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第 38 卷 第 22 期 农 业 工 程 学 报 Vol 38 No 22 2022 年 11月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Nov 2022 229 电解水技术在果蔬采后保鲜领域的研究和应用进展 刘帮迪 1 3 谢浩鹏 1 2 3 张 敏 1 3 卢清琛 1 2 3 周新群 1 3 姜微波 3 4 孙 静 1 3 1 农业农村部规划设计研究院 北京 100125 2 河北工程大学 生命科学与食品工程学院 邯郸 056038 3 农业农村部农产 品产地初加工重点实验室 北京 100125 4 中国农业大学 食品科学与营养工程学院 北京 100083 摘 要 电解水技术是果蔬采后保鲜和商品化处理的热点技术 该文对电解水抑制微生物 去除农药残留和提质延时保 鲜 3 个方向开展技术总结和机理研究综述 并从电解水技术在采后果蔬的处理方式和专利申请方面对其应用性开展应用 分析 总结发现 1 不同类型的电解水在果蔬采后保鲜领域研究不完善 酸性电解水较碱性电解水研究更丰富 2 酸 性电解水是有效去除食源性致病细菌的农产品加工工程技术 但酸性电解水对果蔬腐烂真菌的抑制研究还不充分 3 电 解水可以有效去除果蔬表面农药残留 在机磷农药上阐明了具体机理 对于有机氯 菊酯农药的降解研究不足 4 电解 水处理可以有效提升果蔬的抗性 缓解果蔬低温贮藏冷害并抑制鲜切果蔬褐变 5 目前电解水应用方式较为单一 不适 宜所有果蔬保鲜处理流程 技术专利申请较少 通过本文梳理归纳以期为电解水技术的工程技术应用拓展提供理论依据 和参考 关键词 电解水 采后果蔬 微生物抑制 去除农药残留 提质保鲜 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2022 22 025 中图分类号 S531 文献标志码 A 文章编号 1002 6819 2022 22 0229 17 刘帮迪 谢浩鹏 张敏 等 电解水技术在果蔬采后保鲜领域的研究和应用进展 J 农业工程学报 2022 38 22 229 245 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2022 22 025 http www tcsae org Liu Bangdi Xie Haopeng Zhang Min et al Review on the research and application of electrolytic water technology in postharvest preservation of fruits and vegetables J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE 2022 38 22 229 245 in Chinese with English abstract doi 10 11975 j issn 1002 6819 2022 22 025 http www tcsae org 0 引 言 电解水 Electrolyzed Water EW 作为一种新兴的非 热加工技术备受果蔬采后贮运保鲜领域关注 1 电解水以水 为原料 通过电解过程被功能化 电解水行业面世至今 已在欧 美 日 韩和东南亚地区得到极大发展 中国电 解水技术研究起步较晚 于 1994 年开始引进和研究电解水 技术 并将 EW 技术和超高压 脉冲电场 臭氧 紫外线 超声波等技术一并列为新型食品非热加工技术 被中国十 四五重点研发计划列食品产业未来重点发展技术 近年来 随着我国农产品仓储冷链设施建设和果蔬保鲜产业的扩 大 EW 技术已经逐步在保鲜领域开展研究和应用 1 2 EW 技术是指利用电化学方法 将低浓度的电解质溶 液 例如氯化钠 氯化镁 氯化钾 硫酸钠 碳酸钾等 或水在电解槽内进行电解所产生的物质 使该溶液的值 pH 氧化还原电位 Oxidation Reduction Potential ORP 有效氯成分 Active Chlorine Component ACC 活性 收稿日期 2022 08 03 修订日期 2022 10 23 基金项目 农业农村部规划设计研究院自主研发项目 QD202115 