第 38 卷 第 22 期 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報 Vol 38 No 22 2022 年 11月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Nov 2022 229 電解水技術(shù)在果蔬采后保鮮領(lǐng)域的研究和應(yīng)用進展 劉幫迪 1 3 謝浩鵬 1 2 3 張 敏 1 3 盧清琛 1 2 3 周新群 1 3 姜微波 3 4 孫 靜 1 3 1 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計研究院 北京 100125 2 河北工程大學(xué) 生命科學(xué)與食品工程學(xué)院 邯鄲 056038 3 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn) 品產(chǎn)地初加工重點實驗室 北京 100125 4 中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院 北京 100083 摘 要 電解水技術(shù)是果蔬采后保鮮和商品化處理的熱點技術(shù) 該文對電解水抑制微生物 去除農(nóng)藥殘留和提質(zhì)延時保 鮮 3 個方向開展技術(shù)總結(jié)和機理研究綜述 并從電解水技術(shù)在采后果蔬的處理方式和專利申請方面對其應(yīng)用性開展應(yīng)用 分析 總結(jié)發(fā)現(xiàn) 1 不同類型的電解水在果蔬采后保鮮領(lǐng)域研究不完善 酸性電解水較堿性電解水研究更豐富 2 酸 性電解水是有效去除食源性致病細(xì)菌的農(nóng)產(chǎn)品加工工程技術(shù) 但酸性電解水對果蔬腐爛真菌的抑制研究還不充分 3 電 解水可以有效去除果蔬表面農(nóng)藥殘留 在機磷農(nóng)藥上闡明了具體機理 對于有機氯 菊酯農(nóng)藥的降解研究不足 4 電解 水處理可以有效提升果蔬的抗性 緩解果蔬低溫貯藏冷害并抑制鮮切果蔬褐變 5 目前電解水應(yīng)用方式較為單一 不適 宜所有果蔬保鮮處理流程 技術(shù)專利申請較少 通過本文梳理歸納以期為電解水技術(shù)的工程技術(shù)應(yīng)用拓展提供理論依據(jù) 和參考 關(guān)鍵詞 電解水 采后果蔬 微生物抑制 去除農(nóng)藥殘留 提質(zhì)保鮮 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2022 22 025 中圖分類號 S531 文獻標(biāo)志碼 A 文章編號 1002 6819 2022 22 0229 17 劉幫迪 謝浩鵬 張敏 等 電解水技術(shù)在果蔬采后保鮮領(lǐng)域的研究和應(yīng)用進展 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 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 電解水 Electrolyzed Water EW 作為一種新興的非 熱加工技術(shù)備受果蔬采后貯運保鮮領(lǐng)域關(guān)注 1 電解水以水 為原料 通過電解過程被功能化 電解水行業(yè)面世至今 已在歐 美 日 韓和東南亞地區(qū)得到極大發(fā)展 中國電 解水技術(shù)研究起步較晚 于 1994 年開始引進和研究電解水 技術(shù) 并將 EW 技術(shù)和超高壓 脈沖電場 臭氧 紫外線 超聲波等技術(shù)一并列為新型食品非熱加工技術(shù) 被中國十 四五重點研發(fā)計劃列食品產(chǎn)業(yè)未來重點發(fā)展技術(shù) 近年來 隨著我國農(nóng)產(chǎn)品倉儲冷鏈設(shè)施建設(shè)和果蔬保鮮產(chǎn)業(yè)的擴 大 EW 技術(shù)已經(jīng)逐步在保鮮領(lǐng)域開展研究和應(yīng)用 