氢的浓度最高，不经任何操作和扰动直接进行灌装，容易保证富氢水的组成和溶解氢浓度的稳定，有利于工业化生产和商业化 运作。
[0019]5、由于氢气的分子量和分子的尺度都较小，使其渗透性能和溢出性能都很高。所以，制备好的富氢水氢气的含量会迅速下降，达不到商用化的要求。本发明也正是利用氢气分子这一特征，使用了特殊结构的水溶性大分子或高分子作为缚氢剂。由于所用的缚氢剂是具有环状、笼状、筒状、杯状或网状等特殊结构或是多种结构的复合体(如环糊精或者将多种缚氢剂混合使用)，将氢气束缚在其中，形成包合物，溢出性能大大降低，使其在很长的时间段内保持较稳定的氢气浓度。
[0020]6、本发明选用密度较高的常用材料如玻璃，因为富氢水的保存期除了与其自身的组成有关以外，还与包装容器的材质有关。由于氢气的分子量很小，渗透性能很高，只有选择密度较高的玻璃材料作为包装容器，才能有效地阻止氢气的耗散。储存12个月后氢气的含量> 1000ppbo
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明所涉及到的富氢水生产装置的结构示意图。
[0022]图2是本发明所涉及到的富氢水生产装置采用4个吸收塔2串联的结构示意图。
[0023]图3是添加不同剂量的缚氢剂(α -环糊精)对富氢水稳定性的影响示意图。
[0024]图4是玻璃瓶容器和塑料(聚酯)瓶容器对富氢水稳定性的影响示意图。
[0025]图5是添加海藻酸钠对富氢水稳定性的影响示意图。
[0026]图6是添加寡聚果糖对富氢水稳定性的影响示意图。
[0027]图7是同时添加海藻酸钠，寡聚果糖对富氢水稳定性的影响示意图。
[0028]图1和图2中:1—液体入口 ；2—吸收塔；3—氧气入口。
【具体实施方式】
[0029]下面结合实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不局限于所举实施例范围。
[0030]实施例一
[0031 ] 将淀粉按照10克加入到1000克水中的比例混合，搅拌均匀。在搅拌状态下缓慢升温至70— 80°C，保温反应10-20分钟后，降温至20°C时停止搅拌。将该溶液转移到图1的装置中，通入市售的瓶装氢气，直至氢气含量达到1500ppb为止(约10分钟)。将该富氢水密封于玻璃瓶内，在室温下保存20天后测得氢气含量为IOSOppb。
[0032]实施例二
[0033]将α -环糊精按照10克加入到1000克水中的比例混合，搅拌均匀。并在室温下继续搅拌反应10-15分钟后停止搅拌。将该溶液转移到图2的装置中，通入市售的瓶装氢气，直至氢气含量达到1500ppb为止(约25分钟)。将该富氢水密封于玻璃瓶内，在室温下保存22天后测得氢气含量为1120ppb。
[0034]实施例三
[0035]将小麦面粉按照10克加入到1000克水中的比例混合，搅拌均匀。在搅拌状态下缓慢升温至70— 80°C，保温反应10-20分钟后，降温至20°C时停止搅拌。将该溶液转移到图1的装置中，通入市售的瓶装氢气，直至氢气含量达到1500ppb为止(约10分钟)。将该富氢水密封于玻璃瓶内，在室温下保存180天后测得氢气含量为910ppb。
[0036]实施例四
[0037]将海藻酸钠按照0.1克加入到1000克水中的比例混合，搅拌均匀。将该溶液转移到图2的装置中，通入市售的瓶装氢气，直至氢气含量达到1500ppb为止(约10分钟)。如图5所示，将该富氢水密封于玻璃瓶内，在室温下保存12个月后测得氢气含量为lOlOppb。
[0038]实施例五
[0039]将寡聚果糖按照I克加入到1000克水中的比例混合，搅拌均匀。将该溶液转移到图1的装置中，通入市售的瓶装氢气，直至氢气含量达到1500ppb为止(约10分钟)。如图6所示，图6是添加寡聚果糖对富氢水稳定性的影响，将该富氢水密封于玻璃瓶内，在室温下保存12个月后测得氢气含量为1050ppb。
[0040]实施例六
