JP2008036521A - 水中の溶存水素を活性化および安定化する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水中の溶存水素分子を活性化し、水素分子濃度を安定化する方法を提供する。
【解決手段】水素イオンを共存させることを特徴とする水中の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、水中の溶存水素を活性化および安定化する方法に関するものである。

水素分子の水における溶解は分子状態での溶解と微小ガス状態での溶解と大別される。分子状水素と微小ガス状水素の区別をすることは困難であり、両者を合わせた分子状水素の水への溶解度は高々数ppmであることが報告されている。

次の問題点は溶存分子状水素が水の中で不安定で速やかに水から揮散して溶存水素濃度が低下することである。中性の純水に水素ガスを飽和濃度まで溶解させても開放した状態では溶存水濃度はほぼ２時間で１／１０以下に低下する。従って分子状水素を溶解させた液を保管する場合には容器の材質及び充填方法を十分検討することが必要である。

更に、分子状水素を利用するに当たり大きな問題点はその活性度である。一般に水素分子は基本的に還元性を有しているが、反応が進むためには図1に説明するように活性化エネルギーを超えるエネルギーが必要である。水素分子の場合にはこの活性エネルギーが大きく、結果として反応速度が小さいことが知られている。従って、見掛け状還元反応が起こらないように観察される。

ところで、人体は有機物をと酸素を摂取して酸素が有機物を構成する水素により水にまで還元される過程でエネルギーを取り出している。しかし、この酸素の還元過程で約２％の酸素がスーパーオキシド（O₂ ^-）になることが報告されている。このスーパーオキシドは体内でSOD酵素により過酸化水素（H₂O₂）と酸素に分解される（以下の化学式（１）参照）。

2O₂ ^-＋2H⁺→O₂＋H₂O₂ （1）

この過酸化水素は細胞中の鉄イオン（Fe²⁺）や銅イオン（Cu¹⁺）によりヒドロキシルラジカル（OH・）に変化する（以下の化学式（２）参照）。

Fe²⁺＋H₂O₂→Fe³⁺＋HO^-＋HO・ （2）
Cu¹⁺＋H₂O₂→Cu²⁺＋HO^-＋HO・ （3）

このヒドロキシルラジカルはスーパーオキシドより反応性が高く酸化力が強いことが知られている。ヒドロキシルラジカルは連鎖的に脂質を酸化して脂質ラジカル、脂質ペルオキシルラジカル、過酸化脂質が形成される。活性酸素により以下のような障害がもたらされる。

１．過酸化脂質；水に不溶性の脂質（エステル型コレステロール、中性脂肪）は、血液中を、アポ蛋白を結合してリポ蛋白になって運搬される。リポ蛋白のうち低比重リポ蛋白（LDL）の90％が脂質であり、酸化後は最も多くの過酸化脂質を含むことになる。このようにして酸化LDLが形成されると、動脈硬化を来たす。
２．酵素活性の低下：酵素蛋白が酸化変性すると、酵素活性が低下し、細胞の機能が低下する。
３．動脈硬化、心筋梗塞、脳梗塞の発症：酸化LDLは血管内皮細胞を障害し動脈硬化を来たしたり、血栓を作りやすい体質になる。
４．発癌：すべての活性酸素は核酸を障害する。細胞は、DNAが酸化され、障害を受けると癌化したり、細胞死にいたる。
５．老化の促進
６．寿命の短縮
７．白内障
８．皮膚のシミ
９．アルツハイマー病
１０．腎障害
１１．レドックス制御：活性酸素は最終的にインスリン分泌抑制に作用し、糖尿病等の原因となる。

このように活性酸素は人体に悪い影響を与える。これらの活性酸素を消去することは重要である。一般に水素分子は人体に無害であり、還元性があるので、活性酸素消去に適していると考えられる。