农业 农村部规划设计研究院科技创新团队建设项目 CXTD 2021 08 作者简介 刘帮迪 高级工程师 博士 研究方向为果蔬保鲜贮藏技术 果 蔬采后生理和果蔬冷冻技术 Email 328442307 通信作者 孙静 正高级工程师 博士 研究方向为农产品产后贮藏 农 产品仓储冷链物流体系建设 Email cynthiasj 氧 Reactive Oxygen Species ROS 等发生变化 从而 拥有抑制酶活性 抑制微生物活性 强氧化性等功能 3 5 因其生成方式的不同可分为强酸性电解水 Acid Electrolytic Water AEW 弱酸性电解水 Slightly Acidic Electrolysis Water SAEW 强碱性电解水 Alkalinity Electrolysis Water ALEW 及弱碱性电解水 Slightly Alkaline Electrolysis Water SLAEW 1 4 此外还根据 EW 浓度和氧化还原特性分为新水 New Water NEW 低浓度电解水 Low concentration Electrolyzed Wate LcEW 电解氧化水 Electrolyzed Oxidizing Water EOW 等 3 6 本文将从电解水在采后果蔬主要应用的三 个方面进行研究进展和机制综述 并对电解水的应用方 式和近五年果蔬采后相关电解水专利进行分析 以期对 该技术后续的研究和应用提供一些基础参考 1 电解水制备及分类概述 从表 1 可以看出 目前电解水的分类主要是根据电 解水 pH 值 ACC ORP 和内含物质大致分为酸性 碱 性 氧化性 还原性四类电解水 这四大类电解水的制 备方式不尽相同 随着 EW 技术的发展 不同功能 不 同使用目的 专用的电解装置层出不穷 所有电解装置 均含有电解槽 EW 的制备主要在电解槽中进行 电解槽 可分为单槽 双槽 有隔膜 无隔膜式 目前一般采用 隔膜式电解槽 发生电解时 装置两侧电解室通过隔膜 在电解过程中产生离子交换 电解稀盐溶液产生的 Cl 农业工程学报 http www tcsae org 2022 年 230 OH 等负电荷离子逐步移动到阳极以释放电子 并生成 HCl HClO Cl 2 和 O 2 等成分 进而在阳极处形成 AEW 同时 Na K H 等带正电的离子向阴极移动 在阴极 上生成 NaOH KOH 和 H 2 进而在阴极处形成 AlEW 1 表 1 不同类型电解水及其应用领域的对比 Table 1 Comparison of different types of electrolytic water and its application fields 电解水类型 Electrolytic water type 其他名称 Other names 理化特性 Physical and chemical properties 主要作用 Main function 参考文献 References 强酸性电解水 Acid Electrolytic Water AEW 酸性氧化电位水 Acidic Oxidation Potential Water AOPW 强酸性氧化 离子水 Electrolyzed Strong Acid Water ESACW 机能水 Functional Water FW 不具有腐蚀性 主要有效成分 HClO Cl H HClO 等离子 有效氯成分 Active Chlorine Component ACC 25 80 mg L 1 pH 值为 2 2 2 7 氧化还原电位 Oxidation Reduction Potential ORP 1 100mV 医疗领域用来手指清洗消毒 可收敛割 伤口 迅速止血除菌 并可有效处理皮 肤炎症 内窥镜消毒 食品 日化行业常作为设备消毒清洗剂 使用 7 弱酸性电解水 Slightly Acidic Electrolysis Water SAEW 弱酸性电位水 Slightly Acidic Electrolyzed Water SAEW 微酸性电 解水 Sub Acidic Electrolyzed water Sub AEW 易氧化分解 阴冷密闭保存 对金属物质外的其他物质 不具有腐蚀性 主要有效成分 HOCl pH 值为 2 7 6 5 其中常把 pH 值为 2 7 5 0 的称 为弱酸性电解水 把 pH 值为 