JP6596199B2 - 水素水の製造方法および水素水製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、飲料用の水素含有水を製造する方法に関し、特に、脱パイロジェンを行ったＵＦ水に水素を溶け込ませるとともに水素水の経路において気泡が生じても気泡を除去することを可能とした、長期保存を可能とした飲料用にも利用可能な水素水の製造方法および水素水充填ノズルに関する。

健康に対する意識が飛躍的に高まっている昨今、活性酸素やフリーラジカル（遊離基）が体に与える影響に関する様々な研究結果が報告されており、医療関係者のみならずスポーツ関連を含めた広く一般の人々にまで、活性酸素およびフリーラジカルに関する関心が高まりつつある。
活性酸素は、体内に取り込まれた酸素が化学的に活性（遊離した状態）になったもので、不安定で強い酸化力を示す物質であり、フリーラジカルの一種である。活性酸素やフリーラジカルは、生体内に侵入するウイルス等に対する殺菌・解毒効果を有しており、生体にとって有効に働く反面、過剰になると遺伝子や細胞を損傷する負の働きをすることが解明されてきており、しみ等の原因となるメラニンを増加させ、癌、生活習慣病といった様々な病気や老化の原因を作るとも言われている。

現代人の生活習慣は、この活性酸素やフリーラジカルの過剰化を招いていると言われており、過剰化した活性酸素やフリーラジカルを取り除くために、ビタミンＣ、ビタミンＥ等の抗酸化物質をサプリメント等によって摂取することが広く一般的に行われているほか、水素を高濃度に含有させた水（所謂、水素水）を摂取することも行われている。

水素水は、活性酸素やフリーラジカルを還元する抗酸化サプリメントとしても注目を集めている。水素は、活性酸素やフリーラジカルと結びついて細胞の損傷を防ぐ還元力を有しており、また、ビタミンＣ、ビタミンＥ等の抗酸化物質と比べて還元力が緩やかであるという特徴を持っている。更に、ビタミンＣ、ビタミンＥはその還元力の強さにより、自らヒドロキシルラジカル等の活性酸素を生成してしまうことがあるが、水素にはそのような負の副作用がないという特徴がある。このため、水素は抗酸化サプリメントに最も適した物質であり、水素を含有した水素水は、様々な形で、サプリメントとして提供されている。

飲料用にも利用可能な水素水を製造するには、水素を水中に溶け込ませるという処理がまず必要であるが、この水素を水に溶け込ませる方法としては、電気分解により水から水素を生成する電気分解法、ナノバブルを生成することによるバブリング法、加圧により水素を溶け込ませる圧力溶解法等が存在する。

例えば、特開２００３−１７５３９０号では、水道水から得た純粋にＮａＣｌを加え、電導率を１００μＳ／ｃｍ以上に調整したものを電気分解し、得られた陰極水を取り出し、これを中性にして電解水素溶存水を製造する技術が公開されている。これにより、ＤＮＡ細胞の損傷を抑制することができる電解水素溶存水を提供することが可能となり、医学、薬学の分野のみならず、食品工業など多くの分野における利用の可能性が示唆されている。

ところが、上記技術を用いた水素溶存水には、水素以外に多くの水素イオンが混在することになるため、酸化還元電位がマイナス側になるという状況が付帯している。これにより、ｐＨの値が高いアルカリ性を示すこととなり、中性であることが望ましい純粋な水素溶存水を提供するという要請に対応することができなかった。

また、特開２００９−１２５６５４号および特開２０１０−２７４１８１号には、原料水を、水素ガス溶解モジュールの原料水流通部に供給した後、水素ガスを供給して原料水に水素を溶解させ、その後、水素ガス溶解モジュールの原料水流通部から吐出される水素ガスが溶解した原料水を容器に充填して密封し、殺菌処理するという、水素水の製造方法に関する技術が開示されている。これにより、水素濃度のばらつきの少ない、高濃度の飲料用に利用可能な水素含有水の大量生産の可能性が示唆されている。