しかし、前述のように、水素分子は、反応速度が遅く、次亜塩素酸等の酸化性物質と反応せず、活性酸素を直接還元することができないことが知られている。水素分子を活性化して活性酸素と反応をさせることができるようにすると、人体に対して安全性の高い対活性酸素対策となる。更に水素分子を活性酸素対策として実用化するにあたりその寿命は重要な因子といえる。

水素分子を活性化して活性酸素と反応をさせることができるようになると、人体に対して安全性の高い対活性酸素対策となる。更に水素分子を活性酸素対策として実用化するにあたりその寿命は重要な因子といえる。

本発明が解決しようとする課題は、水中の溶存水素分子を活性化し、かつ水素分子濃度が安定化する方法に関するものである。

上記課題は、水に水素分子と水素イオンを共存させることにより解決されることを見いだし本発明を完成するに至った。以下に本発明を説明する。
（１） 水素イオンを共存させることを特徴とする水中の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
（２） 水に有機酸を溶解して解離して水素イオンを生成させることを特徴とする１項に記載の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
（３） 水に炭酸ガスを溶解して解離して水素イオンを生成させることを特徴とする１項に記載の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
（４） 水に水素ガスを吹き込んで水素分子を溶解させることを特徴とする１項に記載の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
（５） 有機酸が溶解した酸性の水溶液をカソード電解し、電解により水素分子を生成し、水素分子と水素イオンを共存させることを特徴とする１項に記載の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
（６） アノード室とカソ−ド室の間に中間室を設けた三室型電解槽を用いて中間室に有機酸が溶解した酸性の水溶液を供給して水素分子を生成させ、水素イオンを共存させることを特徴とする１項に記載の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
（７） 水を脱気し、水素分子と水素イオンを共存させることを特徴とする１項ないし６項のいずれか１項に記載の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
（８） 水素分子濃度が０．１ｐｐｍ以上であることを特徴とする１項ないし７項のいずれか１項に記載の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
（９） 水素イオン濃度が１０^−７Ｍ以上であることを特徴とする１項ないし８項のいずれか１項に記載の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
（１０） 水素分子と水素イオンを共存させた水、水素ガスおよび炭酸ガスが耐圧容器に充填されことを特徴とする活性水素分子溶解水の保存容器。
（１１） 水素分子と水素イオンを共存させた水、水素ガスおよび窒素ガスが耐圧容器に充填されことを特徴とする活性水素分子溶解水の保存容器。
（１２） 水素分子および水素イオンを共存させた水を充填した耐圧性の水タンクと、パイプを介して水素ガスと炭酸ガスまたは水素ガスと窒素ガスを該水タンクに圧入するためのガスボンベと、該水タンクから水素分子および水素イオンを共存させた水を供給するための供給用パイプからなることを特徴とする活性水素分子溶解水の供給装置。
（１３） 水素分子および水素イオンを共存させた水を含むことを特徴とする活性酸素除去剤。
（１４） 水素分子および水素イオンを共存させた水を含むことを特徴とする血圧降下剤。
（１５） 鉄、亜鉛、銅およびマンガンからなる群より選ばれる必須微量元素をさらに溶解したことを特徴とする１４項に記載の血圧降下剤。
（１６） 水素分子および水素イオンを共存させた水を含むことを特徴とする血糖値低下剤。
（１７） 鉄、亜鉛、銅およびマンガンからなる群より選ばれる必須微量元素をさらに溶解したことを特徴とする１６項に記載の血糖値低下剤。
（１８） 水素分子および水素イオンを共存させた水を含むことを特徴とする肌状態改善剤。
（１９） 鉄、亜鉛、銅およびマンガンからなる群より選ばれる必須微量元素をさらに溶解したことを特徴とする１８項に記載の肌状態改善剤。
（２０） 水素分子および水素イオンを共存させた水を含むことを特徴とする肥満防止剤。
（２１） 鉄、亜鉛、銅およびマンガンからなる群より選ばれる必須微量元素をさらに溶解したことを特徴とする２０項に記載の血圧降下剤。

