JP2006305412A - ミネラル水およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原水の濃縮および脱塩を行い、脱塩水が、各種の用途に適したイオンバランスを持ち、かつ高い濃度の微量ミネラルを有するミネラル水およびそれを容易に製法するための方法を提供すること。
【解決手段】モザイク荷電膜が装着された透析装置により、原水を脱塩処理してナトリウムイオンおよび塩素イオンの濃度を原水よりも低くするとともに、上記原水に含まれる塩化ナトリウム以外の微量イオン濃度を原水よりも高めることを特徴とするミネラル水の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、ミネラル成分を含む海水または塩水（以下「原水」という）から微量ミネラルイオン濃度が原水より高められたミネラル水およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、モザイク荷電膜により原水を脱塩し、必要に応じて濃縮工程を組み合わせることにより、種々の微量ミネラルイオンの濃度および該イオンの種々の組成を持ち、種々の用途に適したミネラル水を容易に製造する方法に関する。当該ミネラル水は、健康増進に効果的な飲料および各種水系飲料の原料水および各種加工食品用の原料水などとして有用である。

海水、特に海洋深層水には各種のイオン成分が豊富に含まれ、様々な処理が行われた海水は、食品、医薬品、化粧品、農業および水産などに幅広く利用されている。また、近年ではミネラル補給による健康増進および生活習慣病予防を目的とした健康飲料が注目されており、この原料に用いるミネラル水の製造方法も数多く提案されている（特許文献１、特許文献２）。

従来技術では、海水より蒸留などの技術で食塩を製造する際に生成する苦汁成分を、そのままあるいは適宜希釈または海水などと混合した後にミネラル水として利用する場合が多い。また、イオン交換樹脂、電気透析装置あるいは逆浸透膜装置によるイオンの濃度調整も可能であるが、イオン交換樹脂や逆浸透膜装置ではイオンの選択性が低く、原水の硬度の調整にはある程度有効であるが、原水のイオンバランスの調整、あるいは原水からの特定の微量ミネラルの回収には不適切である。

このように、健康飲料、豆腐凝固剤および皮膚外用剤などに使用するミネラル水は、それぞれの用途に適した成分組成に精度よくかつ容易に調整する方法が必ずしも確立されているわけではない。現状では、上記方法を組み合わせ、あるいは手作業による微調整などによりそれぞれの用途に対応している。

原水中の微量ミネラルには各種の効能が期待されているが、これらを利用するにあたり、不必要となる塩化ナトリウムなどの多量ミネラルを原水から除去する必要がある。この際、原水中の多量ミネラルと微量ミネラルとを効率的に分離する方法が要求される。
特開２００２−１９２１６９号公報 特開２００４−２３７２８０号公報

従って、本発明の目的は、原水の濃縮および脱塩を行い、脱塩水が、各種の用途に適したイオンバランスを持ち、かつ高い濃度の微量ミネラルを有するミネラル水およびそれを容易に製法するための方法を提供することである。

上記目的を達成する本発明の構成は下記の通りである。
１．モザイク荷電膜が装着された透析装置により、原水を脱塩処理して塩化ナトリウムの濃度を原水よりも低くするとともに、上記原水に含まれる塩化ナトリウム以外の微量イオン濃度を原水よりも高めることを特徴とするミネラル水の製造方法。
２．脱塩処理時における原水の流速、透析水の流速および膜面の線速を調整し、得られる脱塩水のイオン含有比率およびイオン含有濃度を制御する前記１に記載のミネラル水の製造方法。

３．微量イオンが、ホウ素、チタン、亜鉛およびバナジウムよりなる群から選ばれる少なくとも１種である前記１に記載のミネラル水の製造方法。
４．脱塩処理前もしくは脱塩処理後のいずれか、または両方において原水の濃縮を行う前記１に記載のミネラル水の製造方法。
５．原水の濃縮により生じた水を、脱塩処理時の透析水として用いる前記４に記載のミネラル水の製造方法。
６．海水が、海洋深層水である前記１に記載のミネラル水の製造方法。

７．塩水が、温泉水、地下水、鉱泉水のいずれかである前記１に記載のミネラル水の製造方法。
８．前記１乃至７のいずれか１項に記載の方法で、水中に含まれる微量イオンの濃度および／または微量イオン同士の比率が調整されている特徴とするミネラル水。
９．前記８に記載のミネラル水を濃縮または乾燥して得られたことを特徴とするミネラルペーストまたはミネラル粉末。

