用于供應(yīng)富含鎂和/或鈣的水基飲料的方法以及關(guān)聯(lián)的制造設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)富含鎂和/或鈣的飲用水基飲料的方法，包括：?按下列步驟制備碳酸氫鎂和/或碳酸氫鈣的濃縮水性溶液：a)在反應(yīng)器(4)中提供鎂化合物和/或鈣化合物的粉末；b)將水性液體添加到所述反應(yīng)器中；以及c)將二氧化碳(CO2)注入所述反應(yīng)器中；?將所述碳酸氫鎂和/或碳酸氫鈣濃縮水性溶液的至少一部分添加到包含水性液體的流動回路中。本發(fā)明還涉及相關(guān)聯(lián)的制造設(shè)備，所述制造設(shè)備包括反應(yīng)器。
【專利說明】
用于供應(yīng)富含鏌和/或鈣的水基飲料的方法以及關(guān)聯(lián)的制造 設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于供應(yīng)富含鎂和/或鈣的水基飲料的方法，包括以下步驟:制備 濃縮母液，然后將所述濃縮母液的一部分溶解在水性液體中。
[0002] 本發(fā)明還涉及關(guān)聯(lián)的制造設(shè)備，該設(shè)備包括其中注入了二氧化碳的反應(yīng)器。
[0003] 作為另一目標(biāo)，本發(fā)明還涉及一種飲用水基飲料，該飲料包含與碳酸氫根陰離子 結(jié)合在一起的鎂和/或鈣陽離子，并含有濃度有限的Na、S04、K和C1基團離子。
【背景技術(shù)】
[0004] 鎂和鈣是人體內(nèi)含量最多的四種金屬元素中的兩種，另兩種是鉀和鈉。
[0005] 鎂是人體生物學(xué)的重要元素。鎂離子在控制所有活細(xì)胞所必需的重要生物聚磷酸 鹽化合物（如ATP、DNA和RNA)方面，發(fā)揮重大作用。因此，數(shù)百種酶需要鎂離子才能起效。鎂 離子的味道偏酸，低濃度的鎂離子有助于賦予新鮮礦物質(zhì)水天然的酸味。
[0006] 鎂是人體生物學(xué)的重要元素。鎂是超過350種酶的輔因子，用于調(diào)節(jié)神經(jīng)興奮性和 若干種離子通道。參與ATP的生產(chǎn)和水解過程的酶依賴于鎂(Agarwal等人，2013年;Saris等 人，2000年）。低血鎂癥的誘因可能是鎂攝入不足、鎂從腎臟或胃腸道流失，或者鎂從細(xì)胞外 間隙重新分布到細(xì)胞內(nèi)間隙（Hypomagnesaemia,Drug Ther Bull ,2013,51(3) ,33-6( "低血 鎂癥"，《藥物與治療學(xué)通報》，2013年，第51卷第3期，第33-36頁））。
[0007] 鎂攝入量低和血中鎂濃度低與糖尿病、高血壓、代謝綜合征等慢性病相關(guān)(Bae& Choi，2011年），也與心血管疾病、骨質(zhì)疏松癥、偏頭痛、哮喘和結(jié)腸癌相關(guān)(Rosanoff A等 人，2012年）。缺鎂與眼科疾病的關(guān)聯(lián)也有文獻記錄。
[0008] Ca與Mg的比率應(yīng)為3左右，否則可能導(dǎo)致死亡風(fēng)險增大：就Ca與Mg的比率低于1.7 的中國女性而言，心血管疾?。–VD)引起的死亡風(fēng)險增大，與鎂的攝入量相關(guān)(Dai等人， 2013年）。
[0009] 動物和人類研究已證實，鎂缺乏導(dǎo)致產(chǎn)生甲狀旁腺激素和1，25_二羥維生維D的機 能受損，繼而可能引起骨質(zhì)流失(Rude RK等人，2005年），并且可能和骨質(zhì)疏松癥有關(guān)(Rude RK和Gruber HE，2004年）。
[0010]越來越多的證據(jù)表明，鎂在降低患2型糖尿病的風(fēng)險方面，可發(fā)揮重要作用。 Rodriguez-Moran Μ等人2011年對研究結(jié)果加以綜述，得出如下結(jié)論:流行病學(xué)研究一致表 明，膳食攝入的鎂量與患2型糖尿病的風(fēng)險有很強的負(fù)相關(guān)關(guān)系，不過也注意到，由于臨床 試驗的結(jié)果依然匱乏，這一結(jié)論存在爭議。
[0011]鎂缺乏與心血管疾病(CVD)的關(guān)聯(lián)已有充分的理論依據(jù)，補充鎂可有助于預(yù)防CVD (Seelig Μ，1989年;Bo S和Pisu Ε，2008年）。近來的元分析已表明，膳食攝入的鎂量與致命 的缺血性心臟病但并非所有心血管疾病的風(fēng)險降低相關(guān)，但這種負(fù)相關(guān)關(guān)系似乎只在每日 攝入多達250mg鎂時才觀察到(Del Gobbo LC等人，2013年）。另一項回顧性研究(QU X等人， 2013年)觀察到，鎂與心血管疾病事件總數(shù)存在統(tǒng)計學(xué)上顯著的關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)在每日攝入 的鎂從150mg增大到400mg時最為明顯。這兩項研究均觀察到，膳食攝入的鎂量與CVD的這種 負(fù)相關(guān)關(guān)系是非線性的，與血清鎂的情形相反(血清鎂與CVD的負(fù)相關(guān)關(guān)系是線性的）。
