KR101004850B1 - 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법 및 제조장치 Download PDF

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Abstract

용기 (12) 내의 수성음료 (11)을 가압 펌프 (13)에 의해 소정 압력으로 가압해 제1 이젝터 (50A)의 액체 도입로 (51A)에 공급해, 산소 가스 봄베 (15)로부터의 산소 가스를 이젝터 (50A)의 기체 도입로 (56A)에 공급해, 이젝터 (50)에 접속된 스태틱 믹서 (60A)로부터 얻어진 가압 상태의 산소함유 수성음료를 상압으로 유지된 수용용기 (21)의 상부로 유도한다. 그 다음에, 수용용기 (21) 내의 산소함유 수성음료 (22)를 재차 가압 펌프 (23)에 의해 소정의 압력으로 가압해 제2 이젝터 (50B)의 액체 도입로 (51B)에 공급해, 수소 가스 봄베 (25)로부터의 수소 가스를 이젝터 (50B)의 기체 도입로 (56B)에 공급해, 이젝터 (50B)에 접속된 스태틱 믹서 (60B)를 상압으로 유지된 수용용기 (31)의 상부에 접속한다. 그 결과, 산소를 다량으로 포함하면서도 산화환원 전위가 매우 낮고, 환원성이 강한 산소함유형 환원성 수성음료 (32)를 얻을 수 있다.

Description

산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법 및 제조장치{METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING OXYGEN-CONTAINING REDUCING AQUEOUS BEVERAGE}
본 발명은 대량생산을 위한, 산소를 많이 함유하면서 환원성이 높은 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것이다.
종래부터 산화환원 전위가 낮은 물은 전기분해에 의해(하기 특허문헌 1 ~ 3 참조) 혹은 가압 하에서 수소를 용해시키는 것(하기 특허문헌 4 참조)에 의해 만들어지고 있었다. 따라서, 산화환원 전위가 낮은 환원성 수성음료는 물, 미네랄 워터, 차, 커피, 쥬스 등의 수성음료에 수소를 가압해 용해하게 하는 한 방향만으로부터의 생각으로 제조가 가능하다고 추측되고 있었다.
이와 같이 종래부터 알려져 있는 제조방법에 따라 환원성의 수성음료를 만들어도, 환원성의 수성음료 중에는 인체가 필요로 하는 산소가 거의 포함되지 않았다. 덧붙여서 수소를 가압 하에서 용해시킨 환원성 물의 산소 함유량은 0.04 mg/L(동아 DKK제 함유 산소 농도계로 계측)였다. 당연한 일이지만, 처음부터 수성음료에 포함되어 있던 산소는 수소가 쫓겨나므로, 산소함유량이 적은 환원성의 수성음료 밖에 얻을 수 없었던 것이다.
일단, 수중에서 산소 가스와 수소 가스는 공존할 수 있지만, 산소 농도가 높 은 환원성 수성음료를 얻기 위해서는 단순하게 물, 미네랄 워터, 차, 커피, 쥬스 등의 수성음료에 수소를 가압하여 용해시켜 수성음료의 환원성을 높이는 방법은 채용할 수 없다. 특히, 수성음료 중에 수소 가스를 버블링(bubbling)했을 경우에는 수소 가스만의 분압으로 되기 때문에, 산소 등의 다른 가스는 공존하지 못하고, 수소 가스 이외의 가스는 완전하게 탈기된 상태가 된다. 즉 수성음료로부터 인간에 필요한 산소가 없어져 버리는 것이다.
또, 전기 분해에 의한 방법으로 산화환원 전위가 낮은 수성음료를 만드는 경우에는 OH-이온에 의해 알칼리성을 나타낼 뿐으로, 포화 농도 이상으로 수소 가스를 포함하고 있는 것은 아니다. 알칼리성이면 OH-이온에 의해 환원력이 생기므로 외관상 환원성을 나타내지만, 중성으로 되돌리면 산화환원 전위는 높아져 버린다. 즉 외관상 환원성을 나타낼 뿐인 것이다. 또, 알칼리성 용액을 다량으로 음용(飮用)하면 건강상의 문제가 생긴다. 특히 신장의 부담이 커지므로 신장 장해가 있는 사람에게는 유해하다. 한편, 위산 과다인 사람에게 있어서는 적당량이면 조금은 효과가 인정되지만, 이 효과는 알칼리성 용액에 의한 위산의 중화에 의한 효과이며, 수소 가스 내지는 환원력에 의한 효과는 아니다.
또, 금속 마그네슘을 수성음료 안에 혼입함으로써 환원성 물을 얻는 방법도 알려져 있지만, 이 경우에 있어서는 수소 가스와 동시에 마그네슘 이온 및 OH- 이온이 발생되기 때문에 알칼리성이 된다. 마그네슘 이온은 변비약 등에 들어가 있기 때문에 적당량이면 인체에 대한 건강유지 효과를 기대할 수 있으나, 이미 상술한 것처럼 알칼리성 수성음료를 다량으로 섭취하는 것은 신체가 항상 중성이도록 하는 기능을 저해하는 방향으로 작용하기 때문에 위험하다. 수소 가스를 단순히 용해시키는 쪽이 알칼리성을 나타내지 않는 만큼 그나마 낫다고 생각된다.
