酸性電解水在食品中的應用及其保鮮作用的研究進展

魏奇，張鍶瑩，吳艷欽，翁馨，韓坤煌*，陳美霞*

1. 寧德師范學院生命科學學院（寧德 352100）；2. 閩東水產品精深加工福建省高校工程研究中心（寧德 352100）；3. 閩東特色生物資源福建省高校工程研究中心（寧德 352100）；4. 科技廳產學研合作示范基地（寧德 352100）

食源性疾病已成為人類健康的重要威脅。根據世界衛生組織統計，全世界每年約有6億人因食用致病菌污染的食物而患病，其中導致42萬人死亡[1]。在我國，每年有2億以上的人患食源性疾病，其中兒童最為常見。我國食品行業發展迅速，但食品安全問題仍層出不窮，已對人們的身體健康和生命安全造成影響。

食品工業中常用的消毒劑主要有二氧化氯、過氧乙酸、含氯化合物、季銨鹽化合物和臭氧等。然而，這些殺毒劑對人類具有潛在的毒性或化學殘留等副作用。因此，在食品工業中開發綠色、安全的消毒劑成為備受關注的話題。電解水是指含鹽（氯化鈉、氯化鎂、氯化鉀、硫酸鈉等）的水經過電解后所產生的產物。根據溶液的pH，電解水可分為酸性電解水（pH 2.2～2.7）、弱酸性電解水（pH 2.7～5.0）、微弱酸性電解水（pH 5.0～6.5）、中性電解水（pH 6.5～7.5）和堿性電解水（pH 11.0～13.8）。酸性電解水可用于食品的殺菌和鈍化酶的作用，并且能夠協同低溫、超高壓和超聲波等技術提高食品的保鮮作用。該研究綜述了酸性電解水的制備及其殺菌作用的研究進展，并探究電解水在食品保鮮中的應用，旨在對酸性電解水在食品行業的應用，提供科學的參考依據。

1 酸性電解水的制備和殺菌機制

1.1 酸性電解水的制備

電解水是指含鹽的水經過電解裝置電解以后生成的產物。電解水的制備裝置中有隔膜（半透膜）從而生成2種性質的水，一種堿性電解水，另一種是酸性電解水。酸性電解水中含有氯氣和次氯酸等殺菌成分，因此酸性電解水可以作為有效的消毒劑應用于食品工業中。

1.2 酸性電解水的殺菌機制研究進展

微生物是食品在儲運過程中發生腐敗變質的主要因素之一。因此，通過有效控制食品中微生物能夠延長食品的貨架期。酸性電解水的殺菌機制是利用酸性電解水的低pH和高氧化電位不利于微生物生存。酸性電解水能夠改變細菌細胞壁和細胞膜的通透性，由此改變細菌的滲透壓，導致其喪失活性或者死亡等[2]。酸性電解水中含氯化合物和產生的活性氧能夠破壞細菌的細胞膜和細胞壁的結構，使細菌細胞的內容物質（鉀離子、蛋白質和DNA）泄露，并且干擾細菌多種酶系統，使細胞內代謝物受阻，從而導致細菌失活[3-4]。酸性電解水中的次氯酸能阻礙核苷酸和氨基酸的合成，抑制能量相關代謝（糖酵解和三羧酸循環），并且增強細菌的脂肪酸代謝[5]。Liu等[6]研究發現酸性電解水能夠降低細菌中關鍵酶的活性，增強谷氨酸脫羧酶的活性，從而提高α-酮戊二酸和琥珀酸的含量。有研究報道表明酸性電解水能夠改變細胞的內環境，降低細胞內ATP含量和pH，促進活性氧自由基的釋放，從而誘導細胞壞死和凋亡[7]。Liao等[8]通過試驗發現酸性電解水中高氧化還原電位會影響和破壞大腸桿菌（O157：H7）的氧化還原狀態，損傷大腸桿菌（O157：H7）細胞膜結構，進而導致大腸桿菌（O157：H7）的死亡。薄玉霞等[9]研究發現枯草桿菌黑色變種芽胞經酸性電解水處理40 min后，酸性電解水能夠導致枯草桿菌滅活。隨著溫度和氧化還原電位的增加，其殺菌效果也隨之提高。王雪峰等[10]研究發現，微電解水中的羥自由基對硝酸鹽還原菌和鐵細菌具有殺滅作用。Qiao等[11]研究發現，酸性電解水能夠有效破壞食源性致病菌的生物膜。經掃描電子顯微鏡觀察可知酸性電解水能夠加快生物膜的破裂和分離。酸性電解水的殺菌作用機制仍需更多研究者從多角度進行進一步探究。