5 0 6 5 的称为微酸 性电解水 ACC 10 30 mg L 1 ORP 10 600 mV 保鲜行业常用作去除新鲜农产品中的 农药残留物的方式 抑制采后果蔬发生 褐变 食品行业常用于食品及食品设备的杀 菌剂 农业中用作农药的替代品预防农作物 的病虫害 8 11 低浓度电解水 Low Concentration Electrolyzed Water LcEW 微酸性氧化电位水 Slightly Acidic Electrolyzed Oxidizing Water SAEOW 微酸性电解水 Slightly Acidic Electrolyzed Water SAEW 主要成分 HOCl ACC 2 5 mg L 1 pH 6 2 6 5 ORP 600mV 食品行业常用于食品及食品设备的杀 菌剂 消毒剂 保鲜行业 用作除果蔬 水产品表面污 物 也具有一定的抑菌能力 12 强碱性电解水 Alkalinity Electrolysis Water ALEW 强碱性电解离子水 Strong Alkaline Electrolytic Ion Water SAEIW 还原 电位电解水 Reduction Potential Electrolytic Water PREW 强碱性电 解还原水 Strong Alkaline Electrolytic Reduced Water SAERW pH 值 11 11 5 ORP 800 900mV 碱性电解水中主要含有钾离子 氢氧根离子并富 含氧离子 由 5 6 个分子组成的小分子水 食品和餐饮行业作为食品清洁剂 保鲜行业 用作除果蔬表面污物及农药 残留 也具有一定的抑菌能力 农业行业常用作土壤改良剂 减少酸性 物质产生 消除酸化体质 激活植物细 胞功能 改善多种慢性病 4 13 弱碱性电解水 Slightly Alkaline Electrolysis Water SLAEW 弱碱性电解离子水 Slightly Alkaline Electrolytic Ion Water SAEIW 还原 电位电解水 Reduction Potential Electrolytic Water PREW 弱碱性电 解还原水 Slightly Alkaline Electrolytic Reduced Water SAERW pH 值为 7 0 10 0 由 3 6 个的小分子水团组成 农业行业用作栽培土壤防治或者缓解 土传病害 医疗行业常用作中和各种酸代谢物的 治疗方式 防止体制酸化 延缓组织器 官衰老 食品 餐饮行业常作为加工和日常饮 用水 4 新水 New Water NEW 中性电解水 Neutral Electrolyzed Water NEW 微碱性电解水 Slightly Alkaline Electrolytic Ion Water SAEIW 中性电 解氧化水 Neutral Electrolysed Oxidising Water NEW 无腐蚀性 刺激性 少量 OH pH 值为 7 0 7 5 ACC 20 60 mg L 1 农产品加工行业 用于减少水果和蔬菜 消毒的游离氯的含量 果蔬保鲜行业 用于防止新鲜农产品的 交叉污染 农业行业用作栽培土壤防治或者缓解 土壤毒害的消毒剂 14 电解氧化水 Electrolyzed O xidizing Water EOW 酸性氧化电位水 Electrolyzed Oxidizing Water EOW pH 值通常为 2 0 3 0 但也可以使用碱性溶液调 配至中性条件 ORP 1 000 mV ACC 50 70 mg L 1 医疗行业中 可用于手消毒 内窥镜消 毒 病房空气消毒 血液透析机清洗 口腔清洗 口腔溃疡 阴道炎 特异性 皮肤炎 擦伤 切伤 压疮 烧伤 术 创 坏疽等治疗 食品安全 农业生产等领域作为氧化剂 也有着广泛应用 15 16 电解还原水 Electrolytic Re duced Water ERW 碱性离子水 Alkaline Ionized Water AIW 5 6 个水分子团组成 含氧量高 含较多的氢氧 根离子 呈碱性 分子活性相对比较高 具有较 强还原性 稳定性差 难保存 pH 值为 8 5 9 5 ORP 0 最高可到 800mV ACC 30 mg L 1 食品 餐饮 美容 运动行业常用作消 毒剂 杀菌剂使用 日常使用中 作为饮用水具有清除体内 过氧化物 有防病抗衰老作用 