1 2 EW 技術(shù)是指利用電化學(xué)方法 將低濃度的電解質(zhì)溶 液 例如氯化鈉 氯化鎂 氯化鉀 硫酸鈉 碳酸鉀等 或水在電解槽內(nèi)進行電解所產(chǎn)生的物質(zhì) 使該溶液的值 pH 氧化還原電位 Oxidation Reduction Potential ORP 有效氯成分 Active Chlorine Component ACC 活性 收稿日期 2022 08 03 修訂日期 2022 10 23 基金項目 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計研究院自主研發(fā)項目 QD202115 農(nóng)業(yè) 農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計研究院科技創(chuàng)新團隊建設(shè)項目 CXTD 2021 08 作者簡介 劉幫迪 高級工程師 博士 研究方向為果蔬保鮮貯藏技術(shù) 果 蔬采后生理和果蔬冷凍技術(shù) Email 328442307 通信作者 孫靜 正高級工程師 博士 研究方向為農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后貯藏 農(nóng) 產(chǎn)品倉儲冷鏈物流體系建設(shè) Email cynthiasj 氧 Reactive Oxygen Species ROS 等發(fā)生變化 從而 擁有抑制酶活性 抑制微生物活性 強氧化性等功能 3 5 因其生成方式的不同可分為強酸性電解水 Acid Electrolytic Water AEW 弱酸性電解水 Slightly Acidic Electrolysis Water SAEW 強堿性電解水 Alkalinity Electrolysis Water ALEW 及弱堿性電解水 Slightly Alkaline Electrolysis Water SLAEW 1 4 此外還根據(jù) EW 濃度和氧化還原特性分為新水 New Water NEW 低濃度電解水 Low concentration Electrolyzed Wate LcEW 電解氧化水 Electrolyzed Oxidizing Water EOW 等 3 6 本文將從電解水在采后果蔬主要應(yīng)用的三 個方面進行研究進展和機制綜述 并對電解水的應(yīng)用方 式和近五年果蔬采后相關(guān)電解水專利進行分析 以期對 該技術(shù)后續(xù)的研究和應(yīng)用提供一些基礎(chǔ)參考 1 電解水制備及分類概述 從表 1 可以看出 目前電解水的分類主要是根據(jù)電 解水 pH 值 ACC ORP 和內(nèi)含物質(zhì)大致分為酸性 堿 性 氧化性 還原性四類電解水 這四大類電解水的制 備方式不盡相同 隨著 EW 技術(shù)的發(fā)展 不同功能 不 同使用目的 專用的電解裝置層出不窮 所有電解裝置 均含有電解槽 EW 的制備主要在電解槽中進行 電解槽 可分為單槽 雙槽 有隔膜 無隔膜式 目前一般采用 隔膜式電解槽 發(fā)生電解時 裝置兩側(cè)電解室通過隔膜 在電解過程中產(chǎn)生離子交換 電解稀鹽溶液產(chǎn)生的 Cl 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 http www tcsae org 2022 年 230 OH 等負(fù)電荷離子逐步移動到陽極以釋放電子 并生成 HCl HClO Cl 2 和 O 2 等成分 進而在陽極處形成 AEW 同時 Na K H 等帶正電的離子向陰極移動 在陰極 上生成 NaOH KOH 和 H 2 進而在陰極處形成 AlEW 1 表 1 不同類型電解水及其應(yīng)用領(lǐng)域的對比 Table 1 Comparison of different types of electrolytic water and its application