本発明は水中の溶存水素分子を活性化し安定化できるので、寿命の長い活性酸素除去能を有する活性化水素分子溶解水を提供できる。

現状の水素分子の問題を解決する方法として以下の方法を考案した。まず、水素分子溶解度の寿命を延ばす方法を開発した。水素分子が水に溶解した状態で、水素イオンが存在すると、図2に示すように同じ水素原子から構成される水素イオンと水素分子の弱いコンプレックスが形成されて溶存水素分子が水中で安定化することが推察される。コンプレックスとしては図2の(A)タイプの分子状水と水素イオン間のコンプレックスと(B)タイプの微小ガス状水素（n個の水素分子）と水素イオンのコンプレックスが考えられる。

更に水素イオンと水素分子がコンプレックスを形成することにより図１に示すように活性化エネルギーの低下が考えられる。この結果、水素分子が活性化し活性酸素を消去できる可能性が出てくる。活性酸素の代表的な物質としてスーパーオキシドラジカルがあるが、評価試験には準安定的なフリーラジカルである1、1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl （DPPH）が用いられる。水素分子の活性度の評価にこのDPPHを用いた。その結果水素イオンと水素分子を共存させることによりDPPH還元されることが確認された。

飲料水としてこのような水素コンプレックスを考える時、pHが７から２.５の間にすることが必要である。できればpH３．５以上が望ましい。

水中で水素分子の効果を発現させるためには、水素分子濃度は０．１ｐｐｍ以上であり、水素イオン濃度は１０^−７Ｍ以上であることが好ましい。

水中に水素イオンを存在させる方法としては、緩衝性のある有機酸を溶解し、解離させて水素イオンを生成させればよい。

緩衝性を有する有機酸を利用した場合、酸濃度を高めると、pHが弱酸性領域で大量の水素イオンを供給することが可能となる。また、人体への安全性をかんがえると、次にあげる食品炭化物に分類される有機酸が望ましい。すなわち、アスコルビン酸、乳酸、りんご酸、クエン酸、コハク酸、フマル酸、酢酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸及びアミノ酸等が挙げられる。これらの有機酸は単独で用いても良く、２種類以上を組み合わせて用いても良い。

あるいは、炭酸ガスを水に溶解して解離させ、水素イオンを生成してもよい。

水素分子を水に含有させるには特に限定されないが、水素ガスを水に溶解させる方法、水を電気分解して、カソードに水素分子を発生させる方法がある。

水素ガスを水に溶解させる方法の場合は、水素ガスを水に踏み込めばよい。

溶存させる水素分子を電気分解法で生成する方法の場合、有機酸を溶解した酸性の水溶液を、電気分解することにより、水素分子と水素イオンを共存させた活性水素分子溶解水を一段で製造できる。

電解法を利用する場合、例えば、図３に示すような隔膜３５で仕切られた二室型電解槽のカソ−ド室３１に有機酸等の水溶液を供給して水素イオンと水素分子を生成させることができる。この他の方法として、図４に示すアノード室４１とカソ−ド室４９に中間室５１を設けた三室型電解槽の中間室５１に有機酸等を供給することによりカソ−ド液に水素イオンと水素分子を溶解させる方法がある。

本発明の水素溶解水は活性酸素を除くことを目的としており、水の中に溶存酸素が無いことが望ましい。さらに、水素分子の溶解度を上げるためには、溶存ガス（酸素及び窒素などの空気成分）を脱気することにより溶存水素濃度をあげることが可能となる。したがって、本発明方法に用いる水は、脱気することが好ましい。脱気は、溶存酸素５ｐｐｍ以下になるように脱気することが好ましい。

本発明の活性水素分子溶解水を保存するには、水素分子の濃度低下を防ぐために、ガラス、アルミニウム合金、鉄合金等で製造された耐圧容器に活性水素分子溶解水と水素ガスを充填すればよい。ただし、水素ガスは爆発性であるため、炭酸ガスまたは窒素ガスを併用して、水素ガスの爆発限界点（４％）以下にすることが好ましい。