在医疗行业中也作为防治疾病的辅助 手段 7 17 传统制备弱酸性电解水常使用有隔膜式电解槽 主 要利用阳极生成的 AEW 通过人为稀释的方式调配制得 SAEW 目前为了提升生成率和连续作业效率 更多采用 利用无隔膜式的电解槽进行 SAEW 制备 向无隔膜式电 解槽加入低浓度的 NaCl 和稀 HCl 混合溶液 阴 阳电极 通过直流电的作用发生电化学反应 通过两极相互融合 最终直接生成 SAEW 2 由于 AEW 和部分 SAEW 的低 pH 值和高氧化还原电位带来的较强酸性和氧化性 限制 了 AEW 在日常生活中的使用 因此研究者提出通过在无 隔膜电解槽中电解 0 9 稀释 NaCl 溶液而产生低浓度电 解水 LcEW 其 pH 值范围通常为 6 2 6 5 氧化还 原电位 ORP 范围为 500 520 mV 有效氯浓度 ACC 范围为 2 5 mg L LcEW 比传统的 AEW 和 SAEW 具有 更宽广的使用范围 被拓展到食品 餐饮 运动等日常 第 22 期 刘帮迪等 电解水技术在果蔬采后保鲜领域的研究和应用进展 231 消费行业中 3 弱碱性电解水的制备与 AEW AlEW 和 SAEW 最大 的区别是电解液的差异 SAlEW 的制备通常采用小型 家用电解水机使用饮用水进行制备 因此 SAlEW 也更多 的应用于人们日常生活中 4 新水作为 SAlEW 中较为特 殊的一类 由于其 pH 值更接近中性 通常 pH 在 7 0 8 0 之间 被证实具有一定的生理功能 大量作为医疗用 水和饮用水使用 5 电解氧化水是由稀释的盐溶液 通常使用 NaCl 电 解产生的 根据酸碱性也属于酸性电解水 通常 pH 3 但根据使用情况的不同 也可以使用碱性溶液中和其酸 性 达到中性条件 与 AEW 最大的差异是 EOW 具有更 高的 OPR 通常 OPR 值需大于 1000 6 电解还原水一般 呈碱性 又称为 碱性还原水 在制备过程中使 ORP 由正变为负 收集得到 但由于活性氢不稳定 得到电 子后变为 H 2 溢出 因此 ERW 存在不易保存的特性 7 2 电解水抑制采后果蔬微生物的研究 新鲜果蔬在采摘 分级 贮藏 包装 运输以及商 品化处理等过程中有极大概率接触环境中的不良微生 物 造成侵染性病害 导致果蔬在贮藏保鲜中大量腐烂 变质和食用安全问题 严重影响果蔬贮藏 货架销售期 和农村农户的实际收益 据统计 中国果蔬产业因采后 处理不当导致的病害腐烂率超过 30 远高于发达国家 水平 18 目前 EW 作为一种新型 安全 绿色的技术已 经大量的应用到餐饮和食品加工行业的消毒 研究指出 强酸性电解水用于食品加工机械 新鲜果蔬的清洗与消 毒 可以有效杀灭物品表面的致病菌 19 电解水作为一种新型杀菌剂 较其他杀菌方式具有 明显优势 1 杀菌具有广谱 速效 强效的特点 对多 数细菌可在短时间内达到理想的杀灭效果 2 生产及使 用过程操作简便 可随用随产 不存在贮藏及运输等方 面的危险 3 克服了氯类消毒剂生产时必须添加大量化 学药剂的缺点 节省了化工原料 降低了环境污染 4 作 为处理溶液无残留 由于电解水作用于杀菌成分极不稳 定 随时间 光照 空气及接触介质会很快降解甚至消 失 不会造成二次污染 2 1 电解水对采后果蔬细菌的抑制研究 由于空气 土壤 水源中均含有大量的细菌 果蔬 在生长发育 采后处理过程极易受到细菌微生物的侵染 采后果蔬中的细菌侵染主要分为导致果蔬腐烂细菌侵染 和食用安全风险的致病细菌侵染 20 21 致腐烂菌会在果 蔬成长周期中侵染潜伏或在采后处理过程中侵染 22 造 成果蔬软腐病 角斑病 环腐病等侵染性病害 23 24 此 外 对于鲜切果蔬而言 在货架销售过程中极易污染假 单孢菌 芽孢杆菌 沙门氏菌 单增李斯特菌 大肠杆 菌等各类致病菌 从而造成潜在食品安全隐患 25 由于酸性环境条件可以对大部分细菌的产生抑制生 长和繁殖的作用 因此不同类型的酸性电解水均可以有 效地处理采后果蔬表面细菌的生长 包括 SAEW NEW LcEW AEW 和 EOW 等 而碱性电解水由于其理化性质 不具备抑菌性 因此较少研究 目前关于 EW 抑制细菌 的研究大部分集中在酸性电解水的 ACC ORP pH 值等 理化性质和处理时间 清洗条件对细菌抑制效果上 Han 等 26 的研究指出大于 1min短时间的浸泡清洗即可有效去 除蔬菜表面沙门氏菌的数量 对于蔬菜可以使用较短时 间清洗去菌 