JP2010269246A - 飲料用水素含有水を製造する方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】溶存水素濃度を効率的に高めることができる飲料用水素含有水を製造する方法を提供する。
【解決手段】連続して飲料用水素含有水を製造する方法であって、（ａ）浄化装置において原料となる水をろ過及び浄化し、得られた浄化水を脱気装置に送る浄化工程と、（ｂ）前記脱気装置に供給された浄化水を脱気し、得られた脱気水を水素溶解装置に送る脱気工程と、（ｃ）前記水素溶解装置に供給された脱気水に水素ガスを溶解させ、得られた水素溶解水を殺菌装置に送る水素溶解工程と、（ｄ）前記殺菌装置に供給された水素溶解水を殺菌し、得られた水素含有水を充填装置に送る殺菌工程と、（ｅ）前記充填装置に供給された水素含有水を密封容器に充填し、充填された水製品を加熱殺菌装置に送る充填工程と、（ｆ）前記加熱殺菌装置に送られた水製品を加熱殺菌する加熱殺菌工程、から構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、飲料用水素含有水を製造する方法に関する。
近年、半導体用シリコン基板や液晶用ガラス基板などの洗浄にも用いられている（超）純水に水素ガスを溶解させた水素溶解水（単に水素水ともいう）は、高い還元性を有することから、金属の酸化や食品類の腐敗を抑制する効果があるとされ、また飲用へ転用した場合には様々な健康障害の改善を期待できるとして注目されている。
水素溶解水を製造する方法としては、例えばガスボンベからの水素ガス、或いは水の電気分解により発生した水素ガスを原水に溶解させる方法がある。
ただし、単に水素ガスを原水中に供給するだけでは、室温・大気圧下では原水中に溶存している窒素ガス、酸素ガスなどが水素ガスの溶解を邪魔するため、その溶存水素濃度は水素の飽和濃度に遠く及ばない。
このため、例えば空気を除去した圧力容器内に水素ガスを充填し、該圧力容器内における水素ガスの圧力を２〜１０気圧に保ったまま、その圧力容器内に原水をシャワー状に散水して水素ガスと接触させることにより、水素ガスを効率よく溶解させる方法が提案されている（特許文献１）。
特許第３６０６４６６号公報
前記特許文献１に開示された製造方法はバッチ式であるため生産性が低く、水素水を大量生産するためには製造装置を大型化する必要があるという問題があった。また、原料水に水素ガスを効率よく溶解できないばかりか、ロット毎に水素濃度にばらつきが生ずるという問題も生じていた。
本発明者らは上記の課題を解決する為に鋭意検討を進めた結果、まず原料となる水から残存ガスを脱気し、次いで得られた脱気水及び加圧された水素ガスをガス透過膜モジュールに導入して水素ガスを脱気水に溶解させる工程を閉じられた系において繰り返し実施することにより、得られる水素水において溶存水素濃度をより効率的に高めることができることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、連続して飲料用水素含有水を製造する方法であって、
（ａ）浄化装置において原料となる水をろ過及び浄化し、得られた浄化水を脱気装置に送る浄化工程と、
（ｂ）前記脱気装置に供給された浄化水を脱気し、得られた脱気水を水素溶解装置に送る脱気工程と、
（ｃ）前記水素溶解装置に供給された脱気水に水素ガスを溶解させ、得られた水素溶解水を殺菌装置に送る水素溶解工程と、
（ｄ）前記殺菌装置に供給された水素溶解水を殺菌し、得られた水素含有水を充填装置に送る殺菌工程と、
（ｅ）前記充填装置に供給された水素含有水を密封容器に充填し、充填された水製品を加熱殺菌装置に送る充填工程と、
（ｆ）前記加熱殺菌装置に送られた水製品を加熱殺菌する加熱殺菌工程、
とを含み、
前記水素溶解装置が、ガス透過膜によって水室と気体室とに区画され、水室に前記脱気水を通過させ、一方気体室に水素ガスを加圧して供給することにより、水素ガスを前記脱気水に溶解させるガス透過膜モジュールを備えてなり、そして工程（ｄ）で得られた水素含有水の一部を工程（ｂ）の脱気装置に戻し、工程（ｂ）乃至工程（ｄ）の間で水循環させることを特徴とする方法に関する。
