CN116490077A - 使用包括ac和dc分量的电磁场处理液体饮料的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用包含AC和DC分量的电磁场来处理液体饮料以实现抗氧化、促进脂肪/脂质燃烧代谢、降低酒精毒性作用并改善饮用口感和风味的方法和系统。具体而言，本发明涉及用于以脉动方式将DC偏置时变频率脉动电磁波施加到酒精和非酒精饮料的方法和系统。本发明的方法和系统能够同时对饮料产生不同的处理效果。

Description

使用包括AC和DC分量的电磁场处理液体饮料的系统和方法
相关申请
该非临时申请要求在2020年11月23日提交的63/116,976号临时申请的优先权，其公开内容通过引用整体结合于此。
技术领域
本发明广泛地涉及一种用于处理非酒精和酒精饮料的系统和方法，以便以脉动方式使用包括AC和DC分量的电磁场来同时产生多种有益的处理效果。有益的处理效果包括抗氧化、促进脂肪/脂质燃烧代谢、降低酒精毒性作用以及改善饮用口感和风味等。
背景技术
随着大多数人健康意识的增强和富裕程度的提高，对饮料质量的要求现已不仅仅局限于味道。普通公众消费者希望饮料对健康有益或至少对他们的身体无害，但又不损害饮料享受的口味和质量，尤其是对于酒精饮料而言。
平均来说，成年人每天消耗的液体比固体食物更多。通常，每个人每天消耗大约2升液体，远远超过每天消耗的固体食物。液体主要来自饮料，通常包括水、茶、咖啡、果汁、葡萄酒、蒸馏酒等。
为了身体健康，营养学家和医学从业者总是鼓励消费者食用更多含抗氧化剂的食物或饮料，以中和细胞代谢过程中和从外部污染源产生的自由基对健康的负面影响。抗氧化剂对健康的正面影响在营养学和医学实践中已被充分证明和认可。因此，许多饮料制造商在饮料中添加人工维生素C或其他抗氧化植物成分来宣称抗氧化效果。然而，尽管饮料中添加了维生素和抗氧化剂成分，但当使用具有Ag/AgCl参比电池的氧化还原电位(ORP)仪进行检测时，我们日常消耗的许多饮料仍显示出氧化性。一直希望有一种方法或装置能够将饮料从氧化性转化成抗氧化性，从而在不改变消费者的饮料消费习惯的情况下为他们提供健康益处。
身体脂肪降低是保持良好健康控制的另一重要参数。注重健康的消费者喜欢不需要药物就能帮助降低身体脂肪的食物或饮料。如今大多数上班族都是伏案工作且久坐不动。他们的生活方式几乎不涉及任何体力劳动。因此，肥胖症是现代社会的一个日益严重的问题，并且难以改变。更准确地说，真正的健康问题是降低身体脂肪/脂质，而不仅仅是体重增加。除非人们改变他们的生活方式并进行有规律的锻炼来降低他们的脂肪，否则由于过多的身体脂肪而导致的健康问题将会持续存在，并继续给社会带来不断增加的健康成本。到目前为止，市场上还没有可以通过消耗饮料来帮助燃烧身体脂肪/脂质的无药物饮料。如果经过处理的饮料能够在久坐状态下促进更多的身体脂肪代谢，这是合乎需要的。
具有如上所述的抗氧化和降脂效果的理想健康特性的饮料即使不比未处理的饮料更好，也有利地是可口的。如果处理过的饮料的味道和香味被降低或损害，它们将劝退或不能吸引消费者，因此改善消费者健康的目的将失败。
同样有利的是，相同的处理方法和装置可应用于非酒精饮料和酒精饮料，尤其是高酒精含量的蒸馏酒。
酒精饮料通常被认为是一种不健康的饮料，尽管一些研究报告说，某些人适度饮用葡萄酒可能对健康有正面的影响。这很可能归因于葡萄酒中的抗氧化剂含量，而不是因为酒精对健康有正面的影响。尽管如此，虽然葡萄酒确实含有抗氧化剂，但所有葡萄酒的ORP仍然显示出氧化性，虽然它们的氧化性比高酒精含量的蒸馏酒更低。如果能将葡萄酒和高酒精含量的蒸馏酒从氧化性处理成抗氧化性，这将是有益的。
酒精在生理学上被认为会导致肝损伤。当酒精通过肠壁进入血液时，会到达第一个器官——肝脏。肝酶将酒精分解成乙醛，并最终转化成无毒的乙酸。在这个过程中，尽管肝酶的作用是降低醇转化为酸的反应的活化能，但它们仍然消耗自由能以将酒精转化成无毒的乙酸。在身体能量供应不足的情况下，酒精并不是完全转化成乙酸，而是转化不完全，从而产生过多的轻度毒性的乙醛。乙醛的积累可能会损害肝脏，导致酒精性脂肪性肝病或其他肝脏健康问题。如果额外的能量(诸如以额外的键振动能量的形式)可以在处理后储存在饮料中，则处理过的饮料可以促进和便于酒精到酸的转化，并减少醛的积累，因此对肝脏的损害较小。
除了对改善饮料健康效果的需求之外，为了吸引酒精饮料消费更健康的酒精饮料以最小化酒精对健康的负面影响，处理过的酒精饮料优选比未处理过的饮料具有更好的口感和味道，或者至少在口感和味道方面没有发生退化。这将吸引和鼓励人们饮用更健康的饮料，这些饮料还具有抗氧化、促进脂肪代谢的功能，并且对肝脏的损害较小。
对于酒精饮料，质量更好的酒精饮料通常指的是降低葡萄酒的涩味和降低高酒精含量蒸馏酒的喉咙灼烧感。目前，降低葡萄酒的涩味和降低蒸馏酒的喉咙灼烧感通常是通过在橡木桶中陈酿几年或几十年来实现的。在受控的橡木桶陈酿储存环境下，鞣酸类单体、葡萄酒蛋白、酒精和多酚分子发生复杂的聚合反应，以降低涩味和喉咙灼烧感。然而，这种聚合自然地需要进展多年，并且如果人工处理可以将这一处理缩短到几分钟甚至几秒钟，这对葡萄酒行业来说将是革命性的。
类似地，老蒸馏酒(例如木桶中陈酿的威士忌)与新酿的威士忌相比更加顺滑或有更少的喉咙灼烧感。消费者非常喜欢这种顺滑度，并因此获得更高的价值。25年的威士忌可能比12年或更短时间的威士忌价格高几十倍或几百倍。但是产生这种顺滑的效果通常需要在橡木桶中储存数十年或更长时间。这同样适用于其他类型的蒸馏酒。但是一旦蒸馏酒从桶中取出并装瓶，瓶装高酒精含量蒸馏酒的味道、喉咙灼烧感或顺滑度就不能改变或进一步改善。换句话说，高度酒精饮料(如威士忌)一旦从橡木桶中取出就不能进一步进行陈酿。这是馏化行业公认的事实。因此，设想瓶装的威士忌或高度酒精蒸馏酒允许进一步降低喉咙灼烧感，以模拟陈酿效果。
对于低酒精含量的饮料(如葡萄酒或一些亚洲酒)，喉咙灼烧感通常不是问题。但是新酿葡萄酒的涩味会在饮用时产生不良的粗糙口感。虽然一些瓶装新酿葡萄酒可以在软木塞瓶中进一步被陈酿，但需要数年才能降低这种涩味。
涩味对于由植物叶子或果实制备的饮料(如茶、咖啡或花草茶)来说也是一个典型问题。为了抑制这种涩味，通常在非酒精饮料中加入其他口味(如甜味剂或酸味剂)来抑制涩味，但是在饮料中加入糖或化学物质是不健康的。希望能在不需要不健康的抑制剂的情况下降低饮料的涩味以保持相同的口感和风味。
已经进行了许多努力来解决上述提高酒精和非酒精饮料质量的需求和期望。然而，它们只能获得诸合乎需要的属性中的仅一种，而不能一次性地获得所有的属性。此外，它们都需要很长时间才能产生各效果中的仅一种。
US 7220439B2中公开的超声波处理利用了超声机械波来加速分解或增加橡木、葡萄或其他成分的细胞壁渗透性，以使诸成分更快结合。但是对于饮料的抗氧化化或将饮料ORP从氧化性改变成抗氧化性而言，它却没有任何作用。这种处理主要用于在葡萄酒或威士忌的生产过程中快速提取葡萄、麦芽、橡木或饮料中的成分，而不是在装瓶后。虽然味道可能由于更好的提取而得到改善，但是灼烧感或涩味的降低并不是主要的处理目的。
CN 1256421C中公开的脉冲电场(PEF)处理施加了kV级的高电压，以增加橡木、谷物、葡萄和其他成分的细胞壁渗透性，从而更快地提取饮料配料中的成分。效果类似于超声波处理，并且有时这两种方法被结合使用。如此施加的电场可以是固定频率的脉动方式，以用于提高提取效率。但是它也没有将饮料ORP从氧化性改变成抗氧化性的功能或能力。
CN 2305406 Y中公开的电磁线圈场处理利用了高频电磁信号来通过发射柱产生磁场发射器。为了使发射柱能够发射信号，频率必须是兆赫兹或更高。该专利中描述的电路不产生时变频率信号。在该现有技术中，饮料经受微弱的外部AC固定频率场处理。利用这种布置并根据该专利描述，它可以在一定程度上改善饮料的味道，但是需要花费几个小时效果才变得明显。这种方法也不能将饮料从氧化性转化成抗氧化性。该专利也没有提到灼烧感和涩味口感的降低。
