(57)【要約】【課題】安定して水素濃度の高い水素水を製造するための水素水生成剤及び水素水の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る水素水生成剤は、水素化マグネシウムと炭酸水素塩とを含有する。本発明に係る水素水生成剤の製造方法は、上記の水素水生成剤を水に投入する工程を有する。本発明に係る水素水生成剤の製造方法は、水素化マグネシウム及び炭酸水素塩を水に投入する工程を有する。炭酸水素塩としては、炭酸水素ナトリウムを用いることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素化マグネシウムと炭酸水素塩とを含有する水素水生成剤。
【請求項２】
前記炭酸水素塩が、炭酸水素ナトリウムである請求項１に記載の水素水生成剤。
【請求項３】
粉末状である請求項１又は２に記載の水素水生成剤。
【請求項４】
残留塩素除去剤をさらに含有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素水生成剤。
【請求項５】
前記残留塩素除去剤が、ビタミンＣである請求項４に記載の水素水生成剤。
【請求項６】
栄養強化剤をさらに含有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の水素水生成剤。
【請求項７】
アルミニウム製の包装材に包装されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の水素水生成剤。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の水素水生成剤を水に投入する工程を有する水素水の製造方法。
【請求項９】
水素化マグネシウム及び炭酸水素塩を水に投入する工程を有する水素水の製造方法。
【請求項１０】
前記炭酸水素塩が、炭酸水素ナトリウムである請求項９に記載の水素水の製造方法。
【請求項１１】
前記水素化マグネシウム及び前記炭酸水素塩が粉末状である請求項９又は１０に記載の水素水の製造方法。
【請求項１２】
残留塩素除去剤を投入する工程をさらに有する請求項９〜１１のいずれか１項に記載の水素水の製造方法。
【請求項１３】
前記残留塩素除去剤が、ビタミンＣである請求項１２に記載の水素水の製造方法。
【請求項１４】
栄養強化剤を投入する工程をさらに有する請求項９〜１３のいずれか１項に記載の水素水の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安定して水素濃度の高い水素水を製造するための水素水生成剤及び水素水の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水に水素ガス（Ｈ２）を溶存させた水素水が、その抗酸化作用によってアンチエイジングやストレス解消、疲労回復に効果があることで注目を集めている。水素水の人体に対する効果はまだ研究段階ではあるが、水素は分子構造が非常に小さく、また水溶性であるため、胃腸で水とともに吸収され、血液を介して身体全体の細胞膜にまで届くという特徴を持っている。そのため、水素水の還元力は他の抗酸化物質（例えばビタミンＣ、ビタミンＥ、カテキン、リコピン、コエンザイムＱ１０など）を凌駕し、活性酸素のみならず悪玉のヒドロキシラジカルを除去できると言われている。
【０００３】
しかし、空気中に存在する水素ガスは極微量であり、乾燥空気中の水素濃度は、体積基準で０．００００５％、質量基準で０．０００００３４％でしかない。さらに、水素ガスの水への飽和溶存濃度（２０℃）は、体積基準で０．０１８ｍＬ／ｍＬ、質量基準で１．６ｍｇ／Ｌ（＝ｐｐｍ）でしかない。したがって、水素水を製造するためには、水中で水素ガスを積極的に発生させて、水素ガスを水に溶存させる必要がある。
【０００４】
水素水の製造方法としては、水素ガス注入方式、電気分解方式、及び金属マグネシウム方式が知られている。水素ガス注入方式は、水素ガスを高圧で水に溶存させ、得られた高濃度の水素水をアルミニウムパウチ包装やアルミニウムボトル容器に密封する方式である。電気分解方式は、水の電気分解装置により水を電気分解させて、水素ガスを発生させる方式である。金属マグネシウム方式は、小さなボール状又は小片加工した金属マグネシウムを網状のプラスチック容器又はティーバッグに詰め、それを水に投入することで、水素ガスを発生させる方式である。
【０００５】