本発明によれば、モザイク荷電膜を用いる拡散透析操作による脱塩方法を原水の脱塩に用いることで、ホウ素、チタン、亜鉛およびバナジウムなどの各微量イオン濃度が高められたミネラル水を簡便に調製することができる。本発明によって得られたミネラル水は、飲料用水、健康飲料および皮膚外用剤水などの原料水の製造に有用である。

次に好ましい実施の形態を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。
本発明の方法は、モザイク荷電膜が装着された透析装置により、原水を脱塩処理して塩化ナトリウムの濃度を原水よりも低くするとともに、上記原水に含まれる塩化ナトリウム以外の微量イオン濃度を原水よりも高めることを特徴としている。

本発明で使用する原水は、海水、温泉水、地下水および鉱泉水などのミネラル成分を豊富に含む水である。海水としては海洋の表層水または深層水を使用することができるが、水深２００ｍ以上の海洋から取水された海洋深層水を用いることが好ましい場合もある。例えば、本発明で得られるミネラル水を飲料またはその原料水として提供する場合、これらの飲料にはその清浄状態が最も求められるところであり、一般に生菌数の少ない深層水を原水とする方が、より適当であることは明らかである。

海洋深層水の微量分析結果は下記表１−１、２の通りである。表に記載の通り海洋深層水には、およそ８０種類の元素が検出されており、これらの有効利用が期待されている。特に近年では深度２００ｍ以上の海洋から採取される海洋深層水が、低温性、清浄性（生菌、汚染物質が少ない）および栄養塩類が多いなどの特徴により、多くの食品、飲料および化粧品などに利用されている。

本発明は、以上の如き原水中の主要塩分である塩化ナトリウムの濃度を原水よりも低くすることにより、上記原水に含まれる塩化ナトリウム以外の微量イオン濃度を原水よりも高めるものである。塩化ナトリウムの濃度低下はモザイク荷電膜が装着された透析装置による脱塩処理により行なわれ、塩化ナトリウム以外の微量イオンは、上記原水または脱塩水を濃縮することにより高められる。

本発明に使用するモザイク荷電膜は、カチオン性重合体成分およびアニオン性重合体成分からなるカチオン性およびアニオン性のイオンチャンネルが、互いに相接しかつ膜の表裏両面間を貫通していることによりイオン透析性能を発現する荷電膜の一種である。イオン透過の起動力は原水と透析水との塩濃度の差および／または圧力差によって起こる。

モザイク荷電膜は、膜のイオンチャンネルを透過しやすい塩類などのイオンと透析されにくい非イオン性または分子量の大きい分子とが容易に分離される特異な分離膜である。モザイク荷電膜は、脱塩方法として常圧下での拡散透析および加圧下での圧透析に使用される。

工業的に使用できる大型のモザイク荷電膜を製造する方法は、特許第２６８１８５２号公報、特許第３２３４４２６号公報および特許第３２３６７５４号公報に例示されている。本発明の方法では、特に荷電性重合体成分の少なくとも一成分が架橋した粒状重合体を使用したモザイク荷電膜を使用することがが好ましい。

モザイク荷電膜を使用した原水の脱塩方法は、蒸留法のような加熱エネルギーを必要とせず、また、電気透析のような塩類のイオン量に対応する電気エネルギーを必要とせず、イオン交換樹脂のような再生は不要であり、装置も構造が簡単で安価に製造できるため、初期投資およびランニングコスト共に安く、非常に経済的である。また、操作中における液温上昇が小さい、熱変性しやすい物質の変質や劣化などが起こりにくい、分画分子量が非常に小さく、有価物質の漏れが実質的にないなど、他の分離方法に見られないような優れた特長を有する。

上記モザイク荷電膜による脱塩は、脱塩水の塩化ナトリウム濃度を約１％以下にまで行なうことが好ましい。上記イオン濃度が１％を超えると微量ミネラル摂取と同時に塩化ナトリウムを高濃度で摂取することになり、塩分摂取過多になる危険性がある。このような濃度を達成するためには、モザイク荷電膜による脱塩を複数回繰り返すことによって達成され、また、原水を予め濃縮しておくことによって脱塩速度を向上させることができる。上記濃縮時に得られた水は、原水の脱塩処理時の透析水として用いることが経済的である。

また、本発明では、前記透析装置による脱塩処理時に原水の流速、透析水の流速、膜面の線速を調整することで、得られるミネラル水の微量イオン含有比率および微量イオン含有濃度を制御することができる。

次に本発明の具体的な実施の態様を図１に基づき説明する。モザイク荷電膜１を装着した透析槽２には原水通水部分３と透析水通水部分４とがあり、３および４は膜１を介して接触している。原水は原水貯槽５から原水送液ポンプ６により３に供給され、透析水は透析水貯槽７から透析水送液ポンプ８により４に供給される。原水と透析水とは１を介し接触する際、原水中のイオンは拡散により透析水中に移動する。透析槽より取り出された脱塩液および透析水はそれぞれ受槽９および１０に貯められる。