[0012] 在鎂對血壓的影響方面，絕大多數(shù)證據(jù)不足采信。口服的鎂充當(dāng)天然的鈣通道阻 滯劑、增加一氧化氮、改善內(nèi)皮功能紊亂，還引起直接和間接的血管舒張 (Houston M，2011 年）lass L等人2012年進行的最近一次元分析，綜合所有試驗的結(jié)果得出以下結(jié)論:補充 鎂看起來使血壓出現(xiàn)輕度但臨床上顯著的下降（就收縮壓來說，降低3至4mm Hg;就舒張壓 來說，降低2至31111]1取;每日攝入超過37〇11^鎂，血壓下降的程度增大）。]\1.!1〇1181:〇11在2011年 觀察到，將增加鎂和鉀的攝入量與減少鈉的攝入量相結(jié)合，相比只攝入單種礦物質(zhì)，可更有 效地降低血壓。
[0013] 近來的動物研究已表明，大腦中的鎂可預(yù)防阿爾茨海默病小鼠模型出現(xiàn)認(rèn)知缺 陷。Li等人在2013年也提出，L-蘇糖酸鎂對阿爾茨海默病小鼠模型起到保護突觸的效果。還 平行觀察到，阿爾茨海默病患者的血漿鎂濃度發(fā)生改變(Barbagallo Μ等人，2011年;Vural Η等人，2010年）。這種鎂缺乏現(xiàn)象可能參與阿爾茨海默病的發(fā)病機理。
[0014] 如果缺鎂，則可能無法滿足神經(jīng)元對鎂的需求，從而導(dǎo)致神經(jīng)元損傷(可能表現(xiàn)為 抑郁癥）。盡管鎂在預(yù)防抑郁癥方面所起的作用仍不清楚(Derom ML等人，2013年），但通常 鎂可有效用于輔助治療抑郁癥(Eby GA和Eby KL，2006年）。按照Eby GA和Eby KL的說法， "推薦采用生物可利用的鎂來強化飲用水，使其達到二十世紀(jì)以前的水平"。
[0015] 鎂缺乏與若干種眼科疾病如青光眼、白內(nèi)障、糖尿病視網(wǎng)膜病變有關(guān)。原因是血管 收縮介質(zhì)和血管舒張介質(zhì)失衡，氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(Agarwal等人，2013年）。
[0016] 雖然大多數(shù)人認(rèn)為鎂缺乏與骨骼肌痙攣相關(guān)聯(lián)，但一直沒有科學(xué)文獻報道過這一 點；另外，對口服補充鎂進行的諸項研究通常顯示，口服補充鎂出現(xiàn)潛在副作用的頻率與安 慰劑類似。Garrison SR等人在2012年得出如下結(jié)論:通過補充鎂來預(yù)防肌肉痙攣，不太可 能有臨床意義。
[0017] 依據(jù)美國第三次國家健康與營養(yǎng)調(diào)查(US NHANES III)研究（Deng X等人，2013 年）的數(shù)據(jù)，只攝入鎂或鎂與維生素 D的相互作用可有助于改善維生素 D的狀態(tài)。血清中的 25-羥基維生素 D與死亡風(fēng)險的關(guān)聯(lián)可受鎂的攝入水平影響而改變。但這有待確認(rèn)。
[0018] 歐洲食品安全局(EFSA)對下列健康聲明持肯定意見：
[0019]-鎂有助于細(xì)胞正常分裂
[0020]-鎂有助于正常的心理機能
[0021]-鎂有助于電解質(zhì)平衡 [0022]-鎂有助于正常的產(chǎn)能代謝 [0023]-鎂有助于維持正常的骨骼功能 [0024]-鎂有助于正常的肌肉（包括心肌)功能 [0025]-鎂有助于維持正常的牙齒功能 [0026]-鎂有助于正常的神經(jīng)系統(tǒng)功能 [0027]-鎂有助于蛋白質(zhì)正常合成
[0028]-鎂可能有助于減輕疲勞和疲憊
[0029]就鈣來說，99%的鈣存在于骨骼和牙齒內(nèi)，從嬰兒到老人，食物和水源都是促進骨 骼發(fā)育、維持骨骼健康的關(guān)鍵因素。但補鈣并非沒有爭議，因為已發(fā)布的數(shù)據(jù)表明，補鈣對 心血管疾病(CVD)存在潛在不利的影響(Meier C和Kr^izlinME，2011年），所以有必要平衡 鈣對骨骼健康帶來的益處與其對CVD造成的潛在風(fēng)險。另一方面，其他研究已觀察到，高鈣 攝入(每天超過600mg)與有些心血管危險因素如血壓負(fù)相關(guān)(Da Silva Ferreira T等人， 2013年）。
[0030] 實際上，高鈣攝入對心血管疾病的影響已受到越來越多的關(guān)注。Reid IR和 Bolland MJ(2008年)在一項為期5年的大規(guī)模試驗中觀察到，健康的絕經(jīng)后婦女補鈣，看起 來會加速血管疾病(尤其是心肌梗死)的產(chǎn)生。多項前瞻性流行病學(xué)研究調(diào)查了中年人和老 年人膳食攝入的鈣量與其CVD發(fā)病率或死亡率的關(guān)系，得到的結(jié)果是矛盾的(Wang L等人， 2012年）。不過，應(yīng)當(dāng)平衡攝入比推薦量高的鈣可能造成的不利影響(血鈣過多及其并發(fā)癥） 與鈣可能對骨骼帶來的益處，對中老年女性尤其如此（Sabbagh Z和Vatanparast H，2009 年)。
