一種廉價制備長效富氫水的方法
【專利摘要】一種廉價制備長效富氫水的方法，包括以下步驟：步驟一、將縛氫劑和飲用水?dāng)嚢杈鶆虻玫饺芤?；步驟二、將步驟一所得溶液通過管道轉(zhuǎn)移到吸收塔中，吸收塔下部氫氣由下至上運行，在吸收塔中形成氣、液兩相逆流混合，充分接觸而達(dá)到吸收平衡；步驟三、多余的氫氣從氫氣運行到末端的吸收塔頂端流出，將飽和溶解氫氣的富氫水溶液從吸收塔的塔底流出，用玻璃瓶灌裝，得到長效富氫水；本發(fā)明在常溫、常壓下得到的富氫水氫氣的濃度大于1500ppb，并通過加入縛氫劑使其保存12個月以后，氫氣濃度仍然在1000ppb以上，達(dá)到了工業(yè)化生產(chǎn)和商業(yè)化運作的要求。
【專利說明】一種廉價制備長效富氫水的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功能性飲用水領(lǐng)域，特別涉及一種廉價制備長效富氫水的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)研究得到了一個共同的結(jié)論——人類的健康、壽命等都與生命過程中產(chǎn)生的自由基有關(guān)。也就說，由于人類生命的代謝過程中產(chǎn)生的自由基損傷細(xì)胞，導(dǎo)致多種疾病的產(chǎn)生，影響人類的健康，甚至影響壽命。
[0003]基于這一研究進(jìn)展，人們又開始了清除體內(nèi)自由基的研究，并且取得了重要的研究進(jìn)展和成果。而這些研究成果也與我國幾千年不斷流傳、完善的中草藥祛病、治病的結(jié)果相吻合。因為大多數(shù)中草藥中都含有共同的有效成分一自由基清除劑。如白藜蘆醇、丹參素、黃酮、花青素等等。這 也與民間流傳的保健食品聯(lián)系到了一起，因為許多有效的保健食品中也含有上述自由基清除劑。
[0004]自由基清除劑實際上就是強還原劑?；谶@種原理日本科學(xué)家太田成男于2007年研究表明將氫氣攝入人體內(nèi)也具有明顯的抗氧化(即清除自由基)的作用，而且對于強身健體，預(yù)防、治療許多疾病等都具有意想不到的效果。因此，人們又掀起了研究富氫水的熱潮。國內(nèi)從2011年開始對富氫水進(jìn)行了大量的研究與開發(fā)。主要集中在氫氣的制備上，主要有兩個方面:一種是化學(xué)制氫法，就是用能與水反應(yīng)生成氫氣的化學(xué)物質(zhì)——制氫劑，使用時將制氫劑直接加入到水杯中產(chǎn)生氫氣。如申請的專利《一種高效富氫水生成方法201110175091.9》、《一種鈣鎂富氫水添加劑及其制備方法201210062980.9》、《一種簡便家用制富氫水棒201220578215.8》等等。這種方法產(chǎn)生的氫氣濃度不穩(wěn)定，而且都低于600ppb，同時在水中入了雜質(zhì)，并使水的pH值升高，使水質(zhì)偏離飲用水標(biāo)準(zhǔn)。另一種是電解制氫，就是設(shè)計一種帶有電解裝置的水杯。申請的專利有《富氫水生成方法及富氫水生成器200510068852.5》、《一種富氫水發(fā)生器201120279635.1》、《便攜式富氫水制造裝置201180022475.5》、《家用型富氫水生產(chǎn)設(shè)備201110089244.8》、《高效多功能富氫水機201120489156.2》等等。這種方法在使用時需要電解一段時間，由于隨著電解水溫升高，氫氣的溶解度下降，一般氫氣的濃度也低于800ppb，同時也存在著水的pH值不穩(wěn)定等問題。以上兩種制富氫水的方法都存在著富氫水的質(zhì)量指標(biāo)不穩(wěn)定，氫氣含量達(dá)不到有效的濃度等問題，使得富氫水不能作為一種產(chǎn)品進(jìn)行商業(yè)化運作。
