富氫水的應用研究進展

陳革豫，丁芳芳

(陜西國際商貿學院/陜西省中藥綠色制造技術協同創新中心，陜西 咸陽 712046)

1 富氫水簡介

富氫水(Hydrogen-rich Water)中含有一定濃度的氫氣，名字來源于日語原名"水素水"，又名"氫水"。氫氣(Hydrogen，H2)，是一種無色無味且密度小于空氣的雙原子氣體分子，難溶于水，可以用排水集氣法來進行收集。常溫下，氫氣的性質相對比較穩定，不容易跟其它物質發生化學反應。但當在一定條件(如點燃、加熱、使用催化劑等)下時，可能發生劇烈的反應，遇到火源時可能會引起爆炸。基于此，一開始富氫水制備的技術難題主要是如何保持水中相對較高且穩定的含氫量。國內的納米氣液混合技術采用物理方法使水分子均勻地包裹氫分子，從而使氫氣和水形成某種穩定的狀態，攻克了氫氣在水中難以富集和穩定的難題，得的富氫水中氫氣濃度高，穩定性能好[1]。

2 富氫水研究的文獻分析

近年來，研究者在富氫水的應用和開發上提供了更多的研究成果和進展。通過檢索中國知網數據庫(http://www.cnki.net/)，查詢近年來關于富氫水的相關研究論文，選擇醫藥衛生科技作為文獻分類目錄，以"富氫水"或含"氫氣"作為搜索關鍵字，共檢索到文獻452篇。近10 a發表論文情況如圖1。同樣地，選擇農業科技作為文獻分類目錄，以"富氫水"或含"氫氣"作為搜索關鍵字，共檢索到文獻100篇。近10 a發表論文情況如圖2。由圖1和圖2可以看出，到2017年前后，有關富氫水的研究報道呈現較好的態勢，有越來越多的研究者開始關注富氫水并進行研究。

富氫水的研究要追溯到2007年，Ohsawa[2]等人研究發現H2可選擇性地中和過氧亞硝基陰離子(ONOO-)和羥自由基(·OH)，清除過量的活性氧(ROS)，進而可以緩解由腦缺血引起的氧化損傷，自此，H2的相關研究漸漸被人們所關注。近年來，對于富氫水和氫氣的應用研究大多集中在醫學、體育、農業和美容等相關領域。

2.1 富氫水在醫學領域的應用現狀

在研究中發現，氫氣具有較為突出的治療作用，且可廣泛治療多種疾病，但大多數研究僅停留在動物實驗階段，其實際的臨床效果尚未被證實或報道。有研究[3]稱，氫氣被用于各種不同的疾病模型及其治療研究，其中，包括缺血再灌注損傷、糖尿病、癌癥防治、創傷性腦損傷以及慢性阻塞性肺疾病等，其治療作用顯著，研究進展迅速，具有較為廣闊的臨床應用前景。

扈紅蕾[4]等人對富氫水在黃曲霉毒素B1(AFB1)致大鼠肝損傷模型中的抗損傷作用進行了研究，研究表明，富氫水可減輕AFB1所致大鼠的肝損傷，其機制可能與富氫水能減輕AFB1引起的氧化應激、抑制MAPK信號轉導通路的激活相關。同時，也有研究[5]表明，高濃度的氫氣對減輕大鼠創傷性腦損傷有一定作用，其治療機制可能與氫氣的抗凋亡和抗氧化的應激作用相關。時倩[6]等人綜述了氫氣在心血管疾病中的防治作用，表明氫氣可有效清除羥自由基，具有選擇性抗氧化作用，對動脈硬化和器官炎癥等方面具有有效的防治作用，因而，其可能作為新型的抗氧劑對心血管疾病具有一定的治療作用。此外，還有富氫水與中醫藥相結合用于疾病防治中的報道。姚歡[7]等人研究了富氫水聯合香砂六君子丸對功能性消化不良大鼠的影響，以體質量、胃排空率、小腸推進率、胃動素、胃泌素、胃促生長素為評價指標，以期來評價富氫水聯合香砂六君子丸后對功能性消化不良大鼠是否有協同治療作用。結果表明富氫水聯合使用后確有一定的協同治療的作用。富氫水在醫學領域的研究頗為廣泛，使用范圍較廣，但大多數研究僅停留在動物實驗階段，后期應進一步對其臨床應用進行研究，具有良好的開發應用價值。

2.2 富氫水在體育領域的應用現狀

富氫水作為一種可飲用水，在體育領域的研究也較為廣泛。張雙雙[9]等人研究了中等強度耐力訓練大鼠在自由飲用富氫水一段時間前后，其氧化應激損傷指標和抗氧化指標的變化情況，結果表明，自由飲用富氫水8周，大鼠的運動性氧化應激引起的脂質過氧化損傷顯著降低，且顯著提高了大鼠的抗氧化能力，進一步說證明富氫水對運動性氧化應激損傷具有一定的保護作用。鄒仙[10]等人通過觀察對力竭運動后即刻給予葡萄糖、富氫水以及聯合使用葡萄糖-富氫水前后，大鼠丙二醛、肌糖原以及運動耐力的影響情況，進而評價力竭后補充富氫水對疲勞的恢復情況，結果表明，葡萄糖和富氫水聯合使用后能有效降低血清丙二醛，增加腓腸肌肌糖原，增加運動耐力；單獨給予葡萄糖時，僅能增加肌糖原；而單獨給予富氫水時，僅能降低血清丙二醛。歐明毫[11]等人的研究表明，女子柔道運動員在大強度訓練后，機體補充富氫水能顯著降低自由基水平，提高抗氧化酶活性，增強總抗氧化能力，富氫水可能對于大負荷訓練后所導致的機體脂質過氧化具有一定的保護作用。