本発明の活性水素分子溶解水を供給する装置として、水素分子および水素イオンを共存させた水を充填した耐圧性の水タンクと、パイプを介して炭酸ガスまたは窒素ガスを該水タンクに圧入するためのガスボンベと、該水タンクから水素分子および水素イオンを共存させた水を供給するための供給用パイプからなることを特徴とする水素分子溶解水の供給装置を挙げることができる。供給装置の供給用パイプには電磁弁を設けて、活性水素分子溶解水を分注できるようにしてもよい。

本発明の活性水素分子溶解水は、優れた活性酸素除去能を有するため、活性酸素除去剤、
血圧降下剤、血糖値低下剤、肌状態改善剤、肥満防止剤としての用途が期待できる。さらに微量元素である鉄、亜鉛、銅、マンガン等を添加して活性酸素除去効率、血圧降下効果、血糖値低下効果、肥満防止効果を向上させることが期待できる。鉄、亜鉛および銅は活性酸素除去機能を有する酵素を活性化することが知られている。また、マンガンは動脈硬化改善効果をもたらす事が報告されている。

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

まず、乳酸1.0mgを溶存酸素濃度を1ppmまで脱気した純水2000mlに溶解させた。比較のために、水酸化ナトリウムでpH8.5に調整した弱アルカリ脱気水を用いた。これらの水に水素ガスを溶解させて溶存水素濃度の経時変化を測定した。容器としてペットボトル、ガラスボトルを用いた。結果を図５に示す。この図から明らかなようにペットボトルに保存した弱アルカリ性の水素分子溶解水の寿命は約3日であるが、乳酸と共存した 水素分子溶解水の寿命は約５ヶ月に延びた。このことから水素イオンが溶存水素分子を安定化することが分かる。また、水素イオンと水素分子の相互作用（コンプレックスの形成）を示唆している。

実施例１で調製した活性化水素分子溶解水にＤＰＰＨ溶液を添加してＤＰＰＨフリーラジカル消去の程度を紫外可視光吸収スペクトルの変化で測定した。まず、１ｍＭ ＤＰＰＨエタノール溶液を調製し、０．２５ｍｌを試料各５ｍｌと混合後ＵＶ−ＶＩＳ測定（商品名：Shimadzu Multi Spec 1500, 1cm石英セル使用、リファレンス純水）で５５１ｎｍノピーク強度を比較した（試料の代わりに純水を同量添加した結果を１として比較）。

図６に結果を示す。乳酸と水素分子が溶解した液と純水を比較すると乳酸と水素分子が溶解した液でＤＰＰＨの吸光度が低下していることが分かる。このように水素分子は水素イオンと共存することにより還元機能（活性酸素除去能）が向上することが分かる。

水素イオンと水素分子を共存させる方法として図３に示すアノード室３１とカソード室３９を備えた二室型電解槽を用いた。二室型電解槽では、フッ素系のカチオン交換膜の両側に４８ｃｍ^２の面積の白金メッキチタン板からなる多孔質のアノ−ド極とカソ−ド極を接近して配置した。実施例１のように水素イオン供給源として有機酸を用いて、図７のシステムフローに示すように電解槽カソード室７５とアノ−ド室７６には約０．５Ｌ／ｍｉｎ．で実施例１と同様に乳酸を溶解した液を供給した。ｐＨが約３．９７で溶存水素濃度が０．８８ｐｐｍのカソ−ド水が生成された。

水素イオンと水素分子を共存させる方法として三室型電解槽を用いた。図４に示すように三室型電解槽では、アノ−ド室４１とカソ−ド室４９の間にフッ素系カチオン交換膜からなる隔膜で仕切られた中間室５１を設ける。中間室５１にはカチオン交換樹脂を充填した。４８ｃｍ^２の面積の白金メッキチタン板からなる多孔質のアノ−ド極とカソ−ド極を各々の隔膜に密着して配置した。図８のシステムフローに示すように中間室８７には１Ｍの乳酸水溶液を供給した。電解槽カソード室８６とアノ−ド室８８には約０．５Ｌ／ｍｉｎ．で実施例１と同様に乳酸を溶解した液を供給した。ｐＨが約４．２５で溶存水素濃度が０．９６ｐｐｍのカソ−ド水が生成された。

