CN101484391B - 活化并稳定溶解在水中的氢的方法 - Google Patents

活化并稳定溶解在水中的氢的方法 Download PDF

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Abstract

公开了活化在水中溶解的氢分子并稳定该氢分子浓度的方法。特别公开了活化并稳定在水中溶解的氢分子的方法，其特征在于，使氢离子在水中共存。

Description

活化并稳定溶解在水中的氢的方法
技术领域
本发明涉及一种用于活化并稳定溶解在水中的氢的方法。
背景技术
氢分子在水中的溶解状态被大致分为以分子形式的溶解和以微小气泡形式的溶解。然而，难以区分以分子形式的氢与以小气泡形式的氢，并且据报道，包括小的氢气泡的分子氢在水中的溶解度仅为几ppm的数量级。
其次的问题是溶解的分子氢在水中不稳定，并从水中迅速地蒸发，从而降低了溶解氢的浓度。甚至当氢气在纯中性水(pure neutral water)中溶解达到饱和浓度时，在敞开条件下约2小时后，溶解氢的浓度降低至1/10或更少。因此，为了储存含有溶解的分子氢的溶液，需要认真考虑容器的材料和装灌该容器的方法。
利用分子氢的重大难题就是分子氢的活性。通常地，氢分子主要具有还原性。然而，如图1中所描述的，需要大于活化能的能量来进行反应。已经知道氢分子的活化能很大，因此反应速率很小。据此，没有明显观察到还原反应。
同时，人类向体内摄入有机物质和氧气，并且在所摄入的氧气与所摄入有机物质中的氢成为水的还原过程中产生能量。然而，据报道，在这种氧的还原过程中，大约2％的氧气转化为过氧化物(O2 -)。体内的这种过氧化物被超氧化物歧化酶(SOD)分解为过氧化氢(H2O2)和氧气(参见以下化学式(1))。
Figure G2007800250683D00011
所产生的过氧化氢通过与细胞中的铁离子(Fe2+)或铜离子(Cu1+)反应转化为羟基自由基(OH·)(参见以下化学式(2))。
Fe2++H2O2→Fe3++HO-+HO·(2)，
Cu1++H2O2→Cu2++HO-+HO·(3)。
已经知道羟基自由基具有比过氧化物更高的反应性和更高的氧化能力。羟基自由基通过链式脂质过氧化反应来氧化脂质以形成脂质自由基、脂质过氧自由基以及脂质过氧化物。活性氧会产生下列问题。
1、脂质过氧化物：水不溶性脂类(胆甾醇酯和中性脂质(neutral lipid))与脱辅基蛋白结合后作为脂蛋白在血液中传输。脂蛋白包括低密度脂蛋白(LDL)，该低密度脂蛋白中含有90％的脂质。因此，氧化后，低密度脂蛋白含有最大量的脂质过氧化物。氧化的LDL的形成可能导致动脉硬化。
2、酶活性降低：如果酶类蛋白质被氧化和修饰，酶活性降低，并且细胞的功能减弱。
3、发生动脉硬化、心肌梗塞和大脑梗塞：氧化的LDL可能损伤血管内皮细胞，引发动脉硬化和血栓形成素质(thrombotic diathesis)。
4、致癌作用：所有的活性氧种类都会损害核酸。如果DNA被氧化并被损害，细胞会癌变或死亡。
5、加速老化。
6、减少寿命。
7、白内障。
8、皮肤上出现斑点。
9、阿尔茨海默氏病。
10、肾病。
11、氧化还原调节：活性氧最终引起胰岛素分泌抑制，这可能导致糖尿病等。
如上所述，活性氧对人体产生不利影响。因此，清除这些活性氧是很重要的。通常地，氢分子对人体无害并具有还原性。因此，认为氢分子适于清除活性氧。
然而，如以上所述，已经知道氢分子的反应速率慢，不与例如次氯酸的氧化性物质反应，并且不能直接还原活性氧。如果能将氢分子活化而与活性氧反应，那么就能够获得对人体高度安全的抗活性氧的措施。此外，为了在实践中将氢分子用作抗活性氧的措施，其寿命是一个重要的因素。
发明内容
如果能将氢分子活化而与活性氧反应，那么就能够获得对人体高度安全的抗活性氧的措施。此外，为了在实践中将氢分子用作抗活性氧的措施方法，其寿命是一个重要的因素。
本发明所要解决的问题涉及一种活化溶解在水中的氢分子并稳定该氢分子的浓度的方法。
本发明的发明人发现，通过使氢分子和氢离子在水中共存能够解决以上问题。因此，本发明得以实现。在下文中描述了本发明。