특허문헌 1: 일본 특개 제2001-145880호 공보(단락[0043] ~ [0049])
특허문헌 2: 일본 특개 제2001-137852호 공보(단락[0041] ~ [0042], [0045] ~ [0053])
특허문헌 3: 일본 특개 제2002-254078호 공보(특허 청구의 범위, 단락 [0072] ~ [0073], [0077] ~ [0086])
특허문헌 4: 일본 특개 제2004-230370호 공보(특허 청구의 범위)
따라서, 본 발명자는 인간의 몸이 필요로 하고 있는 산소를 많이 함유하면서, 또한 수소 농도가 매우 높고, 산화환원 전위가 매우 낮은 산소함유 환원성 수성음료를 얻을 수 있도록 여러 가지 실험을 거듭한 결과, 가압 하에서 수성음료에 산소 또는 수소를 함유시킨 후에 수소 또는 산소를 함유시킴으로써, 혹은 수성음료에 산소와 수소를 동시에 함유시킴으로써, 산소를 많이 함유하면서 수소 농도가 매우 높고, 산화환원 전위가 매우 낮은 환원성 수성음료를 얻을 수 있다는 것을 찾아내어, 이미 특허 출원(특원 2005-92554. 이하 「선원」이라고 한다.)하고 있다.
이 선원의 발명은 수성음료에 산소를 1기압 ~ 1000기압으로 가압하여 용해시켜, 가압 하에서, 또는 상압으로 되돌려 얻어진 수성음료에 수소를 1기압 ~ 1000기압으로 가압하여 용해시키고, 상압으로 되돌려 수성음료를 얻는 공정을 포함해, 실질적으로 산소를 0.1 mg/리터 이상 함유하고, 또한 수소 농도가 0.1 ppm 이상인 산소함유형 환원성 수성음료를 얻고 있다. 이 산소함유형 환원성 수성음료는 산소 가스를 다량으로 포함하면서, pH가 산성 영역에서도 산화환원 전위가 -50 mV 이하, pH가 중성에 가까운 경우는 -500 mV 이하인 매우 산화환원 전위가 낮고, 환원성이 강한 음료이다.
이 선원 발명에서는 주지의 기액접촉 장치를 사용해 산소함유형 환원성 수성음료를 얻고 있다. 이 주지의 기액접촉 장치는 액체방울의 형태로 낙하시킨 수성음료에 용해시켜야 할 기체를 접촉시켜 기체를 용해시키는 것이지만, 기체의 용해 효율이 그다지 높지 않은 것 및 기액접촉 장치가 대형이 되는 문제점이 존재하고 있다.
본원의 발명자는 상기 선원 발명의 문제점을 해결하기 위하여 여러 가지 실험을 거듭한 결과, 관로를 흐르고 있는 가압 상태의 수성음료에 대해서 직접 가압 상태의 산소 내지는 수소를 용해시킴으로써 소형이면서 기체의 용해 속도가 크고 대량생산을 위한 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법 및 제조장치를 얻을 수 있는 것을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 제1의 목적은 대량생산을 위한, 수성음료에 산소와 수소를 동시에 함유시킴으로써 산소를 많이 함유하면서, 또한 수소 농도가 매우 높은 산화환원 전위가 매우 낮은 환원성 수성음료의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
또, 본 발명의 제2의 목적은 대량생산을 위한, 수성음료에 산소와 수소를 동시에 함유시킴으로써 산소를 많이 함유하면서, 또한 수소 농도가 매우 높은 산화환원 전위가 매우 낮은 환원성 수성음료의 제조장치를 제공하는 것에 있다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명의 상기 제1의 목적은 이하의 제조방법에 의해 달성할 수 있다. 즉, 본 발명의 제1의 태양에 의하면, 이하의 (1) ~ (5)의 공정을 포함한 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법이 제공된다.
(1) 관로를 흐르고 있는 가압한 수성음료 중에 가압 산소 가스를 혼합함으로써 가압상태의 산소함유 수성음료를 얻는 공정,
(2) 상기 가압 상태의 산소함유 수성음료를 상압으로 되돌려 용해되지 않은 산소 가스를 방출한 상압의 산소함유 수성음료를 얻는 공정,
(3) 상기 상압의 산소함유 수성음료를 가압해 가압 상태의 산소함유 수성음료를 얻는 공정,
(4) 관로를 흐르고 있는 상기 가압 상태의 산소함유 수성음료에 가압 수소 가스를 혼합함으로써 가압 상태의 산소함유형 환원성 수성음료를 얻는 공정,
(5) 상기 가압 상태의 산소함유형 환원성 수성음료를 상압으로 되돌림으로써 용해되지 않은 산소 가스 및 수소 가스를 방출시켜 상압의 산소함유형 환원성 수성음료를 얻는 공정.
관련된 태양에 있어서는, 상기 가압 압력이 1기압 ~ 1000기압(게이지압. 이하 같음)이 바람직하다. 이 경우, 압력은 높으면 높을수록 효율적으로 산소 가스나 수소 가스를 수성음료에 용해시킬 수 있지만, 얻어진 산소함유형 환원성 수성음료는 상압으로 되돌려지는 것이기 때문에, 너무 압력이 높아도 용해한 산소 및 수소 가스의 일부가 기화해 버리기 때문에, 높아도 10기압에 멈추는 것이 좋다. 따라서, 상기 가압 압력은 1기압 ~ 10기압이 보다 바람직하다.
또, 관련된 태양에 있어서는, 상기 수성음료가 물, 미네랄 워터, 차, 커피, 쥬스로부터 선택된 1종인 것이 바람직하다.
또, 관련된 태양에 있어서는, 상기 (1) 및 (4)의 공정을 스태틱 믹서, 이젝터(ejector), 혹은 이젝터와 스태틱 믹서의 양자에 의해 실시할 수 있다.