[0031] 將維生素 D與鈣結(jié)合起來補充可降低骨折風(fēng)險，但相比住在養(yǎng)老機構(gòu)的老年人，這 種骨折風(fēng)險降低的效果在居住在社區(qū)的老年人中可能較不明顯（Chung Μ等人，2011年； Lips Ρ等人，2010年）。最近的研究證實了這一點，這些研究的整體結(jié)果似乎表明，鈣并未顯 著降低絕經(jīng)后婦女骨折的風(fēng)險，在堅持治療的女性當(dāng)中，才看到了鈣對骨折風(fēng)險的有益效 果(Spangler Μ等人，2011年）。婦女健康倡議(WHI)進行的另一項隊列研究(Prentice R1等 人，2013年)盡管未能找到聯(lián)合補充鈣和維生素 D與心肌梗死或冠心病的關(guān)聯(lián)，卻推斷聯(lián)合 補充鈣和維生素 D有利于降低絕經(jīng)后婦女髖部骨折的風(fēng)險。
[0032] 就懷孕女性來說，補鈣與預(yù)防先兆子癇方面的明顯保護作用相關(guān)聯(lián)，但尚未觀察 到其他額外的好處(Buppasiri P等人，2011年）。
[0033]歐洲食品安全局(EFSA)對下列健康聲明持肯定意見：
[0034] ?鈣是維持正常的骨骼和牙齒必需的元素 [0035] ?鈣有助于血液正常凝結(jié)
[0036] ?鈣有助于正常的能量代謝 [0037] ?鈣有助于正常的肌肉功能和神經(jīng)傳遞
[0038] ?鈣是兒童骨骼正常生長發(fā)育必需的元素 [0039] ?鈣有助于細(xì)胞正常分裂和分化
[0040]就碳酸氫鹽來說，即便其并不屬于必需微量營養(yǎng)素，但是碳酸氫根離子(HC03-)有 重要的營養(yǎng)意義，原因是碳酸氫根離子參與機體的酸堿平衡調(diào)節(jié)，并且酸負(fù)荷影響腎小管 對鈣和鎂的再吸收。
[0041] 在一項對1413名女性和1125名男性進行的調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松癥與含磷酸可樂 型飲料的攝取量存在某種關(guān)聯(lián)，這種可樂型飲料導(dǎo)致酸負(fù)荷增大，身體分泌更多的礦物質(zhì) (Heaney RP和Rafferty K，2001年）。另一項研究證實，在老年人的尿液中，酸的凈排泄量與 鎂和鈣的量密切相關(guān)(Rylander等人，2006年）。在一項干預(yù)性研究中，發(fā)現(xiàn)每升含403mg碳 酸鹽的飲用水降低了20名輕度高血壓受試者的血壓(Rylander R和Arnaud MJ，2004年）。該 研究最終發(fā)現(xiàn)，碳酸鹽含量高于ll〇mg/L的情況下，心肌梗死致死的風(fēng)險較低，推薦的碳酸 鹽含量可為250mg/L(Rylander R等人，2008年）。
[0042] 在若干項針對男性進行的后續(xù)研究中，結(jié)果表明，潛在腎臟酸負(fù)荷(PRAL)低的富 碳酸氫鹽堿性礦物質(zhì)水減少了骨再吸收標(biāo)志物，甚至降低了甲狀旁腺激素的水平 (Burckardt P，2008年）。這兩類研究都證實，堿負(fù)荷對骨骼健康有影響，在健康的絕經(jīng)后婦 女群體中這一現(xiàn)象尤其明顯(Burckardt P，2008年）。另一項研究還證實，堿負(fù)荷而非鈣含 量不同的膳食對骨再吸收標(biāo)志物有不同的影響。在這項研究中，堿負(fù)荷基本上由每日兩升 高碳酸氫鹽含量的礦物質(zhì)水(每天提供4868mg碳酸氫鹽)提供，PRAL為-124mEq/d(Buclin等 人，2001年）。含有相同水平的鈣、蛋白質(zhì)、鹽和能量的對照膳食沒有這種效果。得出的結(jié)論 是，一些PRAL為絕對值較大負(fù)數(shù)的含鈣和碳酸氫鹽的水，可能有助于預(yù)防骨質(zhì)流失。
[0043] Wynn E等人在2009年表明，最適宜維持骨骼健康的水富含碳酸氫鹽和鈣這兩者。 此外，他們還觀察到，在體內(nèi)鈣質(zhì)充足的情況下，富含酸鈣的水對骨再吸收無影響，而富含 碳酸氫鹽的堿性水使年輕女性體內(nèi)的骨再吸收標(biāo)志物明顯減少（2009年，b) Aoux S等人 2004年針對39名女性進行的一項研究，顯示了與富含硫酸鹽的礦物質(zhì)水相比，富含碳酸氫 鹽的水對骨代謝具有有益效果。
[0044] 推薦膳食許可量(RDA)對應(yīng)某小組(年齡和性別）中幾乎所有(98%)個體的需要 量，適宜攝入量(AI)是沒有充分科學(xué)證據(jù)可用于計算RDA時參考的攝入量。根據(jù)美國醫(yī)學(xué)研 究所(US Institute of Medicine) 1997年的研究結(jié)果，就鎂和|丐來說：
[0045]
[0046]同時，在美國，鎂的平均攝入量為323mg/日（男性)和228mg/日（女性）。就鈣來說， 男性的平均攝入量為871至1，266mg/日，女性的平均攝入量為748至968mg/日。
[0047] 優(yōu)選的是，飲用水應(yīng)當(dāng)補充食物所提供的鎂和/或鈣的不足，達到每日所需值。
[0048] 然而，自來水所含的鎂通常極少;一般為約5至20mg/L。
[0049] 因此，預(yù)防醫(yī)學(xué)和健康營養(yǎng)學(xué)的現(xiàn)代理論要求居民更多地攝入鎂，飲用礦物質(zhì)水 或鎂含量較高的其他瓶裝水，便可最輕易地實現(xiàn)這一點。但許多市售瓶裝水的鎂含量極低。
[0050] 含有上文提及量的礦物質(zhì)的礦物質(zhì)水很少，還由于硫酸鹽含量高，其味道往往不 盡人意。