本発明の製造方法において、前記浄化装置が、活性炭ろ過装置とＭＦ膜ろ過装置を備えるものであることが好ましい。
また前記脱気装置は、ガス脱気膜によって水室と気体室とに区画され、水室に前記浄化水を通過させ、一方、気体室を減圧するガス脱気膜モジュールを備えてなるものであることが好ましい。
さらに前記殺菌装置は、紫外線照射装置とＭＦ膜ろ過装置を備えるものであることが好ましい。
そして本発明の製造方法において、前記脱気装置への浄化水の供給を一時停止し、前記（ｂ）脱気工程、（ｃ）水素溶解工程及び（ｄ）殺菌工程間で水循環させることが好ましい。
本発明の飲料用水素含有水の製造方法によれば、浄化、脱気、水素溶解及び殺菌の各処理を閉じられた系で連続して為すことにより、特に加圧された水素ガスが供給されるガス透過膜モジュールを用いて水素ガスの溶解を為すことにより、そして就中、水循環により脱気、水素溶解及び殺菌の処理を繰り返し為すことにより、水素ガスを効率的に、高濃度で溶解させた水素含有水を製造することができる。
とりわけ本発明の製造方法において、脱気装置への浄化の供給を停止した後、前記（ｂ）脱気工程、（ｃ）水素溶解工程及び（ｄ）殺菌工程間で水を繰り返し循環させることにより、より効率的に水素ガスを高濃度で溶解させることができる。
また本発明の飲料用水素含有水の製造方法によれば、浄化工程及び殺菌工程において使用する膜ろ過装置として、精密ろ過膜（ＭＦ膜）を採用している。このため、原水中で繁殖しうる大腸菌群等の一般細菌や病原性原虫クリプトスポリジウムなどは完全に除去すると共に、飲料用水素水の味を決定するところのナトリウムイオンやカリウムイオン等の原水に溶存するミネラル成分はそのまま残すことができ、安全且つ美味しい水素含有水を製造できる。
図１は、本発明の飲料用水素含有水の製造方法に用いることができる、飲料用水素含有水製造装置の一形態を表す図である。 図２は、本発明の飲料用水素含有水の製造方法に用いることができる、ガス脱気膜モジュールの一形態を表す図である。 図３は、本発明の飲料用水素含有水の製造方法に用いることができる、ガス透過膜モジュールの一形態を表す図である。
本発明の料用水素含有水を製造する方法は、（ａ）浄化工程、（ｂ）脱気工程、（ｃ）水素溶解工程、（ｄ）殺菌工程、（ｅ）充填工程及び（ｆ）加熱殺菌工程を含みて構成さ
れ、各工程を閉じられた系において連続して為すことを特徴とし、特に前記（ｃ）水素溶解工程において、ガス透過膜モジュールを備える水素溶解装置を用いることを特徴とする。
以下、本発明を詳細に説明する。
（ａ）浄化工程
本工程は、浄化装置において原料となる水をろ過し、得られた浄化水を脱気装置に送る工程である。
原料となる水は、飲用に適した水源から供給されたものであれば特に制限は無く、水道水（水道事業の用に供する水道、専用水道若しくは簡易専用水道により供給される水）や地下水等を挙げることができる。
前記浄化装置は、活性炭ろ過装置と膜ろ過装置を備えてなる。
前記活性炭ろ過装置により原料となる水のカビ臭、トリハロメタンの除去や、脱塩素処理などを行う。また安全フィルタろ過装置によって、浮遊物（活性炭などを含む）や、大腸菌などの細菌、クリプトスポリジウムなどの病原性原虫などを除去する。
膜ろ過装置に使用可能な膜としては、精密ろ過膜（ＭＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）、ナノフィルター膜（ＮＦ膜）、逆浸透膜（ＲＯ膜）が挙げられるが、操作性や、飲用とした場合に味の決め手となるミネラル成分の残存性を考慮すると、ＭＦ膜を用いることが望ましい。ＮＦ膜やＲＯ膜を用いて膜透過処理をすることもできるが、ナトリウムイオンやカリウムイオン等の原水に溶存するミネラル成分まで除去されるため、飲用に適した水とするにはこれらミネラル成分の残存率を調整したり、あるいは新たに添加する必要がでてくることから、操作が煩雑になり好ましくない。