또, 본 발명의 상기 제1의 목적은 이하의 제조방법에 따라서도 달성할 수 있다. 즉, 본 발명의 제2의 태양에 의하면, 이하의 (1) ~ (3)의 공정을 포함한 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법이 제공된다.
(1) 관로를 흐르고 있는 가압한 수성음료 중에 가압 산소 가스를 혼합함으로써 가압 상태의 산소함유 수성음료를 얻는 공정,
(2) 관로를 흐르고 있는 상기 가압 상태의 산소함유 수성음료에 가압 수소 가스를 혼합함으로써 가압 상태의 산소함유형 환원성 수성음료를 얻는 공정,
(3) 상기 가압 상태의 산소함유형 환원성 수성음료를 상압으로 되돌림으로써 용해되지 않은 산소 가스 및 수소 가스를 방출시켜 상압의 산소함유 수성음료를 얻는 공정.
관련된 태양에 있어서는, 상기 가압 압력이 1기압 ~ 1000기압인 것이 바람직하다. 보다 바람직한 가압 압력은 1 ~ 10기압이다.
또, 관련된 태양에 있어서는, 상기 수성음료가 물, 미네랄 워터, 차, 커피, 쥬스로부터 선택된 1종인 것이 바람직하다.
또, 관련된 태양에 있어서는, 상기 (1) 및 (2)의 공정을 스태틱 믹서, 이젝터, 혹은 이젝터와 스태틱 믹서의 양자에 의해 실시할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 제2의 목적은 이하의 구성에 의해 달성할 수 있다. 즉, 본 발명의 제3의 태양에 의하면,
제1 관형 기액혼합 수단의 액체 도입로에 접속되어 수성음료를 펌프에 의해 가압해 공급하는 수성음료 공급 배관과,
상기 제1 관형 기액혼합 수단의 기체 도입로에 접속되어 가압 산소 공급원으로부터의 가압 산소 가스를 공급하는 산소 가스 공급 배관과,
상기 제1 관형 기액혼합 수단의 출구 유로가 접속되어 상압으로 유지된 산소함유 수성음료의 수용용기와,
제2 관형 기액혼합 수단의 액체 도입로에 접속되어 상기 수용용기로부터의 산소함유 수성음료를 펌프에 의해 가압해 공급하는 산소함유 수성음료 공급 배관과,
상기 제2 관형 기액혼합 수단의 기체 도입로에 접속되어 가압 수소 공급원으로부터의 가압 수소 가스를 공급하는 수소 가스 공급 배관과,
상기 제2 관형 기액혼합 수단의 출구 유로가 접속되어 상압으로 유지된 산소함유형 환원성 수성음료의 수용용기로 이루어진 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치가 제공된다.
덧붙여, 본원 발명에서 관형 기액혼합 수단이란 관로를 흐르고 있는 액체에 기체를 접촉시킴으로써 액체 중에 기체를 용해시키는 수단을 의미해, 본원 출원 전에 주지의 것이다. 관형 기액혼합 수단으로는 예를 들면 관로의 일부에 기체 투과막 내지 다공성 기체 투과판을 설치한 것, 관로 안에 기체 주입구를 설치한 것, 이젝터 등이 포함되고 또, 이러한 것과 주지의 혼합 촉진 수단, 예를 들면 방해판(baffle plate)이나 다공판을 설치한 것, 스태틱 믹서 등으로 조합한 것이 포함된다.
또, 관련된 태양에 있어서는, 상기 가압 산소 공급원 및 가압 수소 공급원은 둘다 가스 봄베가 들어있는 것이 바람직하다.
또, 관련된 태양에 있어서는, 상기 수성음료 공급원이 물, 미네랄 워터, 차, 커피, 쥬스의 공급원으로부터 선택된 적어도 1종인 것이 바람직하다.
또, 관련된 태양에 있어서는, 상기 (1) 및 (4)의 관형 기액혼합 수단이 각각 스태틱 믹서, 이젝터, 혹은 이젝터와 스태틱 믹서의 양자를 갖추고 있는 것으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 제2의 목적은 이하의 구성에 의해서도 달성할 수 있다. 즉, 본 발명의 제4의 태양에 의하면,
제1 관형 기액혼합 수단의 액체 도입로에 접속되어 수성음료를 펌프에 의해 가압해 공급하는 수성음료 공급 배관과,
상기의 제1 관형 기액혼합 수단의 기체 도입로에 접속되어 가압 산소 공급원으로부터의 가압 산소 가스를 공급하는 제2의 배관과,
제2 관형 기액혼합 수단의 액체 도입로에 접속된 상기 제1관형 기액혼합 수단의 출구 유로와,
상기 제2 관형 기액혼합 수단의 기체 도입로에 접속되어 가압 수소 공급원으로부터의 가압 수소 가스를 공급하는 수소 가스 공급 배관과,
상기 제2 관형 기액혼합 수단의 출구 유로가 접속되어 상압으로 유지된 산소함유형 환원성 수성음료의 수용용기로 이루어진 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치가 제공된다.
관련된 태양에 있어서는, 상기 가압 산소 공급원 및 가압 수소 공급원은 둘다 가스 봄베가 들어있는 것이 바람직하다.
또, 관련된 태양에 있어서는, 상기 수성음료 공급원이 물, 미네랄 워터, 차, 커피, 쥬스의 공급원으로부터 선택된 적어도 1종인 것이 바람직하다.
또, 관련된 태양에 있어서는, 상기 (1) 및 (4)의 관형 기액혼합 수단이 각각 스태틱 믹서, 이젝터, 혹은 이젝터와 스태틱 믹서의 양자를 갖추고 있는 것으로 할 수 있다.