还有其他技术教导使用时变电磁波而不是上述的固定频率波，但是这些技术仍然使用电感线圈(例如美国专利申请号US 2017/02552439 A1)。它们也不能改变抗氧化性能或降低喉咙灼烧感，尽管其在一定程度上改善了涩味的降低。
吹气处理是另一种现有技术的方法，其利用了通过涡旋、搅拌或文氏管喷射器引入的空气，根据流动压力和流动速度的反比关系，空气被带入饮料中。随着空气的夹带，香气释放速率提高，与静态饮料相比，产生了更好的香气嗅觉。释放的香气影响并迷惑了味蕾感觉系统，从而产生味觉改善的错觉。但一旦香气分子在吹气过程中快速释放，吹气后不久香气就会显著降低。在此过程中，饮料的ORP可能会变成更具氧化性，并且高度酒精饮料的灼烧感或葡萄酒的涩味不会降低。
直流电(DC)电解法处理主要且仅用于生产碱性水。碱性水在用于水的DC电解的分离膜的阴极侧产生。由于阴极区域的OH-浓度，将产生高pH值。这导致水中存在的OH-离子增加，并将水的ORP转变成抗氧化性，然而这伴随着碱性pH。碱性水对于饮料的味道来说是不希望的。类似地，现有的专利申请教导了使用小于3伏的非常低的DC电压和毫安电流在阳极侧产生氧化自由基，以仅产生葡萄酒的味道变化。这些申请没有提到对高酒精含量的蒸馏酒的影响，或也没有提到降低涩味、灼烧感或脂肪代谢的能力。
直接添加化学物质(如碳酸氢盐)的处理会产生负的ORP偏移效果，但它会改变饮料的pH值并且也改变了味道。它对降低高酒精饮料的灼烧感或降低葡萄酒的涩味没有效果。一般来说，化学物质添加会改变饮料的化学性质和味道，这是不可取的。
本发明提供了一种饮料处理系统和方法，其能够与饮料的类型无关地一次性地同时对液体饮料产生所需的有益效果，包括但不限于抗氧化、促进脂肪燃烧代谢、降低酒精毒性效果以及改善饮用口感和风味。
发明内容
已经开发了本发明来满足上述需求，因此本发明的主要目的是提供一种饮料处理系统和方法，用于在单次处理中同时为饮料提供多种处理效果，而不损害饮料(尤其是酒精饮料)享受的味道和质量。
本发明的另一目的是提供一种同时为饮料提供多种处理效果的系统和方法，该系统和方法比现有技术中的工艺和系统更加经济和方便。
本发明的又一目的是提供一种系统和方法，用于同时为饮料提供多种处理效果，这些效果可以立即实现。
通过提供一种使用包括交流(AC)和直流(DC)分量的电磁场来处理液体饮料的系统来满足本发明的这些和其他目的和优点，该系统包括：
用于产生包括经偏置DC分量的DC偏置时变频率脉动电磁波的设备，
用于向该设备供电的电源，
容纳处理液体饮料的处理室，
一个或多个电容性发射器对，该一个或多个电容性发射器对以预定模式布置并放置成与处理液体饮料直接接触，其中每两个相邻的电容性发射器以预定义距离间隔开并分别与设备的第一和第二输出端电耦合，
其中所述设备被配置成将DC偏置时变频率脉动电磁波施加到处理液体饮料，以在电容性发射器之间产生具有场强的脉动电容性场，并且
其中在处理液体饮料中提供包括经偏置DC分量的时变频率和脉动AC波电流，以在处理液体饮料中产生负氧化还原电位(ORP)偏移，该处理液体饮料的pH在脉动电容性场的场强和经偏置DC分量的组合作用下基本保持恒定。
根据本发明，可以提供时变频率和脉动AC波电流以及所生成的场的DC分量来向处理饮料供能(energize)，使得在处理液体饮料中诱发一种或多种处理效果。处理效果包括但不限于以下中的一者或多者：
1)降低处理液体饮料的喉咙灼烧感，
2)降低处理液饮料的涩味，
3)通过消耗处理液体饮料增加身体脂肪/脂质燃烧代谢，
4)在存在酒精成分的情况下降低处理液体饮料的有害毒素作用，以及
5)在存在酒精成分的情况下促进处理液体饮料的陈酿效果。
在一些情况下，可以包括多个发射器对，并且以预定的模式放置在处理室中，并且与处理液体饮料直接接触，或者多个发射器对被直列安装在发射器与处理液体饮料直接接触的位置。发射器可以以板或杆的形式提供，分别与设备发生器的第一和第二输出端并联电耦合。优选地，发射器基本上在处理室的整个长度上延伸。
在一些情况下，多个发射器对可以被提供作为中间放电发射器，它们被布置在彼此平行的行中。每个发射器可以使发射器表面的一部分由导电涂层覆盖，并且被涂覆的发射器表面被定向在一个方向上并且被布置在未被涂覆的发射器表面之间。中间放电发射器的益处是降低功耗和提高效率。
在本发明的一个实施例中，两个相邻的电容性发射器可以间隔开短距离，这允许在发射器之间产生电容效应。该距离可以小于10毫米，优选小于6毫米。
在本发明的一个具体实施例中，用于产生DC偏置时变频率脉动电磁波的设备可以包括用于在所需的扫描时间生成具有时变频率的AC电磁波的AC波发生器，以及与AC波发生器串联电耦合的DC偏置单元。DC偏置单元可以被配置成产生传输到AC波发生器的DC输出，用于生成包括经偏置DC分量的DC偏置时变频率脉动电磁波。
在本发明的另一个实施例中，用于生成DC偏置时变频率脉动电磁波的设备可以包括AC波发生器，用于在所需的扫描时间生成具有时变频率的AC电磁波，其被编程以创建不平衡时变频率波形，从而生成包括净DC分量的DC偏置时变频率脉动电磁波。
有利的是，本发明的系统还可以包括用于实时监测和测量处理液体饮料的ORP的ORP计，以及用于冷却处理液体饮料的冷却器和/或用于均化处理液体饮料的搅拌器。
为了确定处理液体饮料的供能程度，根据本发明的系统还可以包括FTIR光谱仪，以扫描取自处理液体饮料的多个相继饮料样本，从而获得多个FTIR光谱，这些FTIR光谱被绘图和分析以获得相同吸光度峰的峰高的最大垂直变化，从而确定供能程度，优选地是处理液体饮料的非热供能程度。
优选地，用于生成DC偏置时变频率脉动电磁波的设备可以被配置成生成包括经偏置DC分量的DC偏置时变频率脉动电磁波，该电磁波具有以下中的一者或多者：
·选自方波、正弦波、矩形波或三角波的波形，
·在大约100Hz和1，000，000Hz之间的频率，优选在500到10，000赫兹之间，
·扫描频率在1Hz和1000Hz之间，优选在10Hz和100Hz之间，以及
·经偏置DC分量的最大峰值电压小于最大AC峰值电压的一半。
本发明的另一方面是提供一种用于使用包括交流(AC)和直流(DC)分量的电磁场处理液体饮料的方法，包括以下步骤：
生成包括经偏置DC分量的DC偏置时变频率脉动电磁波，以及
将DC偏置时变频率脉动电磁波施加到处理液体饮料，以提供包括经偏置DC分量的时变频率和脉动AC波电流，
其中包括经偏置DC分量的时变频率和脉动AC波电流被传输到以预定模式布置并被放置成与液体饮料直接接触的一个或多个电容性发射器对，以便在电容性发射器之间生成具有场强的脉动电容性场，从而在处理液体饮料中产生负氧化还原电位(ORP)偏移，该处理液体饮料的pH在脉动电容性场的场强和经偏置DC分量的组合作用下基本保持恒定。
根据本发明，该方法还可以包括测量液体饮料的电导率以选择适于该液体饮料处理的发射器的步骤，和/或确定处理液体饮料的供能程度(优选地是非热供能程度)来作为饮料处理的反馈控制的步骤。
在本发明的一个优选实施例中，确定步骤包括：
从处理液体饮料中取得多个相继的样本，
获得分别代表多个相继样本的多个FTIR光谱，
针对相同吸光度峰(例如OH键吸光度峰)来对多个FTIR光谱进行绘图和分析，以收集相同吸光度峰的峰高信息，以及
基于多个FTIR光谱中相同吸光度峰的最低和最高峰高来确定峰高的最大垂直变化，
其中峰高的最大垂直变化反映了处理液体饮料的供能程度。
在一些情况下，本发明的方法还包括实时监测和测量处理液体饮料的ORP作为饮料处理的反馈控制的步骤。
与现有技术中可获得的通常被设计为解决某一特定问题且不足以解决多个相关的问题的工艺和系统相比，本发明的系统和方法更加灵活，并且能够解决多个问题，以同时获得所需的饮料处理效果，这显著减小了系统的尺寸和处理成本。根据本发明，使用DC偏置时变波来产生脉动电容性场是在液体饮料中产生抗氧化效果(即ORP在负方向中偏移)而不产生任何显著的pH变化的独特方式，因为饮料同时受到电容性场和脉动AC和DC分量的组合影响。以这种方式处理饮料后，可以有效地获得各种处理效果。重要的是，饮料具有可用于酶REDOX反应的REDOX(还原/氧化)能量，尤其是REDOX能量可加速酒精饮料中的酒精向乙酸的转化。