这是因为蔬菜没有较厚的表皮且细胞壁较 薄 酸性电解水在破坏细菌细胞时 也会对蔬菜的表面 细胞产生一定的外源胁迫效应 过长时间的清洗 浸泡 可能会导致蔬菜损坏 但对于水果可以考虑较长时间 大 于 5min 的清洗处理 以达到更好的抑菌效果 酸性电 解水的抑菌方式上 大量研究指出直接浸泡的抑菌效率 不如冲淋 气浴 超声 振荡 搅拌等物理辅助清洗手 段高 27 28 西兰花 甘蓝 等表面不光滑 具有缝隙的 蔬菜可以使用超声 气浴等辅助方式 增强清洗和抑菌 效果 但水果物料由于表皮光滑 可接触的比表面积较 大 因此可以选择振荡或浸泡等简单的清洗方式 此外 部分研究也对比了电解水和其他常见清洗抑 菌剂的除菌 抑菌效果 AEW 由于其强酸性 高 ORP 和 pH 值低于 3 的理化特性 对常见食源性微生物的抑菌 效果明显优于次氯酸钠 高锰酸钾稀溶液 26 部分研究 也指出 SAEW 和 NEW 等非强酸性的电解水结合适当物 理清洗处理方式 最高灭菌率也可以达到 95 29 31 目 前电解水能够有效抑制的果蔬细菌种类主要是食源性致 病微生物 主要包括大肠杆菌 Escherichia coli 鼠伤 寒沙门菌 Salmonella typhimurium 金黄色葡萄球菌 Staphylococcus aureus 单核细胞增生李斯特菌 Listeria monocytogenes 和粪肠球菌 Enterococcus faecalis 等 常见食源致病微生物 Guentzel 等 32 通过体外试验验证当 电解水的 pH 值 20 mg L ORP 值 800 mV 时 处理 10 min 即可有效将上述致病食源性细菌灭活 表 2 还具体列举了电解水抑制细菌的具体条件和细菌种类 从中可以发现酸性电解水处理条件和抑菌种类研究已 经十分丰富 因此酸性电解水已经大量投入净菜加工和 鲜切果蔬加工产业生产中 但电解水对于致果蔬病害的 微生物的抑制还有待进一步探究 有助于电解水应用于 长时间贮藏 周转储运 对外贸易等果蔬农产品的贮运 行业 2 2 电解水对采后果蔬真菌的抑制研究 真菌侵染对采后果蔬的危害极大 采后果蔬贮运期 间的传染性病害几乎全由真菌引起 侵染果蔬的真菌种 类主要有鞭毛菌亚门 接合菌亚门 子囊菌亚门和半知 菌亚门为主的四种真菌 具体引起各类果蔬在贮藏运输 过程中发生腐霉病 褐腐病 软腐病 毛霉病 黑腐病 黑心病 炭疽病 白霉病和酸腐病等 42 43 因此有效控 制果蔬贮藏过程中的真菌活力和繁殖能力 成为延长果 蔬贮藏周期的关键因素之一 随着 EW 技术在果蔬采后上的研究深入 部分研究 者认为 EW 能够用于控制果蔬真菌性采后疾病 和电解 水抑制细菌的结果相似 目前能够有效抑制果蔬真菌的 电解水类型仍然是酸性或氧化性较强的电解水 并且研 究指出随着电解水酸性和氢离子浓度的增加 可以有效 农业工程学报 http www tcsae org 2022 年 232 降低 pH 值 提升 ORP 和 ACC 其抑制真菌的效果也逐 步增强 44 电解水抑制果蔬表面真菌的使用方式比抑制 细菌的方式更加丰富 除了在果蔬采后清洗 分选环节 加入电解水外 还可以在果蔬贮藏过程中定期喷洒 EW 达到抑菌目的 45 这主要是由于真菌的繁殖依赖孢子 而喷洒电解水可以有效抑制贮藏环境中漂浮孢子的活 性 达到减少真菌侵染的目的 例如 Guentzel 等 45 在桃 子 葡萄贮藏过程中喷洒 EW 可以有效将灰霉感染率降 低到 11 以下 此外 电解水除了可以清除果蔬表面至 腐真菌 抑制贮藏环境中孢子 还可以抑制果蔬体内胶 孢炭疽菌 Colletotrichum gloeosporioides 链格孢菌 Alternaria alternata 等侵染潜伏性真菌生长 这类真菌 在花期大量侵染果实的花器 潜伏在果实体内 在贮藏 过程中随着果实后熟大量繁殖 导致果蔬贮藏中腐烂 例如芒果 鳄梨 香蕉 番荔枝等热带水果的炭疽病和 冬枣的黑斑病等 Hassan 等 46 研究指出 NEW 处理显著 抑制了鳄梨贮藏过程汇总炭疽病的发病程度 并提出 NEW 中的次氯酸成分在体外对鳄梨炭疽病菌有直接的抑 制作用 因此 这类易受侵染潜伏性真菌影响的水果可 以在产收后采取电解水清洗和贮藏喷洒的方式减缓贮藏 中腐烂现象 由于真菌和细菌的细胞结构 生理特征差 异性 少量电解水抑制真菌的研究指出碱性电解水也可 能具备一定抑菌效果 例如 Hussien 等 47 指出 AEW 