しかし、上記製造方法に関する技術によれば、飲料用の水素含有水を得ることが可能とはなるが、いわゆる発熱物質（パイロジェン）の除去がなされていないことから、人工透析が必要な腎不全患者などが飲用として使用することが難しく、医療現場における用途が限定されるという問題があった。また、パイロジェンの存在により、水素の混合が抑制されるという問題もあった。さらに、水素水の殺菌処理を容器へ充填前に行うと、殺菌処理段階で溶け込んだ水素が気化して排出され、高濃度を保ったままの水素水を提供することが難しくなるという問題点もあった。

そこで、医療現場においても問題なく活用でき、高濃度で長期保存可能な飲料用として利用できる水素水を提供するための、水素水の製造方法および製造装置に関する技術の開発が望まれていた。

特開２００３−１７５３９０号 特開２００９−１２５６５４号 特開２０１０−２７４１８１号

本発明は上記問題を解決するために、飲料用に利用可能な水素含有水を製造する方法であって、特に、脱パイロジェンを行ったＵＦ水に水素を溶け込ませるとともに水素水の経路において気泡が生じても気泡を除去することを可能とした、長期保存を可能とした水素水の製造方法および製造装置に使用する水素水充填ノズルを提供する。

上記の目的を達成するために本発明に係る水素水の製造方法は、原水を半透膜により逆浸透圧で濾過してＲＯ水（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ＝逆浸透膜濾過水）を生成するＲＯ水生成工程と、前記ＲＯ水をイオン交換樹脂により濾過してイオン交換水を生成するイオン交換水生成工程と、前記イオン交換水を更にＵＦ（Ｕｌｔｒａ Ｆｉｔｅｒａｔｉｏｎ）膜により濾過することでパイロジェンを除去したＵＦ水を生成するＵＦ水生成工程と、生成された前記ＵＦ水に水素を添加する前に前記ＵＦ水を加圧してフィルタを通過させることで気泡を除去する工程と、前記ＵＦ水に水素を０．４ＭＰａ以上の圧力により飽和状態となるまで加圧によって溶け込ませて飽和状態の水素水を製造する水素添加工程と、前記水素水を水素の充分添加された状態で飲料として提供するとともに前記水素添加工程以降で水素水充填ノズルの入り口部までの水素水の経路において生じた気泡を除去するために、飲料容器に封入する際にフィルタに水素が混成する加圧された水を通過させることにより再度気泡を除去してから飲料の容器に圧入充填する水素水充填工程と、前記水素水が充填された容器の外部から水素水の殺菌処理を行う殺菌工程とからなる構成である。

また、製造した水素水を充填封入する水素水用容器は、容器本体と、飲み口とを有する前記水素水を充填封入する水素水用容器であって、容器の外壁をアルミニウムによる４層構造とした構成である。
更に、前記飲み口は、アルミニウムにより構成された構成である。

本発明は、上記詳述した通りの構成であるので、以下のような効果がある。
１．原水を濾過してＲＯ水を生成するＲＯ水生成工程と、ＲＯ水を濾過してイオン交換水を生成するイオン交換水生成工程を有するため、水素水を溶け込ませ易い。更に、水素水充填工程の前にＵＦ水生成工程と水素添加工程を行い、充填後に殺菌処理を施すので、水素が気化排出されないため、純度の高い水素溶存水を製造することができる。また、イオン交換水をＵＦ膜により濾過することによりパイロジェンを除去したＵＦ水を生成するＵＦ水生成工程を有するため、人工透析が必要な患者も利用することができ、広く医療現場においても問題なく活用できる水素水を製造できる。また、水素水充填工程では、フィルタに水素水を通過させることにより気泡を除去してから入充填するため、不要な気体を混入させることなく水素水を充填することができる。

２．水素添加工程では、脱気したＵＦ水に、水素の微小な気泡を添加混成するため、より多くの水素を水中に溶け込ませることができる。
３．脱気工程では、２回不活性ガスである酸素、窒素等の除去を繰り返すため、さらに多くの水素が水中に溶け込みやすくなる。