在下面参照附图对本发明的概念和结构的描述中，将进一步阐述本发明的目的、特征、优点和技术效果。附图以示例的方式说明了本发明，而不以任何方式限制本发明。
附图说明
在下面的详细描述中，参考了附图。在附图中，在各个视图中，相同的附图标记表示相同的部件。
图1是根据本发明的第一实施例构造的饮料处理系统的示例性布置的示意图，其中发射器是“小间距发射器对”配置。
图2是根据本发明的第二实施例构造的发射器的替换布置，其中发射器处于“中间放电发射器阵列”配置。
图3是根据本发明的第三实施例构造的发射器的另一替换布置，其中发射器处于“大间距发射器对”配置。
图4A是根据本发明的用于生成包括经偏置DC分量的DC偏置时变频率脉动电磁波的设备的示例性布置。
图4B是由图4A所示的布置生成的波形。
图5A是根据本发明的用于生成包括经偏置DC分量的DC偏置时变频率脉动电磁波的设备的另一示例性布置。
图5B和5C分别是由图5A所示的布置生成的纯波形和经DC偏置的波形。
图6A和6B描绘了两种不同的散装水样本的FTIR OH键峰强度的垂直变化。
图7A和7B描绘了经处理和未经处理的威士忌样本之间的FTIR OH键峰强度的垂直变化。
具体实施方式
虽然在优选实施例中说明和描述了本发明，但是使用包括AC和DC分量的电磁场来处理液体饮料的系统可以以许多不同的配置、尺寸、形式和材料来生产。
这里使用的术语“液体饮料”可以指液态的非酒精和酒精饮料。
这里使用的术语“电容性发射器”可以指能够利用叠加的时变频率电磁波通过跨一对电容性发射器生成的脉动电容性场对液体饮料供能的元件。
这里使用的术语“即时”或“立即”可以指一次性地产生显著处理效果的时间，对于一升饮料通常在0.5～5分钟之间。时间的变化很大程度上取决于饮料成分的不同，包括酒精、鞣酸类含量和配料等。
本文使用的术语“负ORP偏移”可以指液体饮料的ORP在经过本发明的处理后偏移到更负的ORP读数。例如，从+300mV到0mV再到-200mV的渐进偏移是ORP的负偏移。
本发明能够一次性地同时并立即产生各种所需的处理效果，而与饮料的类型无关，这将在下文中讨论。
即使该饮料是非常优质的陈年酒精饮料，没有灼烧感和涩味，当然它的ORP仍然需要氧化，并且它不能促进脂肪燃烧代谢。接受本发明处理的酒精饮料将进一步使优质酒精饮料更健康。
本发明的同一个系统可适用于处理不同类型的饮料(酒精和包括水在内的非酒精饮料)，且同时并立即实现各种处理效果。这将降低饮料处理的操作和制造成本。
多年来人们已经认识到，瓶装蒸馏酒(如威士忌)的喉咙灼烧感无法进一步改变。本发明代表了一个突破，可以进一步改善诸如威士忌、白兰地、中国茅台米酒等瓶装蒸馏酒的味道，并降低灼烧感。
本发明的一个独特特征是使用ORP作为反馈控制参数来产生合需的饮料质量。通过使用ORP反馈控制参数优化饮料质量，并能够处理瓶装蒸馏酒和葡萄酒，可以在家中或在食品和饮料(F&B)店即时制作自己的蒸馏酒或葡萄酒或鸡尾酒，而无需等待数年或数十年的自然陈酿，或无需使用环境控制储存的大橡木桶。这成为酒吧、餐馆或F&B商店的创新商业解决方案。
与未经处理的饮料相比，本发明还能够保持非常长的饮料保质期。这包括在处理后保持良好的抗氧化性能、灼烧感、涩味和味道。对于家庭、商业以及工业应用来说，保质期是一个重要的考虑因素。
对于接受本发明处理的葡萄酒，如果没有完全消耗，剩余的葡萄酒(其在没有真空的情况下用软木塞储存在瓶中，但保存在冰箱中)在超过2个月的时间内仍然保持良好的味道。这使得其对淡葡萄酒饮料来说非常便利。如果同样的方法应用于未经处理的葡萄酒，未将处理的剩余葡萄酒可能会在短短几天内变酸并“变质”。
本发明的系统是适合家庭使用的小尺寸单元，不占用大的空间，或者可以被放大用于商业F&B店或大规模工业应用。
图1至5C和相应的以下描述涉及用于处理液体饮料以产生如上所述的各种处理效果的方法和系统。图6A至7B和相应的以下描述涉及检测和确定处理液体饮料的非热供能程度作为饮料处理的反馈控制的方法。
现在参考附图，图1示出了根据本发明的第一实施例构造的系统100。在该实施例中，系统100是闭环电路，并且包括用于生成DC偏置时变频率脉动电磁波的设备110。设备110包括交流(AC)波发生器112和直流(DC)偏置单元114，该直流偏置单元114是用于向AC波发生器112提供DC分量的恒定直流电源。
系统100还包括处理室120，用于容纳待处理的液体饮料125，所述处理的目的在于产生如上所述的各种处理效果。处理室120可以是开放的或封闭的。多个电容性发射器对与设备110并联连接，并浸入容纳在处理室120中的液体饮料125中。发射器可以沿着循环液体饮料125的管道系统直列安装，并且与液体饮料125直接接触。如图1所示，发射器对的电容性发射器122与设备110的第一输出端113电耦合，发射器对的电容性发射器121与设备110的第二输出端115电耦合。发射器121、122被紧密间隔以在其间产生相互作用，使得整个电路的RLC(电阻、电感和电容)分量由电容效应支配，以生成具有跨发射器121、122的场强的电容性场，用于处理液体饮料125。电容效应对于负ORP偏移和/或其他处理效应来说是必不可少的。
处理室120可以由非铁材料制成，优选由非金属材料制成。如果使用金属腔体，腔体的内表面必须电绝缘，以防止金属材料吸收电磁场。
发射器121、122和它们在液体饮料125中的布置对于获得有益的处理效果是重要的。关键是要生成一个非常高的时变电磁场梯度，但又不影响操作者或消费者的安全使用。为了解决这个问题，在小于60V的安全工作电压内，发射器121、122优选地以几毫米(mm)的非常小的间距放置，这被称为“小间距发射器对”配置。间距越小，饮料处理时间越短。然而，如果允许更长的饮料处理时间，两个相邻发射器之间的间距可以增加，但确保电容效应仍然存在。此外，发射器121、122将与处理液体饮料125直接接触，并且优选地在处理室120的整个长度上延伸。液体饮料沿着发射器对的间隔流动，以便被脉冲电容性场处理。
图2示出了发射器的另一种布置，称为“中间放电发射器阵列”配置。如图所示，多个发射器对被设置成在处理室220中彼此平行地成排布置的中间放电发射器221、222。每个中间放电发射器221、222使发射器表面的一部分由导电涂层覆盖，并且经涂覆的发射器表面223定向在一个方向上并且布置在未涂覆的发射器表面224之间。经涂覆的发射器表面223可以仅占整个发射器表面的一半或任何合适的长度，在中间放电发射器阵列配置中，中间放电发射器221、222不是有线连接的。由于放电所需的能量较低，波优先仅在经涂覆的发射器表面223上放电。这种中间放电发射器阵列配置允许将放电和重新进入发射器的波增加许多倍，这与波电流在发射器对之间只能放电一次的小间距发射器对配置不同。对于中间放电发射器221、222，根据中间放电发射器221、222的数量，来自同一发射器对的相同量的波电流将更多次地进入和再次进入发射器表面。因此，为了产生相同的处理效果，在这种配置中能量输入的量大大降低。
只要处理室220的尺寸允许并且不妨碍安装，中间放电发射器221、222的数量可以是任何数量。
典型地，小间距发射器对配置和中间放电发射器阵列配置中的相邻两个发射器以小于10mm，优选小于6mm的距离D间隔开，使得它们产生适合于处理电导率小于500μS/cm的饮料的电容性场。
对于具有较高电导率的饮料，使用所谓的“大间距发射器对”配置，在其中相邻的发射器以相对大的距离间隔开，并且发射器优选设计成具有经降低的发射器表面积。替代小间距发射器对配置的这种配置的示例在图3中示出，其中示出了一对发射器探针321、322，这对发射器探针321、322以大距离D1间隔开并且容纳在处理室320中。距离D1大于10mm，优选不小于12mm。随着发射器表面积的减小和发射器间距的增大，发射器之间的电流将减小，并与恰适尺寸的恒流变压器组合，以处理电导率高达6000μs/cm的饮料。