(1)一种活化并稳定溶解在水中的氢分子的方法，其特征在于，该方法包括使氢离子与所述氢分子共存。
(2)根据第(1)项所述的活化并稳定溶解在水中的氢分子的方法，其特征在于，在水中溶解并离解有机酸而产生氢离子。
(3)根据第(1)项所述的活化并稳定溶解在水中的氢分子的方法，其特征在于，在水中溶解并离解二氧化碳气体而产生氢离子。
(4)根据第(1)项所述的活化并稳定溶解在水中的氢分子的方法，其特征在于，向水中吹入氢气而将氢分子溶解在水中。
(5)根据第(1)段所述的活化并稳定溶解在水中的氢分子的方法，其特征在于，阴极电解含有溶解在其中的有机酸的酸性水溶液，并由此产生氢分子以使所述氢分子和氢离子共存。
(6)根据第(1)项所述的活化并稳定溶解在水中的氢分子的方法，其特征在于，使用包括阳极室、阴极室和设置在所述阳极室和所述阴极室之间的中间室的三室型电解池，向所述中间室供给含有溶解在其中的有机酸的酸性水溶液，并由此产生氢分子而使氢离子与氢分子共存。
(7)根据第(1)-(6)项中任意一项所述的活化并稳定溶解在水中的氢分子的方法，其特征在于，对所述水脱气并使氢分子和氢离子共存。
(8)根据第(1)-(7)项中任意一项所述的活化并稳定溶解在水中的氢分子的方法，其特征在于，所述氢分子的浓度为0.1ppm以上。
(9)根据第(1)-(8)项中任意一项所述的活化并稳定溶解在水中的氢分子的方法，其特征在于，所述氢离子的浓度为10-7M以上。
(10)一种溶解有活性氢分子的水的储存容器，其特征在于，该容器为装灌氢气、二氧化碳气体和其中氢分子和氢离子共存的水的耐压容器。
(11)一种溶解有活性氢分子的水的储存容器，其特征在于，该容器为装灌氢气、氮气和其中氢分子和氢离子共存的水的耐压容器。
(12)一种供给溶解有活性氢分子的水的装置，该装置包括：装有其中氢分子和氢离子共存的水的耐压水槽；管道；集气筒，该集气筒用于通过所述管道将氢气和二氧化碳气体或者氢气和氮气压入所述水槽内；以及供给管道，该供给管道用于从所述水槽供给其中氢分子和氢离子共存的水。
(13)一种活性氧清除剂，该活性氧清除剂含有其中氢分子和氢离子共存的水。
(14)一种降血压的药，该降血压的药含有其中氢分子和氢离子共存的水。
(15)根据第(14)项所述的降血压的药，该降血压的药还含有溶解于其中的必要的痕量元素，所述痕量元素选自由铁、锌、铜和锰所组成的组中。
(16)一种降血糖的药，该降血糖的药含有其中氢分子和氢离子共存的水。
(17)根据第(16)项所述的降血糖的药，该降血糖的药还含有溶解于其中的必要的痕量元素，所述痕量元素选自由铁、锌、铜和锰所组成的组中。
(18)一种皮肤调理剂，该皮肤调理剂含有其中氢分子和氢离子共存的水。
(19)根据第(18)项所述的皮肤调理剂，该皮肤调理剂还含有溶解于其中的必要的痕量元素，所述痕量元素选自由铁、锌、铜和锰所组成的组中。
(20)一种减肥的药，该减肥的药含有其中氢分子和氢离子共存的水。
(21)根据第(20)项所述的减肥的药，该减肥的药还含有溶解于其中的必要的痕量元素，所述痕量元素选自由铁、锌、铜和锰所组成的组中。
根据本发明，能活化并稳定溶解在水中的氢分子。因此，本发明能提供含有溶解于其中的活性氢分子的水，所述水具有长期清除活性氧的能力。
附图说明
图1为描述活化能的图。
图2为描述氢离子和氢分子的配合体的图。
图3为二室型电解池的结构图。
图4为三室型电解池的结构图。
图5显示了氢离子对溶解氢的浓度的作用。
图6为显示DPPH的紫外光-可见光吸收光谱的一组图。
图7显示了在使用二室型电解池的系统内的流程。
图8显示了在使用三室型电解池的系统内的流程。
图9显示了用于溶解有活性氢分子的水的分配系统。
参考标记的说明
31阳极室
39阴极室
41阳极室
49阴极室
51中间室
75阴极室
76阳极室
86阴极室
87中间室
88阳极室
具体实施方式
为了解决目前氢分子所具有的问题而设计了以下的方法。首先，开发出了延长氢分子溶解度的寿命的方法。在氢离子存在于含有溶解于其中的氢分子的水中的情况下，假设形成了如图2所示的由氢原子组成的氢分子和氢离子的弱配合体，从而在水中稳定了溶解的氢分子。所述配合体的一个例子是图2所示的分子氢和氢离子的A型配合体，另一个例子是以微小气泡形式(n个氢分子)的氢和氢离子的B型配合体。