[0051] 替代方案是按下述過程制備的瓶裝水:首先按傳統(tǒng)的制備脫礦物質(zhì)水的方式，經(jīng) 過各種可能的處理步驟得到純化水，再向所述純化水中補充礦物質(zhì)。補充礦物質(zhì)的步驟包 括向脫礦物質(zhì)的水中添加礦物質(zhì)離子。所述組分為（例如）MgS(k、MgC 12、CaC 12、NaH⑶3、 KHC03、NaF或NaCl。并未詳盡無遺地提出所有組分，也可使用其他組分。
[0052] 這樣，添加特定的礦物質(zhì)離子如鈣、鎂或碳酸氫鹽時，就可通過使用上文針對所得 的水提出的一些健康聲明，實現(xiàn)聲明的一些健康有益效果。
[0053] 就前述方法來說，通常使用上文提到的鹽類制備高度濃縮的母液，再用純水稀釋 所述母液，最終得到飲用水。
[0054] 如上文列出用于補充礦物質(zhì)的可能組分的部分所述，添加鈣(Ca2+)或鎂(Mg2+)礦 物質(zhì)離子時，同時還添加了抗衡離子如硫酸根(s〇42_)或氯離子(cr)。類似地，在添加碳酸 氫根(HCOf)的同時，還添加了鈉離子(Na+)或鉀離子(K+)。通常使用將所述陽離子與陰離子 結(jié)合而產(chǎn)生的這些鹽類，因為它們在水中的溶解度極高，從而使方法的富集過程異常簡單。
[0055] 然而，添加的抗衡陰離子S〇42lP/或Cr和/或Na和/或K導(dǎo)致產(chǎn)品具有苦味和/或咸 味，影響水的味道，導(dǎo)致所得的飲用水不受消費者歡迎。
[0056] 還考慮了包含鎂和/或鈣的其他鹽類(如Mg⑶3、Mg(OH)2、Ca⑶3)，但由于這些鹽在 水中的溶解度極低，故幾乎無法以工業(yè)規(guī)模制備母液和富集水。
[0057]提出的使用氧化鎂(MgO)的溶液在已公布專利申請EP2488269中介紹。提出的這種 溶液使用裝填MgO晶種的柱塞流反應(yīng)器，水(H20)和二氧化碳(C02)被送入該反應(yīng)器內(nèi)。二氧 化碳與氧化鎂和水按如下化學(xué)反應(yīng)式反應(yīng)：
[0058] Mg0+2C02+H20=Mg(HC03)2
[0059] 所得的組分在低濃度下可溶。為獲得較高濃度，提出的方法包括再循環(huán)回路。但再 循環(huán)必然需要很高的流量比（最高達待處理流量的10倍），導(dǎo)致該方法的能耗成本過高。
[0060] 因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種用于供應(yīng)富含鎂和/或鈣的水基飲料的方法，該方 法避免了現(xiàn)有技術(shù)的缺點。
[0061]就這一點來說，本發(fā)明旨在提供一種能夠供應(yīng)大量商業(yè)化生產(chǎn)的鎂強化飲用水的 方法。
[0062]本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種根據(jù)所提出的方法制造鎂濃度增大的飲用水的設(shè) 備。
[0063]本發(fā)明的又一目標(biāo)是提供每升至少含55mg鎂和/或150mg鈣，但沒有苦味和/或咸 味的飲用水。
[0064]本發(fā)明的其他目標(biāo)和優(yōu)點將在說明書下文中逐漸呈現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0065] 在這方面，本發(fā)明提供了根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于生產(chǎn)富含鎂和/或鈣的飲用水 基飲料的方法。
[0066] 所述方法允許制備碳酸氫鎂和/或碳酸氫鈣的濃縮水性溶液，然后將所述碳酸氫 鎂和/或碳酸氫鈣濃縮水性溶液的至少一部分添加到包含水性液體的流動回路中。
[0067] 該方法的優(yōu)點是，允許向水性液體中定量投放碳酸氫鎂和/或碳酸氫鈣的濃縮水 性溶液，從而得到富含鎂和/或鈣的飲用水基飲料，這種飲料中的鎂和/或鈣濃度/含量是準(zhǔn) 確的。
[0068] 應(yīng)當(dāng)注意，鎂化合物選自氧化鎂、氫氧化鎂、碳酸鎂、堿式碳酸鎂。
[0069]另外，鈣化合物選自氧化鈣、氫氧化鈣、碳酸鈣。
[0070] 根據(jù)一種可能的特征，該方法包括測量反應(yīng)器內(nèi)的濃縮水性溶液的導(dǎo)電性這一步 驟。該步驟的優(yōu)點是，允許對濃縮水性溶液中的鎂化合物和/或鈣化合物的含量進行控制。
[0071] 根據(jù)一種可能的特征，在該方法期間，反應(yīng)器被保持在至少1個大氣壓的二氧化碳 (C02)分壓下。二氧化碳的使用通常會增大鎂化合物和/或鈣化合物在化學(xué)反應(yīng)期間的溶解 速率。
[0072] 根據(jù)另一種特征，反應(yīng)器內(nèi)的二氧化碳壓力在1個大氣壓至10個大氣壓范圍內(nèi)。反 應(yīng)器內(nèi)的二氧化碳壓力為10個大氣壓時，可使鎂化合物和/或鈣化合物的溶解度增大三倍。
[0073] 根據(jù)一種補充特征，通過增加反應(yīng)器內(nèi)的二氧化碳(C02)壓力來增加鎂化合物和/ 或鈣化合物的溶解度。這使方法中需要的化學(xué)反應(yīng)得以改善，所以是有利的。
[0074] 借助提出的特征，使用固體定量栗向反應(yīng)器供給鎂化合物和/或鈣化合物。這可改 善對將在反應(yīng)器中供給的鎂化合物和/或鈣化合物的量的控制。