fields 電解水類型 Electrolytic water type 其他名稱 Other names 理化特性 Physical and chemical properties 主要作用 Main function 參考文獻 References 強酸性電解水 Acid Electrolytic Water AEW 酸性氧化電位水 Acidic Oxidation Potential Water AOPW 強酸性氧化 離子水 Electrolyzed Strong Acid Water ESACW 機能水 Functional Water FW 不具有腐蝕性 主要有效成分 HClO Cl H HClO 等離子 有效氯成分 Active Chlorine Component ACC 25 80 mg L 1 pH 值為 2 2 2 7 氧化還原電位 Oxidation Reduction Potential ORP 1 100mV 醫(yī)療領(lǐng)域用來手指清洗消毒 可收斂割 傷口 迅速止血除菌 并可有效處理皮 膚炎癥 內(nèi)窺鏡消毒 食品 日化行業(yè)常作為設(shè)備消毒清洗劑 使用 7 弱酸性電解水 Slightly Acidic Electrolysis Water SAEW 弱酸性電位水 Slightly Acidic Electrolyzed Water SAEW 微酸性電 解水 Sub Acidic Electrolyzed water Sub AEW 易氧化分解 陰冷密閉保存 對金屬物質(zhì)外的其他物質(zhì) 不具有腐蝕性 主要有效成分 HOCl pH 值為 2 7 6 5 其中常把 pH 值為 2 7 5 0 的稱 為弱酸性電解水 把 pH 值為 5 0 6 5 的稱為微酸 性電解水 ACC 10 30 mg L 1 ORP 10 600 mV 保鮮行業(yè)常用作去除新鮮農(nóng)產(chǎn)品中的 農(nóng)藥殘留物的方式 抑制采后果蔬發(fā)生 褐變 食品行業(yè)常用于食品及食品設(shè)備的殺 菌劑 農(nóng)業(yè)中用作農(nóng)藥的替代品預(yù)防農(nóng)作物 的病蟲害 8 11 低濃度電解水 Low Concentration Electrolyzed Water LcEW 微酸性氧化電位水 Slightly Acidic Electrolyzed Oxidizing Water SAEOW 微酸性電解水 Slightly Acidic Electrolyzed Water SAEW 主要成分 HOCl ACC 2 5 mg L 1 pH 6 2 6 5 ORP 600mV 食品行業(yè)常用于食品及食品設(shè)備的殺 菌劑 消毒劑 保鮮行業(yè) 用作除果蔬 水產(chǎn)品表面污 物 也具有一定的抑菌能力 12 強堿性電解水 Alkalinity Electrolysis Water ALEW 強堿性電解離子水 Strong Alkaline Electrolytic Ion Water SAEIW 還原 電位電解水 Reduction Potential Electrolytic Water PREW 強堿性電 解還原水 Strong Alkaline Electrolytic Reduced Water SAERW pH 值 11 11 5 ORP 800 900mV 堿性電解水中主要含有鉀離子 氫氧根離子并富 含氧離子 由 5 6 個分子組成的小分子水 食品和餐飲行業(yè)作為食品清潔劑 保鮮行業(yè) 用作除果蔬表面污物及農(nóng)藥 殘留 也具有一定的抑菌能力 農(nóng)業(yè)行業(yè)常用作土壤改良劑 減少酸性 物質(zhì)產(chǎn)生 消除酸化體質(zhì) 激活植物細(xì) 胞功能 改善多種慢性病 4 13 弱堿性電解水 Slightly Alkaline Electrolysis Water SLAEW 弱堿性電解離子水 Slightly Alkaline Electrolytic Ion Water