2.3 富氫水在農業領域的應用現狀

近年來，富氫水除在醫學和體育方面有較多應用以外，其在農業領域也有相關的研究。其中，宋韻瓊[12]等人綜述了氫氣在農業上的相關應用，其中包括氫氣能調節植物的生長發育，能改善土壤環境等。丁芳芳[13]等人對比了使用富氫水和自來水澆灌當歸植株對其生長的影響，結果表明富氫水灌溉當歸，能使當歸的株高、葉寬、根系的生長及當歸產量顯著提高，富氫水澆灌對當歸的生長有積極作用。張海那[14]的研究表明，富氫水可以調控黃瓜幼苗的生長發育，并且可平衡細胞內的氧化還原，進而降低鹽脅迫下植物氧化損傷的程度。這些研究均表明富氫水在農業種植方面有良好的利用和發展空間，但目前實驗研究中關于富氫水的作用機理尚未完全清楚，將是未來進一步研究的重點。

2.4 富氫水在美容領域的應用現狀

此外，有關富氫水在呂平平[15]等人報道了富氫水在皮膚美白方面可能具有的作用，其研究基于富氫水良好的抗氧化性，針對富氫水對酪氨酸酶活性的抑制作用進行了研究，研究表明富氫水具有良好的抑制酪氨酸酶的活性，其可能在化妝品領域有更好的應用。周平[16]等人的研究表明，富氫水可以促使放射性導致的皮膚損傷后的愈合，其作用機制可能跟氧化損傷以及炎性反應等相關。

3 富氫水研究的專利分析

當前，富氫水已在美白、疾病治療、生活飲用水等領域廣泛應用。專利作為技術信息最有效的載體，囊括了90%以上的最新技術情報，因此，通過對富氫水領域的相關專利進行分析，能夠了解當前富氫水的技術研究態勢、主要研制單位以及當前研究熱點等。

3.1 專利申請分析

基于國家知識產權局專利數據庫，以富氫水為關鍵詞，檢索近20 a的中文專利文獻，檢索截止日期為公開日在2020年3月11日之前的中文專利，在去除外觀設計后，共計檢索出721件相關專利。近20 a中文專利申請數量統計情況可見圖3，表明在2005年至2010年，專利申請量較少，富氫水領域相關技術應處于萌芽階段；在2010年至2013年，專利申請量穩步增長，該階段富氫水領域相關技術應處于穩定發展階段；在2014年后，專利申請量快速增長，說明富氫水的研究及應用應處于高速發展階段。2018年后，專利數量明顯下落，則可能是由于專利公開的滯后性導致。而在檢索中發現，國內最早的富氫水技術是由林賢司、大瓦智里于2005年申請的富氫水生成方法及富氫水生成器[18]。

此外，本次檢索中，富氫水相關專利申請類型中，發明專利有296件，占分析樣本的41%，如圖4所示。

3.2 專利技術分析

基于對富氫水相關專利的申請情況分析，進而對專利技術內容進行了查閱分析，以期了解富氫水的技術發展趨勢和研究熱點。

其中，在檢索的專利中有關富氫水制備的較多。早期的富氫水制備的相關專利[18]采用燒結的鎂顆粒，投入飲料水中即制備含氫豐富的富氫水，通過飲用或涂布于皮膚，以改善因皮膚的老化而產生的色斑、皺紋。隨后，有報道[19]通過物理方法，首先去除水中大量的氧氣及其他氣體，然后再向水中通入氫氣，以制備富含氫的飲料，用于食品飲料領域。進而，有張慧明[20]通過水電解裝置，以制備富氫水，提高富氫水在生活中應用的便利性。更進一步地，通過制備制氫棒，以便使用者可以簡單且有效地將通常的飲用水直接轉變為可以飲用的富氫水。隨著富氫水制備技術的逐漸成熟，富氫水機、富氫水杯等應運而生。

這些專利中關于富氫水的應用，基本集中在其對疾病的治療、美容、保健等相關領域，隨著富氫水在這些領域的不斷發展，逐漸被人們所接受和認可，如何提高富氫水的品質、提高富氫水飲用安全、拓展富氫水的應用領域、降低制備成本等，逐漸成為人們關注的焦點。如，西安交通大學公開一種廉價制備長效富氫水的方法[21]；中國人民解放軍第二軍醫大學，通過動物實驗，驗證了富氫水可以作為預防實驗性自身免疫性腦脊髓炎的治療藥物[22]；上海市農業科學院，發現應用富氫水延長斑玉蕈貨架時間和提高其品質的方法[23]。

4 討論與展望

綜上所述，氫氣在選擇性抗氧化、抗凋亡以及抗炎等方面的作用是可以肯定的，而在日本以及一些歐美市場，已經有富氫水相關的可飲用水，市場規模和經濟效益可觀。富氫水在醫學、農業、體育以及美容等相關領域的應用也是具有較大潛力的，富氫水制備的難題已經迎刃而解，后期研究的重點應集中在富氫水對疾病防治的臨床應用療效、在農產品種植中的作用機制、體育運動前后改善機體的機制以及美容美白方面的應用效果和原理的確證，只有明確的作用機制聯合明確的療效，才能為富氫水的開發和應用添磚加瓦。