根据本发明，电容性发射器由低消耗率材料制成，诸如金、镀铂钛、铌材料或其任意组合。其他涂层材料，诸如氧化铱、氧化钌、氧化钛，当它们被放置在处理室中时，也适合用作发射器的材料。掺硼金刚石可用于处理含高氯化物的饮料，包括但不限于椰子水、矿泉水、加盐饮料等。由于时变频率脉动电磁场的DC分量在饮料中产生的DC离子电流，如果使用镀铂或导电金属氧化物涂层电极，这些种类的饮料会产生次氯酸盐或氯气。对于掺杂的金刚石电极，在金刚石电极表面处的氯形成过电压非常高。这防止了在处理含氯饮料时产生氯或次氯酸盐。
诸如石墨、石墨烯、硅铁之类的半消耗材料也可以用作发射器的材料，只要缓慢溶解的材料是用户可接受的并且没有健康问题。
在本发明中可以使用快速消耗材料，诸如镁、锌或其他金属，如果溶解的镁或锌离子是打算用于特定的消耗目的的话。
发射器121、122、221、222、321、322的形状可以是二维或三维的各种形式的几何形状，以适应设备110中的可用空间，包括但不限于网格形式、板、棒、杆、同心圆柱、同轴管、单层或多层或重复的配对层。
发射器对的发射器之间的相对表面积是可调节的，以对不同类型的饮料产生不同的效果。对于需要更多氧化的饮料，两个发射器的较小表面积比率是优选的，反之亦然。
发射器的尺寸可以根据饮料的装载量和ORP、烧灼感和涩味降低的目标处理要求而变化。
AC波发生器112与电源电耦合，并被配置用于在所需的扫描时间生成具有时变频率的AC电磁波。如图1和4A所示，AC波发生器112与DC偏置单元114串联电耦合。DC偏置单元114被配置成产生具有预定义DC偏置电压的DC输出。DC输出被传输到AC波发生器112，用于生成包括经偏置DC分量的DC偏置时变频率脉动电磁波。一般来说，DC偏置电压低于时变脉动波电压，并且可以是变化或固定的。因此，DC偏置电压是可调的，以适应不同的现场处理要求。
优选地，在本发明中使用的所生成的时变频率电磁波的频率可以在100Hz到1,000,000Hz的范围内，并且优选地在500Hz到10,000Hz的范围内；扫描频率在大约1至1000Hz的范围内，优选在10Hz至100Hz的范围内；并且具有0.5安培到300安培范围内的电流均方根.输出，用于从家庭到大规模工业应用。图4B示出了由图4A的设备110生成的波形。应当理解，波形可以是正方形、三角形、矩形、正弦形或者甚至是随机的，但是正方形是优选的。
DC偏置单元114可以从开关模式DC电源、可充电DC电池或AC-DC整流器电源中选择。当可充电DC电池用作DC偏置单元114时，可以生成非常纯的DC输出，并且特别适合于需要非常纯的DC源的一些应用。
图5A至5C示出了设备110的一种可能的替代方案。图示的设备210包括AC波发生器212，用于在所需的扫描时间生成具有时变频率的AC电磁波。在该实施例中，AC波发生器212被编程以创建不平衡时变频率波形，从而生成包括净DC分量的DC偏置时变频率脉动电磁波。图5B示出了纯AC电磁波形式，而图5C示出了由设备210生成的包括净DC分量的波形。
设备110的另一替代方案可以包括AC波发生器和DC电解装置，该AC波发生器驱动一个或多个感应线圈，以供在所需的扫描时间生成具有时变频率的AC电磁波。在该实施例中，感应线圈可以放置在处理室的内部或外部，但是该室必须是非金属的，以防止在处理室内屏蔽电磁场。
现在再次转到图1，系统100还包括用于将液体饮料125馈送到处理室120的饮料贮存器140以及ORP计130，该ORP计130被布置用于实时监测和测量液体饮料125的ORP作为ORP反馈，以便获得最佳和最优的处理。ORP计是Ag/AgCl参比电池(reference cell)的类型。一旦液体饮料的负ORP偏移变慢并接近最负的ORP，则其指示达到了最佳处理，并应停止处理。显然，对于不同类型的饮料，甚至同一类型饮料的不同批次之间，精确的最佳ORP读数将是不同的。最佳味道也因人而异。因此，用户可以首先通过品尝他们优选的处理结果来确定最佳ORP读数，然后将所述ORP读数用于他们的后续处理。
ORP反馈可以被手动控制，因为ORP计130的ORP读数对使用者是可见的。或者，用户可以设定所需的ORP终值，并且当达到预定的ORP值时，系统100可以自动停止处理。除了ORP反馈之外，当处理大量相同的饮料时，处理也可以是定时器控制的，以简化使用。为了更好地实现处理的ORP反馈或定时控制，循环泵160被提供用于在系统100中的饮料贮存器140和处理室120之间循环液体饮料125，以更好地混合和循环处理室120中的饮料。
搅拌器(例如，磁力搅拌器，未示出)可以设置在处理室120和/或饮料贮存器140中，用于促进处理饮料125的均质化。，磁力搅拌器通过在被放置在内部并受到由外部旋转极性感应线圈布置产生的旋转磁场时旋转饮料中的小磁棒来工作。可以采用本领域中已知的其他方法，通过交替激发多个感应线圈来产生旋转磁场。例如，它可以是固定的DC或AC电流激发。使用旋转磁场的效果有助于更好地混合饮料，并且旋转磁场也有助于产生水分子团簇。这可以在ORP中产生微弱的负抗氧化偏移，并且搅拌效果也改善了饮料中的香味释放。因此，如果结合到本发明的处理系统中，磁力搅拌器是有用的。
本发明的一个特征是确定处理液体饮料的供能程度。处理液体饮料的供能程度表示了饮料是否被充分处理到所需的能量水平的指示，并且因此可以用作饮料处理的反馈控制。图6A和6B示意性地示出了使用散装(bulk)水A和散装水B的样本来确定水的供能程度(优选是非热供能程度)的基本原理。
散装水A的非热供能程度的确定包括从散装水A中取5个相继样本，随后相继地扫描这5个样本以获得它们各自的FTIR光谱。然后绘制所有这些FTIR光谱并分析它们的OH键吸光度峰，以收集关于OH键吸光度峰高度的信息。确定5个FTIR光谱的OH键吸光度峰的最低和最高峰高的垂直变化Δh，并且该参数Δh代表水的OH键振动能量活性/动态状态。将相同的程序应用于散装水B，并且在图6B中描绘了OH键吸光度峰的最低和最高峰值高度的垂直变化Δh。
很明显，散装水B比散装水A具有更大的垂直变化Δh，这表明散装水B的OH键振动能量高于散装水A的振动能量。最低和最高峰高之间的波动越大，OH键吸引力和水分子键之间的相互作用在水的不同部分即时的动态变化越活跃。
图7A和7B描绘了在通过本发明的系统100处理之前和之后的威士忌的FTIR光谱，其是通过遵循上述对散装水的测定程序获得的。
具体而言，从未经任何处理或没有外部因素(如温度)变化的未处理过的威士忌中采集三个1ml移液管滴液样本，并通过FTIR光谱仪进行扫描。未经处理的威士忌的三个样本中的每一者都表现出不同的OH键吸光度峰，如图7A的左图所示。在威士忌被本发明系统100的脉动场和DC分量处理之后，从处理过的威士忌中取出的1ml移液管滴液的三个样本被收集并被FTIR光谱仪扫描。处理过的威士忌的三个样本中的每一者也显示出不同的OH键吸光度峰，如图7B的左图所示。再次，分别确定图7A和7B中的垂直变化Δh。很明显，图7B中的垂直变化Δh比图7A中的垂直变化Δh大得多，表明该威士忌确实被本发明的系统100显著地供能。
除了OH键，还有其他键峰以类似的方式表现，但不如OH键峰那么明显，因为它们的键振动能量状态可能不如OH键振动那样动态。然而，相同的绘图和分析原理和方法仍然可以应用于确定其他类型的键的供能，例如C＝O、C-H、C＝H等。
通过用FTIR光谱学来绘制和分析OH键激发来确定饮料供能程度的方法可以作为一个独立单元在外部使用，或者集成到本发明的整个处理系统100中，用于非热分子键能量激发的反馈控制测量。或者，多个FTIR光谱仪也可以用于同时扫描多个样本，并且它们也可以被修改以适合自动取样的在线分析测量。
再次参照图1，冷却器150安装在系统100中，以便解决处理过程中的发热问题，尤其是在高传导性的情况下，在这种情况下，液体饮料125的温度可能升高，并且如果处理无人照管，可能发生过热情况。饮料温度的升高(特别是对于葡萄酒)是不合需的，并且冷却器150被提供来冷却处理后的液体饮料125。冷却器150可以安装成使得它冷却储存在贮存器140中的饮料或在管道系统中流动的饮料。由于家用设备中可用的空间有限，可以选择紧凑型热电冷却器来冷却处理后的饮料。