SAEIW 還原 電位電解水 Reduction Potential Electrolytic Water PREW 弱堿性電 解還原水 Slightly Alkaline Electrolytic Reduced Water SAERW pH 值為 7 0 10 0 由 3 6 個的小分子水團組成 農(nóng)業(yè)行業(yè)用作栽培土壤防治或者緩解 土傳病害 醫(yī)療行業(yè)常用作中和各種酸代謝物的 治療方式 防止體制酸化 延緩組織器 官衰老 食品 餐飲行業(yè)常作為加工和日常飲 用水 4 新水 New Water NEW 中性電解水 Neutral Electrolyzed Water NEW 微堿性電解水 Slightly Alkaline Electrolytic Ion Water SAEIW 中性電 解氧化水 Neutral Electrolysed Oxidising Water NEW 無腐蝕性 刺激性 少量 OH pH 值為 7 0 7 5 ACC 20 60 mg L 1 農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè) 用于減少水果和蔬菜 消毒的游離氯的含量 果蔬保鮮行業(yè) 用于防止新鮮農(nóng)產(chǎn)品的 交叉污染 農(nóng)業(yè)行業(yè)用作栽培土壤防治或者緩解 土壤毒害的消毒劑 14 電解氧化水 Electrolyzed O xidizing Water EOW 酸性氧化電位水 Electrolyzed Oxidizing Water EOW pH 值通常為 2 0 3 0 但也可以使用堿性溶液調(diào) 配至中性條件 ORP 1 000 mV ACC 50 70 mg L 1 醫(yī)療行業(yè)中 可用于手消毒 內(nèi)窺鏡消 毒 病房空氣消毒 血液透析機清洗 口腔清洗 口腔潰瘍 陰道炎 特異性 皮膚炎 擦傷 切傷 壓瘡 燒傷 術(shù) 創(chuàng) 壞疽等治療 食品安全 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域作為氧化劑 也有著廣泛應(yīng)用 15 16 電解還原水 Electrolytic Re duced Water ERW 堿性離子水 Alkaline Ionized Water AIW 5 6 個水分子團組成 含氧量高 含較多的氫氧 根離子 呈堿性 分子活性相對比較高 具有較 強還原性 穩(wěn)定性差 難保存 pH 值為 8 5 9 5 ORP 0 最高可到 800mV ACC 30 mg L 1 食品 餐飲 美容 運動行業(yè)常用作消 毒劑 殺菌劑使用 日常使用中 作為飲用水具有清除體內(nèi) 過氧化物 有防病抗衰老作用 在醫(yī)療行業(yè)中也作為防治疾病的輔助 手段 7 17 傳統(tǒng)制備弱酸性電解水常使用有隔膜式電解槽 主 要利用陽極生成的 AEW 通過人為稀釋的方式調(diào)配制得 SAEW 目前為了提升生成率和連續(xù)作業(yè)效率 更多采用 利用無隔膜式的電解槽進行 SAEW 制備 向無隔膜式電 解槽加入低濃度的 NaCl 和稀 HCl 混合溶液 陰 陽電極 通過直流電的作用發(fā)生電化學(xué)反應(yīng) 通過兩極相互融合 最終直接生成 SAEW 2 由于 AEW 和部分 SAEW 的低 pH 值和高氧化還原電位帶來的較強酸性和氧化性 限制 了 AEW 在日常生活中的使用 因此研究者提出通過在無 隔膜電解槽中電解 0 9 稀釋 NaCl 溶液而產(chǎn)生低濃度電 解水 LcEW 其 pH 值范圍通常為 6 2 6 5 氧化還 原電位 ORP 范圍為 500 520 mV 有效氯濃度 ACC 范圍為 2 5 mg L LcEW 比傳統(tǒng)的 AEW 和 SAEW 具有 更寬廣的使用范圍 被拓展到食品 餐飲 運動等日常 第 22 期 劉幫迪等 電解水技術(shù)在果蔬采后保鮮領(lǐng)域的研究和應(yīng)用進展 231 消費行業(yè)中 