和 ALEW 处理虽然都可以抑制柑橘表面青霉菌生长 但在 使用 ALEW 对橙子进行体内研究上却认为 ALEW 的抑菌 效果更好 在体外试验中 ALEW 和 AEW 均对橙子表皮 分离出的青霉菌分生孢子悬液有抑制作用 在体内接种 试验中 ALEW 除了可以有效抑制橙子青霉菌的发病率 还可以更好的抑制果实表面病变直径 48 如表 3 所示 目前大量研究还是集中在 AEW 抑制真菌上 表 2 电解水技术对采后果蔬细菌的抑制研究 Table 2 Inhibition of bacteria on postharvest fruits and vegetables by electrolytic water 有效处理条件 Effective EW treatment condition 果蔬种类 Types of fruits and vegetables EW 种类 EW species 处理时间 min ACC mg L 1 pH 值 pH value ORP mV 细菌种类 Species of bacteria 有效杀菌率 效果 Effective sterilization rate Effect 参考文献 References 鲜切生菜 Fresh cut lettuce EW 20 31 95 1 000 829 大肠杆菌 99 5 33 鲜切芹菜 Fresh cut celery 鲜切生菜 Fresh cut lettuce SAEW 10 22 1 5 6 6 5 931 大肠杆菌 沙门氏菌 减少 2 87 lgCFU g 1 和 2 91 lgCFU g 1 34 苹果 Apple AEW 6 45 大肠杆菌 沙门氏菌 单增李斯特菌 金黄色葡萄球菌 91 84 35 番茄 Tomato AEW 200 444 大肠杆菌 O157 H7 单增李斯特菌 沙门氏菌 三种菌均减少 4 87 lgCFU g 1 36 黄瓜 Cucumber AEW 0 5 2 5 40 50 副溶血性弧菌 单增李斯特菌 达到完全杀灭 30 鲜切胡萝卜 Fresh cut carrot AEW 10 4 4 02 956 8 大肠杆菌 O157 H7 沙门氏菌 分别减少 3 5 lgCFU g 1 和 3 0 lgCFU g 1 31 卷心菜 Cabbage EOW 10 24 52 63 42 6 85 7 4 857 805 大肠杆菌 98 92 37 鲜切苹果 Fresh cut apple AEW 6 45 大肠杆菌 沙门氏菌 单增李斯特菌 金黄色葡萄球菌 91 84 38 鲜切马铃薯 Fresh cut potato SAEW 10 35 2 5 1 180 大肠杆菌 O78 金黄色葡萄球菌 26003 枯草芽孢杆菌 1 1849 3 种菌下降到 1 3 lgCFU g 1 范围内 39 平菇 Oyster mushroom LcEW 0 5 1 3 5 10 5 6 2 522 520 大肠杆菌 单增李斯特菌 蜡样芽孢杆菌 沙门氏菌 降低至 1 90 2 16 lgCFU g 1 3 西兰花 Broccoli NEW 2 70 100 7 0 1 900 大肠杆菌 减少至对照组 1 4 6 40 鲜切藕 Fresh cut lotus root SAEW AEW 10 29 46 0 32 76 35 0 46 5 59 0 10 2 28 0 06 815 11 1 134 7 大肠杆菌 枯草芽孢杆菌 降低约 16 29 41 EW 技术对果蔬真菌抑制能力的研究比细菌更少 且 大部分研究还尚未涉及其对真菌的抑菌机制 大部分研 究仅笼统地指出电解水可以抑制霉菌或者酵母菌 并没 有确切指出对具体的致病真菌有抑制效果 而侵染采后 果蔬的真菌种类繁多 不同果蔬的贮藏病症也十分丰富 因此后续详细地开展电解水对不同果蔬 不同病症的真 菌抑制研究具有极大的科学 社会和经济效益 2 3 电解水的抑菌机制 酸性 碱性 氧化性 还原性等不同性质的 EW 对 果蔬细菌 真菌均有一定的抑制效果 部分研究尝试阐 明电解水的具体抑菌机制 如图 1 所示 目前研究针对 酸性电解水的抑菌机制已经基本阐述清楚 酸性电解水 的杀菌效果主要与 pH 值 ORP 和 ACC3 个重要因素有 关 1 由于大部分细菌 真菌等侵染果蔬的致病微生物和 第 22 期 刘帮迪等 电解水技术在果蔬采后保鲜领域的研究和应用进展 233 