微酸性電解水的研究與應用展望

梁永婭 余曉青

摘 要：微酸性電解水pH值在5.0～6.5 之間，呈微酸性，對絕大多數細菌以及病毒都有顯著殺菌效果，且對人體無害。該文結合筆者實驗研究綜述了微酸性電解水在食品加工及保鮮、醫療以及農業領域等方面的研究現狀與應用前景。

關鍵詞：消毒劑 微酸性電解水 應用

中圖分類號：TS201.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（a）-00-03

消毒劑的使用目的是消除或抑制微生物的污染，它的作用原理是破壞細胞膜、阻斷細菌攝取食物和廢物排泄以及鈍化其關鍵酶。理想的消毒劑應具有殺菌譜廣、性能穩定、不易受各種物理化學因素影響、對消毒的物品無腐蝕性、消毒后無殘留、價格低廉、運輸方便、可大量生產供應等特質。目前市場上使用的化學消毒劑主要有過氧乙酸、含氯消毒劑、二氧化氯、臭氧、乙醇和新潔爾滅等，這些消毒劑都不能完全符合理想消毒劑的要求。最近的研究表明，新型消毒水微酸性電解水具有殺菌能力強、殺菌范圍廣、無污染、無殘留、安全、可靠、對人體無毒無害、不刺激皮膚、制取方便、價格低廉等特點。酸性電解水（AEW）是含電解質的水連續通過特定電解槽電解后，取得的具有氧化能力的酸性水，也被稱為酸化電位水[1]或電解氧化水[2]。由于生產裝和被電解液的不同，可生成不同種類的酸性電解水，主要分為強酸性電解水和微酸性電解水。2002年日本將強酸性電解水和微酸性電解水又以次氯酸水的名字被指定成為食品添加劑（殺菌劑）[3]。

1 微酸性電解水簡介

1.1 生產原理

目前將食鹽、鹽酸等含有氯離子的溶液予以電解，以生成含有HClO的電解水的方法己有多種公開和應用。但是，已知HClO在單體的狀態下存在時呈現最強的殺菌效果，不過該殺菌效果要依賴于液體的pH值的平衡關系，在堿性條件時會成為幾乎沒有殺菌力的ClO-，在pH值為4以下的酸性時會成為氯氣并在短時間內逸散。因此，為了要使殺菌力穩定的HClO存在，必須將pH值維持在5.0～6.5左右。而微酸性電解水（slightly acidic electrolyzed water，SLAEW）的pH值就能維持在5.0～6.5之間，它是在一室型即無隔膜電解槽里通過2 V左右的直流電壓電解濃度為2%～6%的稀鹽酸生成的無色透明非粘性液體。在電解槽陽極生成氯氣和H+，其中H+溶于水使水的pH值為5.0～6.5；氯氣與水反應生成鹽酸和次氯酸（HClO）使水中有效氯濃度達到10～30 mg/L；陰極只生成氫氣[4]。SLAEW的安全性值得肯定，在日本已經應用于食品殺菌。另外，SLAEW的pH值為5.0～6.5，接近中性，對運輸和儲存的材料要求不高，所以便于推廣應用。

1.2 消毒機制

SLAEW中的有效氯為HClO，HClO進一步分解形成新生態氧[O]。新生態氧的具有極強的氧化性，使細菌和病毒的蛋白質變性，從而使病源微生物致死。次氯酸在殺菌、殺病毒過程中，不僅可作用于細胞壁、病毒外殼，而且因次氯酸分子小，不帶電荷，可滲透入菌（病毒）體內與菌（病毒）體蛋白、核酸、和酶等發生氧化反應，從而導致病原微生物死亡[5]。