[도 1] 실시예에서 사용한 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치의 개략도이다.
[도 2] 본 발명에서 사용한 이젝터의 횡단면도이다.
[도 3] 도 3A는 본 발명에서 사용한 스태틱 믹서의 횡단면도이고, 도 3B는 오른쪽 스핀 엘리먼트의 정면도이고, 도 3C는 도 3B 를 90°회전시킨 도면이며, 도 3D는 왼쪽 스핀 엘리먼트의 정면도이고, 도 3E는 도 3D를 90°회전시킨 도면이다.
[도 4] 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치의 변형예의 개략도이다.
[도 5] 도 5A 및 도 5B 는 각각 관형 기액혼합 수단에서의 기체 도입부의 예를 나타내는 단면도이다.
부호의 설명
10, 10' 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치
11 수성음료
13, 23 가압 펌프
14 수성음료 공급 배관
15 산소봄베
18 산소 가스 공급 배관
21, 31 수용용기
20, 30 스톱 밸브
24, 34 산소함유 수성음료 공급 배관
25 수소봄베
28 수소 가스 공급 배관
32 산소함유형 환원성 수성음료
50, 50A, 50B 이젝터
51, 51A, 51B 액체 도입로
55, 55A, 55B 출구 유로
56, 56A, 56B 기체 도입로
60A, 60B 스태틱 믹서
이하 본 발명의 구체적인 예를 실시예를 이용하여 상세히 설명하겠으나, 이하의 실시예는 본 발명을 이에 한정하는 것을 의도하는 것이 아니고, 본 발명은 특허 청구의 범위에 나타낸 기술 사상을 일탈하는 일 없이 여러 가지의 변경을 실시한 것에도 동일하게 적용할 수 있는 것이다.
실시예로 사용한 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치 (10)을 도 1 ~ 도 3을 이용해 설명한다. 이 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치 (10)은 관형 기액혼합 수단으로서 이젝터 및 스태틱 믹서를 갖추고 있다. 이 이젝터 (50)은 액체 도입로 (51), 액체 도입로 (51)로부터 내경이 선세(先細)가 되어 신장되어 있는 노즐부 (52), 확산실 (53), 내경이 선태(先太)가 되어 신장되어 있는 확산부 (54), 확산부 (54)에 연통하는 균일한 내경의 출구 유로 (55) 및 확산실 (53)에 늘어서는 기체 도입로 (56)을 갖추고 있다. 이 이젝터 (50)에 있어서는 액체가 액체 도입로 (51)로부터 도입되어 노즐 (52)로부터 확산부 (54)에 분사되면, 확산실 (53) 내가 부압이 되기 때문에, 기체 도입로 (56)으로부터 기체가 흡인되어 확산부 (54)로 충분히 혼합되기 때문에, 흡인된 기체를 액체 중에 효율적으로 흡수시킬 수 있다. 또, 액체의 유량을 크게 하기 때문에, 소형이면서 대량의 액체 중에 다량의 기체를 흡수시킬 수 있는 것이다.
이 이젝터 (50)을 사용한 것만으로도 일단 양호한 기체 흡수 효율을 얻을 수 있지만, 특히 스태틱 믹서를 사용하면 액체와 기체와의 접촉 시간을 길게 할 수 있기 때문에, 보다 기체의 흡수 효율을 향상시킬 수 있다. 이 스태틱 믹서 (60)은 도 3A에 나타내는 바와 같이 가늘고 긴 관 모양 하우징 (61) 내에 복수 개의 엘리먼트 (62)(예를 들면 8개)를 배치한 것이고, 이 엘리먼트 (62)는 장방형 모양의 금속제의 평판을 180°오른쪽 스핀(도 3B 및 도 3C 참조)한 것 내지는 왼쪽 스핀한 것(도 3D 및 도 3E 참조)으로 이루어진다. 덧붙여 도 3B 및 도 3D는 각각 오른쪽 스핀 엘리먼트 및 왼쪽 스핀 엘리먼트의 정면도이고, 도 3C 및 도 3E는 각각 도 3B 및 도 3C에 나타낸 엘리먼트를 90°회전시킨 상태의 그림이다. 그리고 이 스태틱 믹서 (60)은 이러한 엘리먼트 (62)를 필요한 수만큼 적당하게 조합시켜 작성된다.
실시예에서 사용한 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치 (10)은 도 1에 나타내는 바와 같이 제1 이젝터 (50A)와 제1 스태틱 믹서 (60A), 제2 이젝터 (50B)와 제2 스태틱 믹서 (60B)를 갖추고 있다. 여기서, 사용한 스태틱 믹서 (60A) 및 (60B)는 각 엘리먼트의 길이는 약 1.5 cm, 폭은 약 1 cm 이고, 오른쪽 스핀의 것과 왼쪽 스핀의 것을 같은 수 조합해 이용하고 8 엘리먼트형 스태틱 믹서는 길이가 약 18 cm이며, 32 엘리먼트형의 경우는 길이가 약 54 cm이다.
덧붙여 제1 스태틱 믹서 (60A) 및 제2 스태틱 믹서 (60B)를 사용하지 않고, 제1 이젝터 (50A) 및 제2 이젝터 (50B)만을 사용한 것도 본 발명의 실시예에 포함되지만 설명의 형편상, 이하에서 제1 스태틱 믹서 (60A) 및 제2 스태틱 믹서 (60B)를 사용하고 있는 것으로서 설명한다.