４．真空容器に水素水を圧入しオーバフローさせた後に密封する工程を経るため、さらに不要な気体を混入させることをなくすことができる。
５．殺菌工程を、水素水が充填された容器の外部から処理を行うため、水素が気化して外部に排出されることなく、高濃度のまま水素水を提供できる。

６．殺菌工程では、容器の中心部を摂氏８５度で３０分以上加熱する処理を行うため、確実に殺菌が施された水素水を提供することができる。
７．水素水充填ノズルは、空気を吸引除去する吸引機構と水素水の圧出機構を具備し、ノズル内に気泡除去のためのフィルタを設けているため、気泡が除去された水素水を圧入充填することができる。

８．水素水充填ノズルは、内部にフィルタを少なくとも２箇所設けた構成であるため、ノズル内部の気泡を除去してより純度の高い水素水を圧入充填することができる。
９．水素水を充填封入する水素水用容器は、外壁をアルミニウムによる４層構造としたため、水素が気化して外部へ排出されることを防止することができる。

１０．水素水用容器の飲み口をアルミニウムとしたため、水素の排出を防ぐことができる。

以下、本発明に係る水素水の製造方法および製造装置に使用する水素水充填ノズルを、図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。図１は、水素水の製造工程を示すフロー図であり、図２は、水素水の製造工程の詳細を示すフロー図であり、図３は、水素添加工程のフロー図である。図４は、水素水を充填する機器のフロー図であり、図５は、水素水用容器の正面図である。図６は、充填後の水素濃度の変移を示す図であり、図７は、充填後の酸化還元電位の変移を示す図である。

本発明に係る水素水の製造方法１は、図１に示すように、ＲＯ水生成工程１０と、イオン交換水生成工程２０と、ＵＦ水生成工程３０と、水素添加工程５０と、水素水充填工程６０と、殺菌工程８０とからなる。

図２に示すように、ＲＯ水生成工程１０は、ＲＯ水生成装置１１に送られた原水２をＲＯ膜１４（半透膜）により逆浸透圧で濾過してＲＯ水１２を生成する工程である。ＲＯ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ）水とは逆浸透膜濾過水のことであり、水は通すがイオン等の水以外の不純物は透過しないという性質を持つＲＯ膜１４（半透膜、逆浸透膜）を原水２が通過することにより、原水が濾過され、膜の孔より大きい非電解物質やイオン等を除去することができ、純度の高いＲＯ水１２を得ることができる。
ＲＯ水生成工程１０で使用するＲＯ膜１４は、孔の直径が概ね２ナノメートル以下であればよいが、より純度の高いＲＯ水１２を得るためには、１ナノメートル以下のものとすることが望ましい。

イオン交換水生成工程２０では、ＲＯ水生成工程１０で得られたＲＯ水１２を、イオン交換水生成装置２１において、さらにイオン交換樹脂２４により濾過してイオン交換水２２を生成する工程である。
ＲＯ水生成装置１１で生成されたＲＯ水１２は、配管Ｐ１を経由してイオン交換水生成装置２１に送られる。イオン交換樹脂２４によってイオンが除去された脱イオン水（イオン交換水２２）を得ることができるため、この工程により、ＲＯ水生成工程１０で除去しきれなかったイオンを除去することが可能となり、より純度の高いイオン交換水２２を得ることができる。
イオン交換樹脂２４には、強酸性陽イオン交換樹脂・弱酸性陽イオン交換樹脂・強塩基性陰イオン交換樹脂・弱塩基性陰イオン交換樹脂等が存在するが、本発明においては、適宜選択して使用することが可能である。