3 弱堿性電解水的制備與 AEW AlEW 和 SAEW 最大 的區(qū)別是電解液的差異 SAlEW 的制備通常采用小型 家用電解水機使用飲用水進行制備 因此 SAlEW 也更多 的應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ钪?4 新水作為 SAlEW 中較為特 殊的一類 由于其 pH 值更接近中性 通常 pH 在 7 0 8 0 之間 被證實具有一定的生理功能 大量作為醫(yī)療用 水和飲用水使用 5 電解氧化水是由稀釋的鹽溶液 通常使用 NaCl 電 解產(chǎn)生的 根據(jù)酸堿性也屬于酸性電解水 通常 pH 3 但根據(jù)使用情況的不同 也可以使用堿性溶液中和其酸 性 達(dá)到中性條件 與 AEW 最大的差異是 EOW 具有更 高的 OPR 通常 OPR 值需大于 1000 6 電解還原水一般 呈堿性 又稱為 堿性還原水 在制備過程中使 ORP 由正變?yōu)樨?fù) 收集得到 但由于活性氫不穩(wěn)定 得到電 子后變?yōu)?H 2 溢出 因此 ERW 存在不易保存的特性 7 2 電解水抑制采后果蔬微生物的研究 新鮮果蔬在采摘 分級 貯藏 包裝 運輸以及商 品化處理等過程中有極大概率接觸環(huán)境中的不良微生 物 造成侵染性病害 導(dǎo)致果蔬在貯藏保鮮中大量腐爛 變質(zhì)和食用安全問題 嚴(yán)重影響果蔬貯藏 貨架銷售期 和農(nóng)村農(nóng)戶的實際收益 據(jù)統(tǒng)計 中國果蔬產(chǎn)業(yè)因采后 處理不當(dāng)導(dǎo)致的病害腐爛率超過 30 遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家 水平 18 目前 EW 作為一種新型 安全 綠色的技術(shù)已 經(jīng)大量的應(yīng)用到餐飲和食品加工行業(yè)的消毒 研究指出 強酸性電解水用于食品加工機械 新鮮果蔬的清洗與消 毒 可以有效殺滅物品表面的致病菌 19 電解水作為一種新型殺菌劑 較其他殺菌方式具有 明顯優(yōu)勢 1 殺菌具有廣譜 速效 強效的特點 對多 數(shù)細(xì)菌可在短時間內(nèi)達(dá)到理想的殺滅效果 2 生產(chǎn)及使 用過程操作簡便 可隨用隨產(chǎn) 不存在貯藏及運輸?shù)确?面的危險 3 克服了氯類消毒劑生產(chǎn)時必須添加大量化 學(xué)藥劑的缺點 節(jié)省了化工原料 降低了環(huán)境污染 4 作 為處理溶液無殘留 由于電解水作用于殺菌成分極不穩(wěn) 定 隨時間 光照 空氣及接觸介質(zhì)會很快降解甚至消 失 不會造成二次污染 2 1 電解水對采后果蔬細(xì)菌的抑制研究 由于空氣 土壤 水源中均含有大量的細(xì)菌 果蔬 在生長發(fā)育 采后處理過程極易受到細(xì)菌微生物的侵染 采后果蔬中的細(xì)菌侵染主要分為導(dǎo)致果蔬腐爛細(xì)菌侵染 和食用安全風(fēng)險的致病細(xì)菌侵染 20 21 致腐爛菌會在果 蔬成長周期中侵染潛伏或在采后處理過程中侵染 22 造 成果蔬軟腐病 角斑病 環(huán)腐病等侵染性病害 23 24 此 外 對于鮮切果蔬而言 在貨架銷售過程中極易污染假 單孢菌 芽孢桿菌 沙門氏菌 單增李斯特菌 大腸桿 菌等各類致病菌 從而造成潛在食品安全隱患 25 由于酸性環(huán)境條件可以對大部分細(xì)菌的產(chǎn)生抑制生 長和繁殖的作用 因此不同類型的酸性電解水均可以有 效地處理采后果蔬表面細(xì)菌的生長 包括 SAEW NEW LcEW AEW 和 EOW 等 而堿性電解水由于其理化性質(zhì) 不具備抑菌性 因此較少研究 目前關(guān)于 EW 抑制細(xì)菌 的研究大部分集中在酸性電解水的 ACC ORP pH 值等 理化性質(zhì)和處理時間 清洗條件對細(xì)菌抑制效果上 Han 等 26 的研究指出大于 1min短時間的浸泡清洗即可有效去 除蔬菜表面沙門氏菌的數(shù)量 