食源性微生物的适宜生存 pH 值为 4 9 左右 较低的 pH 值可破坏其细胞膜电位 破坏膜结构上的多糖 寡肽等 两性物质 增加细胞膜透性 扰乱正常代谢 导致微生 物内源性死亡 56 此外 酸性电解水中的 HCLO 和 CLO 等有效氯成分也能破坏微生物细胞膜结构 导致胞内物 质大量溢出 使脱氧核糖核酸变性 57 并且有效氯成分 还通过抑制微生物活性氧清除酶 造成微生物细胞内活 性氧的过量积累 破坏胞内核酸 蛋白质及脂质等物质 加速细胞死亡 58 最后 高 ORP 值的酸性电解水能打破 细胞氧化还原状态 损伤细菌的内外膜 导致细胞质成 分泄漏和细胞死亡 研究者采用化学方法模拟出一种 ORP 值很高的溶液 在没有 Cl 存在的情况下其杀菌作用 依旧明显 目前 国内外多数学者认为有效果氯浓度是 AEW SAEW EOW 的主要杀菌因子 针对碱性电解水 目前并没有相关研究明确指出其对果蔬真菌 细菌的具 体研究机制 59 表 3 电解水技术对采后果蔬真菌的抑制研究 Table 3 Inhibition of fungi on postharvest fruit and vegetable by electrolytic water technology 有效处理条件 Effective EW treatment condition 果蔬种类 Types of fruits and vegetables EW 种类 EW species 处理时间 mi ACC mg L 1 pH 值 pH value ORP mV 真菌种类 Species of fungi 有效杀菌率 Effective sterilization rate 参考文献 References 西兰花 Broccoli AEW NEW 2 70 100 7 0 1 900 霉菌 酵母菌 减少至 1 2 3 1 3 0 减少至 1 2 1 2 8 40 香菜 Coriander 芹菜 Celery SAEW 5 7 30 25 酵母菌 霉菌 需氧菌 在 4 和 20 贮藏过程 中 霉菌菌落总数维持在 2 2 4 1 lgCFU g 1 49 桃 Peach SAEW 6 3 6 5 褐腐病菌 减少 6 lgCFU g 1 50 鲜切菠萝 Fresh cut pineapple AEW 2 66 2 36 酵母菌 霉菌 51 桃果实 Peach fruit EOW 5 270 5 8 990 桃褐腐病菌 发病率降低 5 20 52 茄子 Eggplant AEW SAEW 5 56 30 酵母菌 霉菌 与对照相比减少约 2 lgCFU g 1 53 菜豆 Phaseolus vulgaris AEW ALEW 5 99 3 3 2 2 5 0 3 10 5 0 3 1 130 5 850 5 酵母菌 霉菌 AEW 更有效 AEW 使其降低 1 46 lgCFU g 1 ALEW 使其降低 0 64 lgCFU g 1 54 鲜切胡萝卜 Fresh cut carrot SAEW 10 23 5 5 酵母菌 霉菌 减少超过 1 9 和 1 3 lgCFU g 1 55 葡萄 Grape SAEW 10 162 15 2 8 0 1 1 140 20 霉菌 减少 1 26 lgCFU g 1 44 柑橘果实 Citrus ALEW AEW 9 2 11 0 2 6 5 8 240 156 47 420 青霉菌 AEW 效果较好 可杀灭 90 以上青霉 47 梨果实 Pear EOW 1 5 10 150 2 6 1 170 轮纹病菌 发病率降低 52 6 29 图1 酸性电解水的抑菌机制 Fig 1 Bacteriostatic mechanism of acid electrolytic water 农业工程学报 http www tcsae org 2022 年 234 3 电解水对农药残留降解的研究 中国作为全球果蔬生产大国 农药残留是种植业面 临的一个重要问题 农药虽然被广泛应用于农业生产中 有效抑制害虫生长 但在果蔬中残留也存在大量副作用 残留农药除了会影响食用者身体健康 对大脑神经元 免疫系统 生殖系统等造成长期的负面影响 60 还会对 土壤 水源和大气造成环境污染 61 除了通过水肥管理 快速检测等手段管控农药施用 利用果蔬商品化处理技术 降低采后果蔬的农药残留 也是目前研究的重点方向 62 采后果蔬中主要的农残类别主要是有机氯农药 有机磷 