2 酸性電解水在食品保鮮中的應用

2.1 酸性電解水在水產品保鮮中的應用

我國是漁業生產大國，水產品中富含優質蛋白質和不飽和脂肪酸，但其組織脆弱，含水量高，使其容易發生腐爛和變質[12]。酸性電解水由于具有安全并且幾乎無毒副作用的優點，國內外研究者已將其應用于魚蝦貝等水產品中。酸性電解水能夠抑制水產品中細菌的生長和繁殖，從而延長水產品的貨架期，同時不會對水產品的色澤，風味和口感造成影響。Tantratian等[13]用酸性電解水將新鮮牡蠣浸泡30 min，結果發現酸性電解水對牡蠣中大腸桿菌、沙門菌、金黃色葡萄球菌和乳酸菌的生長繁殖具有抑制作用。楊楠[14]研究發現酸性電解水能夠在不影響蝦肉的色澤和品質的前提下，能夠有效滅活蝦仁表面的致病菌。岑劍偉等[15]將羅非魚片置于微酸性電解水中浸泡10 min后，結果發現在冷藏過程中經過微酸性電解水處理，能夠抑制羅非魚片中的揮發性鹽基氮含量的增加，并且能夠抑制羅非魚片中細菌的生長和繁殖，減少細菌總數，從而延長羅非魚片的貨架期。張毅等[16]研究發現酸性電解水能夠提高草魚片的品質和風味，并且減少草魚片中腐敗菌數量和呈腐敗物質的含量（3-戊酮、2-庚酮和2-丁酮），經過酸性電解水處理的草魚片貨架期延長1～2 d。

2.2 酸性電解水在果蔬保鮮中的應用

水果和蔬菜由于在運輸過程中容易收到機械損傷，因此容易受到微生物的侵染從而導致果蔬發生腐壞。我國普遍采用化學試劑結合低溫貯藏的保鮮方法延長水果和蔬菜的貯藏期。但長期接觸化學防腐劑會對人體和環境造成潛在危害[17]。李華貞等[18]通過研究酸性電解水對果蔬（菠菜、桃子及櫻桃）的殺菌作用和保鮮效果，研究發現酸性電解水處理能使果蔬表面的微生物總數和霉菌的數量減少，并且有效抑制果蔬中的煙硝酸鹽含量，從而提高果蔬的品質。Chen等[19]研究發現紅甘藍經過酸性電解水處理后3 min后，紅甘藍表面的微生物被滅活。酸性電解水不會對紅甘藍的表面顏色和總酚含量造成不良影響，并且可以延長紅甘藍的保質期。因此，酸性電解水能夠有效防止微生物生長繁殖，從而延緩水果和蔬菜腐爛變質，延長其貨架期。

2.3 酸性電解水在畜禽肉類保鮮中的應用

我國是世界上生產和消費肉類的第一大國。肉制品在屠宰和運輸售賣的過程中容易受到微生物的污染，脂肪容易發生氧化和酸敗，由此加速肉制品的腐敗變質，導致其貨架期較短。為改善肉制品在加工和儲存過程中微生物污染的問題，有較多研究者采用酸性電解水處理肉制品，在保證肉制品品質的前提下，酸性電解水能夠有效殺滅肉制品中的微生物，從而延長肉制品的貨架期[20]。Brychcy等[21]通過試驗研究發現豬肉經過低濃度的酸性電解水處理2 min后，酸性電解水能夠抑制豬肉上的微生物的生長和繁殖，從而延長鮮豬肉的貨架期。Rahman等[22]研究發現經過酸性電解水處理可以有效減少雞胸肉中的微生物總數和食源性致病菌的數量（單增李斯特菌和沙門氏菌），并且能夠延長雞胸肉的貯藏時間。

2.4 酸性電解水在糧食產品中的應用

化學熏蒸劑和防腐劑普遍應用于糧食中，用以去除糧食中的蟲害。如果這些化學試劑使用不當，容易在糧食中造成殘留甚至產生毒素危害人類健康。陳錦程[23]通過試驗研究得出使用微酸性電解水和面，能夠降低面條的水分活度，酸性電解水對面條中的微生物的生長具有抑制作用。劉培紅等[24]研究發現微酸性電解水對殺滅鮮米線的表面微生物具有顯著作用，能夠延長鮮米線的貯藏期。