그리고 물, 미네랄 워터, 차, 커피, 쥬스로부터 선택된 1종으로 이루어진 수성음료 (11)가 넣어진 용기 (12)와 제1 이젝터 (50A)의 액체 도입로 (51A)는 가압 펌프 (13)을 통해 수성음료 공급 배관 (14)가 접속되고 있다. 또, 가압 산소 공급 원인 산소봄베 (15)와 제1 이젝터 (50A)의 기체 도입로 (56A)는 감압 밸브 (16), 압력계 (17) 및 유량계(도시하지 않음)를 통해 산소 가스 공급 배관 (18)이 접속되고 있다. 또한, 제1 이젝터 (50A)의 출구 유로 (55A)는 제1 스태틱 믹서 (60A), 산소함유 수성음료 공급 배관 (19) 및 스톱 밸브 (20)을 통해 상압으로 유지된 산소함유 수성음료의 수용용기 (21)의 상부에 연통되고 있다.
또, 산소함유 수성음료의 수용용기 (21)과 제2 이젝터 (50B)의 액체 도입로 (51B)는 가압 펌프 (23)을 통해 산소함유 수성음료 공급 배관 (24)이 접속되고 있다. 또한, 가압 수소 공급원인 수소봄베 (25)와 제2 이젝터 (50B)의 기체 도입로 (56B)는 감압 밸브 (26), 압력계 (27) 및 유량계(도시하지 않음)를 통해 수소 가스 공급 배관 (28)이 접속되고 있다. 또한, 제2 이젝터 (50B)의 출구 유로 (55B)는 제2 스태틱 믹서 (60B), 산소함유형 환원성 수성음료 공급 배관 (29) 및 스톱 밸브 (30)을 통해 상압으로 유지된 산소함유형 환원성 수성음료의 수용용기 (31)의 상부에 연통되어 있다.
이 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치 (10)은 다음과 같이 조작되어 소정의 산소함유형 환원성 수성음료 (32)가 제조된다. 즉, 용기 (12) 내의 수성음료 (11)은 가압 펌프 (13)에 의해 소정의 압력, 예를 들면 1 ~ 10기압으로 가압되어 제1 이젝터 (50A)의 액체 도입로 (51A)에 공급되고 또, 산소 가스 봄베 (15) 내의 산소 가스는 감압밸브 (16)으로 소정의 압력, 예를 들면 1 ~ 10기압으로 저하되어 산소 가스 공급 배관 (18)에 의해 이젝터 (50A)의 기체 도입로 (56A)에 공급된다.
그러면, 제1 스태틱 믹서 (60A)로부터 가압 상태의 산소함유 수성음료가 얻 어져 이 가압 상태의 산소함유 수성음료는 산소함유 수성음료 공급 배관 (19) 및 스톱 밸브 (20)을 거치고, 상압으로 유지된 수용용기 (21)의 상부에 유도된다. 이 수용용기 (21)에서는 얻어진 산소함유 수성음료 (22) 중에 녹아 있던 산소 가스의 일부는 기화하지만, 다량의 산소 가스가 과포화 상태로 산소함유 수성음료 (22) 중에 잔존하고 있어, 기화한 산소 가스는 대기 중에 방출된다.
얻어진 수용용기 (21) 내의 산소함유 수성음료 (22)는 재차 가압 펌프 (23)에 의해 소정의 압력, 예를 들면 1 ~ 10기압으로 가압되어 산소함유 수성음료 공급 배관 (24)를 통해 제2 이젝터 (50B)의 액체 도입로 (51B)에 공급되고 또, 수소 가스 봄베 (25) 내의 수소 가스는 감압 밸브 (26)에서 소정의 압력, 예를 들면 1 ~ 10기압으로 저하되어 수소 가스 공급 배관 (28)에 의해 이젝터 (50B)의 기체 도입로 (56B)에 공급된다.
그러면, 제2 스태틱 믹서 (60B)로부터 가압 상태의 산소함유형 환원성 수성음료가 얻어져 이 가압 상태의 산소함유형 환원성 수성음료는 산소함유형 환원성 수성음료 공급 배관 (29) 및 스톱 밸브 (30)을 거쳐 상압으로 유지된 산소함유형 환원성 수성음료의 수용용기 (31)의 상부에 도입된다. 이 때, 얻어진 산소함유형 환원성 수성음료 (32) 중에 녹아 있던 수소 가스 및 산소 가스의 일부는 기화하지만, 다량의 수소 가스가 과포화 상태로 산소함유형 환원성 수성음료 (32) 중에 잔존하고 있는 것과 동시에 다량의 산소 가스도 산소함유형 환원성 수성음료 (32) 중에 잔존하고 있다. 그리고 기화한 수소 가스 및 산소 가스는 대기 중에 방출된다. 이 때, 기화한 수소 및 산소의 혼합 가스는 위험 방지를 위해 신속하게 실외로 방 출되도록 한다. 이와 같이 하여, 산소를 다량으로 포함하면서도 산화환원 전위가 매우 낮고, 환원성이 강한 산소함유형 환원성 수성음료 (32)를 얻을 수 있다.
또한 여기서는 수성음료 (11)로는 물, 미네랄 워터, 차, 커피, 쥬스로부터 선택된 1종을 이용하는 것으로서 설명했지만, 이러한 수성음료를 넣을 수 있는 용기를 복수개 마련하고, 유로를 전환시켜 임의의 수성음료를 선택할 수 있도록 해도 된다. 또, 가압 압력은 1 ~ 10기압으로 했지만, 압력은 높으면 높을수록 효율적으로 산소 가스나 수소 가스를 수성음료에 용해시킬 수 있지만 얻어진 산소함유형 환원성 수성음료는 상압으로 되돌려지는 것이기 때문에 너무 압력이 높아도 용해한 산소 및 수소 가스의 일부가 기화해 버리기 때문에 높아도 10기압에 멈추는 것이 좋다.
