CN117886423A - 一种高浓度小分子气泡富氢水制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高浓度小分子气泡富氢水制备方法，包括以下步骤：S1制备富氢植物发酵液、S2混合氢水、S3制备微纳米气泡；本发明制得的富氢水具有较高的浓度及较小的气泡粒径，氧化还原电位低，溶存时间长，浓度范围1657‑1850ppb，气泡粒径282.6‑310.9nm，氧化还原电位在‑481～‑520mV，较小的粒径可在水中长时间存在，溶存时间达到83h，有效的清除DPPH自由基、·OH自由基、·O2 ‑自由基，DPPH自由基的清除能力95.2‑98.8％，·OH自由基的清除能力为98.1‑99.7％，·O2 ‑自由基的清除能力为90.3‑98.9％，富氢水中的氢分子可以促进细胞内线粒体的活性，增加能量供应，从而缓解疲劳感。
Description
技术领域
本发明涉及富氢水制备技术领域，特别涉及一种高浓度小分子气泡富氢水制备方法。
背景技术
富氢水(Hydrogen-richWater)中含有一定浓度的氢气，名字来源于日语原名“水素水”，又名“氢水”目前在市场上已经有一系列相关产品。按照产品类型，有富氢水机、富氢水杯、罐(袋)装富氢水等产品。按照富氢水的制作方法，可以分为电解水、物理混合富氢水、产氢材料制作富氢水等方式。
电解水法源于工业中的电解水技术。电解水已有近百年的发展历史，但过去并不清楚其发挥生物学效应的主要成分。在2007年日本学者提出了氢气的生物学效应后，人们逐渐将电解水演变成电解富氢水产品。将水置于装有正、负电极的电解槽内进行电解，在电场作用下，水电解成氢气和氧气。在阴极会产生氢气及氢氧根离子，阳极会产生氧气及氢离子，在电解水的过程中阳极与阴极之间如果用一个特殊的膜隔开，就会产生碱性水与酸性水。最早在日本等国家的一些应用场景中，酸性水可以用作日常洗涤，碱性水可以饮用，对人体会产生益处，这可能就是氢气的效应。但是氢气在水中溶解度小且易扩散，普通氢气气泡在水中会快速上升到表面并逃逸，因此在常温常压下，使用普通电解水技术很难制备超饱和富氢水，且电解水的过程中也可能发生副作用，会产生臭氧和氯。
物理混合富氢水是目前最为标准、应用也最广的氢水制备技术物理混合法。此方法是采用物理方法是将大量具有一定压力的氢气单向通入水中将氢气和水进行充分混合，以达到溶氢的目的，并且不会产生化学副产物。但是此种方法对设备及工艺要求较高，且制备好的富氢水被置于常温常压的开放环境后，水中的氢气会以较快速度释放，导致富氢水的浓度在短时间内降低，同时氢气的单向供应可能会使其中的部分氢气被排出而没有被充分利用。
产氢材料制作富氢水通常采用金属镁作为原料，通过特定的工艺制成具有一定形状和尺寸的棒状结构。在使用过程中，将氢棒放入水中，金属镁与水产生反应，生成氢气和氢氧化镁，氢气溶解在水中形成富氢水。然而，氢棒中的镁粒子容易被氧化，使用次数增多后会导致其制氢效果下降，并释放出一定量的镁离子进入水中，若饮用，对人体健康也会造成一定的影响。因此氢棒需要定期清洗，避免滋生细菌，确保水质的安全卫生。氢棒制氢的氢气含量受多种因素影响，包括使用次数、容器密闭情况、反应时间等，需要控制这些因素来保证氢气含量的稳定性和富集度；然而如何在常温常压下制备富氢水并能维持一定的浓度和提高溶存时间仍然是一个需要解决的问题。
发明内容
鉴于此，本发明提出一种高浓度小分子气泡富氢水制备方法，解决上述问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种高浓度小分子气泡富氢水制备方法：包括以下步骤：
S1、制备发酵液：选取富氢植物的根、茎、叶、果为原料，进行清洗以及杀菌消毒，粉碎过10-30目筛，加入水混合，发酵12-48h，获得发酵液，过滤，收集气体进行气体分离，得到氢气，备用；