對于蔬菜可以使用較短時 間清洗去菌 這是因為蔬菜沒有較厚的表皮且細(xì)胞壁較 薄 酸性電解水在破壞細(xì)菌細(xì)胞時 也會對蔬菜的表面 細(xì)胞產(chǎn)生一定的外源脅迫效應(yīng) 過長時間的清洗 浸泡 可能會導(dǎo)致蔬菜損壞 但對于水果可以考慮較長時間 大 于 5min 的清洗處理 以達(dá)到更好的抑菌效果 酸性電 解水的抑菌方式上 大量研究指出直接浸泡的抑菌效率 不如沖淋 氣浴 超聲 振蕩 攪拌等物理輔助清洗手 段高 27 28 西蘭花 甘藍(lán) 等表面不光滑 具有縫隙的 蔬菜可以使用超聲 氣浴等輔助方式 增強清洗和抑菌 效果 但水果物料由于表皮光滑 可接觸的比表面積較 大 因此可以選擇振蕩或浸泡等簡單的清洗方式 此外 部分研究也對比了電解水和其他常見清洗抑 菌劑的除菌 抑菌效果 AEW 由于其強酸性 高 ORP 和 pH 值低于 3 的理化特性 對常見食源性微生物的抑菌 效果明顯優(yōu)于次氯酸鈉 高錳酸鉀稀溶液 26 部分研究 也指出 SAEW 和 NEW 等非強酸性的電解水結(jié)合適當(dāng)物 理清洗處理方式 最高滅菌率也可以達(dá)到 95 29 31 目 前電解水能夠有效抑制的果蔬細(xì)菌種類主要是食源性致 病微生物 主要包括大腸桿菌 Escherichia coli 鼠傷 寒沙門菌 Salmonella typhimurium 金黃色葡萄球菌 Staphylococcus aureus 單核細(xì)胞增生李斯特菌 Listeria monocytogenes 和糞腸球菌 Enterococcus faecalis 等 常見食源致病微生物 Guentzel 等 32 通過體外試驗驗證當(dāng) 電解水的 pH 值 20 mg L ORP 值 800 mV 時 處理 10 min 即可有效將上述致病食源性細(xì)菌滅活 表 2 還具體列舉了電解水抑制細(xì)菌的具體條件和細(xì)菌種類 從中可以發(fā)現(xiàn)酸性電解水處理條件和抑菌種類研究已 經(jīng)十分豐富 因此酸性電解水已經(jīng)大量投入凈菜加工和 鮮切果蔬加工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中 但電解水對于致果蔬病害的 微生物的抑制還有待進一步探究 有助于電解水應(yīng)用于 長時間貯藏 周轉(zhuǎn)儲運 對外貿(mào)易等果蔬農(nóng)產(chǎn)品的貯運 行業(yè) 2 2 電解水對采后果蔬真菌的抑制研究 真菌侵染對采后果蔬的危害極大 采后果蔬貯運期 間的傳染性病害幾乎全由真菌引起 侵染果蔬的真菌種 類主要有鞭毛菌亞門 接合菌亞門 子囊菌亞門和半知 菌亞門為主的四種真菌 具體引起各類果蔬在貯藏運輸 過程中發(fā)生腐霉病 褐腐病 軟腐病 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 制果蔬貯藏過程中的真菌活力和繁殖能力 成為延長果 蔬貯藏周期的關(guān)鍵因素之一 隨著 EW 技術(shù)在果蔬采后上的研究深入 部分研究 者認(rèn)為 EW 能夠用于控制果蔬真菌性采后疾病 和電解 水抑制細(xì)菌的結(jié)果相似 目前能夠有效抑制果蔬真菌的 電解水類型仍然是酸性或氧化性較強的電解水 并且研 究指出隨著電解水酸性和氫離子濃度的增加 可以有效 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 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 步增強 44 電解水抑制果蔬表面真菌的使用方式比抑制 細(xì)菌的方式更加豐富 除了在果蔬采后清洗 分選環(huán)節(jié) 加入電解水外 還可以在果蔬貯藏過程中定期噴灑 EW 達(dá)到抑菌目的 45 這主要是由于真菌的繁殖依賴孢子 而噴灑電解水可以有效抑制貯藏環(huán)境中漂浮孢子的活 性 達(dá)到減少真菌侵染的目的 例如 Guentzel 等 45 在桃 子 葡萄貯藏過程中噴灑 