1.3 SLAEW的特點

隨著酸性電解水的頻繁使用，人們發現現行的酸性電解水尤其是強酸性電解水存在著以下幾個主要問題：現有的強酸性電解水生產設備效率低，設備制造和生產運行成本高；其強酸性（pH值<2.7），對金屬設備有一定的腐蝕性，限制了其在畜禽養殖中的推廣應用；強酸性電解水物理化學性質不穩定，還原速度快，不利于存儲[5-7]。許多研究表明，微酸性電解水具有如下特點[8]：現有的SLAEW生成裝置可連續作業，生成過程中的產物隨空氣蒸發不易在環境中殘留，對環境無污染；除了生成有殺菌效果的有效氯外，不再產生氧或臭氧以及不會生成氯的高次氧化物如HCIO2、HCIO3、HCIO4等產物，溶解氧、臭氧和氯氧化物等副產物的濃度較低，綠色環保；以稀鹽酸和自來水為原料，成本相對比較低廉；生成的微酸性電解水為無色透明非粘性液體，含有HClO。無味或是略有氯臭，其pH值接近7，所以它對人體無危害，對物體幾乎沒有腐蝕性。另外，微酸性電解水作用后發生氧化還原反應生成水，由于原料中不含鹽，使用后即使干燥也不會有鹽的濃縮和結晶。SLAEW見光易氧化分解，密閉遮光式的環境下放置40 d之后，有效氯濃度是最初值的78%，所以需要在陰冷密閉的情況下保存[8]。

2 微酸性電解水的應用

2.1 SLAEW對微生物的滅菌作用

在實際應用中，微酸性電解水在預防甲型H1N1流感病毒方面有獨特的功效[9]。Masaaki等[10]的試驗調查了SLAEW（有效氯濃度20 mg/L，pH值6.0）對微生物的殺滅作用，其結果表明，SLAEW對各種細菌繁殖體、流感病毒在短時間內（30 s～1 min）就有殺菌效果；對細菌芽孢在20cc時達到檢驗出現的指標以下所需要的時間分別為：有效氯濃度100 mg/L的次氯酸鈉溶液需要15 min，而SLAEW僅需要5 min。在腸炎沙門菌殺滅試驗中，3種溫度（4 ℃，20 ℃和45 ℃）條件下，有效氯含量4 mg/L的SLAEW作用2 min對腸炎沙門菌的殺滅率就能達到100%[11]。我們在用SLAEW對水果（番茄、提子、香蕉）的保鮮效果的研究中發現，SLAEW對易導致水果腐爛的霉菌、細菌有明顯的殺傷力，經SLAEW處理過的水果的保存天數有所提高。

2.2 SLAEW在食品領域的作用

食品安全問題是當今世界的一個熱點話題，2009年在上海舉行了“微酸性電解水在食品產業中應用專題研討會”，中外專家一致肯定了微酸性電解水高效、安全、環保的優良特性，希望這一技術盡快在國內推廣應用[9]。在實際應用中，消毒待食用的新鮮蔬菜和谷類，與以往常用的次氯酸鈉相比，微酸性電解水的殺菌效果更高，同時克服了次氯酸鈉用于食品消毒殘留氯高、用后處理困難、生成有害物質三氯甲烷的缺點[12-13]。Park 等[14] 研究表明，低濃度有效氯的微酸性或中性電解水可有效抑制微生物活性。Abadias等[15]、Guentzel等[16]、Maribel Abadias（2008）[17] 對微酸性電解水應用于鮮切蔬菜的殺菌有一定研究，結果表明微酸性水能有效抑制或殺滅鮮切果蔬表面的病原性微生物，且抑制效果高于強酸性電解水。關于酸性電解水對于果蔬的貯藏保鮮研究，也有一定的報道。經微酸性電解水處理過的水果，其表面的微生物總數及霉菌、酵母菌的數量能得到有效地控制，在相同溫度條件下貯藏均能很好的保持其硬度和可溶性固形物含量，降低腐爛率和褐變指數，達到保鮮的效果[18]。