[ 실시예 1 ~ 실시예 3]
실시예 1 ~ 3으로는 원수(原水)로서 도쿄 중앙구의 수도물(산화환원 전위 +420 mV, pH=7.2)을 사용해, 도 1에 나타낸 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치 (10)을 사용하고 이하와 같이 하여 산소함유형 환원성 물을 제조했다. 우선, 이젝터 (50A) 및 (50B)만을 사용해, 스태틱 믹서를 사용하지 않는 것을 실시예 1로 하고, 실시예 1의 것에 8 엘리먼트형 스태틱 믹서를 병용한 것을 실시예 2로 하고, 마찬가지로 실시예 1의 것에 32 엘리먼트형 스태틱 믹서를 병용한 것을 실시예 3으로 했다.
그리고 실시예 1 ~ 실시예 3에서의 원수 유량, 원수 압력, 산소함유 수유량, 산소 압력, 산 함유수 압력, 수소 압력을 모두 같게 하여 산소함유형 환원수를 제 조했다. 각 제조 조건 및 측정 결과를 정리해 표 1에 나타낸다. 산화환원 전위, 산소 함유량 및 pH의 측정은 동아 DKK제 OPR 계측기, 산소량 계측기 및 pH 계를 이용해 측정은 모두 실온 하에서 행했다(이하에 있어서도 마찬가지이다).
Figure 112007080946176-pct00001
표 1에 나타낸 결과로부터 이하의 사실을 알 수 있다. 이젝터 (50A) 및 (50B) 및 스태틱 믹서를 사용한 실시예 2 및 실시예 3의 산소함유형 환원수는 산소 함유량이 2.2 mg/L이상이면서, 산화환원 전위가 -485 mV 이하의 뛰어난 환원성을 가지는 중성의 산소함유형 환원수를 얻을 수 있지만, 8 엘리먼트형 스태틱 믹서를 사용한 실시예 2의 것보다 32 엘리먼트형 스태틱 믹서를 사용한 실시예 3의 것이 산소함유량이 많고 또한 산화환원 전위가 낮아져 있다.
한편, 이젝터 (50A) 및 (50B)만을 사용하고 스태틱 믹서를 사용하지 않았던 실시예 1의 것은 산소함유량은 실시예 2의 것보다 적고, 또한 산화환원 전위도 -295 mV로 실시예 2의 것보다 높아져 있다. 그렇지만, 이 실시예 1의 것에서도 산소함유량 및 산화환원 전위는 충분히 산소함유형 환원수로서 필요한 조건을 만족하고 있다. 또한 실시예 1 ~ 3 중 어느 하나에 있어서도 원수에 산소를 용해시켜 얻어진 산소함유수의 산화환원 전위가 저하되고 있지만, 이 현상은 원수 안에 포함되어 있던 염소가 휘발한 것으로부터 생긴 것으로 추정된다.
따라서, 이젝터 (50A) 및 (50B)는 단독으로도 어느 정도 그 나름의 기체 용해 능력을 갖추고 있지만 액체의 이동속도가 빨라서 액체와 기체와의 접촉시간이 짧기 때문에, 스태틱 믹서를 병용하는 것이 산소함유형 환원수의 산소 농도를 높게 할 수 있고, 또한 산화환원 전위를 낮게 할 수 있다. 또, 실시예 2 및 3에 나타낸 결과로부터 스태틱 믹서의 엘리먼트 수는 많으면 많을수록 산소함유형 환원수의 산소 농도를 높게 하고, 또한 산화환원 전위를 낮게 할 수 있으나, 너무 스태틱 믹서의 엘리먼트수를 늘려도 효과가 포화하므로 엘리먼트 수는 합계 32 엘리먼트 정도로 멈추는 것이 좋다.
[ 실시예 4]
실시예 4로는 실시예 1과 같은 제1 이젝터 (50A) 및 제2 이젝터 (50B)만을 갖추어 스태틱 믹서를 사용하지 않는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치 (10)을 사용해, 수성음료로서 시판되는 차 음료를 이용해 산소함유형 환원성 차 음료를 제조했다. 우선, 차 음료의 산화환원 전위, 용존산소량, pH를 측정했는데, 산화환원 전위는 +60 mV, 용존산소량은 1.55 mg/L, pH는 6.1이었다. 이 차 음료를 8 기압의 가압하에 500 mL/분의 비율로, 또 산소 가스를 8 기압의 가압하에 150 mL/분의 비율로, 동시에 제1 이젝터 (50A)에 공급해 산소를 용해시킨 후, 상압으로 되돌려 수용용기 (21) 내에 얻어진 산소함유 차 음료의 용존산소량을 측정했는데 31.00 mg/리터였다.
이 산소함유 차 음료를 8 기압의 가압하에 500 mL/분의 비율로, 또 수소 가스를 8 기압의 가압하에 150 mL/분의 비율로 재차 동시에 제2 이젝터 (50B)에 공급해 수소를 용해시키고 상압으로 되돌렸는데, 용존산소량이 4.50 mg/리터, pH가 6.1이며, 산화환원 전위가 -599 mV의 산소함유형 환원성 차 음료를 얻을 수 있었다.