ＵＦ水生成工程３０は、ＵＦ水生成装置３１において、イオン交換水生成工程２０で得られたイオン交換水２２を、ＵＦ膜３４により濾過することによりＵＦ水３２を生成する工程である。
イオン交換水生成装置２１で生成されたイオン交換水２２は、配管Ｐ２を経由してＵＦ水生成装置３０に送られる。ＵＦ膜３４は、微細な孔を有する膜であるため、ＲＯ水生成工程１０およびイオン交換水生成工程２０で除去することができなかった細菌、ウイルス、およびパイロジェン（発熱物質）をこの工程で除去するものである。この工程により、パイロジェンの除去がなされた純度の高いＵＦ水３２を得ることができ、人工透析が必要な腎不全患者等が飲用することができるため、医療の現場でも有効に使用することが可能となる。

ＵＦ水生成工程３０において生成されたＵＦ水３２は、配管Ｐ３を経由してタンク４０へと送られるが、タンク４０内に保存される生成された水中に微小な気泡が存在する可能性が考えられる。気泡が存在により、生成された水に水素を添加混成する際の障害になる可能性があり、また気泡が水素水を充填する容器にも残存混入する可能性が考えられる。そのため、この気泡を除去する必要があり、本発明では、配管Ｐ４にフィルタ４４を設け、生成された水を加圧してフィルタを通過させることで気泡を除去している。

水素添加工程５０は、水素添加装置５１において、ＵＦ水生成工程３０により得られたパイロジェンが除去されたＵＦ水３２に水素を添加混成する工程である。
ＵＦ水生成装置３１で生成され、タンク４０に送られたＵＦ水３２は、配管Ｐ４およびフィルタ４４を経由して水素添加装置５１に送られる。水素添加工程５０は、水素をＵＦ水３２に溶け込ませる処理であり、水素を加圧することにより溶け込ませる。飽和状態となるまで加圧して溶け込ませることで飽和状態の水素水１００を得ることができる。このときの水素の加圧添加における圧力は、０．４ＭＰａ以上であることが望ましい。また、ＵＦ水は、後述の不純物脱気工程により気体の溶け込みが容易になるため、あらかじめ不純物脱気工程を経るのが望ましい。

水素水充填工程６０は、水素添加工程５０で得られた純度が高い水素水１００を、飲料として提供するために、水素充填装置６１において水素水用容器１６０に封入する工程である。
水素添加装置５１で水素が添加された水素水１００は、配管Ｐ５を経由して水素充填装置６１に送られる。水素充填装置６１の水素水充填ノズル１１０に、水素水用容器１６０を設置して水素水１００を充填する。

水素水充填工程６０は、フィルタリング処理と封入処理からなる。フィルタリング処理は、充填する水素水１００の経路（図４に示す、水素水充填ノズル１１０の入り口部）にフィルタ１３２を配置し、圧出機構１５０によって圧力を加えて水素水１００をフィルタに通す処理を施すものである。これにより、水素水の経路において気泡が生じても気泡を除去できるので、水素水用容器１６０内に気泡が混入する事を防ぐことが可能となる。

水素水１００の容器への封入処理では、フィルタリングした水素水１００を水素水用容器１６０に封入する。この処理では、吸引機構１４０によって水素水用容器１６０内の空気を完全に吸引した後、水素水１００を封入する。さらに、水素水１００をオーバフローさせた状態で密封処理を施す。これにより、水素水用容器１６０内に空気を取り込むことを防ぐとともに、水素水１００を水素水用容器１６０に充分一杯に充填し密封することが可能となる。

水素水充填工程６０で水素水１００が充填された水素水用容器１６０は、液量確認装置７１に運ばれ、適正な液量が封入されているかについての確認が行われる。

殺菌工程８０は、殺菌装置８１において、水素水１００の殺菌処理を行う工程である。
液量確認装置７１で液量が確認された水素水用容器１６０は、殺菌装置８１に運ばれる。殺菌工程８０は、水素水１００の封入密封前と後のいずれでも行うことは可能であるが、本実施例では、水素水１００を充填し密封した後、水素水用容器１６０の外部から、容器を加熱することにより殺菌を行っている。充填前に殺菌処理を施すと、水素水１００から水素が放出され、充填する前に水素濃度が低くなるという問題があった。本発明では、殺菌工程８０を水素水の充填密封後にしているため、殺菌に当って水素水１００から水素が放出されにくくなり、水中の水素が気泡化しても、分圧により水素は水中に再度溶け込むことになり外部に逃げることはない。これにより、水素濃度を製造工程で下げることなく、高濃度のままの水素水１００を容器に充填して提供することが可能となった。