ここで、原水および透析水の流速比および膜面線速（＝流速／膜面積）を調整することで、受槽に得られる脱塩水および透析水の塩の濃度や塩の組成をコントロールすることができる。

受槽９および１０に得られた液は、再度透析操作の原水として供することも可能である。また、透析槽より取り出された原水および透析水を受槽に入れず、それぞれ原水貯槽５および透析水貯槽７に直接戻すことも可能である。

一方、原水中のイオンの拡散透析速度は、原水と透析水とのイオン濃度差が大きいほうが高くなるので、透析操作前に原水を蒸留や逆浸透膜濾過など、公知の方法により適宜濃縮することで、原水中のイオンの高い透析速度を得ることが可能である。また、受槽９の液を濃縮し、再度原水貯槽５に戻すことでも同様の効果が得られる。

さらに、原水の濃縮操作時に得られる蒸留水や濾過水などの低イオン濃度の水を透析水として用いることで、水の有効利用が図れる。上記の原水の濃縮および脱塩工程は、得られるミネラル水に要求される微少イオン濃度および微少イオンの組成を達成するために繰り返し行うことができる。

また、本発明では原水の脱塩時の運転条件を調整することにより、好ましい微少イオン組成を持つミネラル水を製造することが可能であるが、元来海水に含まれないイオン成分が必要な場合には、上記ミネラル水に鉱石、貝殻および魚骨などを起源とするイオン成分を添加してもよい。

本発明において得られるミネラル水は、そのまま飲料水として使用することもできるが、これに甘味料や果汁などを加えるなど、加工後に飲料とすることも可能である。また、醤油やみそなどの調味料、酒類、料理水、豆腐類、漬物、料理および加工食品などの原料水として使用することもできる。

一方、海水中のミネラル分の人体に対する重要性は十分認識されており、学術的にも主要ミネラルの人体での役割と重要性についての研究により多くのことが解明されている。また、昨今は、微量ミネラルについての精力的な研究活動により、微量ミネラルの人体に対する重要性も明らかとなってきている。こうしたことから、日本人の栄養所要量（第６次改訂）では、亜鉛、銅、マンガンおよびセレンなどの１２種類のミネラルについて摂取基準が定められるまでになった。このような理由から、得られるミネラル水中の微量イオンは、ホウ素、チタン、亜鉛およびバナジウムよりなる群から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

本発明において高濃度で回収されるミネラル水中のホウ素、チタン、亜鉛およびバナジウムの人体内における作用として、ホウ素の骨や関節の強化、亜鉛の補酵素、チタン、アルミニウム、鉛、バリウムおよびバナジウムなどの細胞活性強化、およびバナジウムの血糖値降下作用が知られている。

しかし、上記ミネラルの人体に対する作用機作は複雑であり、さらに、酵素、ホルモン、ビタミン、他のミネラルなどとの相互作用に関しての知見は未だ十分ではない。本発明では、微量ミネラル摂取の人体への効果を理論的に明確に説明するための様々な研究分野に対し、本発明で得られるミネラル水を研究試料として提供することが可能であり、ミネラルの役割に対する科学的解明に対し大きな寄与となると考えられる。

一方、本発明において、処理された原水および透析水はともに特定の組成を持つミネラル水となるため、双方とも製品として使用することができる。また、得られたミネラル水はさらに濃縮、固化および乾燥などの操作を行うことにより、ミネラルペーストやミネラル粉末として利用してもよい。

なお、本発明は、食品、医薬品、化粧品、農業および水産などの用途に応じ、種々の微量イオン濃度が高められたミネラル水を製造し、上記各用途の原料水などとして用いることができる。本発明のミネラル水のイオン含有量の数値は、微量定量分析によって規定したものであるが、このような微量分析結果はその分析手段によって大きく異なる。微量分析結果による微少イオンの濃度および組成の数値を正確に規定する場合には、分析手法および分析条件を明確に定義しておく必要がある。

本発明において、水中のイオン濃度および組成を規定するための分析手法として、パーセントオーダーでのイオン濃度測定は東亜電波工業（株）電気伝導率計を、ｐｐｍオーダーでのイオン濃度測定は島津製作所（株）ＬＣ−ＶＰイオンクロマトグラフ（ＬＣ−１０ＡＤＶＰ）を、ｐｐｂ、ｐｐｔオーダーでのイオン濃度測定は島津製作所（株）島津高周波プラズマ質量分析装置（ＩＣＰＭ−８５００）を採用した。