[0005]作為一種保健型飲用水必須具有可工業(yè)化生產(chǎn)、商業(yè)化運作的穩(wěn)定的、有效的質(zhì)量指標(biāo)。因而作為一種商品，富氫水還必須解決兩個重要問題:一是需要可靠的包裝容器，北京活力氫源飲品有限公司申請的中國專利《包裝袋(富氫源牌富氫水)201330221901.X》，使用了鋁箔軟包裝袋進(jìn)行包裝，雖然能有效防止氫氣的耗散，但由于飲用者無法觀看到富氫水的狀態(tài)(如是否變質(zhì)等)帶來諸多不便。二是富氫水中氫氣濃度的穩(wěn)定，日本有限會社春天在中國申請的專利《溶氫水溶液以及延長水溶液中的溶解氫的壽命的方法》CN101573300B，該專利根據(jù)分子間的靜電場作用原理，選用了還原性單糖作為保氫劑，與不加保氫劑相比，在兩天內(nèi)效果明顯，但仍然存在一些不足之處:第一該專利是用電解的方法制備富氫水，需要用含有電解裝置的專用設(shè)備和相應(yīng)的配套設(shè)施，一次性投資較大。第二該專利方法在電解產(chǎn)氫的同時也產(chǎn)生其它無用(甚至不利)的氣體(或其它物質(zhì))以及隨著電解的進(jìn)行水溶液的PH值發(fā)生改變，都將造成富氫水偏離飲用水的基本指標(biāo)。第三該專利方法為了延長富氫水中溶解氫有效濃度，添加了保氫劑，這將與富氫水的生產(chǎn)工藝發(fā)生沖突。若先加入保氫劑，再進(jìn)行電解制氫，則加入的還原性保氫劑也會在電極上放電，造成保氫劑不穩(wěn)定，根據(jù)其闡述的保氫原理，將造成保氫效果下降；若先電解制氫，再進(jìn)行保氫劑的加入，則由于攪拌擾動使溶入的氫濃度下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種廉價制備長效富氫水的設(shè)備及方法，用商業(yè)化的瓶裝氫氣和符合國家標(biāo)準(zhǔn)的飲用水為原料，通過氣、液逆流吸收裝置來制備質(zhì)量穩(wěn)定、氫氣濃度高的富氫水的方法，該方法在常溫、常壓下得到的富氫水氫氣的濃度大于1500ppb，并通過加入縛氫劑使其保存12個月以后，氫氣濃度仍然在1000ppb以上，達(dá)到了工業(yè)化生產(chǎn)和商業(yè)化運作的要求。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008]一種廉價制備長效富氫水的方法，包括以下步驟:
[0009]步驟一、將縛氫劑和符合國家標(biāo)準(zhǔn)的飲用水按照質(zhì)量比為(0.01~1.5):100混合，攪拌均勻，在室溫下得到均一穩(wěn)定的溶液；所述的縛氫劑包括淀粉、α-環(huán)糊精、β-環(huán)糊精、面粉、海藻酸鈉、寡聚果糖和海藻酸鈉中的一種或多種的任意比率混合；
[0010]步驟二、將步驟 一所得溶液通過管道轉(zhuǎn)移到富氫水生產(chǎn)裝置上部的液體入口 I處再進(jìn)入到吸收塔2中，吸收塔2下部設(shè)置有氫氣入口 3 ;使得水由上而下運行，氫氣由下至上運行，吸收塔2的高度不低于1.0米，在吸收塔中形成氣、液兩相逆流混合，充分接觸而達(dá)到吸收平衡；
[0011]步驟三、多余的氫氣從氫氣運行到末端的吸收塔2頂端流出，將飽和溶解氫氣的富氫水溶液從吸收塔2的塔底流出，氫氣的含量> 1500ppb，用玻璃瓶灌裝，得到長效富氫水，儲存12個月以上，氫氣含量> 1000ppb0
[0012]所述的富氫水生產(chǎn)裝置采用一個或多個吸收塔2串聯(lián)來控制富氫水出口的壓力，壓力的大小取決于一個或多個吸收塔中水柱的總高度，出口壓力范圍為0.10~0.50Mpa。
[0013]所述的出口壓力范圍最理想的為0.12~0.25Mpa。
[0014]本發(fā)明特點為:
