[发明专利]碳酸酐酶催化法生产硬质矿泉水的方法

说明书

本发明属于二氧化碳溶蚀法生产人工矿泉水的范畴。

硬水是指水中溶解有以钙、镁为主的碱土金属盐的水，通常以其碳酸氢盐，即Ca(Hco₃)₂和Mg(Hco₃)₂为主。因煮沸后二氧化碳的逸去而沉啶，失去这部分硬度，称暂时硬水；钙、镁的硫酸盐溶于水中构成部分硬度，但不因煮沸而沉淀故称为永久硬水。无论暂时硬水或永久硬水只要是溶解状态的钙、镁均可被人体吸收利用。

硬水在营养保健中的作用已越来越为人们所认识，尤其是对心脑血管的保健作用国外已有不少证据，此外，硬质水对儿童骨骼的发育，妇女哺乳期钙质的补充，老年性骨质疏松症的防治均大为有益。营养学研究表明，一般人日常饮食中钙和镁的摄入往往处于低水平，甚至不足，除膳食结构不合理外(如食物中草酸盐含量较多)，日常饮用水多先经煮沸，其中钙、镁的碳酸氢盐沉淀生成锅垢而损失也是原因之一。因此，不需煮沸可直接饮用的硬质水被认为是日常对钙、镁补充的最佳选择。

天然矿泉水下是普遍存在的，而且它们的成分也不一定符合理想。利用优质泉水或地下水进行人工矿化可以制得硬度高于天然矿泉水的人工矿泉水，其优点是不受地区、规模限制，可以生产任何类型和硬度的矿泉水。生产硬质人工矿泉水大致有两种方法：1、直接溶化法。即在天然水中直接添加碳酸氢钠、氯化钙、氯化镁等，再充以二氧化碳。这种方法生产的矿泉水“碱性”低，难以提高矿泉水中钙、镁的含量，并且含多余的氯化钠。2、二氧化碳浸蚀法。用这种方法可以制成一切类型的矿泉水。

其基本原理是在压力下使二氧化碳的原料水作用于粉状的碳酸碱土金属盐，使其转化为碳酸氢盐溶于水中。另有一种改进的二氧化碳浸蚀法，是在反应罐的一侧装一超声波发生器，利用超声波促使矿物溶解。(《软饮料工艺学》1993年1月中国轻工业出版社邵长富、赵晋府主编)。矿化时进行的主要化学反应为：

上列反应中，第一步反应是限速的慢反应，为关键所在。水压必须高于二氧化碳气压才能顺利矿化，实际上不易做到，压力的微小差异都可能影响矿化的速度和矿物的溶解度。

本发明的任务是克服现有技术缺点，提供一种缩短反应时间、减少设备占用时间、提高经济效益的碳酸酐酶催化法生产硬质矿泉水的方法。

由于Ca(Hco₃)₂和Mg(Hco₃)₂的生成速率取决于H₂co₃的生成量和稳定性。本发明采用了有极高催化效率的碳酸酐酶，在充入二氧化碳的原料水中用碳酸酐酶催化碳酸生成，碳酸钙(镁)溶化在碳酸水溶液中生成含碳酸氢钙(镁)的硬质水。反应为：

碳酸酐酶(EC421.1)分子量29000，是已知的所有酶中效率最高的，其转化率(turu over fate)达到3.6×10⁷底物分子/酶分子/分钟，比多数酶高出千倍以上。计算表明1毫克碳酸酐酶在最适条件下每分钟可催化1.24摩尔数的碳酸的生成，只要所采用的碳酸钙(镁)有足够细的粒度，在此条件下几乎可以立即溶解，因此大大缩短了反应时间，提高了设备利用率。