S2、混合氢水：将氢气与水分别在超声波作用下搅拌混合，混合时间15-45min，得到富氢水；通过氢气与水多次剧烈地混合，使得氢气与水混合更为充分，并且在混合的过程中处于高压状态，可使水分子锁住氢气，从而可以增加氢气在水中溶解量，提高水中氢气的含量；
S3、制备微纳米气泡：将上述富氢水充入高速剪切机中，并同时对其施加磁场对富氢水磁化，利用磁力对富氢水进行高速剪切，得到高浓度小分子气泡富氢水。
进一步的，所述富氢植物为紫苏、水生苦草、狐尾藻、辣蓼、菱角。
进一步的，所述步骤S1中粉末和水的质量体积比g/mL为8-12:20。
进一步的，所述步骤S1中发酵条件为温度30-40℃，pH5-7，光照100-200lux。
进一步的，所述步骤S2中氢气的通入量为0.2-0.5m3/s。
进一步的，所述步骤S2中水的通入量为5-10L/s。
进一步的，所述步骤S2中超声处理时间为200-480分钟，超声波功率为20-100KHz。
进一步的，所述步骤S3中高速剪切速率为800-1500rpm，剪切次数2-5次，每次剪切10-30min。
进一步的，所述步骤S3中磁场强度3500-5000GS。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明制得的富氢水具有较高的浓度及较小的气泡粒径，氧化还原电位低，溶存时间长，能够有效的清除DPPH自由基、·OH自由基、·O2 -自由基，DPPH自由基的清除能力95.2-98.8％，·OH自由基的清除能力为98.1-99.7％，·O2 -自由基的清除能力为90.3-98.9％，富氢水中的氢分子可以促进细胞内线粒体的活性，增加能量供应，从而缓解疲劳感；
本发明采用发酵法制氢，具有较高的纯度及具有强还原能力；将氢气与水分别在超声波作用下搅拌混合，通过氢气与水多次剧烈地混合，使得氢气与水混合更为充分，并且在混合的过程中处于高压状态，可使水分子锁住氢气，从而可以增加氢气在水中溶解量，提高水中氢气的含量，将富氢水进行微纳米气泡技术处理，可以极大地促进氢气的溶解度并使其快速溶解。使用富氢水制备微纳米气泡能促进氢气的溶解度并使其快速溶解；在高速剪切过程中施加磁场，将气体分散成微纳米尺度的气泡，提高气泡的均匀性和稳定性，有效控制气泡的尺寸和分布，从而更好地控制富氢水的性质和性能。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。
本发明实施例所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
本发明实施例所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
一种高浓度小分子气泡富氢水制备方法：包括以下步骤：
S1、制备发酵液：选取紫苏的根、茎、叶为原料，进行清洗以及杀菌消毒，粉碎过10-30目筛，加入水混合，粉末和水的质量体积比g/mL为8:20，在温度30℃，pH5，光照100lux下发酵12h，获得发酵液，过滤，收集气体进行气体分离，得到氢气，备用；
S2、混合氢水：将氢气与水分别在超声波作用下搅拌混合，超声波功率为20KHz，超声200分钟，氢气的通入量为0.2m3/s，水的通入量为5L/s，混合时间15min，得到富氢水；
S3、制备微纳米气泡：将上述富氢水充入高速剪切机中，高速剪切速率为800rpm，剪切次数2次，每次剪切10min，并同时对其施加磁场对富氢水磁化，磁场强度3500GS，利用磁力对富氢水进行高速剪切，得到高浓度小分子气泡富氢水。
实施例2
一种高浓度小分子气泡富氢水制备方法：包括以下步骤：
