酸性電解水的穩(wěn)定性研究

敖菲菲，方 祥，陳海強，梁鉆好，梁鳳雪，黃成龍，余 銘

（1.陽江職業(yè)技術學院，廣東陽江 529500；2.華南農業(yè)大學食品學院，廣東廣州 510000）

酸性電解水是將食鹽或稀鹽酸溶液放入電解生成機中，在電場作用下得到的具有殺菌作用的溶液[1-2]。作為一種新型減菌劑，酸性電解水在醫(yī)療[3-5]、食品[6-9]、農業(yè)[10]、環(huán)保[11-12]等領域已經得到了廣泛應用。與其他冷殺菌技術，如超高壓殺菌技術、脈沖光殺菌技術、臭氧滅菌技術、膜分離技術、紫外線消毒技術等相比，酸性電解水具有操作簡便、成本低廉、綠色環(huán)保、應用范圍廣、殺菌效率高等優(yōu)點[13-16]。

目前，對于酸性電解水殺菌能力應用的研究較多，而對酸性電解水穩(wěn)定性的研究較少。酸性電解水的穩(wěn)定性對其殺菌效果具有顯著影響，其殺菌活性成分易受制水電流、存放時間、光照、空氣及接觸介質的影響[17]。另外，其殺菌機理與其pH值、氧化還原電位（Oxidation-reduction potential，ORP） 和有效氯濃度（Available chlorine concentration，ACC）等理化指標相關[18]。制水時電流大小不同，理化指標也隨之變化。因此，可以通過控制電流的大小來調控其殺菌效果。研究酸性電解水的穩(wěn)定性，尋找一種合適的貯藏方式對于酸性電解水的殺菌應用具有基礎性意義。探究酸性電解水的穩(wěn)定性及其最佳貯藏條件，為酸性電解水的應用研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

普通食鹽，廣東省鹽業(yè)集團有限公司提供；碘化鉀（分析純），上海瀘試實驗室器材股份有限公司提供；冰乙酸（分析純），天津市富宇精細化工有限公司提供。

1.2 儀器與設備

1.3 試驗方法

1.3.1 制備開機后不同時間的酸性電解水

CE-7100-02型酸性氧化電位水生成器開機預熱0.5 h，配置飽和食鹽溶液，放入酸性氧化電位水生成器中，開機制水，固定電流25 A，水流2.0 L/min，每隔2，4，6，8，10，20 min用棕色磨口廣口瓶裝水，裝水時間10 s，裝好后立即蓋上瓶蓋密封，進行5次平行試驗。

1.3.2 電解水pH值、氧化還原電位（ORP） 和有效氯（ACC） 的測定

使用PHSJ-3F型pH計直接測定pH值，使用SX-630型筆式ORP計直接測定ORP值，按照QCL501C型水質分析儀的使用說明書測定ACC。

1.3.3 制備不同電流條件下的酸性電解水，測定pH值，ORP，ACC值

CE-7100-02型酸性氧化電位水生成器開機預熱0.5 h，配置飽和食鹽溶液，放入酸性氧化電位水生成器中，固定水流2.0 L/min，調節(jié)電流分別為5，10，15，20，25，30 A，開機制水，10 min后用棕色磨口廣口瓶裝水，裝水時間10 s，裝好后立即蓋上瓶蓋密封，進行9次平行試驗。

1.3.4 電解水不同儲存條件處理

全新600LT是邁凱倫運動跑車系列的最新車型，汲經典“長尾賽車”和邁凱倫675LT車型的靈感，以性能提升與激情駕駛體驗為核心特質，以輕量化為核心設計目標—車重低至1247公斤，3.8升V8雙渦輪增壓發(fā)動機最大輸出600馬力、620牛·米，別具一格的頂部排氣管設計以獨特的美學效果在提高辨識度的同時再次減輕了車身重量。

參照董宇[19]的方法略作修改。固定電流25 A，水流2.0 L/min，制備大量電解水，存放于密封避光的容器中，用若干個玻璃瓶分裝電解水，分別在室內封口避光、室內封口見光、室內敞口避光、室內敞口見光、室外封口見光、室外封口避光6個條件下保存1個月，或者保存至ORP低于800 mV（好氧微生物存活的最適ORP為200～800 mV，厭氧微生物則為-700～200 mV[20-21]，當ORP低于800 mV后，電解水的殺菌能力下降）。室內見光組一起置于RXZ-280B型人工氣候箱中，設置溫度25℃，光照強度20%，24 h照射；室內避光組用報紙包裹置于暗室內，環(huán)境溫度25℃；室外組放置于樓頂露天環(huán)境下，平均氣溫30℃，室外見光組沒有進行包裹，室外避光組用報紙和黑色塑料袋進行包裹。每天定時測定其pH值，ORP，ACC值。每個貯藏條件處理進行3個平行試驗。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0和Microsoft Excel 2010進行處理。

2 結果與分析

2.1 酸性氧化電位水生成器的開機穩(wěn)定性

開始制水后不同時間制得的酸性電解水ORP值（a）、ACC（b） 和pH值（c） 的變化見圖1。

由圖1可知，開機后電解水的ORP值，ACC，pH值一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，隨著制水時間的變化沒有顯著差異（p＞0.05）。由此可知，開機制水2 min后，由酸性氧化電位水生成器所制備的電解水理化性質很穩(wěn)定。