氨基甲酸酯类农药和菊酯类农药四大类 63 主要包括六 六六 DDT 百菌清 除虫菊素 敌敌畏 草甘膦和草 铵膦等 3 1 电解水降解农药残留的研究现状 EW 技术作为一种新型 环保 节能的农药残留处 理技术 在中国的农业生产领域和餐饮行业已经被广 泛应用 电解水降解果蔬农药残留是目前电解水研究 的最热点方向 大量研究指出 AEW SAEW ALEW EOW 等具备酸性 碱性 氧化性 还原性的电解水均 可以降解果蔬农药残留 但酸性电解水的降解农药残 留能力普遍比碱性电解水更强 例如肖伟等 64 发现 pH 值 13 5 的碱性电解水浸泡处理能够有效去除西兰花 中辛硫磷 而较低 pH 值的碱性电解水对辛硫磷的去除 能力不强 但在去除白菜表面辛硫磷的研究中发现仅 需要使用 1 50 的微酸性电解水处理就能够去除白菜 中 92 的辛硫磷 65 此外 研究指出提升酸性电解水 的 ACC 和 OPR 均有助于增强农药残留的去除能力 例如李慧颖等 10 将微酸性电解水 ACC 提升至大于 5 66 mg L 时 其对硫磷 甲基对硫磷和乐果的降解率 均能达到 100 目前电解水去农残的研究普遍指出可以被 EW 降 解去除的主要是果蔬表皮残留的农药 66 67 并且 EW 比次氯酸钠等传统清洗溶液有更好的去农残效果 68 马越等 69 用强酸电解水 弱酸电解水 次氯酸钠溶液 臭氧水 去离子水等清洗剂研究对黄瓜上残留的农药 毒死蜱的去除效果 发现强酸电解水处理 10 min 可以 有效降低黄瓜上非内吸式有机磷类农药残留 表面毒 死蜱去除率达到 44 8 但对于植物种植过程中多种 内吸式的农药残留 EW 没有达到去除表面残留农药一 样的显著效果 这主要是由于 EW 在电解过程中主要 生成氢分子 活性氧和羟基自由基 具有强氧化性的 羟基自由基可以和多种农药分子产生氧化反应 从而 降解表面农残 残留在果蔬表面和体内的主要农药类型是有机 磷 有机氯和菊酯类农药 如表 4 所示 EW 能够降解 的主要农药类型及相关官能团是有机磷农药 常见的 有机磷农药有毒死蜱 乐果 敌敌畏 乙酰甲胺磷和 辛硫磷等 有机磷类农药中大部分含有 P S P O 和 C O 双键 不管是在酸性还是碱性电解水中 亲核试 剂均易促成有机磷类农药双键的断裂 此外 电解水 还可降解吡虫啉 烯啶虫胺 螺虫乙酯等含有 N O N C 自由双键的农药 这可能归因于自由双键更有可 能被高度还原的电解氧化水还原和降解 除此之外 虽然也有报道指出 EW 可以降低果蔬有机氯和菊酯类 农药残留量 但 EW 对其降解的具体机制和作用点尚 不清楚 有待进一步探索 3 2 电解水降解农药残留的主要机制 果蔬的农药残留去除受多种因素影响 主要包括农 药理化性质 电解水理化性质和果蔬表面结构 对于不 同电解水类型 果蔬类型和残留农药类型 目前针对酸 性电解水和碱性电解水 分别有两种推论阐释 EW 处理 减少果蔬农药残留的机制 研究指出 碱性电解水和电解还原水的表面活性和 碱性环境作用可以去除某些果蔬表皮蜡质层 从而增加 去除内渗农药残留的能力 78 起到辅助清洗的作用 从 而有助于农药残留的去除 由于大部分蔬菜均是非规则 形态 且表面不光滑 富含蜡质等 导致残留农药容易 与蔬菜表面的化学物质相结合 因此普通的清洗方式并 不能有效去除蔬菜的农药残留 但碱性电解水具有较高 的较高的 pH 值 且富含稀氢氧化钠 活性氢和溶解氢等 具有表面活性效应的物质 可以有效促进彩椒 蓝莓等 果蔬表面蜡质水解 增加清洗液氧化渗透农药残留的能 力 75 此外 碱性电解水还具有正辛醇 水分配系数和负 极性 可以增加西兰花 白菜 菜心等表面不规则和表 面粗糙蔬菜的表面张力 使冠状部位附着的农药更容易 在冲洗 震摇 超声等物理作用下随清洗液去除 75 但 有关碱性电解水去除农药残留的研究 均没有指出 AlEW 溶液中的 OH 和负 ORP 能够针对性的与有机磷 有机氯 和菊酯等主要农药发生化学反应 与碱性电解水相比 酸性电解水降解残留农药主要 依赖溶液的强酸性 高 ORP 高 ACC 和 HOCl 的强氧化 性 这些理化特性可以有效破坏大部分农药的化学键位 从而起到降解作用 79 如表 4 所示 目前大量酸性电解 水降解农药的研究仅详细阐明了 AEW 与有机磷农药的 化学反应过程 10 对于有机氯和菊酯类农药与酸性电解 水的降解机制还尚不清晰 以常见有机磷农药毒死蜱为 例 AEW 溶液中 HOCl 和 OH 共