[ 실시예 5]
실시예 5로는 시판되는 커피 음료를 이용해 실시예 3과 같게 하여 산소함유형 환원성 커피 음료를 제조했다. 이 커피 음료의 산화환원 전위는 +85 mV, 용존산소량은 1.22 mg/L, pH는 5.0이었다. 이 커피 음료를 8 기압의 가압하에 500 mL/분의 비율로 또 산소 가스를 8 기압의 가압하에 150 mL/분의 비율로 동시에 제1 이젝터 (50A)에 공급해 산소를 용해시킨 후, 상압으로 되돌려 수용용기 (21) 내에 얻어진 산소함유 커피 음료의 용존산소량을 측정했는데, 용존산소량이 32.70 mg/리터의 산소함유 커피 음료를 얻을 수 있었다.
이 산소함유 커피 음료를 8 기압의 가압하에 500 mL/분의 비율로 또 수소 가스를 8 기압의 가압하에 150 mL/분의 비율로 재차 동시에 제2 이젝터 (50B)에 공급해 수소를 용해시켜 상압으로 되돌린 바 pH가 5.0이며, 용존산소량이 6.51 mg/L, 산화환원 전위가 -428 mV의 산소함유형 환원성 커피 음료를 얻을 수 있었다.
[ 실시예 6]
도 1에 나타낸 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치 (10)은 제1 이젝터 (50A) 및 제1 스태틱 믹서 (60A)로 일단 가압 상태의 산소함유 수성음료를 얻은 후에 상압으로 되돌려 상압의 산소함유 수성음료를 얻어, 이 상압의 산소함유 수성음료를 재차 가압해 제2 이젝터 (50B)에 공급하고 있지만, 이 부분에서의 감압 및 가압 공정은 생략하는 것도 가능하다. 이 감압 및 가압 공정을 생략한 변형예를 실시예 6으로 도 4를 이용해 설명한다. 덧붙여 도 4에서는 도 1에 나타낸 실시예 1 ~ 3에서 사용한 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치 (10)의 구성과 동일한 구성 부분에는 동일한 참조 부호를 부여하는 것으로 하여 그 상세설명은 생략한다.
도 4에 나타낸 실시예 6의 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치 (10')가 도 1에 나타낸 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치 (10)과 구성이 다른 점은 제1 스태틱 믹서 (60A)와 제2 이젝터 (50B)의 액체 도입로 (51B)와의 사이를 유량 조절 밸브 (33) 및 산소함유 수성음료 공급 배관 (34)에 의해 접속해, 제1 이젝터 (50A)로 얻어진 가압 상태의 산소함유 수성음료를 유량 조절 밸브 (33)을 통해 산소 가스 공급 배관 (34)에 의해 직접 제2 이젝터 (50B)의 액체 도입로 (51B)에 직접 연결하고 있는 점 뿐이고, 그 외의 구성은 실질적으로 동일하다.
이 경우, 유량 조절 밸브 (33)은 없어도 좋지만, 이 부분에서 근소하게 압력손실을 주어 가압 상태의 산소함유 수성음료를 제2 이젝터 (50B)의 액체 도입로 (51B)에 공급하도록 하면 유량이 안정화하기 때문에 제어를 실시하기 쉬워지므로 바람직하다. 이 실시예 6의 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치 (10')에서는 상압하에 있는 산소함유형 환원성 수성음료의 수용용기 (31)에서 산소 가스를 실시예 1의 경우보다 다량으로 포함한 수소 가스와 산소 가스와의 혼합 가스가 기화하기 때문에, 신속하게 실외에 방출할 수 있도록 할 필요가 있다. 또한 실시예 6의 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치 (10')에 있어서도 실시예 1의 경우와 같이, 제1 스태틱 믹서 (60A) 및 제2 스태틱 믹서 (60B)는 사용하지 않는다. 이 경우는 액체와 기체와의 접촉시간이 짧기 때문에 산소 함유량은 적게 되고, 또한 산화환원 전위도 상승하지만 일단, 산소 함유량 및 산화환원 전위는 충분히 산소함유형 환원성 수성음료로서 필요한 조건을 만족시키는 것을 얻을 수 있다.
덧붙여 실시예 1 ~ 6에서는 액체에 기체를 용해시키는 수단으로서 이젝터를 사용한 것을 나타냈지만, 예를 들면 도 5A에 나타낸 것 같은 관로 (40) 내에 기체의 주입구 (41)을 설치한 것이나, 도 5B 에 나타낸 것 같은 관로 (40)의 일부에 기체 투과막 내지 다공성 기체 투과판 (42)를 설치한 것도 사용할 수 있지만 이러한 액체에 기체를 용해시키는 수단은 이젝터에 비하면 기체의 용해 효율이 높지 않기 때문에 스태틱 믹서와 조합하는 것이 좋다.
본 발명에 의하면, 상기의 구성을 갖춤으로써 상기의 실시예에 의해서 상세히 설명하듯이 종래 예와 같이 단순히 수소를 흡수시킨 환원성 수성음료는 산소의 함유량이 매우 희박하기 때문에 인체가 필요로 하는 산소량을 제공하는 것이 불가능한데 비해, 본 발명에 의해 신체에 필요한 산소량을 가지면서도 세포막을 투과하는 것이 가능한 수소에 의한 매우 낮은 산화환원 전위를 가지는 일견 상반되는 성질을 가지는 산소함유형 환원성 수성음료를 대량으로 제조할 수 있는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법 및 제조장치를 제공할 수 있다.