実施例４と同じ図８のシステムフローに示すように中間室８７には１Ｍのクエン酸水溶液を供給した。電解槽カソード室８６とアノ−ド室８８には約０．５Ｌ／ｍｉｎ．で実施例１と同様に供給した。ｐＨが約４．８で溶存水素濃度が０．９２ｐｐｍのカソ−ド水が生成された。カソ−ド水中のクエン酸の濃度を実測したところ、５．２×１０^−６Ｍであった。このことから陰イオンに比較して水素イオン濃度が大きいことが分かる。

実施例４で生成した活性化水素分子溶解水を用いて、血圧降下に関するデータを採取した。摂取前と３ヶ月摂取した後の協力者の血圧を測定した。その結果を表１に示す。基本的毎日朝空腹時に２５０ｍｌと就寝前に２５０ｍｌ摂取した。表から明らかなように水素イオンと水素分子の共存した水を３ヶ月摂取することにより血圧の降下現象が観察された。このことから本発明の効果が分かる。

実施例４で生成した活性化水素分子溶解水を用いて、血糖値降下に関するデータを採取した。摂取前と３ヶ月摂取した後の血糖値の測定結果を表２に示す。基本的に毎朝空腹時に２５０ｍｌと就寝前に２５０ｍｌ摂取した。表から明らかなように水素イオンと水素分子の共存した水を３ヶ月摂取することにより血糖値の降下現象が観察された。このことから本発明の効果が分かる。

実施例４で生成した活性化水素分子溶解水を用いて、肌の明度に対する影響に関するデータを採取した。まず活性水素分子溶解水を蒸気にして約５分間顔に曝した。蒸気を発生する装置として（株）ホメオスタイル社製の美顔器（スチーマ）を用いた。皮膚の明度を測定するセンサーとして（株）ジャパンギャルス製スキンチェッカーを使用した。蒸気の原料水として逆浸透膜処理水、アルカリ性水素溶解水、弱酸性水素溶解水を比較検討した。アルカリ性水素溶存水は図４の三室型電解槽の中間室に飽和食塩水を供給して生成した。この結果、ｐＨが１１．７で溶存水素濃度が１．０２ｐｐｍのアルカリ性水素溶解水が得られた。また、弱酸性水素溶解水として、実施例４の水を用いた。３０人のサンプルでこれらの水の評価を行った。表３に結果を示す。表中ＲＯ水は逆浸透膜処理水を、電解水１はアルカリ性水素溶解水を、電解水２は弱酸性水素溶解水を示す。比較の為に無処理の素肌を表中に示した。表から明らかなように弱酸性の水素溶解水が最も肌の明度を向上させた。

実施例４で生成した活性化水素分子溶解水を用いて、体重低下に関するデータを採取した。摂取前と３ヶ月摂取した後の協力者の体重測定結果を表４に示す。基本的に毎朝空腹時に２５０ｍｌと就寝前に２５０ｍｌ摂取した。表から明らかなように水素イオンと水素分子の共存した水を３ヶ月摂取することにより体重の低下現象が観察された。このことから本発明の効果が分かる。

実施例４で生成した活性水素分子溶解水をボトリングして販売するにあたり、更に溶存水素の寿命を延長することが望まれる。そこで、図９に示す分注システムを考案した。水素分子が揮散しないようにアルミニウム等の金属製の水タンク９２に活性水素分子溶解水を充填する。ガスボンベ９１に加圧充填した水素ガスおよび炭酸ガスまたは水素ガスおよび窒素ガスによりパイプ９６を介して水タンク９２を加圧し、電磁弁を設けた供給パイプにより、活性水素分子溶解水を供給する。ユースポイントへはクーラーとヒーターを利用して、冷却した活性水素分子溶解水又は温かい活性水素分子溶解水を供給してもよい。