しかし、水素ガス注入方式では、保存可能期間が短いという問題があり、また割高である。電気分解方式では、電気分解装置が高価であり、初期投資額が大きくなるという問題がある。電気分解装置が設置されている施設で専用ボトルに取り出す方法もあるが、その施設までわざわざ出向く必要があり、また保存可能期間も短い。金属マグネシウム方式では、水素ガスの発生が遅いため、水に溶存した水素ガスの量を上げることが難しく、また水素水の製造に長時間を要する。
【０００６】
さらに、水素水の製造方法として、水素化化合物を利用する方法が知られている。特許文献１には、水素化アルカリ金属又は水素化アルカリ土類金属（例えば水素化マグネシウム）と水溶性の固体酸（例えば無水クエン酸）が溶融状態の水不溶性高分子中に均一に混合されて冷却固化されてなる水素発生剤が記載されている。特許文献２には、水素化マグネシウムと水又は酸性溶液（例えばクエン酸溶液）とを混合することで水素化マグネシウムを加水分解させ、それにより発生した水素ガスを水に溶存させることで、水素水を製造する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１２６７３６号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１及び２に記載された方法では、水素の発生速度が必ずしも満足いくものではなく、安定して水素濃度の高い水素水を得ることはできない場合があった。
【０００９】
そこで、本発明は、安定して水素濃度の高い水素水を製造するための水素水生成剤及び水素水の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、水素化マグネシウムと炭酸水素塩とを含有する水素水生成剤である。
【００１１】
本発明は、上記の水素水生成剤を水に投入する工程を有する水素水の製造方法である。
【００１２】
本発明は、水素化マグネシウム及び炭酸水素塩を水に投入する工程を有する水素水の製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、安定して水素濃度の高い水素水を製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明では、水素ガスの発生源として水素吸蔵合金の一種である水素化マグネシウムを用いる。水素化マグネシウムは、マグネシウム原子（Ｍｇ）の隙間に水素分子（Ｈ２）が吸着させたものであり、分子式はＭｇＨ２、吸着水素分子量は７．６質量％である。水素化マグネシウムは、加水分解されやすいように粉末状であることが好ましい。
【００１５】
水素化マグネシウムから水素を取り出す方法には、加熱法と加水分解法が知られている。加熱法では、水素化マグネシウムを加熱することで水素ガスを発生させる。その反応式は下記式（１）で表されるとおり、水素化マグネシウム１分子につき水素１分子が発生する。一方、加水分解法では、水素化マグネシウムを水と接触させて加水分解することで水素ガスを発生させる。その反応式は下記式（２）で表されるとおり、水素化マグネシウム１分子につき水素２分子が発生し、水に難溶性の水酸化マグネシウムが副生する。
ＭｇＨ２→Ｍｇ＋Ｈ２↑      （１）
ＭｇＨ２＋２Ｈ２Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）２＋２Ｈ２↑      （２）
【００１６】
本発明では、加水分解法を利用する。加水分解法によれば、水素化マグネシウムの質量の１５．２％の水素ガスを発生させることができる。水素ガスの水への飽和溶存濃度（２０℃）は１．６ｍｇ／Ｌ（＝ｐｐｍ）であるから、飽和溶存水素濃度の水素水を１Ｌ製造するために必要な水素化マグネシウムの量は、理論上は１０．５ｍｇとなる。
【００１７】
しかし、１Ｌの水に水素化マグネシウムを１０．５ｍｇ投入しても、実際には、飽和溶存水素濃度の水素水を製造することはできない。水素化マグネシウムには、加水分解されやすいように平均粒度６０μｍ程度の粉末状に加工されたものも存在するものの、加水分解時に生じる難溶性の副生成物（水酸化マグネシウム）が、水素化マグネシウム粉末粒子の表面に難溶性の皮膜を形成してしまい、加水分解反応が起きにくくなるためである。すなわち、この状態では、水素化マグネシウムから理論的に計算される量の水素ガスを取り出すことはできない。
【００１８】
換言すれば、水素化マグネシウムの加水分解反応を促進させるためには、生成した固体状の水酸化マグネシウムを除去すればよい。水酸化マグネシウムは水に難溶性であるが、微量の水酸化マグネシウムが、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）と水酸化物イオン（ＯＨ−）に解離した状態で水に溶解している。
Ｍｇ（ＯＨ）２→Ｍｇ２＋＋２ＯＨ−      （３）
【００１９】