Claims (24)

  1. 이하의 (1) ~ (5)의 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법:
    (1) 관로를 흐르고 있는 가압한 수성음료 중에 가압 산소 가스를 혼합함으로써 가압상태의 산소함유 수성음료를 얻는 공정,
    (2) 상기 가압 상태의 산소함유 수성음료를 상압으로 되돌려 용해되지 않은 산소 가스를 방출한 상압의 산소함유 수성음료를 얻는 공정,
    (3) 상기 상압의 산소함유 수성음료를 가압해 가압 상태의 산소함유 수성음료를 얻는 공정,
    (4) 관로를 흐르고 있는 상기 가압 상태의 산소함유 수성음료에 가압 수소 가스를 혼합함으로써 가압 상태의 산소함유형 환원성 수성음료를 얻는 공정,
    (5) 상기 가압 상태의 산소함유형 환원성 수성음료를 상압으로 되돌림으로써 용해되지 않은 산소 가스 및 수소 가스를 방출시켜 상압의 산소함유형 환원성 수성음료를 얻는 공정.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가압 압력이 1기압 ~ 1000기압인 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 수성음료가 물, 미네랄 워터, 차, 커피, 쥬스로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 (1) 및 (4)의 공정을 각각 스태틱 믹서를 이용해 실시하는 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 (1) 및 (4)의 공정을 각각 이젝터를 이용해 실시하는 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 (1) 및 (4)의 공정을 각각 이젝터 및 스태틱 믹서를 이용해 실시하는 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법.
  7. 이하의 (1) 내지 (3)의 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법:
    (1) 관로를 흐르고 있는 가압한 수성음료 중에 가압 산소 가스를 혼합함으로써 가압상태의 산소함유 수성음료를 얻는 공정,
    (2) 관로를 흐르고 있는 상기 가압 상태의 산소함유 수성음료에 가압 수소 가스를 혼합함으로써 가압 상태의 산소함유형 환원성 수성음료를 얻는 공정,
    (3) 상기 가압 상태의 산소함유형 환원성 수성음료를 상압으로 되돌림으로써 용해되지 않은 산소 가스 및 수소 가스를 방출시켜 상압의 산소함유 수성음료를 얻는 공정.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 가압 압력이 1기압 ~ 1000기압인 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 수성음료가 물, 미네랄 워터, 차, 커피, 쥬스로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 (1) 및 (2)의 공정을 스태틱 믹서를 이용해 실시하는 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 (1) 및 (2)의 공정을 이젝터를 이용해 실시하는 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 (1) 및 (2)의 공정을 이젝터 및 스태틱 믹서를 이용해 실시하는 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법.
  13. 제1 관형 기액혼합 수단의 액체 도입로에 접속되어 수성음료를 펌프에 의해 가압해 공급하는 수성음료 공급 배관과,
    상기 제1 관형 기액혼합 수단의 기체 도입로에 접속되어 가압 산소 공급원으로부터의 가압 산소 가스를 공급하는 산소 가스 공급 배관과,
    상기 제1 관형 기액혼합 수단의 출구 유로가 접속되어 상압으로 유지된 산소함유 수성음료의 수용용기와,
    제2 관형 기액혼합 수단의 액체 도입로에 접속되어 상기 수용용기로부터의 산소함유 수성음료를 펌프에 의해 가압해 공급하는 산소함유 수성음료 공급 배관과,
    상기 제2 관형 기액혼합 수단의 기체 도입로에 접속되어 가압 수소 공급원으로부터의 가압 수소 가스를 공급하는 수소 가스 공급 배관과,
    상기 제2 관형 기액혼합 수단의 출구 유로가 접속되어 상압으로 유지된 산소함유형 환원성 수성음료의 수용용기로 이루어진 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 가압 산소 공급원 및 가압 수소 공급원은 둘다 가스 봄베가 들어있는 것임을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 수성음료 공급원이 물, 미네랄 워터, 차, 커피, 쥬스의 공급원으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 및 제2 관형 기액혼합 수단이 각각 스태틱 믹서를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 및 제2 관형 기액혼합 수단이 각각 이젝터를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 및 제2 관형 기액혼합 수단이 각각 이젝터 및 스태틱 믹서를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치.
  19. 제1 관형 기액혼합 수단의 액체 도입로에 접속되어 수성음료를 펌프에 의해 가압해 공급하는 수성음료 공급 배관과,
    상기 제1 관형 기액혼합 수단의 기체 도입로에 접속되어 가압 산소 공급원으로부터의 가압 산소 가스를 공급하는 제2의 배관과,
    제2 관형 기액혼합 수단의 액체 도입로에 접속된 상기 제1 관형 기액혼합 수단의 출구 유로와,
    상기 제2 관형 기액혼합 수단의 기체 도입로에 접속되어 가압 수소 공급원으로부터의 가압 수소 가스를 공급하는 수소 가스 공급 배관과,
    상기 제2 관형 기액혼합 수단의 출구 유로가 접속되어 상압으로 유지된 산소함유형 환원성 수성음료의 수용용기로 이루어진 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 가압 산소 공급원 및 가압 수소 공급원은 둘다 가스 봄베가 들어있는 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 수성음료 공급원이 물, 미네랄 워터, 차, 커피, 쥬스의 공급원으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치.
  22. 청구항 19에 있어서,
    상기 제1 및 제2 관형 기액혼합 수단이 각각 스태틱 믹서를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치.
  23. 청구항 19에 있어서,
    상기 제1 및 제2 관형 기액혼합 수단이 각각 이젝터를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치.
  24. 청구항 19에 있어서,
    상기 제1 및 제2 관형 기액혼합 수단이 각각 이젝터 및 스태틱 믹서를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 산소함유형 환원성 수성음료의 제조장치.
KR1020077026273A 2005-05-13 2005-06-13 산소함유형 환원성 수성음료의 제조방법 및 제조장치 KR101004850B1 (ko)

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