S1、制备发酵液：选取紫苏的根、茎、叶为原料，进行清洗以及杀菌消毒，粉碎过30目筛，加入水混合，粉末和水的质量体积比g/mL为12:20，在温度40℃，pH7，光照200lux下发酵12-48h，获得发酵液，过滤，收集气体进行气体分离，得到氢气，备用；
S2、混合氢水：将氢气与水分别在超声波作用下搅拌混合，超声波功率为100KHz，超声480分钟，氢气的通入量为0.5m3/s，水的通入量为10L/s，混合时间45min，得到富氢水；
S3、制备微纳米气泡：将上述富氢水充入高速剪切机中，高速剪切速率为1500rpm，剪切次数5次，每次剪切30min，并同时对其施加磁场对富氢水磁化，磁场强度5000GS，利用磁力对富氢水进行高速剪切，得到高浓度小分子气泡富氢水。
实施例3
一种高浓度小分子气泡富氢水制备方法：包括以下步骤：
S1、制备发酵液：选取紫苏的根、茎、叶为原料，进行清洗以及杀菌消毒，粉碎过20目筛，加入水混合，粉末和水的质量体积比g/mL为10:20，在温度35℃，pH5-7，光照150lux下发酵24h，获得发酵液，过滤，收集气体进行气体分离，得到氢气，备用；
S2、混合氢水：将氢气与水分别在超声波作用下搅拌混合，超声波功率为60KHz，超声350分钟，氢气的通入量为0.3m3/s，水的通入量为8L/s，混合时间30min，得到富氢水；
S3、制备微纳米气泡：将上述富氢水充入高速剪切机中，高速剪切速率为1200rpm，剪切次数3次，每次剪切20min，并同时对其施加磁场对富氢水磁化，磁场强度4200GS，利用磁力对富氢水进行高速剪切，得到高浓度小分子气泡富氢水。
实施例4
本实施例与实施例3的区别在于，所述步骤S2中超声处理时间为120分钟，超声波功率为10KHz。
实施例5
本实施例与实施例3的区别在于，步骤S3中高速剪切速率为2000rpm。
对比例1
本对比例与实施例3的区别在于，未进行发酵液制取氢气，氢气选自电解液中氢气。
对比例2
本对比例与实施例3的区别在于，未进行步骤S3的微纳米气泡。
对比例3
本对比例与实施例3的区别在于，所述步骤S3中的高速剪切过程中未施加磁场进行辅助。
一、性能测试
测试实施例1-5和对比例1-3制得的富氢水的氢气浓度，氢气气泡粒径，还原能力、溶存时间，测试结果如下：
本发明制得的富氢水具有较高的浓度及较小的气泡粒径，浓度范围1657-1850ppb，气泡粒径282.6-310.9nm，氧化还原电位在-481～-520mV，较小的粒径可在水中长时间存在，均＞72h，溶存时间达到83h；
实施例组与对比例1比较，本发明通过选择富氢植物进行发酵，具有较高的纯度及具有强还原能力；
实施例组与对比例2比较，将富氢水进行微纳米气泡技术处理，氢气气泡表面积大、在水中上升速度慢、气泡表面电荷富集，且气泡稳定性好、寿命长，因此可以极大地促进氢气的溶解度并使其快速溶解；
实施例组与对比例3比较，在高速剪切过程中施加磁场，磁场的强度和方向，可以实现对富氢水的全方位不同程度和方式的剪切，将气体分散成微纳米尺度的气泡，提高气泡的均匀性和稳定性，有效控制气泡的尺寸和分布，从而更好地控制富氢水的性质和性能。
二、测试富氢水的抗氧化能力
分别测试富氢水对DPPH自由基、·OH自由基、·O2 -自由基的清除能力，测试结果如下：
从上述结果可知，本发明方法制得的富氢水能够有效的清除DPPH自由基、·OH自由基、·O2 -自由基，DPPH自由基的清除能力95.2-98.8％，·OH自由基的清除能力为98.1-99.7％，·O2 -自由基的清除能力为90.3-98.9％。
三、抗疲劳性能
选择30名健康男性受试者，年龄27.1±4.9岁，分为3组，每组10人，运动前30分钟前分别饮用600毫升实施例3的富氢水或市售富氢水，