图1示出了系统100，其中液体饮料125以流动的方式被处理。特别地，泵160和相关的管道被安装成循环包含在处理室120中的液体饮料125。还可以通过使用本发明的系统在静态条件下处理液体饮料125。在静态情况下，不需要泵或相关的管道系统，而静态液体饮料125被容纳在处理室120中以接受处理。ORP计130安装在处理室120上，其上可以套有冷却器夹套，或者当需要时，可以采用适于冷却处理冷却器的其他冷却系统。
与饮料电导率相关的处理参数
本发明能够处理各种各样的饮料，从电导率为10μS/cm的非常低电导率的伏特加，到电导率为30-60μS/cm的威士忌和白兰地，电导率为数百范围的水/茶/咖啡，到电导率为2000到4000μS/cm的葡萄酒，以及电导率为6000μS/cm的非常高电导率的椰子汁。由于电导率范围的如此大的变化，并且由于发射器表面和时变电容性场中的DC分量之间的紧密接近，如果使用相同的处理室和发射器配置，发射器之间的电流变化可以相差高达600倍。根据本发明，饮料的电导率可以根据饮料的类型手动分类，这特别适合于家庭使用，或者通过手动测量电导率读数来分类。它也可以通过使用电导率传感器自动分类。
通常，电导率小于500μS/cm的饮料可以与使用如图1和2所示的为低电导率饮料设计的小间距发射器对配置中的处理室编组为一组。对于电导率高于500μS/cm的饮料，它们可以在根据图3的大间距发射器对配置的处理室中被处理。
然而，即使电导率在5至500μS/cm的范围内，不同类型饮料的电流中的变化仍然很大。本发明通过使用恒流电源解决了这个问题，该恒流电源自动调节输出电压以保持提供给AC波发生器的恒定电流。有了这种恒定电流供应，即使饮料电导率正在变化，它也不会熔化波发生器，并确保持续处理。此外，使用更大尺寸的恒压电源是可能的，只要它能够承受在最高电导率处理中产生的最大电流。
用于本发明的合适的电源优选在以下范围内，以有效覆盖处理功能。
·如果各种饮料的电导率仅限制在一个固定的窄范围内，则可以使用小于60V的恒压电源，并且该固定电源电压和如此产生的电流负载不会使电源过载和过度处理饮料。
·优选地，恒流电源是被用于控制电流输出不超过取决于饮料的电导率中的变化而设的预设限值。
·电源可以是使用硅全波或半波桥式整流器的脉冲开关整流器类型或电感线圈绕组变压器整流器，或来自干或湿电池的简单DC电源。
·电源可以是风冷或油冷的。
本发明可以配置与上面讨论的多个发射器配置组合使用的多个处理室，并且这种组合可以在本发明的一个系统中提供，以共享用于生成DC偏置脉动波的相同且单个设备110。这对于需要处理电导率变化很大的许多不同类型的饮料的情况尤其有利。
ORP反馈控制
如上所述，ORP读数用于确认饮料的最佳处理结果，例如根据本发明的葡萄酒和高酒精含量蒸馏酒。最佳处理结果意味着：
·饮料的ORP值接近最强的抗氧化性。
·灼烧感降低到接近最佳水平。
·饮料的味道和香味被很好地打开，提供了更全面的味道和香味。
饮料接受本发明的处理，引起水、酒精、醛、乙酸、酯分子的更多聚合，形成更多的给电子聚合和成簇分子。具有降低的未聚合的酒精分子的聚合和成簇的分子是降低喉咙灼烧感和降低涩味的主要贡献者。这些聚合过程，尤其是水分子团簇重排产生更多的给电子成簇聚合物，因此饮料的ORP读数显示出更多的负性或抗氧化性。
通常，在处理酒精饮料的初始阶段，饮料的ORP可以非常快地偏移到抗氧化的负ORP读数。然而，如果继续处理，DC分量的继续产生OH-和H+离子也会产生氧化副产物，包括乙酸、酯等。在这个阶段，只要有足够活性的高键振动能量多酚、鞣酸类、酒精等，与酸聚合，否则酸会变得过多。过量的酸会影响负ORP偏移速率并减缓负偏移。在达到最负的ORP电位后，ORP将开始反转并向正氧化ORP方向移动。在这一阶段，过量的酸产生会改变酒精饮料的味道，要么变得太淡要么太酸，表现出过陈的葡萄酒或过度暴露于氧气的饮料的典型特征和味道。
考虑到上述处理行为，ORP计130被设置用于实时监测ORP变化。一旦饮料的负ORP偏移变慢并接近最负的ORP电位，这指示本发明的最佳处理已经实现，且处理过程应该停止。显然，对于不同类型的饮料，甚至在同一类型饮料的不同批次之间，精确的最佳ORP读数都不同。最佳味道也因人而异。因此，用户可以首先通过品尝他们优选的处理结果来确立最佳ORP读数，并且随后将这些ORP读数用于它们随后的饮料处理，而不需要再次品尝饮料。
如上所述，ORP反馈可以手动控制，因为ORP读数对使用者是可见的。或者，用户可以设定所需的ORP终值，并且当达到最佳ORP值时，本发明的系统100可以自动停止处理过程。除了ORP反馈之外，当处理大量相同的饮料时，处理也可以是定时器控制的，以简化使用。因此，ORP反馈允许获得饮料的最好和最佳处理。
饮料的分子振动能量的非热激发的测定
已知能量以多种形式存在，但所有形式都在吉布斯(Gibbs)自由能的框架下。焓(热能)和熵(非热能)是吉布斯自由能概念中的两个组成部分。热能是最常见的形式，可以用温度计检测和测量，但非热熵能不是这种情况。熵是一种以分子键能激发为特征的非热能。熵能包括键振动和旋转动能，包括化学物质/浓度梯度能等。在水或含水饮料的情况下，OH键振动能量是临界激发，然而这种激发不能通过热或温度测量来检测。熵的存在影响化学反应的许多方面，特别是在许多生物化学过程/反应中。
许多研究和技术工作使用傅立叶变换红外(FTIR)光谱来检测水和其他物质的键振动能量状态，但是他们没有提及如何正确地将其应用于确定静态散装液体的动态键振动状态的方法，或者散装液体何时受到外部激发，例如本发明的熵处理。
尽管传统的FTIR光谱仪可以检测OH键吸光度峰，但是使用FTIR光谱的单次扫描的传统教导和方法不能确定液体样本的OH键振动能量是否已经被供能或者已经达到其最大能量水平。
在一些应用中，特别是对于饮料处理的大规模工业应用，从熵能的角度来看，检测饮料是否被充分处理到所需的能量水平是必要和有利的。
本发明的系统和方法有利地检测和确定水或饮料的供能程度，这可以用作处理反馈控制或者用于确定处理是否已经达到其所需的处理水平。特别地，本发明教导了针对相同吸光度峰来对从相同饮料获得的样本的多个FTIR光谱进行绘图和分析，以检测键振动能量的激发状态，更重要的是，检测和测量非热激发的水平，如上所述。
在现有技术的技术研究论文和出版物中，通常使用一个样本，并在FTIR吸光度或透射率图中描绘，在+/-3300～3600波数范围内只有一个OH峰用于该测定目的。FTIR光谱的单线/单峰表示的传统教导通常对于每个温度仅显示一条谱线作为理论或概念表示，并且它不能表示实际的OH键振动能量状态，也不能反映样本的活性或动力学。在饮料工业或任何现有技术中，没有任何关于使用FTIR曲线光谱中的垂直峰波动的绘图方法的教导。现有技术也没有提到使用对取自同一散装液体的多个样本的相继扫描来检测水或饮料的非热供能。相反，常规技术教导水的OH峰可以由于D2O/H2O浓度的变化而变宽，或者如果受到一个外部输入，OH峰只能产生一个单一的响应。但是在本发明之前没有这样的概念或教导，即即使没有外部状态/能量变化，水OH键峰本身也是如此不稳定，因此不能由一个单一的吸光度峰值或单一的FTIR扫描来表示。
本发明提出在静态条件下或在受到外部能量激发时，在多个FTIR光谱中绘制出水或饮料的OH键振动能量状态。当从相同的散装水中取出多个相继样本进行FTIR光谱扫描时，即使保持在静态条件下，水或饮料样本的OH键峰值吸光度也会变化，这表明熵能的不稳定性质，因为水OH键峰值吸光度值是不稳定且波动的。这种方法描绘了OH峰强度的轨迹。当FTIR扫描更多的相继样本时，将检测到更多的峰并绘制成图。通过绘制峰强度的轨迹，通常可以观察到峰的线性垂直线。或者在一些不同的激发方法中，如果峰迹(peak trail)处于更随机的顺序，则可以绘制出峰点的轮廓/边界。