ここで、上記式（３）の反応は可逆反応であり、定常状態では化学平衡の状態になっている。水酸化マグネシウムの溶解度積［Ｍｇ２＋］［ＯＨ−］２は１．４×１０−１１である。すなわち、系内から水酸化物イオン（ＯＨ−）を取り除くことで、上記式（３）の平衡は右にシフトし、固体状の水酸化マグネシウムは、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）と水酸化物イオン（ＯＨ−）に解離して除去されることになる。
【００２０】
そこで、本発明では、炭酸水素塩を用いる。炭酸水素塩は、水に溶解して炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）を発生する。炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）は、一般に両性の性質を持っているが、水酸化物イオン（ＯＨ−）が存在すると、下記式（４）の反応により炭酸イオン（ＣＯ３２−）に変化する。すなわち、系内に存在する水酸化物イオン（ＯＨ−）が減少するため、固体状の水酸化マグネシウムは、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）と水酸化物イオン（ＯＨ−）に解離して除去されていく。
ＨＣＯ３−＋ＯＨ−→ＣＯ３２−＋Ｈ２Ｏ      （４）
【００２１】
なお、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）と炭酸イオン（ＣＯ３２−）から生成される炭酸マグネシウムも水に難溶性であるが、炭酸マグネシウムの溶解度積［Ｍｇ２＋］［ＣＯ３２−］は１×１０−５であり、水酸化マグネシウムの溶解度積［Ｍｇ２＋］［ＯＨ−］２よりもはるかに大きいことから、上記反応は問題なく進行する。そして、水素化マグネシウム粉末粒子の表面に形成された難溶性の水酸化マグネシウムが除去され、水素化マグネシウムの加水分解が十分に進行するようになる。
【００２２】
炭酸水素塩の具体例としては、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸水素カルシウムが挙げられる。なかでも、水への溶解度が高く、水に溶解した際に無色かつ無味無臭で、食品添加物としても利用されている炭酸水素ナトリウムが好ましい。炭酸水素塩は、水に溶解しやすいように粉末状であることが好ましい。
【００２３】
炭酸水素塩の配合量は、水素化マグネシウムの加水分解の観点では多いほど有利であるが、多量のナトリウムを含有する水は血圧の上昇などを招くことから、水素化マグネシウム１質量部に対して、５０〜２００質量部とすることが好ましく、７５〜１５０質量部とすることがより好ましく、９０〜１２０質量部とすることがさらに好ましい。
【００２４】
本発明の水素水生成剤は、残留塩素除去剤をさらに含有することが好ましい。水道水には、殺菌の目的で残留塩素濃度が０．１ｐｐｍ以上になるよう塩素が注入されているが、残留塩素除去剤を配合することで、その塩素を除去することができる。残留塩素除去剤の具体例としては、チオ硫酸ナトリウム、ビタミンＣ（Ｌ−アスコルビン酸）、活性炭が挙げられる。なかでも、栄養強化剤でもあるビタミンＣが好ましい。
【００２５】
本発明の水素水生成剤は、ビタミン類やミネラル類といった栄養強化剤をさらに含有することが好ましい。この場合、栄養強化剤は、水に溶解した際に無味無臭であることが好ましい。また、水素化マグネシウムは水分に弱いことから、本発明の水素水生成剤は、酸化カルシウムを主成分とする焼成カルシウムなどの吸湿剤を含有していてもよい。焼成カルシウムは水と反応して水酸化カルシウムを生成する。その他、本発明の水素水生成剤は、目的に応じて各種の成分を含有してもよく、全体として粉末状であることが好ましい。
【００２６】
前述のとおり水素化マグネシウムは水分に弱いことから、本発明の水素水生成剤は、アルミニウム製の包装材に包装されていることが好ましい。アルミニウム製の包装材としては、例えばアルミニウムスティックフィルムを用いることができる。
【００２７】
水素水を製造する方法としては、上記の各成分が配合された水素水生成剤を水に投入する方法でもよく、上記の水素水生成剤の各成分を別々に水に投入する方法でもよい。また、前述のようにアルミニウム製の包装材に水素水生成剤を封入しておけば、それを水に投入することで、家庭でも簡単に水素水を製造することができ、また持ち運びにも便利で外出先でも使用することができる。１つの包装材には、例えば５００ｍＬ〜１Ｌの水素水を生成可能な量の水素水生成剤を封入することが好ましい。
【００２８】
水素水を製造する際に用いる容器の形状は問わないが、密閉可能な容器を用いることが好ましい。容器の材質に関しては、ＰＥＴ製ボトルでもよいが、発生した水素が逃げにくいアルミニウム製ボトルを用いることが好ましい。