[0015]1、選用了商用化的瓶裝(或罐裝)氫氣作為富氫水制備的氫源，用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的飲用水為原料，通過吸收裝置將氣、液兩相逆流運行達(dá)到富氫水制備的目的。由于瓶裝(或灌裝)氫氣已經(jīng)是成熟的工業(yè)化商品，有穩(wěn)定的貨源和質(zhì)量指標(biāo)，使得該制富氫水的方法有兩個明顯特點:其一與電解產(chǎn)氫法相比，工藝上省去了電解裝以及相應(yīng)的配套設(shè)施，一次性投資費用大幅度降低；其二與化學(xué)產(chǎn)氫法相比，本發(fā)明屬于物理方法吸氫、保氫。至始至終不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不帶入或產(chǎn)生任何不相關(guān)的物質(zhì)。保證了富氫水的組成穩(wěn)定且符合國家飲用水的基本標(biāo)準(zhǔn)，同時保證了富氫水中氫氣濃度的穩(wěn)定。
[0016]2、將水由上而下運行，氫氣由下至上運行，形成氣、液兩相逆流混合，充分接觸而達(dá)到吸收平衡。氫氣在水中飽和溶解度受溫度、壓力的影響較大，本發(fā)明容易通過控制吸收塔中水柱的總高度來控制富氫水出口的壓力，繼而控制富氫水中氫氣的濃度。
[0017]3、由于氫氣在水中的飽和溶解度隨壓力的增大而增大，為了氫氣的充分了利用，本發(fā)明的富氫水的生產(chǎn)工藝流程中采用一個(如圖1所示)或多個吸收塔串聯(lián)工藝(如圖2所示)來控制富氫水出口的壓力。壓力的大小取決于一個或多個吸收塔中水柱的總高度。本工藝的出口壓力范圍為0.10~0.50Mpa,最理想的壓力范圍為0.12~0.25Mpa。將吸收塔多級串聯(lián)，很方便地依靠水柱自身壓力調(diào)節(jié)或提高氫氣的吸收壓力。參照圖2，將4個吸收塔串聯(lián)，從右向左依次標(biāo)記為I號塔，2號塔、3號塔和4號塔，4號塔到I號塔在常溫下，吸收壓力依次增大,氫氣的飽和溶解度也依次增大。這樣在常溫下富氫水中氫氣的濃度大大高于電解制氫法和化學(xué)制氫法，而且不需要任何輔助設(shè)施和設(shè)備。
[0018]4、末端的吸收塔，如圖2中的I號塔下富氫水的壓力最大，溶解氫的濃度最高，不經(jīng)任何操作和擾動直接進(jìn)行灌裝，容易保證富氫水的組成和溶解氫濃度的穩(wěn)定，有利于工業(yè)化生產(chǎn)和商業(yè)化 運作。
[0019]5、由于氫氣的分子量和分子的尺度都較小，使其滲透性能和溢出性能都很高。所以，制備好的富氫水氫氣的含量會迅速下降，達(dá)不到商用化的要求。本發(fā)明也正是利用氫氣分子這一特征，使用了特殊結(jié)構(gòu)的水溶性大分子或高分子作為縛氫劑。由于所用的縛氫劑是具有環(huán)狀、籠狀、筒狀、杯狀或網(wǎng)狀等特殊結(jié)構(gòu)或是多種結(jié)構(gòu)的復(fù)合體(如環(huán)糊精或者將多種縛氫劑混合使用)，將氫氣束縛在其中，形成包合物，溢出性能大大降低，使其在很長的時間段內(nèi)保持較穩(wěn)定的氫氣濃度。
[0020]6、本發(fā)明選用密度較高的常用材料如玻璃，因為富氫水的保存期除了與其自身的組成有關(guān)以外，還與包裝容器的材質(zhì)有關(guān)。由于氫氣的分子量很小，滲透性能很高，只有選擇密度較高的玻璃材料作為包裝容器，才能有效地阻止氫氣的耗散。儲存12個月后氫氣的含量> 1000ppbo
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明所涉及到的富氫水生產(chǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明所涉及到的富氫水生產(chǎn)裝置采用4個吸收塔2串聯(lián)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是添加不同劑量的縛氫劑(α -環(huán)糊精)對富氫水穩(wěn)定性的影響示意圖。