EW 可以有效將灰霉感染率降 低到 11 以下 此外 電解水除了可以清除果蔬表面至 腐真菌 抑制貯藏環(huán)境中孢子 還可以抑制果蔬體內(nèi)膠 孢炭疽菌 Colletotrichum gloeosporioides 鏈格孢菌 Alternaria alternata 等侵染潛伏性真菌生長 這類真菌 在花期大量侵染果實的花器 潛伏在果實體內(nèi) 在貯藏 過程中隨著果實后熟大量繁殖 導(dǎo)致果蔬貯藏中腐爛 例如芒果 鱷梨 香蕉 番荔枝等熱帶水果的炭疽病和 冬棗的黑斑病等 Hassan 等 46 研究指出 NEW 處理顯著 抑制了鱷梨貯藏過程匯總炭疽病的發(fā)病程度 并提出 NEW 中的次氯酸成分在體外對鱷梨炭疽病菌有直接的抑 制作用 因此 這類易受侵染潛伏性真菌影響的水果可 以在產(chǎn)收后采取電解水清洗和貯藏噴灑的方式減緩貯藏 中腐爛現(xiàn)象 由于真菌和細(xì)菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu) 生理特征差 異性 少量電解水抑制真菌的研究指出堿性電解水也可 能具備一定抑菌效果 例如 Hussien 等 47 指出 AEW 和 ALEW 處理雖然都可以抑制柑橘表面青霉菌生長 但在 使用 ALEW 對橙子進行體內(nèi)研究上卻認(rèn)為 ALEW 的抑菌 效果更好 在體外試驗中 ALEW 和 AEW 均對橙子表皮 分離出的青霉菌分生孢子懸液有抑制作用 在體內(nèi)接種 試驗中 ALEW 除了可以有效抑制橙子青霉菌的發(fā)病率 還可以更好的抑制果實表面病變直徑 48 如表 3 所示 目前大量研究還是集中在 AEW 抑制真菌上 表 2 電解水技術(shù)對采后果蔬細(xì)菌的抑制研究 Table 2 Inhibition of bacteria on postharvest fruits and vegetables by electrolytic water 有效處理條件 Effective EW treatment condition 果蔬種類 Types of fruits and vegetables EW 種類 EW species 處理時間 min ACC mg L 1 pH 值 pH value ORP mV 細(xì)菌種類 Species of bacteria 有效殺菌率 效果 Effective sterilization rate Effect 參考文獻 References 鮮切生菜 Fresh cut lettuce EW 20 31 95 1 000 829 大腸桿菌 99 5 33 鮮切芹菜 Fresh cut celery 鮮切生菜 Fresh cut lettuce SAEW 10 22 1 5 6 6 5 931 大腸桿菌 沙門氏菌 減少 2 87 lgCFU g 1 和 2 91 lgCFU g 1 34 蘋果 Apple AEW 6 45 大腸桿菌 沙門氏菌 單增李斯特菌 金黃色葡萄球菌 91 84 35 番茄 Tomato AEW 200 444 大腸桿菌 O157 H7 單增李斯特菌 沙門氏菌 三種菌均減少 4 87 lgCFU g 1 36 黃瓜 Cucumber AEW 0 5 2 5 40 50 副溶血性弧菌 單增李斯特菌 達(dá)到完全殺滅 30 鮮切胡蘿卜 Fresh cut carrot AEW 10 4 4 02 956 8 大腸桿菌 O157 H7 沙門氏菌 分別減少 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 大腸桿菌 98 92 37 鮮切蘋果 Fresh cut apple AEW 6 45 大腸桿菌 沙門氏菌 單增李斯特菌 金黃色葡萄球菌 91 84 38 鮮切馬鈴薯 Fresh cut potato SAEW 10 35 2 5 1 180 大腸桿菌 O78 金黃色葡萄球菌 26003 枯草芽孢桿菌 1 1849 3 種菌下降到 1 3 lgCFU g 1 范圍內(nèi) 39 平菇 Oyster