[0075] 采用另一種特征的情況下，使用液體定量栗將碳酸氫鎂和/或碳酸氫鈣的濃縮水 性溶液添加到上述水性液體中，形成富含鎂和/或鈣的飲用水基飲料。這便能夠非常準(zhǔn)確地 定量投放所述濃縮水性溶液，使其與上述水性液體結(jié)合到一起。
[0076] 在采用一種提出的特征的情況下，反應(yīng)器被自動地攪拌。這是有利的，因為自動攪 拌可分散反應(yīng)期間形成的氣體，從而改善化學(xué)反應(yīng)。
[0077]舉例來說，濃縮水性溶液中的鎂濃度介于lg/Ι與25g/l之間。
[0078]類似地，濃縮水性溶液中的鈣濃度介于lg/Ι與75g/l之間。
[0079]這些特征使飲用水基飲料中的鎂濃度為至少55mg/l。
[0080] 就1丐而言，飲用水基飲料中的鈣濃度為150mg/l。
[0081] 另外，流動回路包括入口，另外的組分穿過該入口被摻入到所述富含鎂和/或鈣的 飲用水基飲料中。
[0082] 例如，所述組分選自鹽、礦物質(zhì)、促進健康的物質(zhì)以及呈現(xiàn)味道或風(fēng)味的物質(zhì)。 [0083]這是有利的，因為進一步使飲用水基飲料富含除鎂和/或鈣之外的組分。
[0084] 根據(jù)另一目標(biāo)，本發(fā)明提供了一種根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于制造鎂濃度增大的 飲用水的設(shè)備。
[0085] 所述設(shè)備包括用于制備碳酸氫鎂和/或碳酸氫鈣的濃縮水性溶液的罐反應(yīng)器。 [0086]詳細(xì)地講，所述設(shè)備包括：
[0087] i)具有水性液體管線的開放流動回路，所述水性液體管線包括用于向反應(yīng)器(4) 供給水性液體的出口以及用于從所述反應(yīng)器接收一定量的碳酸氫鎂和/或碳酸氫鈣濃縮水 性溶液的入口；
[0088] ii)反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括用于接收鎂化合物和/或鈣化合物、水性液體和二氧 化碳的入口以及設(shè)有計量裝置的出口，所述計量裝置用于將一定量的碳酸氫鎂和/或碳酸 氫鈣濃縮水性溶液計量地供給到所述開放流動回路的所述管線中；
[0089] iii)用于將二氧化碳(C02)摻入到所述反應(yīng)器的注入裝置；以及
[0090] iv)用于向所述反應(yīng)器供應(yīng)多份鎂化合物和/或鈣化合物的固體計量裝置；
[0091] 由于再循環(huán)回路無需管理，而且反應(yīng)器還可實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模的使用，所以這種設(shè)備 非常方便。
[0092] 根據(jù)另一特征，所述設(shè)備包括設(shè)置在所述反應(yīng)器內(nèi)的攪拌器。由于該攪拌器，反應(yīng) 器中非常容易形成湍流，從而改善在成分之間的化學(xué)反應(yīng)。
[0093]根據(jù)另一特征，所述設(shè)備包括：
[0094] -導(dǎo)電性測量裝置，用于測量所述反應(yīng)器中所述碳酸氫鎂和/或碳酸氫鈣濃縮水性 溶液的導(dǎo)電性；以及
[0095] -調(diào)節(jié)單元，所述調(diào)節(jié)單元從所述導(dǎo)電性測量裝置接收導(dǎo)電性數(shù)據(jù)，并管理向所述 反應(yīng)器供給鎂化合物和/或鈣化合物，以確保所述反應(yīng)器的所述水性液體中含有所需量的 溶解鎂和/或鈣。
[0096] 因此，這樣改善了對反應(yīng)的控制，并有助于制造工藝。
[0097] 本發(fā)明的其他目標(biāo)和優(yōu)點將在下文的【具體實施方式】中呈現(xiàn)。
【附圖說明】
[0098]參照以下實施例進一步描述了本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，這些實施例并非旨在以任何方 式對權(quán)利要求書所保護的本發(fā)明進行限制。
[0099]現(xiàn)將結(jié)合附圖以舉例的方式描述本發(fā)明的實施方案，在附圖中：
[0100] -圖1為根據(jù)本發(fā)明的用于生產(chǎn)富含鎂的水的反應(yīng)方法的示意圖；
[0101] -圖2為根據(jù)本發(fā)明的用于生產(chǎn)富含鎂的水的設(shè)備的示意圖；以及
【具體實施方式】
[0102] 如本說明書中所用，詞語"包括"、"包含"和類似的詞語不應(yīng)理解為排他性或窮舉 性意義。換句話講，這些詞語旨在用于意指"包括但不限于"。
[0103] 本說明書中對現(xiàn)有技術(shù)文獻中的任何參考不被視為承認(rèn)此類現(xiàn)有技術(shù)為眾所周 知的技術(shù)或構(gòu)成本領(lǐng)域普遍常識的一部分。
[0104] 當(dāng)前，天然礦物質(zhì)水和補充礦物質(zhì)的富含鎂的水兩者由于存在氯離子和硫酸根離 子而具有礦質(zhì)化的苦味。這樣會令消費者打消購買富含鎂的水的念頭。
[0105] 為了消除這種味道，提出將來自鎂和/或鈣的氧化物/氫氧化物/碳酸鹽組合中的 不可溶鎂鹽和/或鈣鹽與二氧化碳C02反應(yīng)，以便獲得富含鎂和/或鈣的飲用水。
[0106] 如前所述，本發(fā)明涉及一種使用上述設(shè)備生產(chǎn)富含鎂和/或鈣的飲用水基飲料的 方法。