吸光度峰高度/强度的垂直变化可以反映键振动能量的振动状态的变化。为了确定吸光度峰高的垂直变化，至少需要两个样本来定位吸光度峰高的上限和下限。多于两个光谱将是优选的，并且多于五个光谱峰值是更优选的，以具有更精确的变化确定。在获得最初的几个峰之后，如果随后的FTIR扫描谱峰都落在由最初的几个样本建立的最高和最低限值内，则其指示了用于确定的水或饮料的OH键能量状态在由所述最高和最低限值限定的范围内波动。更准确地说，水键能量动力学状态应该由一个吸光度峰强度值范围来表示，而不是单个峰强度值。吸光度峰的垂直变化越大，水和饮料的波动越大，且水和饮料的活性/激发状态越高。通常，五次以上的光谱扫描足以确定最高和最低吸光度限值。但是更多的样本总是提供更准确的结果。
现在转到图6，如果仅从散装水样本A和B中的每一者获得一个光谱，则可能获得散装水样本A的熵能状态高于散装水B的错误解释。但是根据本发明的确定方法，变得清楚的是，散装水B具有比散装水A更高的OH键振动能量，并且处于比散装水A更活性/动态的状态，这是由于散装水B在垂直方向上更大的峰值变化。
还应该理解的是，散装水B的吸光度峰值高于散装水A，但这仅代表IR波的更高吸光度，并不一定意味着散装水B比散装水A处于更活性/随机的振动状态。只有由最高和最低吸光度峰值高度定义的更大波动才能反映OH键吸引力和水分子键之间的相互作用在散装水的不同部分出即时的更活跃的动态变化。
通过测量OH键吸光度峰的幅度变化，可以建立未经处理水的基线。未经处理的水的吸光度峰值变化表明，即使没有任何能量输入或没有周围状态的改变，OH键吸光度峰值变化也存在。这不同于传统的教导，即只有一个OH键吸光度峰值代表整个散装水。显然，采集和测试的样本(例如移液管滴液)越多，OH键吸光度峰值波动幅度范围的建立就越好。
上面讨论的确定键振动能量的激发水平的OH键峰绘图和分析方法可以应用于不同类型的液体饮料，包括超纯水、蒸馏水、自来水、地下水、海水、酒精饮料和许多其他类型的溶液和液体。这种确定液体的能量程度的方法对于本发明有效处理饮料来说特别有用。
已经令人惊讶地发现，本发明的系统和方法能够一次性地同时且立即对饮料产生各种所需的有益处理效果，而与饮料的类型无关。处理效果包括但不限于以下：
1)在其pH基本保持恒定的处理液体饮料中产生负ORP，
2)降低处理液体饮料的喉咙灼烧感，
3)降低处理液体饮料的涩味，
4)通过消耗处理液体饮料来增加身体脂肪燃烧代谢；
5)在存在酒精成分的情况下降低处理液体饮料的有害毒素作用，以及
6)在存在酒精成分的情况下促进处理液体饮料的陈酿效果。
产生负ORP偏移
氧化还原电位(ORP)被认为是表明化学/生物化学系统氧化(失去电子)或还原(获得电子)能力的参数。正值表示氧化态，负值表示还原态。
为了在甚至低电导率的酒精饮料中创建负的ORP偏移，饮料经受由本发明的系统施加的脉动电容性场和经偏置DC分量的组合效应。
首先，将处理液体饮料暴露于脉动交变AC时变电磁场，以振动水、酒精、多酚和/或包含O-H键、氢键或极性键的其他分子的O-H键。在正确的时变频率范围、占空比、施加的电压和电流的组合下，这种键振动被激活，并且可以通过FTIR(傅立叶变换红外)光谱中O-H键振动吸光度峰波动的较大幅度变化来检测。随着高键振动，水分子、多酚、酒精分子成簇布置被重新布置，从而加速这种氢键和极性键化合物的聚合。在其他方面，饮料的自由能被提高。相应地，水分子团簇对H+和OH-离子的水合包裹行为被改变。对于水和酒精，这可以写成(H2O)n -，或(C2H5OH)n -，表示水团簇(H2O)n或酒精团簇(C2H5OH)n，或((H2O)n’+(C2H5OH)n”)n团簇和带负电荷的((H2O)n’+(C2H5OH)n”)n团簇的混合物的更强的给电子倾向，其中n是1到2、3、4等任何数值整数。
其次，为了在聚合的同时产生负的ORP偏移，以脉动方式引入到AC时变电磁离子波电流中的DC分量起到产生负的ORP偏移的作用。负ORP偏移的速率与DC分量电流的增加成比例，但是DC电流不超过AC电流。在本发明中，在发射器对之间不需要膜或屏障，因此平衡量的H+和OH-离子通过DC分量电流被引入水中。因此，饮料的pH值没有显著变化，但更多的H+和OH-离子可以被引入水中。结果，当饮料中发生负ORP偏移时，饮料的pH基本上保持恒定。
正常情况下，如果每秒钟有1安培的DC分量电流流过流体，就会产生6.24×1018个电子电荷。这增加了水中OH-和H+离子的数量，同时伴随着水团的重排。形成更多的给电子水或酒精团簇，并且ORP将逐渐向更负的读数偏移，但是饮料的pH没有显著变化。
然而，如果更多的OH-和H+以平衡的量产生，但是没有产生给电子团簇排列的脉动AC时变电磁波性质的电容性场的影响，则ORP或pH没有偏移。这类似于没有膜的DC电解的情况，没有pH或ORP的变化。根据本发明，脉动AC时变电磁波性质的电容性场的强度与DC分量成比例，从而为饮料产生所需的负ORP抗氧化性能。因此，本发明的一个特征是抗氧化ORP偏移仅在DC偏置时变电磁波发生器、发生器与电容性发射器的耦合以生成跨发射器的电容性场以及DC偏置的正确组合时产生。本发明的另一特征是，由本发明的处理引起的负ORP偏移发生，而待处理饮料的pH基本不变。这是所希望的，因为pH的变化通常会导致饮料的化学性质和味道的变化，这在现有技术的化学添加方法中可以发现。
尽管加入碱性化学品(如NaOH)可以直接增加水中OH-给电子离子的数量以产生给电子抗氧化效果，但它也会影响pH并给饮料带来不合需的影响。这违背了本发明不需要任何化学添加剂干预的目的。
更重要的是，在经过本发明的处理后，饮料被供能以具有增加的内能，并且该内能可以储存在饮料中一段时间，直到它到达血液流，如在下文的模拟试验中所证明的。
降低高酒精含量蒸馏酒的灼烧感
高酒精含量蒸馏酒的燃烧/刺痛感觉是由于喉膜上的香草素受体VR-1拾取酒精单分子并将信号作为“热”信号发送到人脑。当蒸馏酒在桶中陈酿时间较长时，酒精单体会与其他酒精、多酚、醛、乙酸聚合成较大的酒精聚合聚合物。这些大的聚合物不能与VR-1很好地反应，因此VR-1拾取较少的信号，结果降低了“热”感或感知。
在桶中，酒精分子、水、醛、乙酸之间的化学能量差会驱使这些分子聚合。但是化学能量的差异非常小，因此聚合反应以缓慢的速度进行，并且需要几年或几十年来陈酿并产生味道改善和较低的灼烧顺滑效果。但是一旦蒸馏酒从桶中取出并装瓶，就没有来源于桶中的材料或外部来源的新的化学能量，因此饮料的质量和性质不会发生进一步的变化。
本发明的处理在这方面是一种改进，并且即使在其被装瓶后也能进一步向蒸馏酒中输入能量。瓶装蒸馏酒(例如威士忌)当流过本发明系统的处理室时，受到由AC分量和经偏置DC分量产生的电容性场的影响，因此被供能以激活和振动蒸馏酒成分分子的O-H、氢和极性键能。这提供了酒精聚合所需的自由能，并且可以被储存一段时间，因此即使当蒸馏酒被装瓶或不在陈酿环境中时，也允许继续聚合。
由时变电磁场产生的DC分量和离子电流也在发射器表面产生次级效应。这包括将酒精进一步氧化成醛，再氧化成乙酸，甚至酯。在进一步氧化过程中产生的这些新化合物也提供了进一步聚合所需的化合物。这使得瓶装威士忌和其他高酒精含量蒸馏酒的进一步陈酿效果成为可能。
降低饮料的涩味
涩味是包括葡萄酒、茶、咖啡或其他草本植物饮料在内的饮料的另一个问题。通过现有技术降低饮料的涩味通常需要延长的时间段，例如通过在橡木桶中陈酿数年或数十年以使鞣酸类单体、葡萄酒蛋白质、酒精和多酚分子经历复杂的聚合，可以降低葡萄酒的涩味。
类似于降低喉咙灼烧感，接受本发明处理的饮料允许即时聚合过程，特别是鞣酸类与葡萄中的蛋白质或其它有机化合物聚合。这些聚合过程，特别是水团簇重排，产生更多的给电子团簇聚合物，因此饮料的涩味在非常短的时间内降低，而无需添加抑制剂。例如，冰柠檬茶使用较少的糖，但茶的甜味保持不变。经过本发明处理后，葡萄酒特别是新酿和瓶装葡萄酒的涩味在几分钟内显著降低。
增加身体脂肪燃烧代谢