3 酸性電解水協同其他技術在食品保鮮中的應用

有學者研究發現，將酸性電解水與其他技術協同處理，能更好地發揮其殺菌效果（表1）。

表1 酸性電解水協同其他技術在食品保鮮中的應用

3.1 超聲波與酸性電解水協同處理

酸性電解水與超聲波聯合處理能夠提高殺菌效果。許愈[25]采用超聲波聯合酸性電解水處理單增李斯特菌和副溶血性弧菌，研究發現超聲波聯合酸性電解水能夠改變細菌的生物學特性，破壞細胞壁肽聚糖間的化學鍵，抑制蛋白質合成，從而導致蛋白質的損傷。孔金花等[26]通過將超聲與酸性電解水進行協同處理，能夠提高殺菌效率并且維持小龍蝦的品質。許愈等[27]將酸性電解水與超聲波結合處理副溶血性弧菌，研究發現經聯合處理后副溶血性弧菌的細胞發生皺縮，細菌細胞膜的通透性發生改變。酸性電解水和超聲波聯合處理能夠有效殺滅副溶血性弧菌，因此可以減少副溶血性弧菌污染的水產品引發的食源性疾病，還可以使水產品的質量安全得到提高。Mik?-Krajnik等[28]發現使用酸性電解質和超聲波聯合處理能夠抑制三文魚片的單增李斯特菌、大腸桿菌、酵母和霉菌的生長，其中對單增李斯特菌的抑制作用最為明顯。超聲波能夠加強酸性電解水的殺菌活性。Wu等[29]研究表明將低濃度酸性電解質與超聲波聯合能夠延緩鮮切雙孢蘑菇的表面褐變情況，保持雙孢蘑菇子實體的硬度，使其質量得到保證的同時，還能夠延長鮮切蘑菇的貨架期。

3.2 熱處理與酸性電解水協同處理

有研究表明酸性電解水和熱處理聯合的滅菌作用強于單一處理方法的滅菌效果。Liu等[30]發現電解水與溫和熱處理（50 ℃）可以有效減少新鮮西蘭花上大腸桿菌O157：H7和單增李斯特菌的數量，電解水聯合溫和熱處理能夠通過改變果膠結構從而提高西蘭花的硬度。Xie等[31]采用50 ℃的酸性電解水處理對蝦，研究發現酸性電解水具有抗菌作用，能夠有效滅活對蝦上的單增李斯特菌和副溶血性弧菌，50 ℃的酸性電解水的殺菌作用強于20 ℃的酸性電解的殺菌活性。Koide等[32]研究結果表明用45 ℃下的微酸性電解水可以應用于胡蘿卜切片殺菌和保鮮，有效降低微生物總數、霉菌和酵母菌數量。

3.3 殼聚糖與酸性電解水協同處理

殼聚糖與酸性電解水聯合使用可以有效增強其滅菌效果。Luan等[33]將電解水與殼聚糖進行協同處理帶魚時，研究發現協同處理能夠抑制帶魚的蛋白質變性，減少帶魚中的微生物總數，總揮發性鹽基氮和過氧化值，從而延緩冷凍帶魚的腐敗變質，使帶魚的貯藏期延長6～7 d。周然等[34]研究發現酸性電解水與殼聚糖的復合保鮮劑對水蜜桃具有護色和保鮮的作用。復合保鮮劑能夠有效減少乙烯的含量，降低水蜜桃的細胞膜透性，抑制多酚氧化酶的活性，減少水蜜桃中酚類物質的積累，延緩采后水蜜桃果肉的變色，從而提高水蜜桃的護色保鮮作用。

3.4 有機酸與酸性電解水協同處理

食品中的有機酸種類繁多，應用有機酸與酸性電解水協同處理能夠增強殺菌效果。Mansur等[35]通過研究發現酸性電解水和富馬酸進行聯合處理，能夠降低新鮮豬肉上大腸桿菌O157：H7、單增李斯特菌、金黃色葡萄球菌和沙門氏菌，使豬肉在4 ℃條件下的貯藏期延長6 d，由此提示該聯合處理有望成為冷鮮豬肉的保鮮新方法。Rahman等[36]研究發現將酸性電解水與乳酸鈣協同處理能夠抑制豬肉中大腸桿菌O157：H7和單增李斯特菌的生長，同時延長豬肉在冷藏溫度下的貨架期。

4 結語

隨著社會的發展，人們對于食物的需求已經從滿足基本的溫飽轉變為營養健康為導向。隨著消費者健康意識的不斷提高，為酸性電解水的發展提供良好的市場和發展空間。酸性電解水能夠有效抑制食品中致病菌的生長和繁殖，使部分內源性酶的活性降低，保持食品良好的色澤和感官品質特征。酸性電解水逐漸作為殺菌劑應用于食品工業，隨著便攜式電解水發生裝置的開發，電解水有望向家庭進行推廣。

電解水的殺菌機制還未被徹底闡明。隨著代謝組學技術的發展，可以借助代謝組學深入探究電解水的殺菌和保鮮機制。為了提高電解水的殺菌效果，可以聯合2種或多種技術進行協同處理，從而提高食品的品質和安全性。綜上所述，該研究能夠為酸性電解水在食品保鮮中的應用奠定理論基礎。