[0107] 所述方法提出制備碳酸氫鎂和/或碳酸氫鈣的濃縮水性溶液，然后把所述濃縮水 性溶液的一部分與水性液體結(jié)合，形成富含鎂和/或鈣的飲用水基飲料。
[0108] 對于富集鎂，在實驗室中檢測了若干種鎂化合物例如Mg0、Mg(0H)2和MgC〇3,以研究 其動力學(xué)、化學(xué)可行性和穩(wěn)定性。
[0109] 在富集鈣的情況下，我們提出使用氧化鈣、氫氧化鈣或碳酸鈣。
[0110] 在提出的化合物中，實驗室選用Mg(0H)2,以其為例進行試驗。
[0111] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的用于生產(chǎn)富含鎂的水的反應(yīng)方法的示意圖。
[0112] 所提出的方法中發(fā)生的主要反應(yīng)如下：
[0113] Mg(OH)2+2C〇2=Mg(HC03)2
[0114] 分解式如下： CO?.的水合： C(〕2 + H20 4 H?CO; 1 「0 ] H?C03 的電離： Η(03 4 Η-+ HCO.r ii HCCV - FT + CO, iii H+與固體之間的反應(yīng)： 2H+ + Mg(OH)2 - Mg2+ + 2H20- iv
[0116] 如圖1所示，碳酸化開始于C02在水中擴散，接著C02與水反應(yīng)產(chǎn)生碳酸;碳酸被電離 產(chǎn)生H+和HC03-，然后H+擴散到固體表面上，使得碳酸化反應(yīng)發(fā)生，產(chǎn)生鎂離子。
[0117] 因此，存在如下過程:C02從氣相GP擴散到液相LP，進行化學(xué)反應(yīng)，以及隨后H+從液 相LP擴散到固相SP中化合物的表面。
[0118] 為避免形成沉降物，在反應(yīng)中始終存在過量⑶2,并且因此可以忽略標(biāo)號為iii的 反應(yīng)。
[0119] 如從以上的化學(xué)方程式可以看出，由于反應(yīng)結(jié)束時的濃縮母液濃度僅取決于加入 多少物質(zhì)，因此更容易控制濃縮母液濃度。
[0120] 圖2示意性地展示設(shè)備1，在該設(shè)備中，實施用于生產(chǎn)富含鎂和/或鈣的飲用水基飲 料的方法。
[0121] 所述設(shè)備包括開放流動回路，所述開放流動回路包括脫礦物質(zhì)水的管線1，該管線 則包括栗2。管線1具有用于通過若干個閥門5a、5b和5c向罐反應(yīng)器形式的封閉反應(yīng)器4供給 脫礦物質(zhì)水的出口管線3。
[0122] 脫礦物質(zhì)水通過入口管線3'供給到反應(yīng)器4。管線1的出口管線3對應(yīng)反應(yīng)器4的入 口管線3 '，但是它們根據(jù)自身相關(guān)組件而分開呈現(xiàn)。
[0123] 最初，先向反應(yīng)器4供給純凈的氫氧化鎂Mg(0H)2粉末，然后，可進一步通過形成固 體計量裝置6的固體定量栗向反應(yīng)器供給所述鎂化合物。
[0124] 反應(yīng)器4利用攪拌器7進行攪拌，使混合物均質(zhì)化，繼而激活并促進成分之間的反 應(yīng)。
[0125] 攪拌的另一目標(biāo)是分散在反應(yīng)期間形成的氣體。在技術(shù)人員所已知的各種類型的 攪拌器中，圓盤渦輪對于分散氣體而言是極好的選擇。初步測試表明，氣體分散對反應(yīng)速率 有極大影響并且攪拌溶液會有助于促進反應(yīng)。攪拌速度應(yīng)當(dāng)根據(jù)反應(yīng)器的大小進行調(diào)整。
[0126] 該設(shè)備還包括二氧化碳源8。使用二氧化碳注入裝置10通過供給管線9將氣態(tài)二氧 化碳注入到反應(yīng)器4中。使用控制裝置11控制將要供給到反應(yīng)器中的二氧化碳水平。還可添 加二氧化碳再循環(huán)系統(tǒng)。
[0127] 該設(shè)備還包括導(dǎo)電性測量裝置12,用于連續(xù)測量進入反應(yīng)器4中的溶液的導(dǎo)電性。 所述導(dǎo)電性測量裝置12允許測量水性溶液中溶解的鎂的水平。
[0128] 在必要時，導(dǎo)電性測量裝置12可以根據(jù)該反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度進行校準(zhǔn)，使得溫 度影響可被"中和"。
[0129] 調(diào)節(jié)單元(未示出）用于控制并管理將鎂化合物供給到反應(yīng)器，以便在該反應(yīng)器的 水性溶液中溶解鎂為所需含量。
[0130] 反應(yīng)器4具有與管線1的出口管線3和反應(yīng)器4的入口管線3'一樣的出口管線13,并 且在需要時使用閥門5a、5b和5c。
[0131] 反應(yīng)器4的出口管線13包括閥門14和栗15。
[0132] 鎂化合物濃縮水性溶液的最小一部分與管線1的脫礦物質(zhì)水混合。管線1包括來自 反應(yīng)器4的入口 13 '，用于將濃縮水性溶液注入開放流動回路的管線1中。
[0133] 計量裝置16允許所需量的鎂化合物濃縮水性溶液匯集到管線1中，從而得到具有 所需鎂含量的水基飲料。所述計量裝置16可為導(dǎo)電性測量裝置形式。
[0134] 為有助于將濃縮水性溶液與脫礦物質(zhì)水混合，將靜態(tài)混合器17并入該設(shè)備，由此 遞送富含鎂的飲用水基飲料。