[0024]圖4是玻璃瓶容器和塑料(聚酯)瓶容器對富氫水穩(wěn)定性的影響示意圖。
[0025]圖5是添加海藻酸鈉對富氫水穩(wěn)定性的影響示意圖。
[0026]圖6是添加寡聚果糖對富氫水穩(wěn)定性的影響示意圖。
[0027]圖7是同時添加海藻酸鈉，寡聚果糖對富氫水穩(wěn)定性的影響示意圖。
[0028]圖1和圖2中:1—液體入口 ；2—吸收塔；3—氧氣入口。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于所舉實施例范圍。
[0030]實施例一
[0031 ] 將淀粉按照10克加入到1000克水中的比例混合，攪拌均勻。在攪拌狀態(tài)下緩慢升溫至70— 80°C，保溫反應(yīng)10-20分鐘后，降溫至20°C時停止攪拌。將該溶液轉(zhuǎn)移到圖1的裝置中，通入市售的瓶裝氫氣，直至氫氣含量達(dá)到1500ppb為止(約10分鐘)。將該富氫水密封于玻璃瓶內(nèi)，在室溫下保存20天后測得氫氣含量為IOSOppb。
[0032]實施例二
[0033]將α -環(huán)糊精按照10克加入到1000克水中的比例混合，攪拌均勻。并在室溫下繼續(xù)攪拌反應(yīng)10-15分鐘后停止攪拌。將該溶液轉(zhuǎn)移到圖2的裝置中，通入市售的瓶裝氫氣，直至氫氣含量達(dá)到1500ppb為止(約25分鐘)。將該富氫水密封于玻璃瓶內(nèi)，在室溫下保存22天后測得氫氣含量為1120ppb。
[0034]實施例三
[0035]將小麥面粉按照10克加入到1000克水中的比例混合，攪拌均勻。在攪拌狀態(tài)下緩慢升溫至70— 80°C，保溫反應(yīng)10-20分鐘后，降溫至20°C時停止攪拌。將該溶液轉(zhuǎn)移到圖1的裝置中，通入市售的瓶裝氫氣，直至氫氣含量達(dá)到1500ppb為止(約10分鐘)。將該富氫水密封于玻璃瓶內(nèi)，在室溫下保存180天后測得氫氣含量為910ppb。
[0036]實施例四
[0037]將海藻酸鈉按照0.1克加入到1000克水中的比例混合，攪拌均勻。將該溶液轉(zhuǎn)移到圖2的裝置中，通入市售的瓶裝氫氣，直至氫氣含量達(dá)到1500ppb為止(約10分鐘)。如圖5所示，將該富氫水密封于玻璃瓶內(nèi)，在室溫下保存12個月后測得氫氣含量為lOlOppb。
[0038]實施例五
[0039]將寡聚果糖按照I克加入到1000克水中的比例混合，攪拌均勻。將該溶液轉(zhuǎn)移到圖1的裝置中，通入市售的瓶裝氫氣，直至氫氣含量達(dá)到1500ppb為止(約10分鐘)。如圖6所示，圖6是添加寡聚果糖對富氫水穩(wěn)定性的影響，將該富氫水密封于玻璃瓶內(nèi)，在室溫下保存12個月后測得氫氣含量為1050ppb。
[0040]實施例六
[0041]按照0.1克海藻酸鈉、I克寡聚果糖加入到1000克水中的比例混合，攪拌均勻。將該溶液轉(zhuǎn)移到圖2的裝置中，通入市售的瓶裝氫氣，直至氫氣含量達(dá)到1500ppb為止(約10分鐘)。將該富氫水密封于玻璃瓶內(nèi)，在室溫下保存12個月后測得氫氣含量為1150ppb。，參照圖7，圖7是同時添加海藻酸鈉，寡聚果糖對富氫水穩(wěn)定性的影響。
[0042]本發(fā)明所用的縛氫劑為水溶性大分子或高分子主要包含面粉、淀粉等天然非還原性多糖大分子；包含天然產(chǎn)物經(jīng)人工改性而成的非還原性多糖大分子，如海藻酸鈉、羧甲基纖維素、羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、α-環(huán)糊精、β_環(huán)糊精等以及包含人工合成的非糖類大分子，如聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉、聚甲基丙烯酸鈉、聚氧化馬來酸等。其中最為理想縛氫劑為海藻酸鈉和寡聚果糖。