运动首先进行强度为1.0W/公斤体重10分钟热身，然后分别进行8分钟2.0、3.0和4.0W/公斤体重的大强度运动。每一步最后一刻进行心肺呼吸指标、血液乳酸水平和主观疲劳感知
1.准备实验材料：包括富氢水、普通水、疲劳测试仪器等。
2.选取受试者：选择30名健康男性受试者，年龄27.1±4.9岁，身体健康无病史。
3.实验分组：将受试者随机分为3组，一组为实验组，一组为对照组和空白对照组。
4.实验过程：
a.受试者首先进行强度为1.0W/公斤体重10分钟热身，然后分别进行8分钟2.0、3.0和4.0W/公斤体重的大强度运动，以诱导疲劳。
b.受试者在运动前后分别饮用600毫升的实施例3的富氢水、市售富氢水及普通水。
c.在运动过程中或运动后，使用疲劳测试仪器测量受试者的疲劳程度，记录相关数据。
d.让受试者填写疲劳感问卷或进行视觉模拟评分，以评估疲劳程度。
e.测量受试者的肌肉疲劳指标和血液乳酸水平等生理指标，以进一步了解疲劳状态。
5.数据分析：对收集到的数据进行分析，比较实验组(实施例3的富氢水)、对照组(市售富氢水)和空白对照组(普通水)在肌肉收缩幅度、肌肉酸碱度和血液乳酸水平等方面的差异。
| 肌肉收缩幅度cm | 肌肉酸碱度pH | 血液乳酸水平mmol/L | |
| 实施例3 | 0.6 | 7.0 | 0.7 |
| 对照组 | 1.5 | 6.5 | 1.4 |
| 空白对照组 | 1.7 | 5.5 | 1.7 |
6.结论：根据数据分析结果，得出富氢水中的氢分子可以促进细胞内线粒体的活性，增加能量供应，从而缓解疲劳感。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高浓度小分子气泡富氢水制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、制备发酵液：选取富氢植物的根、茎、叶、果为原料，进行清洗以及杀菌消毒，粉碎过10-30目筛，加入水混合，发酵12-48h，获得发酵液，过滤，收集气体进行气体分离，得到氢气，备用；
S2、混合氢水：将氢气与水分别在超声波作用下搅拌混合，混合时间15-45min，得到富氢水；
S3、制备微纳米气泡：将上述富氢水充入高速剪切机中，并同时对其施加磁场对富氢水磁化，利用磁力对富氢水进行高速剪切，得到高浓度小分子气泡富氢水。
2.如权利要求1所述的一种高浓度小分子气泡富氢水制备方法，其特征在于：所述富氢植物为紫苏、水生苦草、狐尾藻、辣蓼、菱角。
3.如权利要求1所述的一种高浓度小分子气泡富氢水制备方法，其特征在于：所述步骤S1中粉末和水的质量体积比g/mL为8-12:20。
4.如权利要求1所述的一种高浓度小分子气泡富氢水制备方法，其特征在于：所述步骤S1中发酵条件为温度30-40℃，pH5-7，光照100-200lux。
5.如权利要求1所述的一种高浓度小分子气泡富氢水制备方法，其特征在于：所述步骤S2中氢气的通入量为0.2-0.5m3/s。
6.如权利要求1所述的一种高浓度小分子气泡富氢水制备方法，其特征在于：所述步骤S2中水的通入量为5-10L/s。
7.如权利要求1所述的一种高浓度小分子气泡富氢水制备方法，其特征在于：所述步骤S2中超声处理时间为200-480分钟，超声波功率为20-100KHz。
8.如权利要求1所述的一种高浓度小分子气泡富氢水制备方法，其特征在于：所述步骤S3中高速剪切速率为800-1500rpm，剪切次数2-5次，每次剪切10-30min。
9.如权利要求1所述的一种高浓度小分子气泡富氢水制备方法，其特征在于：所述步骤S3中磁场强度3500-5000GS。
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