[0135] 所提出的設(shè)備中，開放流動回路的管線1還包括入口 18,另一種組分19穿過該入口 18被摻入到富含鎂的飲用水基飲料。
[0136] 組分19選自鹽、礦物質(zhì)、促進健康的物質(zhì)以及呈現(xiàn)味道或風(fēng)味的物質(zhì)，因此根據(jù)需 要對組分19進行選擇。
[0137] 本發(fā)明還涉及一種用于生產(chǎn)富含鎂和/鈣的水基飲料的方法，其中將攪拌反應(yīng)器4 中制成的碳酸氫鎂和/或碳酸氫鈣的濃縮水性溶液添加到水性液體、優(yōu)選脫礦物質(zhì)水中。
[0138] 濃縮溶液使用鎂化合物和/或鈣化合物的粉末制備，其中在二氧化碳?xì)夥障绿砑?水性液體、優(yōu)選脫礦物質(zhì)水。粉末包含具有小于?οομπι的粒度的顆粒。反應(yīng)器4中的成分被攪 拌并保持在二氧化碳?xì)夥障隆?br>[0139] 濃縮水性溶液的導(dǎo)電性使用導(dǎo)電性測量裝置12連續(xù)或按規(guī)律間隔測量，該導(dǎo)電性 反映了溶解于濃縮溶液中的鎂化合物和/或鈣化合物的量。
[0140] 在需要時，濃縮溶液還可通過添加更多的鎂化合物和/或鈣化合物來濃縮。接著， 使用固體定量栗6來向反應(yīng)器4供給添加的鎂化合物和/或鈣化合物。
[0141]如前文所述，該反應(yīng)器保持在二氧化碳?xì)夥障?，二氧化碳壓力高于大氣壓力，使鎂 的溶解速率更高。實際上，Mg(0H)2的溶解度可以通過增大C02的壓力來提高，因為壓力越高， C02的溶解度越高。已估計出，從1個大氣壓的二氧化碳壓力增大到10個大氣壓的二氧化碳 壓力，Mg(0H)2的溶解度可提高三倍。
[0142] 此外，為了避免二氧化碳浪費，提出將二氧化碳再循環(huán)利用。
[0143] 該反應(yīng)器中的溶液使用攪拌器7進行攪拌，以便分散在反應(yīng)期間形成的氣體。在技 術(shù)人員所已知的各種類型的攪拌器中，圓盤渦輪對于分散氣體而言是極好的選擇。初步測 試表明，氣體分散對反應(yīng)速率有極大影響并且攪拌溶液會有助于促進反應(yīng)。攪拌速度應(yīng)當(dāng) 根據(jù)反應(yīng)器的大小進行調(diào)整。
[0144] 使用Mg(0H)2的實施例:
[0145] 根據(jù)來自供應(yīng)商的安全數(shù)據(jù)表，Mg(0H)2溶解度為約9mg/L。
[0146] 通過使Mg(0H)2粉末與攪拌罐反應(yīng)器中的C02和水反應(yīng)，在反應(yīng)結(jié)束時，就會獲得 5g/L的Mg2+濃縮溶液（12g/L的Mg(0H)2)，隨后形成Mg(HC03) 2的形式。就熱力學(xué)而言，這種濃 縮溶液并不穩(wěn)定，并且該鹽會以MgC03的形式沉淀。然而，在C02氣氛和室溫(約25°C)下，這種 濃縮溶液在至少三天內(nèi)保持穩(wěn)定，這允許我們在晶體出現(xiàn)前制出產(chǎn)品。因此，在C02氣氛下 保持該反應(yīng)器封閉非常重要。接著，用定量栗將濃縮溶液精確稀釋到純（即脫礦物質(zhì))水中。 稀釋溶液即為最終的產(chǎn)品。
[0147] 因此，在工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)中，鎂化合物和/或鈣化合物的濃縮溶液應(yīng)當(dāng)在二氧化碳?xì)?氛下保存。如前文所述，實驗室制備的濃縮溶液在室溫和C02氣氛下至少穩(wěn)定幾天。
[0148] 這種新的方法還可適用于由CaC03制備高濃度Ca(HC03 )2溶液。
[0149] 利用提出的方法和設(shè)備，所述濃縮水性溶液中的鎂濃度介于lg/L與25g/L之間。類 似地，所述濃縮水性溶液中的鈣濃度介于1 g/L與75g/L之間。
[0150] 這些濃縮溶液很容易使飲用水基飲料具有至少55mg/L的鎂濃度和至少150mg/L的 鈣濃度。
[0151] 所獲得的濃度可達到類似于高度礦質(zhì)化天然泉水中的鎂和鈣濃度的濃度，具有這 種濃度的飲用水基飲料卻沒有這些高度礦質(zhì)化天然泉水特有的怪味，因此是非常成功的。
[0152] 雖然本發(fā)明已舉例說明了制作富含鎂的飲用水基飲料的方法，但在不背離本發(fā)明 的情況下，可實施本發(fā)明來制作富含鈣的飲用水基飲料，以及富含鎂和鈣的飲用水基飲料。
[0153] 盡管本發(fā)明以舉例說明的方式進行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解，可以在不脫離如權(quán)利要 求所述的本發(fā)明范圍的前提下，對本發(fā)明作出變型和修改。此外，對于具體的特征如果存在 已知的等同物，則應(yīng)如同在本說明書中明確提到的那樣來引入這些等同物。
【主權(quán)項】