本発明方法で得られた活性水素分子溶解水は、活性酸素除去剤、血圧降下剤、血糖低下剤、肌状態改善剤、肥満防止剤として有用である。

活性化エネルギーの説明図。 水素イオンと水素分子のコンプレックスの説明図。 二室型電解槽の構造図。 三室型電解槽の構造図。 溶存水素濃度に対する水素イオンの効果。 DPPHによる紫外可視光吸収スペクトル。 二室型電解槽を用いたシステムフロー。 三室型電解槽を用いたシステムフロー。 活性水素分子溶解水の分注システム。

符号の説明

３１ アノード室
３９ カソード室
４１ アノード室
４９ カソード室
５１ 中間室
７５ カソード室
７６ アノード室
８６ カソード室
８７ 中間室
８８ アノード室

Claims (21)

1. 水素イオンを共存させることを特徴とする水中の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
2. 水に有機酸を溶解して解離して水素イオンを生成させることを特徴とする請求項１に記載の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
3. 水に炭酸ガスを溶解して解離して水素イオンを生成させることを特徴とする請求項１に記載の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
4. 水に水素ガスを吹き込んで水素分子を溶解させることを特徴とする請求項１に記載の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
5. 有機酸が溶解した酸性の水溶液をカソード電解し、電解により水素分子を生成し、水素分子と水素イオンを共存させることを特徴とする請求項１に記載の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
6. アノード室とカソ−ド室の間に中間室を設けた三室型電解槽を用いて中間室に有機酸が溶解した酸性の水溶液を供給して水素分子を生成させ、水素イオンを共存させることを特徴とする請求項１に記載の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
7. 水を脱気し、水素分子と水素イオンを共存させることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
8. 水素分子濃度が０．１ｐｐｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
9. 水素イオン濃度が１０^−７Ｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の溶存水素分子を活性化および安定化する方法。
10. 水素分子と水素イオンを共存させた水、水素ガスおよび炭酸ガスが耐圧容器に充填されことを特徴とする活性水素分子溶解水の保存容器。
11. 水素分子と水素イオンを共存させた水、水素ガスおよび窒素ガスが耐圧容器に充填されことを特徴とする活性水素分子溶解水の保存容器。
12. 水素分子および水素イオンを共存させた水を充填した耐圧性の水タンクと、パイプを介して水素ガスと炭酸ガスまたは水素ガスと窒素ガスを該水タンクに圧入するためのガスボンベと、該水タンクから水素分子および水素イオンを共存させた水を供給するための供給用パイプからなることを特徴とする活性水素分子溶解水の供給装置。
13. 水素分子および水素イオンを共存させた水を含むことを特徴とする活性酸素除去剤。
14. 水素分子および水素イオンを共存させた水を含むことを特徴とする血圧降下剤。
15. 鉄、亜鉛、銅およびマンガンからなる群より選ばれる必須微量元素をさらに溶解したことを特徴とする請求項１４に記載の血圧降下剤。
16. 水素分子および水素イオンを共存させた水を含むことを特徴とする血糖値低下剤。
17. 鉄、亜鉛、銅およびマンガンからなる群より選ばれる必須微量元素をさらに溶解したことを特徴とする請求項１６に記載の血糖値低下剤。
18. 水素分子および水素イオンを共存させた水を含むことを特徴とする肌状態改善剤。
19. 鉄、亜鉛、銅およびマンガンからなる群より選ばれる必須微量元素をさらに溶解したことを特徴とする請求項１８に記載の肌状態改善剤。
20. 水素分子および水素イオンを共存させた水を含むことを特徴とする肥満
    防止剤。
21. 鉄、亜鉛、銅およびマンガンからなる群より選ばれる必須微量元素をさらに溶解したことを特徴とする請求項２０に記載の肥満防止剤。