关于酸化电位水的生成原理及其灭菌效果的研究
【关键词】 电解；酸化电位水；灭菌
Studies on productive theory and sterilizing effect of the acid electrolyzed water
【Abstract】 The acid electrolyzed water is produced based on water and NaCl electrolyte of low concentration. Studies were made on the production and the sterilizing theory. Further studies were made on the sterilizing efficiency of acid electrolyzed water. Results indicated that it was practicable to prepare acid electrolyzed water by electrolysis；acid electrolyzed water had a high sterilizing effectiveness. It is very simple to produce such acid electrolyzed water, which shows a bright developing future.
【Key words】 electrolysis；acid electrolyzed water；sterilization
随着人们食品卫生意识的不断加强, 减少(或杀灭) 有害微生物引起污染的杀菌消毒措施也在不断发展。目前使用的杀菌措施虽然很多, 但有的方法一般情况下不具备使用条件, 化学消毒方法又存在有残留、易给食品带来二次污染、安全性低等缺点。酸化电位功能水作为一种全新的杀菌消毒剂, 具有生成容易、使用方便、杀菌力强、杀菌时间短且无残留等优点, 故越来越受到人们的重视［1］。
1 生成原理
在一个直流电解槽中，正负电极间用离子交换膜分隔，当对自来水进行电解时，在水中加入微量的NaCl作为电解强化剂（NaCl添加量＜1/1000，使混合溶液电导率1200～1600us/cm），就会产生电解反应 ［2］，方程式如下：
H2O=H+＋OH-
NaCl=Na+＋Cl-
Na+、H+及自来水中的Ca2+、Mg2+和各种金属离子会通过膜向阴极迁移，OH-、Cl-和自来水中的酸根负离子则通过膜向阳极迁移，并产生如下电解反应：
4OH-- 4e→ 2H2O + O2↑
2Cl--2e→Cl2 ↑
O2+H2O– 2e→2H++ O3
Cl2+ H2O = HClO + Cl-+ H+
可见从阳极产生氧气、氯气和大量氢离子，生成酸化电位水。在阴极电极上产生氢气和大量氢氧根离子，生成碱性离子水，方程式如下：
2H+ + 2e→H2↑
Na+ + OH-= NaOH
酸化电位水生成原理图见图1。
2 灭菌原理
一般细菌、真菌、病毒等微生物的生存环境是ORP（氧化还原电位）-400mV～+900mV，pH值4～9，超出这个范围之外的环境下，微生物难以生存、繁殖。酸化电位水中的H+ 浓度增加呈酸性， ORP在+1050mV以上，呈强氧化性，pH值在2.7以下，有效氯含量为0.02～0.04g/L。因为ORP决定微生物的呼吸代谢，而ORP在+1050mV以上，pH值在2.7以下的酸化电位水使微生物细胞膜离子发生改变，且酸化电位水在生成过程中产生HClO和活性氧，可导致细胞膜通透性增强，细胞代谢酶受到破坏，使微生物在瞬间被杀死。所以酸化电位水能有效地杀灭细菌、真菌、病毒等微生物。
经实验证明，在普通水中单纯次氯酸在短时间内最低有效杀菌浓度为0.11g/L，而酸化电位水（pH＜2.7,ORP＞1050mV）的最低有效杀菌浓度为0.0006g/L，其差值为184倍。用盐酸配制的pH2.6的水溶液只有弱的杀菌功能，根本无法与酸化电位水相比较。所以酸化电位水的特强杀菌功效ORP值和少量的HClO、ClO-、Cl-、H+、O3的综合效应，其中最主要的是ORP值（氧化还原电位）。见图2。
3 测试灭菌方法与结果分析
3.1 对手指的灭菌效果试验 试验条件：强酸化电位水的pH 值为2.8, 氧化还原电势为1.279V; 弱酸化电位水的pH 值为5.8, 氧化还原电势为1.064V; 肥皂、酒精(体积分数为75％ ) 和自来水处理作为对照。
评价方法：本试验中测定消毒前后手指上的细菌数, 其减少的百分数, 并与其他消毒方法作对照［3］。
结果分析：酸化电位水对手指的灭菌效果见表1。可以看出, 对照处理手指上仍有大量细菌存在; 强酸性离子水灭菌效果与常用消毒剂酒精相同;弱酸性离子水灭菌效果稍差于强酸性离子水, 但杀灭率远高于肥皂。 表1 不同处理对手指的灭菌效果
3.2 对餐具、厨房用具的灭菌效果试验 试验条件：室温, 测定对象为食器上附着的杂菌数。酸化电位水的pH 值为2.8, 氧化还原电势为1.284V；自来水处理作为对照。
评价方法： 一般根据消毒后微生物的残留情况判定。国内常用餐具消毒效果的表示方法有2 种, 一种用杀灭率表示, 以原有微生物减少90％以上, 即杀灭率大于90％为消毒合格；另一种用检出菌落总数及大肠菌群近似值表示。本试验中采用前一种方法。
结果分析：餐具在酸化电位水中浸泡3min 后的灭菌效果见表2。可以看出, 各种餐具的细菌杀灭率均大于90％, 按国内判定标准均为消毒合格。
3.3 对空气的灭菌效果试验 试验条件：选择模拟食品加工操作间作为试验对象, 酸化电位水的pH 值为2.7, 氧化还原电势为1.289V; 未喷雾前空气作为对照。
评价方法：本试验中采用日本的5 min暴皿法［4］测定消毒前后空中下落菌数, 确定空气的质量。
结果分析：用酸性离子水对密闭空间内的空气喷雾1min 后测得空气中下落菌数为5 个/皿 , 而对照为56个/皿。空气中下落菌数大幅度减少, 空气质量由原来的普通空气变为清洁空气。表2 酸化电位水对餐具的灭菌效果
4 小结
综上所述，制作酸化电位水的原料为自来水和少量的氯化钠，采用电解法制取酸化电位水在实践上是可行的，而且工艺简单、容易实现；通过一系列试验证明酸化电位水具有很强的杀菌作用，特别具有不留残毒，没有毒性，对环境无污染的特点，使酸化电位水可广泛应用于食品加工、饮食服务及美容业等各个行业，具有很高的实用价值，前景看好。
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1 李里特,关东胜.强酸化水的制备及其灭菌效果. 农业大学学报, 1997, 2 (2) :109-113.
2 赛勒N J. 电化学的试验方法.曾实译.北京:出版社, 1985，255.
3 薛广波. 灭菌消毒防腐保藏. 北京: 人民卫生出版社, 1995， 334-335, 349
4 郁庆福. 卫生微生物学. 北京: 人民卫生出版社, 1995，376- 377.