如图1所示，氢离子和氢分子的配合体的形成可以降低活化能。因此，可以活化氢分子以清除活性氧。有代表性的活性氧种类包括超氧自由基。然而，将亚稳态自由基的1，1-二苯基-2-苦基偕腙肼(DPPH)用于评价试验。DPPH用于评价氢分子的活性。结果显示氢离子和氢分子的共存使得DPPH发生还原。
含有氢配合体的饮用水中，pH必须为2.5-7。如果可能，希望pH为3.5以上。
为了得到水中的氢分子的效果，氢分子的浓度优选为0.1ppm以上，并且氢离子的浓度优选为10-7M以上。
为了使氢离子存在于水中，可以使用在水中溶解并离解有机酸的方法以产生氢离子，其中，所述有机酸具有缓冲性能。
当使用具有缓冲性能的有机酸时，可以通过在弱酸pH范围内增加酸浓度来提供大量的氢离子。考虑到对人体的安全性，需要使用以下的被划分为食物碳水化合物的有机酸。该有机酸的例子包括抗坏血酸、乳酸、苹果酸、柠檬酸、琥珀酸、富马酸、乙酸、丙二酸、戊二酸、己二酸和氨基酸。这些有机酸可以单独使用也可以两种或多种结合使用。
可选择地，可以通过在水中溶解并离解二氧化碳气体来产生氢离子。
对使水中含有氢分子的方法没有特别的限制。实例包括使氢气溶解在水中的方法和将水电解以在阴极产生氢分子的方法。
当使用使氢气溶解在水中的方法时，可以向水中吹入氢气。
当使用通过电解法产生将要溶解的氢分子的方法时，对含有溶解于其中的有机酸的酸性水溶液进行电解，从而能以单独的步骤来产生溶解有活性氢分子的水，在该水中，氢分子和氢离子共存。
当使用电解法时，例如，通过向图3所示的二室型电解池的阴极室31供给有机酸等的水溶液，能产生氢离子和氢分子。在该电解池中，电解池被隔膜35分隔。在另一种方法中，通过向图4所示的三室型电解池的中间室51中供给有机酸等将氢离子和氢分子溶解于阴极溶液中。在该电解池中，中间室51设置于阳极室41和阴极室49之间。
本发明中溶解有氢的水的目的是用于清除活性氧，并希望水中不含有溶解的氧。为了增加氢分子的溶解度，对水进行脱气以除去溶解的气体(空气成分例如氧气和氮气)，从而能增加溶解的氢的浓度。因此，优选将用于本发明方法的水脱气。优选地，将所述水脱气以使溶解的氧的浓度为5ppm以下。
当储存本发明的溶解有活性氢分子的水时，所述溶解有活性氢分子的水可以与氢气一起装灌到由玻璃、铝合金、铁合金等制成的耐压容器中，以防止氢分子浓度的降低。然而，由于氢气易爆炸，因此优选与氢气一起使用二氧化碳气体或氮气，从而将氢气浓度降低到其爆炸极限(4％)以下。
作为用于供给本发明的溶解有活性氢分子的水的装置，可使用的溶解有活性氢分子的水的供给装置包括：装有水的耐压水槽，在所述水中氢分子和氢离子共存；管道；集气筒，该集气筒用于通过所述管道将二氧化碳气体或氮气压入所述水槽内；以及供给管道，该供给管道用于从所述水槽供给水，在所述水中氢分子和氢离子共存。所述供给装置的供给管道可以包括电磁阀，从而可以分配溶解有活性氢分子的水。
本发明的溶解有活性氢分子的水具有优异的清除活性氧的能力，因而被期望用于例如活性氧清除剂、降血压的药、降血糖的药、皮肤调理剂以及减肥的药的应用中。此外，希望加入例如铁、锌、铜或锰的痕量元素来改进活性氧清除效果、降血压效果、降血糖效果和减肥效果。已知铁、锌和铜可以活化具有活性氧清除功能的酶。此外，据报道，锰具有抑制动脉硬化的效果。
下文中将通过实施例的方式来描述本发明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1
首先，将1.0mg的乳酸溶解于2,000ml的纯水中，该纯水已被脱气至溶解氧的浓度为1ppm。为了比较，使用以氢氧化钠调节的pH为8.5的弱碱性的脱气的水。将氢气溶解于这两种水中，并测量溶解氢的浓度随时间的变化。用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)瓶和玻璃瓶作为容器。结果示于图5。从该图中清楚地看到，储存在PET瓶中的溶解有氢分子的弱碱性的水的寿命约为3天。然而，含有与氢分子共存的乳酸的溶解有氢分子的水的寿命延长至约5个月。这些结果显示出氢离子稳定了溶解的氢分子。此外，该结果还表明了氢离子和氢分子之间的互相作用(配合体的形成)。