次に実施例および比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。なお、文中、「部」または「％」とあるのは特に断りのない限り質量基準である。

［実施例１］
平膜型モザイク荷電膜脱塩装置を準備した。海水の入る原水槽を７室、透析水の入る透析水槽を８室交互に配列し、各原水室と透析水室の間にそれぞれ脱塩有効面積が１７１ｃｍ²のモザイク荷電膜の平膜合計１４枚にパッキングを挟み、固定した。各原水室および各透析水室はそれぞれパラレルに連結し、それぞれ原水貯槽および透析水貯槽からポンプで送液し、一過型で透析を行った。

透析水流速を１，５００ｍｌ／ｍｉｎ、原水流速１，０００ｍｌ／ｍｉｎで一定とし、透析後の脱塩水のミネラル組成を表２中のミネラル水１として示した。表２では多量ミネラル（ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム）を除いた微量ミネラル組成を記してある。

上記透析操作を行うことにより、原水の塩濃度は約０．２％にまで低下した。微量ミネラルはホウ素、チタン、亜鉛およびバナジウムの濃度が向上しており、当該ミネラルが強化されたミネラル水を得ることができた。

［実施例２］
（１）海洋深層水の減圧蒸留濃縮
減圧蒸留装置として遠心式薄膜真空蒸発装置を使用した。海洋深層水２，０００ｋｇを減圧蒸留装置に仕込み、約４ｋＰａに減圧し、およそ３０℃〜４０℃にて減圧蒸留をした。液重量をほぼ８分の１の２５０ｋｇに濃縮した。塩濃度はほぼ２５％であった。また、蒸留水（淡水）の採取量は約１，７００ｋｇであった。

（２）モザイク荷電膜脱塩装置による濃縮海洋深層水の脱塩
上記（１）で得られた濃縮海水を原水とし、モザイク荷電膜１００枚（膜面積１０ｍ²）が装着されている以外は実施例１に示した装置と同様の構造をもつ大型透析装置を用いて脱塩操作を行った。透析水として、上記（１）で得られた蒸留水を用いた。

透析後の脱塩水のミネラル組成を表２中のミネラル水２として示した。上記透析操作を行うことにより、原水の塩濃度は約１．０％にまで低下した。微量ミネラルはホウ素、チタン、亜鉛およびバナジウムの濃度が向上しており、当該ミネラルが強化されたミネラル水を得ることができた。

モザイク荷電膜を用いる拡散透析操作による脱塩方法を用いることで、ホウ素、チタン、亜鉛およびバナジウムの各イオン濃度が高められたミネラル水を簡便に調製することができる。従って、本発明の方法により得られるミネラル水は、飲料用水、健康飲料、皮膚外用剤水などの原料水として有用である。

本発明に用いたモザイク荷電膜装着透析装置の一実施形態を説明するための図である。

符号の説明

１：モザイク荷電膜
２：透析貯槽
３：原水通水部分
４：透析水通水部分
５：原水貯槽
６：原水送液ポンプ
７：透析水貯槽
８：透析水送液ポンプ
９：処理液受槽
１０：透析水受槽

Claims (9)

1. モザイク荷電膜が装着された透析装置により、原水である海水または塩水を脱塩処理して塩化ナトリウムの濃度を原水よりも低くするとともに、上記原水に含まれる塩化ナトリウム以外の微量イオン濃度を原水よりも高めることを特徴とするミネラル水の製造方法。
2. 脱塩処理時における原水の流速、透析水の流速および膜面の線速を調整し、得られる脱塩水のイオン含有比率およびイオン含有濃度を制御する請求項１に記載のミネラル水の製造方法。
3. 微量イオンが、ホウ素、チタン、亜鉛およびバナジウムよりなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載のミネラル水の製造方法。
4. 脱塩処理前もしくは脱塩処理後のいずれか、または両方において原水の濃縮を行う請求項１に記載のミネラル水の製造方法。
5. 原水の濃縮により生じた水を、脱塩処理時の透析水として用いる請求項４に記載のミネラル水の製造方法。
6. 海水が、海洋深層水である請求項１に記載のミネラル水の製造方法。
7. 塩水が、温泉水、地下水、鉱泉水のいずれかである請求項１に記載のミネラル水の製造方法。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法で、水中に含まれる微量イオンの濃度および／または微量イオン同士の比率が調整されている特徴とするミネラル水。
9. 請求項８に記載のミネラル水を濃縮または乾燥して得られたことを特徴とするミネラルペーストまたはミネラル粉末。
   

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