なお、上記殺菌処理は、容器の中心部を摂氏８５度で３０分以上加熱するのが望ましい。更に温度を上げて、滅菌処理を施すことも可能である。

殺菌装置８１で殺菌処理が施された水素水用容器１６０は、冷却装置９１に運ばれる。冷却工程９０は、冷却装置９１において、加熱殺菌した水素水用容器１６０の冷却を行う工程である。この冷却処理ののち、乾燥処理を施して、一連の製造工程が完了する。

前述した水素添加工程５０では、パイロジェンが除去されたＵＦ水３２に水素を添加していたが、酸素、窒素等をＵＦ水３２から除去する不純物脱気工程（図示せず）を経て脱気したＵＦ水に水素を溶け込ませることも可能である。不純物脱気工程は、ＵＦ水３２中の溶存気体をＵＦ水３２から取り除くものである。ＵＦ水３２中に酸素や窒素が存在すると、水素を添加しても反応してしまうので水素単位として溶け込ませることは困難となるため、水素の添加に先立って、あらかじめこれら不純物を取り除く必要がある。不純物脱気工程を行うことにより、水素をＵＦ水３２中に容易に添加し溶け込ませることが可能となり、また、より多くの水素を溶け込ませることができる。脱気方法には、中空糸膜脱気、真空減圧脱気、加熱沸騰脱気、超音波脱気、遠心脱気等がある。本実施例では中空糸膜脱気を採用しているが、この脱気方法に限定されるものではない。

また、前記不純物脱気工程は、図３に示すように、水素充填装置６０中のＵＦ水の流水路に設けた脱気膜により、少なくとも２回真空圧の原理によって不活性ガスである酸素、窒素等の除去を繰り返すのが望ましい。これにより、より純度の高い水を得ることが可能となる。

なお、前記の水素添加工程５０において、水素の微小な気泡を添加混成することにより、水素を溶け込ませることも可能である。これにより、より水素を容易に溶け込ませることが可能となる。

水素水充填ノズル１１０は、水素水１００を水素水用容器１６０に充填する際に使用されるノズルであって、図４に示すように、筐体１２０と、挿入ノズル部１３０とからなる構造である。筐体１２０は、水素水１００を圧縮封入する筒状の部材であり、高濃度の水素水１００が封入される。また、挿入ノズル部１３０は、水素水用容器１６０に水素水１００を充填する際に、水素水用容器１６０の挿入口（飲み口１６４）に挿入し、水素を充填することに供される部材である。

筐体１２０には、吸引機構１４０が設置される。吸引機構１４０は、挿入ノズル部１３０を経由して水素水１００を封入する水素水用容器１６０の内部の空気を吸引除去する部材である。これにより、水素水用容器１６０内部の空気を除去することができ、水素水１００の充填をしやすくすると同時に、水素水用容器１６０内に不要な気泡が残留するのを防止することが可能となる。

また、水素水充填ノズル１１０には、ノズル内部にフィルタ１３２が設けられる。圧出機構１５０から圧力を掛けて放出された水素水１００は、このフィルタ１３２を通過して水素水用容器１６０へ充填される。水素水１００をフィルタ１３２を介して圧出することにより、水素添加装置５１から充填ノズル１１０の内部に発生した気泡を除去することが可能となり、水素水用容器１６０内に不要な気泡が混在することを防止することが可能となる。
フィルタ１３２は、発生した気泡をより確実に除去するため、水素水充填ノズル１１０の内部に少なくとも２箇所設けるのが望ましい。