为了产生脂肪燃烧代谢效果，液体饮料必须具有提高的自由能水平，自由能被储存以便身体启动脂肪燃烧代谢。葡萄糖糖酵解代谢产生其启动需要较低能量的能量，并且总是优先于脂肪或蛋白质代谢发生。脂肪燃烧代谢是一个更复杂的过程，需要更高的能量。只有当葡萄糖被消耗或当身体自由能提高到更高水平以开始脂肪燃烧时，例如在长距离的慢走或慢跑后，才会发生这种情况。当身体处于休息状态时，脂肪燃烧代谢通常不会发生，或者即使发生也是最小的，这可能导致脂肪堆积。
在现有技术中，由不与饮料直接接触的外部感应线圈感应的时变电磁波不能提高饮料的自由能水平，并且增加饮料的振动的速率也太慢，以至于不能产生即时结果。
与现有技术不同，本发明的系统不采用任何感应线圈，而是仅非常紧密地封装的发射器对被浸没并与饮料直接接触。通过正确的频率范围、占空比、所产生的电容性场的DC和AC分量的平衡，O-H键的振动几乎可以立即发生。更重要的是，所产生的能量在完全消散到周围环境中之前可以在液体饮料中储存一段时间，从而实现脂肪燃烧代谢的效果以及本文讨论的其他处理效果。
通过本发明处理的液体饮料对脂肪燃烧代谢效果的改善将在下文的实施例中得到证实。
降低饮酒后的有害毒性作用
当酒精通过肠壁进入血液时，它会首先到达肝脏。肝脏将酒精识别为一种毒素，并通过以下两步过程将其分解。
如果反应完全变成乙酸，它是无害的，因为乙酸无毒。然而，如果没有足够的脱氢酶可用，或者反应的自由能供应不足以完全生成乙酸最终产物，则反应可能不完全。这种不完全的转化导致对肝脏有害的乙醛的积累。
如上所述，本发明的处理通过提高可储存一段时间的极性键的振动能量来增加酒精饮料的自由能。发现处理过的饮料也能够促进乙醛向乙酸的转化，这将在下文的模拟试验中描述。
酒精饮料的促陈酿作用
如今，酒精饮料一旦从桶中取出并装瓶就不能陈酿，因为没有来自桶材料或外部来源的新的化学能源供应，因此饮料的质量和性质没有发生进一步的变化。在DC分量和脉动电容性场产生的水中离子电流的组合作用下，水团簇和溶解离子的振动和旋转内能增加。在本发明的DC偏置时变频率脉动电磁波处理之后，增加的能量存储在饮料中。这种激发的能量具有持久的残余效应，可能长达数周，这取决于系统中的能量损耗或耗散。这使得瓶装威士忌和其他高酒精含量蒸馏酒的进一步陈酿效应成为可能，并因此提高了酒精饮料从陈酿储存环境中取出后的质量和性质。
实验测试
示例1.处理过水的抗氧化效果的模拟试验
每天分泌的胃酸HCl的量约为1.5升，而胃酸的平均pH值约为2.5。一个成年人每天消耗的水量约为1.5至2升。因此，模拟试验使用200mL的pH 2.21的HCl与200mL经本发明系统处理过的水混合，并与未经处理的水进行比较。
通过胃后的酸性水被十二指肠分泌的NaHCO3中和至pH值约为8。这是通过加入55毫升的NaHCO3使pH值回到8来模拟的。
然后用ORP计测量处理过的和未处理过的水的所得ORP，以确认在水到达肠道被吸收到血流中之前，它们是否仍具有抗氧化作用。
结果列于表1中。
表1
测试结果表明，处理过的水在测试结束时保持抗氧化状态，而未处理过的水在整个测试过程中处于氧化状态。
示例2.处理过饮料的脂肪燃烧代谢效果
为了确认人体是否正在进行碳水化合物代谢或脂肪燃烧代谢，一种方法是测量呼出气体中的CO2含量。这可以在医院的代谢测量室中通过CO2检测来进行。基本原理是，当燃烧碳水化合物/葡萄糖时，吸入的每摩尔氧气释放更多的CO2，而如果代谢是通过脂肪燃烧，则呼出的CO2较少。简化的葡萄糖和脂肪氧化如下所示。
当葡萄糖被氧化时，
·C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量
·RQ(反应商)＝6CO2/6O2＝1.0
当脂肪被氧化时，
·C16H32O2+23O2→16CO2+16H2O+能量
·RQ＝16CO2/23O2＝0.7
因此，结果是每消耗一个氧分子减少的CO2产量。
由于每次呼吸吸入的O2大致恒定，因此通过测量呼出气体中的CO2，可以知道是葡萄糖氧化代谢还是脂肪氧化代谢。
在这个例子中，没有使用医院代谢室，而是使用便携式代谢CO2传感器测量仪来用于测试验证目的。由Lumen代谢CO2计提供的测量结果按1到5的比例缩放。读数移向1表示更多的脂肪燃烧代谢，而移向5表示更多的碳水化合物燃烧代谢。关于Lumen传感器的详细描述可以在下述网站上找到：https：//www.lumen.me/how-it-works。
如下表2所示，在消耗指定饮料之前和之后，从多个受试者收集测试样本。
典型的样本测试结果如表2所示。
表2.促进脂肪燃烧代谢
在消耗由本发明的系统处理的水和咖啡之前，身体处于久坐状态，并且Lumen CO2传感器读数为5，指示碳水化合物代谢。在消耗处理过的水或咖啡后，Lumen CO2传感器读数为4或3，指示发生了更多的脂肪燃烧代谢。
在消耗未处理过的水和咖啡之后，Lumen CO2读数保持在5，指示新陈代谢没有变化，而身体仍在进行碳水化合物代谢。
可以看出，所有测试样本显示出相同的趋势结果，这证明了通过本发明的处理获得的脂肪燃烧代谢效果。
示例3.降低肝脏中毒性乙醛的模拟试验。
为了模拟上述从酒精到乙醛然后到乙酸的转化，将取自醋母的脱氢酶加入到未处理的威士忌和通过本发明的系统处理的威士忌中。模拟试验的重点是确定反应转化趋势。在该模拟试验中使用的来自醋母的酶的量处于低水平，以模拟脱氢酶不足的情况。
威士忌是常见的高酒精含量。一款Johnny Walker红标威士忌被用作样本，以更好地反映实际饮酒情况。
测试结果列于下表3中。
表3
测试结果显示如下：
a)乙醛水平(ppm)从未添加脱氢酶的威士忌的174ppm增加到在添加脱氢酶后的相同威士忌的185ppm，模拟饮用未经处理的威士忌时肝脏中的情况。乙醛的这种增加表明，在威士忌未经处理时脱氢酶不足的情况下，有毒的乙醛正在积累。
b)当在处理过的威士忌中加入相同量的脱氢酶时，有毒的乙醛从174ppm降低到150ppm。这一结果表明，处理过的威士忌中的有毒乙醛在肝脏中降低了。
c)未经处理和经处理的威士忌之间的乙醛差异是35ppm(185-150ppm)。乙醛含量降低35ppm有力地证明了本发明的处理效果有助于提高自由能，以加速肝脏酒精到乙酸的转化反应，结果降低了酒精饮料对健康的负面毒性影响。
因此，本发明提供了一种使用包括AC和DC分量的电磁场来处理非酒精和酒精饮料的系统和方法，该系统和方法非常简单、相对便宜并且比现有技术更环保；并且能够一次性地有效地提供各种有益的处理效果。所述处理效果包括以下项。
1)将氧化性酒精饮料转化成抗氧化性以作为一种更健康的酒精饮料是独特的，尤其是将高酒精含量的蒸馏酒转化成抗氧化性对该行业来说是新的。
2)保持饮料的抗氧化性能直至其在消耗后进入血液流的能力。
3)在没有药物或化学添加剂的情况下促进脂肪燃烧代谢的能力在任何现有技术中都不是已知的
4)通过加速酒精到乙酸的完全转化而不是停止在不完全的中间酒精到乙醛的反应来降低乙醛在肝脏中的有害积累的能力。
5)在一次处理中同时提高饮料的质量，使其具有各种有益的处理效果，这是以前从未实现过的。
6)能够进一步降低灼烧感并提高瓶装高酒精含量蒸馏酒的饮料质量。这打破了行业规范。
7)在几分钟内产生所有所需效果的即时处理时间是独特的。通常的处理时间，尤其是酒精饮料，需要几年的时间。<0}
8)这种即时处理使得在家里、商业F&B商店和工业用户的即时处理时间要求的处理成为可能。本发明的相同且单个系统可以被配置成处理许多种饮料，从低电导率的伏特加、威士忌到水/茶/咖啡到高电导率的葡萄酒、果汁和椰子水等。电导率的变化范围为10μS/cm至6000μS/cm。<0}
9)处理过的酒精和非酒精饮料的抗氧化ORP可保存达到长期保质期，而涩味和灼烧感的降低是永久性的。
除非上下文另有说明，否则对于本发明的给定方面、特征或参数的偏好和选项应该被视为已经结合本发明的所有其他方面、特征和参数的任何和所有偏好和选项进行了公开。
虽然这里描述的实施例旨在作为示例性的系统和方法，但是本领域技术人员将会理解，本发明不限于所示的实施例。在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员将借助于本领域技术人员的常识设想许多其他可能的变化和修改，然而，这些变化和修改应当落入本发明的范围内。