实施例2
向实施例1中制成的溶解有活性氢分子的水中加入DPPH溶液，并基于紫外光-可见光吸收光谱的变化来测量DPPH自由基的清除活性程度。首先，制备1mM的DPPH的乙醇溶液，并将0.25ml所制备的溶液与5ml的各样品混合。随后进行紫外光-可见光测量(Shimadzu Multi Spec 1500(产品名)，使用1cm的石英池，参比基准：纯水)，并比较在551nm的峰强度(使用按该实施例的方式、但不同的是加入相同量的纯水来代替实施例1的样品所制备的样本来作对比，并且将该样本的峰强度设为1)。
结果在图6中示出。可以看出，将溶解了乳酸和氢分子的水的溶液与纯水进行比较时，DPPH在含有乳酸和溶解于其中的氢分子的溶液中的吸光度比在纯水中的低。该结果显示出，氢分子与氢离子的共存改善了还原功能(清除活性氧的能力)。
实施例3
为了使氢离子和氢分子共存，使用如图3所示的二室型电解池，该电解池包括阳极室31和阴极室39。在该二室型电解池中，多孔的阳极和阴极电极设置于氟系阳离子交换膜的两侧以彼此相邻近，所述阳极和阴极电极各由面积为48cm2的镀铂的钛板制成。像实施例1中那样，使用有机酸作为氢离子的供给源，并用图7系统中的流程所显示的方式以约0.5L/min向电解池的阴极室75和阳极室76供给按实施例1制备的溶解有乳酸的溶液。制成pH约为3.97并且溶解氢的浓度为0.88ppm的阴极水。
实施例4
为了使氢离子和氢分子共存，使用三室型电解池。如图4所示，在该三室型电解池中，通过氟系阳离子交换膜隔出的中间室51设置于阳极室41和阴极室49之间。所述中间室51填充有阳离子交换树脂。多孔的阳极和阴极电极与各隔膜紧密接触，所述阳极和阴极电极各由面积为48cm2的镀铂的钛板制成。如图8系统中的流程所示，向中间室87中供给1M的乳酸水溶液。以约0.5L/min向电解池的阴极室86和阳极室88提供按实施例1制备的含有乳酸的溶液。制成pH约为4.25并且溶解氢的浓度为0.96ppm的阴极水。
实施例5
像实施例4中那样，用与图8系统中的流程中显示的相同的方式向中间室87中供给1M的柠檬酸水溶液。以与实施例1中相同的方式，以约0.5L/min向电解池的阴极室86和阳极室88供给溶液。制成pH约为4.8并且溶解氢的浓度为0.92ppm的阴极水。测得该阴极水中柠檬酸的浓度为5.2×10-6M。结果显示，氢离子的浓度大于阴离子的浓度。
实施例6
使用实施例4中制成的溶解有活性氢分子的水来采集血压降低的数据。测量实验对象在摄入前和摄入3个月后的血压。结果示于表1中。日常摄入量基本为早上空腹时250ml以及就寝前250ml。从该表中可以清楚地看出，摄入了氢离子与氢分子共存其中的水三个月后观察到血压下降。这些结果显示了本发明的效果。
表1：血压与氢离子和氢分子共存其中的水之间的关系
  性别   年龄   摄入前(mmHg)   摄入后(mmHg)
  男   45   145   124
  男   48   156   134
  女   50   169   137
  男   51   164   130
  女   51   151   143
  女   53   159   147
  男   58   165   139
  女   62   157   128
  女   62   164   134
  男   65   163   151
实施例7
使用实施例4中制成的溶解有活性氢分子的水来采集血糖水平降低的数据。在摄入前和摄入3个月后测量的血糖水平示于表2中。日常摄入量基本为早上空腹时250ml以及就寝前250ml。从该表中可以清楚地看出，摄入氢离子与氢分子共存其中的水三个月后观察到血糖水平下降。这些结果显示了本发明的效果。
表2：血压与氢离子与氢分子共存其中的水之间的关系
  性别   摄入前(mg/dl)   摄入后(mg/dl)
  男   130   102
  女   195   154