2.3 SLAEW在醫療領域的應用

醫院從來都是多種病原菌的集中場所，其細菌含量高，菌種復雜，明顯區別于其它公共場所[19]。醫院未經消毒地面或空氣都是細菌傳播的主要媒介，在41種主要的傳染病中，以空氣作為媒介傳播的就有14種[20]。目前國內醫院的消毒手段主要還是紫外線燈和乙酸加熱熏蒸法，但是利用紫外線燈消毒會產生輻射，消毒后空氣中留有怪味，并且只能在沒人的時候進行；而乙酸加熱熏蒸法刺激性很大，消毒后留有有酸味，同樣缺點明顯[21]。如在臨床工作中，常用500 mg/L或1000mg/L的消毒靈液（三氯異氰尿酸泡騰速溶片）擦拭治療臺面進行消毒，但消毒靈液有較強的氯味、輕度腐蝕性、對環境有一定污染以及對人體咽喉部和眼黏膜有一定的刺激性[4]。我們使用微酸性電解水對學校醫院的房間細菌數進行了殺菌效果追蹤，對于醫院地面的殺菌情況來看：自來水的殺菌率為89.5%，微酸性電解水的殺菌率為95.7%。在醫院空氣中：紫外線燈的殺菌率為42.2%，微酸性電解水的殺菌率為50.2%。由其實驗數據可得出微酸性電解水在醫療領域有很好的應用前景，它本身的微酸性和幾乎沒有刺激性氣味，也有利于醫務人員的職業防護[8]。

2.4 SLAEW在農業領域的應用

日本《中部經濟新聞》報道，日本農家將微酸性電解水用于一些農作物的防病，如甘藍菜、葡萄等。給無農藥栽培植物殺菌，通過移動式噴霧裝置噴灑，超微細水珠能到達蔬菜葉面及后部的各個部分，可有效防止病菌產生。試驗當年的春季和夏季蔬菜的防病及收獲成績，進一步驗證了防除菌效果。在大棚入口處設置微酸性電解水的噴水裝置，確認對操作人員有除菌的效果。該技術不僅用于農作物生產，還能用來預防養雞場的禽流感等。研究表明，與化學消毒劑（強力消毒靈粉和聚維酮碘）相比，微酸性電解水（pH值6.25～6.63、ORP 887-924 mV和ACC 300 mg/L）對豬舍帶體噴霧消毒或局部噴灑消毒均具有更好的殺菌效果，對墻面、地面和圈欄的殺菌率達到91.4%～100%。也可用于進出豬場的人員、車輛等的無害化消毒，確保生豬生產的健康環境要求。

2.5 SLAEW在保鮮領域的應用

我們自2009年以來與日本東京大學協作對微酸性電解水開展實際應用效果的研究，除對學校醫院地面及空氣中殺菌效果進行了實驗研究外，食堂餐具的除菌率比普通洗碗機高50.6%，殺菌效果可達96.8%；對超市上市易腐爛的韭菜、菠菜、蕃茄等蔬菜，香蕉、提子、荔枝、草莓等水果，太陽花、康乃磬、百合和玫瑰保鮮效果比未經處理的多2～3 d；對玉米、菠菜、大麥、豌豆等種子表面有很好的消毒殺菌效果，而且對種子發芽也均有良好的促進生長作用。

3 結語

近年，日本由于機能水研究振興財團（厚生勞動省管轄）、日本機能水學會、企業協議會等的共同合作，在酸性電解水研究方面取得了持續的研究進展[3]。相對于強酸性電解水，微酸性電解水具有運輸方便、對儲存裝置的要求不高、無殘留等特點，可以直接用于醫院的設備的消毒以及醫務人員的職業防護，在食品安全方面以及農業方面，微酸性電解水也有很高的環保效益和經濟效益。微酸性電解水的學術交流也異?；钴S，如2009年在上海舉行的“微酸性電解水在食品產業中應用專題研討會”，來自中國、日本、美國等微酸性電解水領域知名專家學者以及食品、產業界專家學者作主題和專題演講交流，共同研討微酸性電解水在食品產業中的應用。微酸性電解水因其他類似產品無可替代的高效、安全、環保的優良特性，在國際以及國內許多相關領域具有廣泛的推廣和應用價值。

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