【００２９】
以上のような本発明によれば、簡単、安全、かつ安価に、安定して水素濃度の高い水素水を製造することが可能となる。
【実施例】
【００３０】
＜水素水生成剤の作製＞
水素化マグネシウムと、炭酸水素塩としての炭酸水素ナトリウムと、残留塩素除去剤としてのビタミンＣとを表１に示すように混合し、アルミニウムスティックフィルムで包装した。
【００３１】
【表１】
2016203068.tif 000002
【００３２】
なお、上記の原料の配合量は、５００ｍＬの水素水を生成することを想定したものである。すなわち、水素化マグネシウム６．０ｍｇから発生する水素ガスは０．９ｍｇであり、仮にこの全量が５００ｍＬの水に溶存した場合の溶存水素濃度は１．８ｍｇ／Ｌ（＝ｐｐｍ）となることから、水素ガスの飽和溶存濃度（２０℃で１．６ｐｐｍ）を実現するための最低限の量に近い。また、炭酸水素ナトリウムの量は、溶存したナトリウムイオン濃度が、食塩４００ｍｇを溶解させたときのナトリウムイオン濃度に相当する量とした。
【００３３】
＜水素水の製造＞
容量約５００ｍＬのアルミニウム製ボトルに、上記で作製した水素水生成剤を１包投入し、さらに水道水をボトルの口いっぱいになるまで注水した（４９０ｍＬ）。キャップをしっかり閉め、水素水生成剤を水道水に溶解させるために、ボトルを軽く振った。常温（２０℃）で６時間静置した後に、キャップを開けて採水した。
【００３４】
＜評価＞
得られた水素水の水質（溶存水素濃度、酸化還元電位、ｐＨ、残留塩素濃度、濁度、色度、味、及び臭気）を評価した。対照として、水素水の製造に用いた水道水の水質も評価した。結果を表２に示す。表２には、参考までに水道水質基準も示したが、水素水は水道水質基準の適用を受けない。
【００３５】
溶存水素濃度は、ミズ株式会社製の溶存水素濃度判定試薬を用いて測定した。酸化還元電位は、東亜ＤＫＫ株式会社製の酸化還元電位計（商品名：ＲＭ−３０Ｐ、白金電極と塩化銀電極による）を用いて測定し、読み取った値を標準水素電極での値に換算した。ｐＨは、東亜ＤＫＫ株式会社製のｐＨ測定器（商品名：ＨＭ−３０Ｇ）を用いて測定した。残留塩素濃度は、水道機工株式会社の残留塩素計（商品名：ＣＲＴ−１０００）を用いて測定した。濁度及び色度は、株式会社共立理化学研究所製の濁度・色度計（商品名：Ａ−ＰＴ−４ＤＧ）を用いて測定した。味及び臭気は、実際に飲んでみて判断した。
【００３６】
【表２】
2016203068.tif 000003
【００３７】
＜考察＞
得られた水素水の溶存水素濃度は１．４ｍｇ／Ｌと、飽和濃度に近い状態であった。水素ガスの臨床試験などで用いられる水素水の溶存水素濃度は概ね０．８ｍｇ／Ｌであることを考慮すると、得られた水素水の溶存水素濃度は十分高いと判断できる。なお、得られた水素水に溶存している水素量は０．６９ｍｇであることから、理論上発生する水素ガス（０．９ｍｇ）の約７７％を水に溶解させることに成功したことになる。
【００３８】
水道水の酸化還元電位は、残留塩素の影響から概ね＋７００〜＋９００ｍＶであり、残留塩素を除去した水の酸化還元電位は、概ね＋３００〜＋５００ｍＶである。得られた水素水の酸化還元電位は、それよりさらに低い−８０ｍＶであった。これは、ビタミンＣの還元作用により残留塩素が除去された影響、及び水素ガスの溶存の影響と考えられる。なお、酸化還元電位は、溶解している物質やｐＨにより大きく変動するものである。
【００３９】
得られた水素水のｐＨは８．６であり、適度な弱アルカリ性を示した。なお、原料として用いた炭酸水素ナトリウム（５８５．０ｍｇ）が水（５００ｍＬ）に溶解した場合のｐＨは８．３程度であることから、副生した水酸化マグネシウムが微量に水に溶解した影響と考えられる。なお、ｐＨが１０を超える強アルカリ環境下では、水素化マグネシウムの加水分解反応が遅くなるため、ｐＨは９．５以下が好ましい。
【００４０】
得られた水素水は目視では透明に見えるが、濁度は２．２度であった。この原因は、水中に分散した水酸化マグネシウム又は炭酸マグネシウムと考えられる。なお、水酸化マグネシウム又は炭酸マグネシウムは、食品添加物として認定されている物質である。
【００４１】
＜その他＞
上記の実験では、アルミニウム製ボトルを用いて水素水を製造したが、ビーカーに入れた水に水素水生成剤を投入して軽く撹拌すると、水素ガスが細かい小さな気泡となって大量発生する様子が観測できた。水素化マグネシウムのみを水に投入しても、これだけの気泡は発生しない。また、上記の実験では水素水の製造に６時間かけたが、１時間で溶存水素濃度１．０ｍｇ／Ｌの水素水を製造できることも確認した。