海藻酸鈉枝化度高，加入較少的量就具有較好縛氫效果，而且廉價易得，使富氫水的生產(chǎn)成本大幅度降低；寡聚果糖具有環(huán)狀、杯狀等復(fù)合的特殊結(jié)構(gòu)，具有良好地縛氫效果；另外，低聚果糖對腸道中有益菌群如雙岐桿菌、乳酸桿菌等有選擇性增殖作用，抑制有害菌的生長，同時腸道菌群具有產(chǎn)生氫氣的能力，口服低聚果糖可促進(jìn)腸道氫氣的產(chǎn)生，起到了縛氫產(chǎn)氫的雙重效果。他們單獨使用或多種復(fù)配使用都具有良好地縛氫效果，配合本發(fā)明的富氫水的生產(chǎn)工藝，可使富氫水的氫氣的濃度達(dá)到1200ppb以上，保存12個月以后，氫氣的濃度仍然在1000ppb以上。
[0043]圖3是使用縛氫劑以后，富氫水穩(wěn)定性的實驗數(shù)據(jù):
[0044]從圖3中可以看出，在相同的保存條件下，加入α -環(huán)糊精可使富氫水的保存期延長，而且隨著α-環(huán)糊精加入量的增加，富氫水的保存期也在不斷延長。當(dāng)α-環(huán)糊精的加入量超過1%時，富氧水的保存期將大幅度提聞，并趨于穩(wěn)定。
[0045]本發(fā)明的特征之四是對影響富氫水的貯存和使用壽命包裝材料進(jìn)行了研究。富氫水的保存期除了與其自身的組成有關(guān)以外，還與包裝容器的材質(zhì)有關(guān)。由于氫氣的分子量很小，滲透性能很高，只有選擇密度較高的材料作為包裝容器，才能有效地阻止氫氣的耗散。本專利選用密度較高的常用材料如玻璃、聚酯樹脂塑料等作為包裝容器進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，參照圖4，是在相同條件下，用玻璃容器與聚酯塑料容器進(jìn)行比較的實驗數(shù)據(jù)可以看出玻璃可有效阻止氫氣的耗 散。
【權(quán)利要求】
1.一種廉價制備長效富氫水的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、將縛氫劑和符合國家標(biāo)準(zhǔn)的飲用水按照質(zhì)量比為(0.01~1.5):100混合，攪拌均勻，在室溫下得到均一穩(wěn)定的溶液；所述的縛氫劑包括淀粉、α-環(huán)糊精、β-環(huán)糊精、面粉、海藻酸鈉、寡聚果糖和海藻酸鈉中的一種或多種的任意比率混合； 步驟二、將步驟一所得溶液通過管道轉(zhuǎn)移到富氫水生產(chǎn)裝置上部的液體入口(I)處再進(jìn)入到吸收塔(2)中，吸收塔(2)下部設(shè)置有氫氣入口(3);使得水由上而下運行，氫氣由下至上運行，吸收塔(2)的高度不低于1.0米，在吸收塔中形成氣、液兩相逆流混合，充分接觸而達(dá)到吸收平衡； 步驟三、多余的氫氣從氫氣運行到末端的吸收塔(2)頂端流出，將飽和溶解氫氣的富氫水溶液從吸收塔(2)的塔底流出，氫氣的含量≥ 1500ppb，用玻璃瓶灌裝，得到長效富氫水，儲存12個月以上氫氣含量≥1000ppb0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廉價制備長效富氫水的方法，其特征在于，所述的富氫水生產(chǎn)裝置采用一個或多個吸收塔(2)串聯(lián)來控制富氫水出口的壓力，壓力的大小取決于一個或多個吸收塔中水柱的總高度，出口壓力范圍為0.10~0.50Mpa。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種廉價制備長效富氫水的方法，其特征在于，所述的出口壓力范圍為0.12~0.25Mpa。
【文檔編號】C02F1/68GK104016471SQ201410211336
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】劉健康, 曹瑞軍, 侯晨, 趙琳 申請人:西安交通大學(xué)