[0041]按照0.1克海藻酸钠、I克寡聚果糖加入到1000克水中的比例混合，搅拌均匀。将该溶液转移到图2的装置中，通入市售的瓶装氢气，直至氢气含量达到1500ppb为止(约10分钟)。将该富氢水密封于玻璃瓶内，在室温下保存12个月后测得氢气含量为1150ppb。，参照图7，图7是同时添加海藻酸钠，寡聚果糖对富氢水稳定性的影响。
[0042]本发明所用的缚氢剂为水溶性大分子或高分子主要包含面粉、淀粉等天然非还原性多糖大分子；包含天然产物经人工改性而成的非还原性多糖大分子，如海藻酸钠、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、α-环糊精、β_环糊精等以及包含人工合成的非糖类大分子，如聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、聚甲基丙烯酸钠、聚氧化马来酸等。其中最为理想缚氢剂为海藻酸钠和寡聚果糖。海藻酸钠枝化度高，加入较少的量就具有较好缚氢效果，而且廉价易得，使富氢水的生产成本大幅度降低；寡聚果糖具有环状、杯状等复合的特殊结构，具有良好地缚氢效果；另外，低聚果糖对肠道中有益菌群如双岐杆菌、乳酸杆菌等有选择性增殖作用，抑制有害菌的生长，同时肠道菌群具有产生氢气的能力，口服低聚果糖可促进肠道氢气的产生，起到了缚氢产氢的双重效果。他们单独使用或多种复配使用都具有良好地缚氢效果，配合本发明的富氢水的生产工艺，可使富氢水的氢气的浓度达到1200ppb以上，保存12个月以后，氢气的浓度仍然在1000ppb以上。
[0043]图3是使用缚氢剂以后，富氢水稳定性的实验数据:
[0044]从图3中可以看出，在相同的保存条件下，加入α -环糊精可使富氢水的保存期延长，而且随着α-环糊精加入量的增加，富氢水的保存期也在不断延长。当α-环糊精的加入量超过1%时，富氧水的保存期将大幅度提闻，并趋于稳定。
[0045]本发明的特征之四是对影响富氢水的贮存和使用寿命包装材料进行了研究。富氢水的保存期除了与其自身的组成有关以外，还与包装容器的材质有关。由于氢气的分子量很小，渗透性能很高，只有选择密度较高的材料作为包装容器，才能有效地阻止氢气的耗散。本专利选用密度较高的常用材料如玻璃、聚酯树脂塑料等作为包装容器进行研究发现，参照图4，是在相同条件下，用玻璃容器与聚酯塑料容器进行比较的实验数据可以看出玻璃可有效阻止氢气的耗 散。
【权利要求】
1.一种廉价制备长效富氢水的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、将缚氢剂和符合国家标准的饮用水按照质量比为(0.01~1.5):100混合，搅拌均匀，在室温下得到均一稳定的溶液；所述的缚氢剂包括淀粉、α-环糊精、β-环糊精、面粉、海藻酸钠、寡聚果糖和海藻酸钠中的一种或多种的任意比率混合； 步骤二、将步骤一所得溶液通过管道转移到富氢水生产装置上部的液体入口(I)处再进入到吸收塔(2)中，吸收塔(2)下部设置有氢气入口(3);使得水由上而下运行，氢气由下至上运行，吸收塔(2)的高度不低于1.0米，在吸收塔中形成气、液两相逆流混合，充分接触而达到吸收平衡； 步骤三、多余的氢气从氢气运行到末端的吸收塔(2)顶端流出，将饱和溶解氢气的富氢水溶液从吸收塔(2)的塔底流出，氢气的含量≥ 1500ppb，用玻璃瓶灌装，得到长效富氢水，储存12个月以上氢气含量≥1000ppb0
2.根据权利要求1所述的一种廉价制备长效富氢水的方法，其特征在于，所述的富氢水生产装置采用一个或多个吸收塔(2)串联来控制富氢水出口的压力，压力的大小取决于一个或多个吸收塔中水柱的总高度，出口压力范围为0.10~0.50Mpa。
3.根据权利要求2所述的一种廉价制备长效富氢水的方法，其特征在于，所述的出口压力范围为0.12~0.25Mpa。
【文档编号】C02F1/68GK104016471SQ201410211336
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】刘健康, 曹瑞军, 侯晨, 赵琳 申请人:西安交通大学