圖1 開始制水后不同時間制得的酸性電解水ORP值（a）、ACC （b） 和pH值（c） 的變化

2.2 電流對酸性電解水理化性質的影響

不同電流對酸性電解水ORP值（a）、ACC（b）和pH值（c） 的影響見圖2。

圖2（a） 表示電流對酸性電解水ORP值的影響，隨著電流的增加，ORP值呈顯著上升趨勢（p＜0.05），但是隨著電流的持續(xù)增加，ORP值上升的趨勢逐漸緩和。圖2（b）表示電流對酸性電解水ACC的影響，隨著電流的增加，ACC也是呈顯著上升趨勢（p＜0.05），且上升的速率比較均勻。圖2（c）表示電流對酸性電解水pH值的影響，隨著電流的增加，pH值呈顯著下降趨勢（p＜0.05），且隨著電流的持續(xù)增加，下降的趨勢逐漸緩和，當電流上升至20 A后，pH值不再發(fā)生顯著變化。電流對酸性電解水理化性質的影響與田麟[22]的研究結果大體相同。可以通過控制電流的大小來控制酸性電解水的理化指標，制備出對應理化指標的電解水。

2.3 貯藏條件對電解水的影響

2.3.1 貯藏條件對電解水ORP值的影響

不同貯藏條件下電解水的ORP值變化趨勢見圖3。

室內封口避光條件下，ORP值整體變化不大，貯藏30 d，僅降低1.0%；室外封口避光、室內封口見光、室內敞口見光條件下，ORP值變化趨勢相仿，隨著時間的推移，ORP值下降的速率逐漸增加，然后驟降，電解水失效。室內敞口避光貯藏電解水的ORP值幾乎勻速下降，第2～15天ORP值無顯著差異（p＞0.05），第16天ORP值驟降，從885 mV跌至775 mV，下降了12%。室外封口見光貯藏的電解水ORP值下降速率最快，僅2 d就從1 089 mV跌至506 mV，下降了53.5%。

由圖3可知，室內封口避光貯藏的電解水ORP值最穩(wěn)定，貯藏了30 d仍變化不大，是電解水最優(yōu)貯藏方式，室外封口避光貯藏次之；貯藏19 d，ORP值僅下降3%。室內封口見光能保存12 d，ORP值下降4%；其他貯藏方式貯藏效果不佳。

光照、開口、高溫等貯藏條件都會導致電解水ORP值下降，這與學者的研究結論一致[23]，可能是因為電解水中的成分不穩(wěn)定，見光和高溫的情況下會分解；開口會揮發(fā)，或者與空氣發(fā)生反應。

2.3.2 貯藏條件對電解水ACC的影響

不同貯藏條件下電解水的ACC變化趨勢見圖4。

圖2 不同電流對酸性電解水ORP值（a）、ACC（b） 和pH值（c） 的影響

圖3 不同貯藏條件下電解水的ORP值變化趨勢

圖4 不同貯藏條件下電解水的ACC變化趨勢

由圖4可知，電解水ACC隨著貯藏天數(shù)的增加而顯著降低（p＜0.05）。室內封口避光條件下，ACC下降速率的最慢，貯藏6 d后，ACC開始顯著下降（p＜0.05）；貯藏了30 d后，ACC下降到11 mg/L，降低了56%。室外封口避光條件下，ACC下降速率的減慢，貯藏3 d后，ACC開始顯著下降（p＜0.05）。其余4種貯藏方法，在貯藏的第2天，ACC就開始顯著下降（p＜0.05）。除了室內封口避光外，其他貯藏條件下，ACC均下降到0 mg/L。

由圖4可知，ACC穩(wěn)定性較差，電解水不能長期貯藏，制備出來后應該盡快用完。室內封口避光貯藏效果最好，但是僅能保持ACC 6 d內不發(fā)生顯著變化（p＞0.05）；室外封口避光貯藏次之，能夠貯藏3 d；其他貯藏方法均不能放至第2天。

貯藏時間、光照、貯藏溫度、密封情況對電解水的ACC影響效果顯著（p＜0.05），這與學者的結論一致[23-25]，可能因為電解水的ACC與HClO濃度相關，HClO極不穩(wěn)定，可以自發(fā)分解。

2.3.3 貯藏條件對電解水pH值的影響

不同貯藏條件下電解水的pH值變化趨勢見圖5。

由圖5可知，不同的貯藏條件對電解水pH值的影響不同。室內、室外封口避光條件下，pH值總體變化不大；室內、室外封口見光條件下，pH值呈顯著下降趨勢（p＜0.05）；室內敞口避光、見光條件下，pH值先上升，后下降。

封口避光條件下，電解水的pH值穩(wěn)定性較好，且溫度對pH值的影響不明顯，這與Tatsumi Y等人[24]的研究結論一致。敞口條件下，pH值先上升、后下降，可能是因為在敞口環(huán)境中，電解水中同時存在2種反應：HClO分解產生HCl，以及空氣中的CO2融入水中。當HCl揮發(fā)的速度大于CO2融入水中的速度時，電解水pH值不斷上升；當HCl逐漸揮發(fā)殆盡，空氣中的CO2仍不斷融入水中，pH值開始下降；待二者反應達到平衡，pH值則穩(wěn)定下來。封口見光條件下，pH值顯著下降（p＜0.05），可能是由于光照條件加速了HClO的分解，形成的HCl無法揮發(fā)導致。

圖5 不同貯藏條件下電解水的pH值變化趨勢

3 結論

探究酸性電解水的穩(wěn)定性及其最佳貯藏條件，得到的結論如下：①開機制水2 min就能得到理化性質穩(wěn)定的酸性電解水；②電流對酸性電解水的理化性質影響較大；③酸性電解水的最佳儲存條件是室內封口避光。