（ｂ）脱気工程
本工程は、脱気装置に供給された浄化水を脱気し、得られた脱気水を水素溶解装置に送る工程である。
前記脱気装置は、酸素ガス、窒素ガス、炭酸ガス等の溶存気体の脱気を行うことができれば特に制限されず、例えば真空脱気装置や、ガス透過膜内蔵モジュール（ガス脱気膜モジュール）を備えた脱気装置を用いることができるが、微量に溶存する気体を効率よく脱気することができるため、ガス脱気膜モジュールを備えた脱気装置を用いることが好ましい。
該ガス脱気膜モジュールは、ガス脱気膜によって水室と気体室とに区画され、水室に前記浄化水を通過させ、気体室を減圧することにより、水室に流れる溶存気体を脱気する。
本工程で用いるガス脱気膜（中空糸膜）の種類は特に制限は無く、例えば、ポリプロピレン、ポリジメチルシロキサン、ポリカーボネート−ポリジメチルシロキサンブロック共重合体、ポリビニルフェノール−ポリジメチルシロキサン−ポリスルホンブロック共重合体、ポリ（４−メチルペンテン−１−）、ポリ（２，６−ジメチルフェニレンオキシド）、ポリテトラフルオロエチレン等の高分子膜を挙げることができる。
なお、脱気効率を高めるために本工程を加温下で実施してもよく、その場合には、その後の水素溶解の効率を上げるために、室温（２５℃前後）まで冷却することが望ましい。
（ｃ）水素溶解工程
本工程は、水素溶解装置に供給された脱気水に水素ガスを溶解させ、得られた水素溶解水を殺菌装置に送る工程である。
前記水素溶解装置としては、単位時間、単位スペース辺りの水素ガス溶解量が大きく、水素ガスの溶解効率を高めることが容易であることから、ガス透過膜モジュールを備えた水素溶解装置を用いる。
前記ガス透過膜モジュールは、ガス透過膜によって水室と気体室とに区画され、水室に前記脱気水を通過させ、気体室に水素ガスを供給することにより、水室に流れる脱気水に
水素ガスを溶解させる。
本工程で使用するガス透過膜としては、前述のガス脱気膜として挙げた高分子膜を挙げることができる。
水素ガスの供給方法には特に制限は無く、例えば市販の高純度水素ガスボンベや水の電気分解などで得られる水素ガスを使用することができる。
また水素ガスを該ガス透過膜モジュールの気体室に供給する際、水素ガスを大気圧以上、例えば１．２気圧〜２．０気圧程度の圧力をかけて供給することにより、溶存水素濃度を高めることができる。ただし２．０気圧を超える圧力をかけると、ガス透過膜モジュールの各種設備の耐圧性や気密性を高める必要があり、製造コストの増加につながるため好ましくない。
（ｄ）殺菌工程
本工程は、殺菌装置に供給された水素溶解水を殺菌し、得られた水素含有水を充填装置に送る殺菌工程である。
前記殺菌装置は、紫外線照射装置と膜ろ過装置を備えてなり、前記紫外線照射装置により水素溶解水を殺菌し、膜ろ過装置により浮遊物や細菌等を再度除去する。
本工程においても、前記浄化装置と同様にＭＦ膜ろ過装置を用いることが好ましいが、前記浄化装置で用いたＭＦ膜よりも孔径の小さいＭＦ膜を用いることにより、前記浮遊物等を完全に除去することができるのでより望ましい。
なお本発明においては、工程（ｄ）で得られた水素含有水の一部を工程（ｂ）の脱気装置に戻し、工程（ｂ）乃至工程（ｄ）の間で水循環させることを特徴とし、特に水循環中には前記脱気装置への浄化水の供給を一時停止することにより、より効率的に水素ガスを脱気水に溶解させることができ、水素ガス溶存濃度の高い水素含有水を製造できる。具体的には、室温・大気圧下で通常１．６ｐｐｍ程度とされる水素溶存濃度を約２倍にまで高めることができる。
（ｅ）充填工程
本工程は、充填装置に供給された水素含有水を密封容器に充填し、充填された水製品を加熱殺菌装置に送る工程である。
前記密封容器としては特に限定されず、ラミネートフィルムなどで作られた袋状容器や金属缶等を挙げることができ、特にアルミラミネートフィルム製の袋状容器が気密性が高く水素の流出を防ぐことができるため好ましい。該袋状容器にはプラスチック製の吸い口（スパウト）などが設けられていてもよい。