1. 用于生產(chǎn)富含鎂和/或鈣的飲用水基飲料的方法，方法包括： i) 按下列步驟制備碳酸氫鎂和/或碳酸氫鈣的濃縮水性溶液： a) 在反應(yīng)器(4)中提供鎂化合物和/或鈣化合物的粉末； b) 將水性液體添加到所述反應(yīng)器中；以及 c) 將二氧化碳(C02)注入所述反應(yīng)器中； ii) 將所述碳酸氫鎂和/或碳酸氫鈣濃縮水性溶液的至少一部分添加到包含水性液體 的流動回路中。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鎂化合物選自氧化鎂、氫氧化鎂、碳酸鎂、堿式 碳酸鎂。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項所述的方法，其中所述鈣化合物選自氧化鈣、氫氧化鈣、 碳酸鈣。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，還包括測量所述濃縮水性溶液的導(dǎo)電性。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其中所述反應(yīng)器被保持在至少1個大氣壓 的二氧化碳(C02)壓力下。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述反應(yīng)器(4)內(nèi)的所述二氧化碳(C02)壓力在1個 大氣壓至10個大氣壓范圍內(nèi)。7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中通過增加所述反應(yīng)器（4)內(nèi)的所述二氧化碳 (C02)壓力來增加所述鎂化合物和/或鈣化合物的溶解度。8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其中使用固體定量栗(6)向所述反應(yīng)器(4) 供給所述鎂化合物和/或鈣化合物。9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其中使用液體定量栗（16)將所述碳酸氫鎂 和/或碳酸氫鈣濃縮水性溶液添加到所述水性液體中，以形成所述富含鎂和/或鈣的飲用水 基飲料。10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法，其中所述反應(yīng)器被自動地攪拌。11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法，其中所述濃縮水性溶液中的鎂濃度介于 lg/L 與 25g/L之間。12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的方法，其中所述濃縮水性溶液中的鈣濃度介于 lg/L 與 75g/L之間。13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的方法，其中所述飲用水基飲料中的鎂濃度為至 少55mg/L。14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的方法，其中所述飲用水基飲料中的鈣濃度為 150mg/L〇15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述流動回路還包括入口（18)，另外 的組分(19)穿過所述入口被摻入到所述富含鎂和/或鈣的飲用水基飲料中。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述組分(19)選自鹽、礦物質(zhì)、 促進健康的物質(zhì)以及呈現(xiàn)味道或風(fēng)味的物質(zhì)。17. 用于制造富含鎂和/或鈣的飲用水基飲料的設(shè)備，包括： i)具有水性液體管線（1)的開放流動回路，所述水性液體管線包括用于向反應(yīng)器(4)供 給水性液體的出口（3)以及用于從所述反應(yīng)器(4)接收一定量的碳酸氫鎂和/或碳酸氫鈣濃 縮水性溶液的入口（13'）； ii) 所述反應(yīng)器(4)，包括用于接收鎂化合物和/或鈣化合物、水性液體和二氧化碳的入 口（3'，6'，9)以及設(shè)有計量裝置（16)的出口（13)，所述計量裝置用于將一定量的碳酸氫鎂 和/或碳酸氫鈣濃縮水性溶液計量地供給到所述開放流動回路的所述管線（1)中； iii) 注入裝置(10)，用于將二氧化碳(C02)摻入到所述反應(yīng)器⑷中； iv) 固體計量裝置(6)，用于向所述反應(yīng)器(4)供應(yīng)多份鎂化合物和/或鈣化合物。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，還包括設(shè)置在所述反應(yīng)器(4)內(nèi)的攪拌器(7)。19. 根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的設(shè)備，還包括： i) 導(dǎo)電性測量裝置（12)，用于測量所述反應(yīng)器中所述碳酸氫鎂和/或碳酸氫鈣濃縮水 性溶液的導(dǎo)電性；以及 ii) 調(diào)節(jié)單元，所述調(diào)節(jié)單元從所述導(dǎo)電性測量裝置（12)接收導(dǎo)電性數(shù)據(jù)，并管理向所 述反應(yīng)器(4)供給鎂化合物和/或鈣化合物，以確保所述反應(yīng)器的所述水性液體中含有所需 量的溶解的鎂和/或鈣。
【文檔編號】A23L2/38GK105828643SQ201480068695
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年12月16日
【發(fā)明人】E·馬沙爾, R·撒布萊特
【申請人】雀巢產(chǎn)品技術(shù)援助有限公司