Claims (22)

1.一种用于使用包括交流(AC)和直流(DC)分量的电磁场处理液体饮料的系统，包括：
用于生成包括经偏置DC分量的DC偏置时变频率脉动电磁波的设备，
用于向所述设备供电的电源，
容纳处于静态或流动状态的处理液体饮料的处理室，
一个或多个电容性发射器对，所述电容性发射器对以预定模式布置并放置成与所述处理液体饮料直接接触，其中每两个相邻的电容性发射器以预定义距离间隔开并分别与所述设备的第一和第二输出端电耦合，
其中所述设备被配置成将所述DC偏置时变频率脉动电磁波施加到所述处理液体饮料，以在所述电容性发射器之间生成具有场强的脉动电容性场，并且
其中在所述处理液体饮料中提供包括所述经偏置DC分量的时变频率和脉动AC波电流，以在所述处理液体饮料中产生负氧化还原电位(ORP)偏移，所述处理液体饮料的pH在所述脉动电容性场的场强和所述经偏置DC分量的组合作用下基本保持恒定。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述时变频率和所述脉动AC波电流以及所生成的场的DC分量被提供来向所述处理饮料供能，使得在所述处理液体饮料中诱发一种或多种处理效果。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述处理效果包括以下中的一者或多者：
1)降低所述处理液体饮料的喉咙灼烧感，
2)降低所述处理液饮料的涩味，
3)通过消耗所述处理液体饮料来增加身体脂肪/脂质燃烧代谢，
4)在存在酒精成分的情况下降低所述处理液体饮料的有害毒素作用，以及
5)在存在酒精成分的情况下促进所述处理液体饮料的陈酿效果。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括多个发射器对，所述多个发射器对以预定模式放置在所述处理室中并且与所述处理液体饮料直接接触，或者所述多个发射器对被直列安装在所述发射器与所述处理液体饮料直接接触的位置。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发射器以板或杆的形式提供，所述板或杆被布置成分别与所述设备发生器的第一和第二输出端并联电耦合，并且其中所述发射器基本上在所述处理室的整个长度上延伸。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个发射器对被提供作为中间放电发射器，所述中间放电发射器被布置在彼此平行的行中，并且其中所述发射器中的每一者的发射器表面的一部分被导电涂层覆盖，并且被涂覆的发射器表面被定向在一个方向上并且被布置在未被涂覆的发射器表面之间。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的系统，其特征在于，所述两个相邻的电容性发射器间隔开的距离小于10mm，优选地小于6mm。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的系统，其特征在于，所述设备包括：用于在所需的扫描时间生成具有时变频率的AC电磁波的AC波发生器；以及与所述AC波发生器串联电耦合的DC偏置单元，其中，所述DC偏置单元被配置成产生传输到所述AC波发生器的DC输出，以用于生成包括经偏置DC分量的DC偏置时变频率脉动电磁波。
9.根据权利要求1至6中的任一项所述的系统，其特征在于，所述设备包括用于在所需的扫描时间生成具有时变频率的AC电磁波的AC波发生器，所述AC波发生器被编程为创建不平衡时变频率波形，以生成包括净DC分量的DC偏置时变频率脉动电磁波。
10.根据权利要求1至6中的任一项所述的系统，其特征在于，还包括用于实时监测和测量所述处理液体饮料的ORP的ORP计。
11.根据权利要求1至6中的任一项所述的系统，其特征在于，还包括用于扫描取自所述处理液体饮料的多个相继饮料样本以获得多个FTIR光谱的FTIR光谱仪，所述多个FTIR光谱被绘图和分析以获得相同吸光度峰的峰高的最大垂直变化，从而确定所述处理液体饮料的供能程度，优选地是非热供能程度。
12.根据权利要求1至6中的任一项所述的系统，其特征在于，还包括用于冷却所述处理液体饮料的冷却器和/或用于均化所述处理液体饮料的搅拌器。
13.根据权利要求1至6中的任一项所述的系统，其特征在于，所述设备被配置成生成包括经偏置DC分量的DC偏置时变频率脉动电磁波，所述DC偏置时变频率脉动电磁波具有以下中的一项或多项：
·选自方波、正弦波或三角波的波形，
·在大约100Hz和1000000Hz之间的频率，优选地在500到10000Hz之间，
·扫描频率在1Hz和1000Hz之间，优选地在10Hz和100Hz之间，以及
·所述经偏置DC分量的最大峰值电压小于最大AC峰值电压的一半。
14.一种用于使用包括交流(AC)和直流(DC)分量的电磁场来处理液体饮料的方法，包括以下步骤：
生成包括经偏置DC分量的DC偏置时变频率脉动电磁波，以及
向处于静态或流动状态的处理液体饮料施加所述DC偏置时变频率脉动电磁波，以提供包括所述经偏置DC分量的时变频率和脉动AC波电流，
其中包括所述经偏置DC分量的所述时变频率和脉动AC波电流被传输到以预定模式布置并被放置成与所述液体饮料直接接触的一个或多个电容性发射器对，以便在所述电容性发射器之间生成具有场强的脉动电容性场，从而在所述处理液体饮料中产生负氧化还原电位(ORP)偏移，所述处理液体饮料的pH在所述脉动电容性场的场强和所述经偏置DC分量的组合作用下基本保持恒定。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，包括测量所述液体饮料的电导率以选择适用于所述液体饮料的处理的发射器的步骤。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括确定所述处理液体饮料的供能程度，优选地是非热供能程度，来作为饮料处理的反馈控制的步骤。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述确定步骤包括：
从所述处理液体饮料取得多个相继的样本，
获得分别代表所述多个相继的样本的多个FTIR光谱，
针对相同吸光度峰来对所述多个FTIR光谱进行绘图和分析，以收集关于所述相同吸光度峰的峰高的信息，以及
基于所述相同吸光度峰的最低和最高峰高来确定所述峰高的最大垂直变化，
其中所述峰高的所述最大垂直变化反映所述处理液体饮料的供能程度。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，OH键吸光度峰被绘图并分析。
19.根据权利要求14至18中的任一项所述的方法，其特征在于，所述时变频率和脉动AC波电流以及所生成的场的DC分量被提供来对所述处理饮料供能，使得在所述处理液体饮料中诱发一种或多种处理效果。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述处理效果包括以下中的一者或多者：
1)降低所述处理液体饮料的喉咙灼烧感，
2)降低所述处理液饮料的涩味，
3)通过消耗所述处理液体饮料来增加身体脂肪/脂质燃烧代谢，
4)在存在酒精成分的情况下降低所述处理液体饮料的有害毒素作用，以及
5)在存在酒精成分的情况下促进所述处理液体饮料的陈酿效果。
21.根据权利要求14至18中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括实时监测和测量所述处理液体饮料的ORP的步骤。
22.根据权利要求14至18中的任一项所述的方法，其特征在于，每两个相邻的电容性发射器间隔开的距离小于10mm，优选地小于6mm。
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