そして前記密封容器の種類に応じた充填装置を用いて、水素含有水を密封容器に充填し、密封する。
（ｆ）加熱殺菌工程
本工程は加熱殺菌装置に送られた水製品を加熱殺菌する工程であり、例えば加熱蒸気殺菌装置を用いて、８５〜９０℃、２０分〜１時間の間で水製品を加熱殺菌する。
本発明の望ましい実施形態を、図によってさらに具体的に説明するが、これによって本発明が限定されるものではない。
本発明の飲料用水素含有水の製造方法に用いることができる飲料用水素含有水製造装置の一形態を図１に示す。
本製造装置１は、主に水素含有水を製造する装置と、製造された水素含有水を充填する装置に大別される。
水素含有水を製造する装置は主に原料水供給装置２、ろ過塔３、安全フィルタ塔４、中間タンク５、脱気塔６、電解装置７、水素溶解塔８、ＵＶ殺菌装置９及びＭＦ装置１０とから構成される。このうち、前述した（ａ）工程に用いる浄化装置がろ過塔３（活性炭ろ過装置）及び安全フィルタ塔４（安全フィルタろ過装置）に相当し、（ｂ）工程に用いる脱気装置が脱気塔６に相当し、（ｃ）工程に用いる水素溶解装置が水素溶解塔８に相当し、（ｄ）工程に用いる殺菌装置がＵＶ殺菌装置９（紫外線照射装置）及びＭＦ装置１０（ＭＦろ過装置）に相当する。
また水素含有水を充填する装置は主に充填装置１１、加熱殺菌装置１２及び包装装置１３とから構成される。
まず原料水供給装置２から供給された原料となる水は、配管Ｌ１を経て活性炭素層が充填されたろ過塔３に供給され、ここで活性炭処理されることにより脱塩素処理される。
次に、ろ過塔３から吐出された水は配管Ｌ２を経て、ＭＦ膜が設置された安全フィルタ塔４に送り込まれる。
そして安全フィルタ塔４から吐出された浄化水は配管Ｌ３を経て、中間タンク５に送り込まれる。
中間タンク５は浄化工程を経た浄化水を一次的に貯留する役割を果たし、貯留水量を制御することにより、水素溶解を効率的に実施することができる。すなわち、浄化水の供給を一旦停止し、中間タンク５、脱気塔６、水素溶解塔８、ＵＶ殺菌装置９、ＭＦ装置１０の間で後述するように水循環させることにより、水素含有水の水素溶存濃度を効率的に高めることができる。
続いて中間タンク５から吐出された浄化水は配管Ｌ４を経て脱気塔６に送り込まれる。
脱気塔６にはガス脱気膜モジュール６１が設置され、該ガス脱気膜モジュール６１は図２に示すように、ガス脱気膜６１１によって水室６１２と気体室６１３に区画されている。そして気体室６１３が真空ポンプ１４により減圧に保たれることにより、水室６１２を流れる浄化水に溶存していた気体（酸素ガス、窒素ガス、炭酸ガス等）が、ガス脱気膜６１１を透過して気体室６１３に移行することにより、水室６１２を流れる浄化水が脱気される。
溶存気体が脱気された脱気水は、続いて配管Ｌ５を経て、ガス透過膜モジュール８１が設置された水素溶解塔８に送り込まれる。
該ガス透過膜モジュール８１は図３に示すように、ガス透過膜８１１によって水室８１２と気体室８１３に区画されている。そして気体室８１３には、電解装置７によって製造された水素ガスが配管Ｌ１０を通して供給されている。電解装置７に供給される水は、前記原水供給装置２から配管Ｌ９を経て供給される。
そしてガス透過膜モジュール８１において、電解装置７から供給された水素ガスを加圧して気体室８１３に送りこむことにより、分圧差によってガス透過膜８１１を水素ガスが透過し、水室８１２を流れる脱気水に供給され、水素溶解水が製造される。
こうして得られた水素溶解水は配管Ｌ６を通ってＵＶ殺菌装置９に供給され、ＵＶ照射により殺菌処理される。続いて配管Ｌ７を通ってＭＦ装置１０に供給され、ここで膜ろ過処理される。
得られた水素含有水は、配管Ｌ８を通って一部が中間タンク５に戻される。そして、水素含有水が中間タンク５→脱気塔６→水素溶解塔８→ＵＶ殺菌装置９→ＭＦ装置１０→中間タンク５を循環することにより、水素含有水の水素溶存濃度を効率的に高めることができる。