水素水用容器１６０は、図５に示すように、製造した水素水１００を充填封入する水素水用の容器である。水素水用容器１６０は、容器本体１６２と、飲み口１６４とを有する。容器本体１６２は、容器の外壁がアルミニウムによる４層構造となっている。水素は、プラスチック製や塩化ビニール製の容器に封入しても、容易に容器外部へ排出されてしまうため、長期に高濃度の水素水を保存することが困難であった。容器本体１６２は、この構造とすることにより、水素が容器から排出されにくくなり、長期間において高濃度の水素水を保存提供することが可能となった。

また、水素水用容器１６０の飲み口１６４は、アルミニウム製とすることが可能である。これにより、容器外への水素の排出をより抑制することができ、より長期にわたり高濃度の水素水を保存することが可能となる。

本発明の水素水の製造方法により製造された水素水１００の濃度の測定結果は、図６に示すとおりである。すなわち本発明により、高濃度の水素水１００を製造することができた。また、水素水用容器１６０に水素水１００を充填封入することにより、長期にわたり高濃度の水素水１００を保存することが可能である事が確認された。

また、本発明の水素水の製造方法により製造された水素水１００の酸化還元電位の値の推移の測定結果は図７に示すとおりである。この結果からも、長期にわたり高濃度の水素水１００を保存することが可能である事が確認された。

水素水の製造工程を示すフロー図 水素水の製造工程の詳細を示すフロー図 水素添加工程のフロー図 水素水を充填する機器のフロー図 水素水用容器の正面図 充填後の水素濃度の変移を示す図 充填後の酸化還元電位の変移を示す図

１ 水素水の製造方法
２ 原水
１０ ＲＯ水生成工程
１１ ＲＯ水生成装置
１２ ＲＯ水
１４ ＲＯ膜
２０ イオン交換水生成工程
２１ イオン交換水生成装置
２２ イオン交換水
２４ イオン交換樹脂
３０ ＵＦ水生成工程
３１ ＵＦ水生成装置
３２ ＵＦ水
３４ ＵＦ膜
４０ タンク
４４ フィルタ
５０ 水素添加工程
５１ 水素添加装置
６０ 水素水充填工程
６１ 水素充填装置
７１ 液量確認装置
８０ 殺菌工程
８１ 殺菌装置
９０ 冷却工程
９１ 冷却装置
１００ 水素水
１１０ 水素水充填ノズル
１２０ 筐体
１３０ 挿入ノズル部
１３２ フィルタ
１４０ 吸引機構
１５０ 圧出機構
１６０ 水素水用容器
１６２ 容器本体
１６４ 飲み口
Ｐ１〜Ｐ５ 配管

Claims (1)

1. 原水を半透膜により逆浸透圧で濾過してＲＯ水（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ＝逆浸透膜濾過水）を生成するＲＯ水生成工程と、前記ＲＯ水をイオン交換樹脂により濾過してイオン交換水を生成するイオン交換水生成工程と、前記イオン交換水を更にＵＦ（Ｕｌｔｒａ Ｆｉｔｅｒａｔｉｏｎ）膜により濾過することでパイロジェンを除去したＵＦ水を生成するＵＦ水生成工程と、生成された前記ＵＦ水に水素を添加する前に前記ＵＦ水を加圧してフィルタを通過させることで気泡を除去する工程と、前記ＵＦ水に水素を０．４ＭＰａ以上の圧力により飽和状態となるまで加圧によって溶け込ませて飽和状態の水素水を製造する水素添加工程と、前記水素水を水素の充分添加された状態で飲料として提供するとともに前記水素添加工程以降で水素水充填ノズルの入り口部までの水素水の経路において生じた気泡を除去するために、飲料容器に封入する際にフィルタに水素が混成する加圧された水を通過させることにより再度気泡を除去してから飲料の容器に圧入充填する水素水充填工程と、前記水素水が充填された容器の外部から水素水の殺菌処理を行う殺菌工程とからなる水素水の製造方法。

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