  女   154   121
  女   132   104
  男   129   98
  男   138   105
  女   149   112
  男   165   128
  男   155   119
  女   147   132
实施例8
使用实施例4中制成的溶解有活性氢分子的水来采集皮肤光亮效果的数据。首先，将面部暴露于溶解有活性氢分子的水的蒸汽下约5分钟。用面部护理装置作为产生蒸汽的装置(蒸汽发生器，HOMEOSTYLE，Inc.的产品)。使用皮肤检测器(JAPAN GALS Co.，Ltd.的产品)作为测量皮肤光亮度的传感器。将用逆渗透膜处理的水、溶解有氢的碱性水以及溶解有氢的弱酸性水用作汽化的原水，并彼此比较结果。通过向图4所示的三室型电解池的中间室供给饱和盐水来制成溶解有氢的碱性水。在此情况下，获得了pH为11.7并且溶解氢的浓度为1.02ppm的溶解有氢的碱性水。将实施例4中所制备的水用作溶解有氢的弱酸性水。通过30个实验对象来评价这些水的效果。结果示于表3中。在表3中，“RO水”表示用逆渗透膜处理的水；“电解水1”表示溶解有氢的碱性水；以及“电解水2”表示溶解有氢的弱酸性水。对未处理的皮肤的结果也在该表中示出用于比较。从表中清楚地看出，当使用溶解有氢的弱酸性水时皮肤的光亮度得到最大的改善。
表3：皮肤光亮度与各种水之间的关系
Figure G2007800250683D00131
实施例9
使用实施例4中制成的溶解有活性氢分子的水来采集体重降低的数据。将测量的实验对象在摄入前和摄入3个月后的体重示于表4中。日常摄入量基本为早上空腹时250ml以及就寝前250ml。从该表中可以清楚地看到，摄入氢离子与氢分子共存其中的水三个月后观察到体重下降。这些结果显示了本发明的效果。
表4：氢离子与氢气共存其中的水对体重变化的作用
  性别   年龄   摄入前(kg)   摄入后(kg)
  男   32   65   63
  女   35   55   51
  女   38   58   55
  男   40   72   71
  男   41   80   75
  女   45   60   59
  女   49   63   60
  男   50   85   81
  男   52   79   71
  女   55   85   79
实施例10
为了以瓶装形式销售实施例4中制成的溶解有活性氢分子的水，需要进一步延长溶解氢的寿命。为此目的，设计出如图9所示的分配系统。将溶解有活性氢分子的水装入由例如铝的金属制成的水槽92中，从而阻止了氢分子的挥发。由储存在集气筒91内的加压的氢气和二氧化碳气体或者加压的氢气和氮气通过管道96对水槽92加压，并且通过设置有电磁阀的供给管道来供给溶解有活性氢分子的水。通过使用冷却器或加热器向使用点供给冷却的或加热的溶解有活性氢分子的水。
工业实用性
通过本发明的方法得到的溶解有活性氢分子的水可以用作活性氧清除剂、降血压的药、降血糖的药、皮肤调理剂以及减肥的药。

Claims (5)

1.一种活化并稳定溶解在水中的氢分子的方法，其特征在于，该方法使用三室型电解池，所述三室型电解池利用氟系阳离子交换膜在阳极室和阴极室之间设置中间室，该方法包括向所述中间室供给溶解了有机酸的水溶液，通过电解生成氢分子和氢离子。
2.根据权利要求1所述的活化并稳定溶解在水中的氢分子的方法，其特征在于，在所述三室型电解池中，阳极与作为中间室和阳极室之间的隔膜的氟系阳离子交换膜紧密接触，阴极与作为中间室和阴极室之间的隔膜的氟系阳离子交换膜紧密接触。
3.根据权利要求1或2所述的活化并稳定溶解在水中的氢分子的方法，其特征在于，对所述水脱气并使所述氢分子和所述氢离子共存。
4.根据权利要求1或2所述的活化并稳定溶解在水中的氢分子的方法，其特征在于，所述氢分子的浓度为0.1ppm以上。
5.根据权利要求1或2所述的活化并稳定溶解在水中的氢分子的方法，其特征在于，所述氢离子的浓度为10-7M以上。
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