実際に図１に示すような製造装置を用い、原料水として水道水を用いて得られた、本発明の飲料用水素含有水の製造方法による水素含有水は、上述のように水循環させることで水素溶存濃度を例えば２．９７ｐｐｍ前後（２．８５〜３．０９ｐｐｍ）にまで高めることができた。一方、水循環させない場合の水素イオン濃度は２．８２ｐｐｍ前後にとどまるとする結果が得られた。
また得られた水素水のｐＨは６．５〜７．３、ミネラル含有量（硬度）３０〜５０ｍｇ／Ｌであり、また一般細菌及び大腸菌類は検出されなかった。
上述のように中間タンク５〜ＭＦ装置１０を循環させ、水素溶存濃度を高めた水は続いて充填装置１１に送り込まれる。
充填装置１１には充填タンク１１１と充填装置１１２が設置されており、前記水素含有水はまず充填タンク１１１に供給された後、充填装置１１２にて密封容器に密封充填される。
続いて容器包装に密封容器された水製品を、加熱殺菌装置１２において加熱殺菌し、最後に包装装置１３にて箱詰め処理される。
以上のように、上記の構成をとることにより、本発明の飲料用水素含有水の製造方法は水素ガスを効率的に、高濃度で溶解させることができ、しかも、安全且つ美味しい水素含有水を製造することができる。
１・・・飲料用水素含有水製造装置
２・・・原料水供給装置
３・・・ろ過塔
４・・・安全フィルタ塔
５・・・中間タンク
６・・・脱気塔
６１・・・ガス脱気膜モジュール
６１１・・・ガス脱気膜
６１２・・・水室
６１３・・・気体室
７・・・電解装置
８・・・水素溶解塔
８１・・・ガス透過膜モジュール
８１１・・・ガス透過膜
８１２・・・水室
８１３・・・気体室
９・・・ＵＶ殺菌装置
１０・・・ＭＦ装置
１１・・・充填装置
１２・・・加熱殺菌装置
１３・・・包装装置
１４・・・真空ポンプ
Ｌ１〜Ｌ１１・・・配管

Claims (5)

  1. 連続して飲料用水素含有水を製造する方法であって、
    （ａ）浄化装置において原料となる水をろ過及び浄化し、得られた浄化水を脱気装置に送る浄化工程と、
    （ｂ）前記脱気装置に供給された浄化水を脱気し、得られた脱気水を水素溶解装置に送る脱気工程と、
    （ｃ）前記水素溶解装置に供給された脱気水に水素ガスを溶解させ、得られた水素溶解水を殺菌装置に送る水素溶解工程と、
    （ｄ）前記殺菌装置に供給された水素溶解水を殺菌し、得られた水素含有水を充填装置に送る殺菌工程と、
    （ｅ）前記充填装置に供給された水素含有水を密封容器に充填し、充填された水製品を加熱殺菌装置に送る充填工程と、
    （ｆ）前記加熱殺菌装置に送られた水製品を加熱殺菌する加熱殺菌工程、
    とを含み、
    前記水素溶解装置が、ガス透過膜によって水室と気体室とに区画され、水室に前記脱気水を通過させ、一方気体室に水素ガスを加圧して供給することにより、水素ガスを前記脱気水に溶解させるガス透過膜モジュールを備えてなり、そして工程（ｄ）で得られた水素含有水の一部を工程（ｂ）の脱気装置に戻し、工程（ｂ）乃至工程（ｄ）の間で水循環させることを特徴とする方法。
  2. 前記浄化装置が、活性炭ろ過装置とＭＦ膜ろ過装置を備えるものである、請求項１記載の飲料用水素含有水を製造する方法。
  3. 前記脱気装置が、ガス脱気膜によって水室と気体室とに区画され、水室に前記浄化水を通過させ、一方気体室を減圧するガス脱気膜モジュールを備えてなるものである、請求項１記載の飲料用水素含有水を製造する方法。
  4. 前記殺菌装置が、紫外線照射装置とＭＦ膜ろ過装置を備えるものである、請求項１記載の飲料用水素含有水を製造する方法。
  5. 前記脱気装置への浄化水の供給を一時停止し、前記（ｂ）脱気工程、（ｃ）水素溶解工程及び（ｄ）殺菌工程間で水循環させる、請求項１記載の飲料用水素含有水を製造する方法。
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