mushroom LcEW 0 5 1 3 5 10 5 6 2 522 520 大腸桿菌 單增李斯特菌 蠟樣芽孢桿菌 沙門氏菌 降低至 1 90 2 16 lgCFU g 1 3 西蘭花 Broccoli NEW 2 70 100 7 0 1 900 大腸桿菌 減少至對照組 1 4 6 40 鮮切藕 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 大腸桿菌 枯草芽孢桿菌 降低約 16 29 41 EW 技術(shù)對果蔬真菌抑制能力的研究比細(xì)菌更少 且 大部分研究還尚未涉及其對真菌的抑菌機制 大部分研 究僅籠統(tǒng)地指出電解水可以抑制霉菌或者酵母菌 并沒 有確切指出對具體的致病真菌有抑制效果 而侵染采后 果蔬的真菌種類繁多 不同果蔬的貯藏病癥也十分豐富 因此后續(xù)詳細(xì)地開展電解水對不同果蔬 不同病癥的真 菌抑制研究具有極大的科學(xué) 社會和經(jīng)濟效益 2 3 電解水的抑菌機制 酸性 堿性 氧化性 還原性等不同性質(zhì)的 EW 對 果蔬細(xì)菌 真菌均有一定的抑制效果 部分研究嘗試闡 明電解水的具體抑菌機制 如圖 1 所示 目前研究針對 酸性電解水的抑菌機制已經(jīng)基本闡述清楚 酸性電解水 的殺菌效果主要與 pH 值 ORP 和 ACC3 個重要因素有 關(guān) 1 由于大部分細(xì)菌 真菌等侵染果蔬的致病微生物和 第 22 期 劉幫迪等 電解水技術(shù)在果蔬采后保鮮領(lǐng)域的研究和應(yīng)用進展 233 食源性微生物的適宜生存 pH 值為 4 9 左右 較低的 pH 值可破壞其細(xì)胞膜電位 破壞膜結(jié)構(gòu)上的多糖 寡肽等 兩性物質(zhì) 增加細(xì)胞膜透性 擾亂正常代謝 導(dǎo)致微生 物內(nèi)源性死亡 56 此外 酸性電解水中的 HCLO 和 CLO 等有效氯成分也能破壞微生物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu) 導(dǎo)致胞內(nèi)物 質(zhì)大量溢出 使脫氧核糖核酸變性 57 并且有效氯成分 還通過抑制微生物活性氧清除酶 造成微生物細(xì)胞內(nèi)活 性氧的過量積累 破壞胞內(nèi)核酸 蛋白質(zhì)及脂質(zhì)等物質(zhì) 加速細(xì)胞死亡 58 最后 高 ORP 值的酸性電解水能打破 細(xì)胞氧化還原狀態(tài) 損傷細(xì)菌的內(nèi)外膜 導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)成 分泄漏和細(xì)胞死亡 研究者采用化學(xué)方法模擬出一種 ORP 值很高的溶液 在沒有 Cl 存在的情況下其殺菌作用 依舊明顯 目前 國內(nèi)外多數(shù)學(xué)者認(rèn)為有效果氯濃度是 AEW SAEW EOW 的主要殺菌因子 針對堿性電解水 目前并沒有相關(guān)研究明確指出其對果蔬真菌 細(xì)菌的具 體研究機制 59 表 3 電解水技術(shù)對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 有效處理條件 Effective EW treatment condition 果蔬種類 Types of fruits and vegetables EW 種類 EW species 處理時間 mi ACC mg L 1 pH 值 pH value ORP mV 真菌種類 Species of fungi 有效殺菌率 Effective sterilization rate 參考文獻 References 西蘭花 Broccoli AEW NEW 2 70 100 7 0 1 900 霉菌 酵母菌 減少至 1 2 3 1 3 0 減少至 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 貯藏過程 中 霉菌菌落總數(shù)維持在 2 2 4 1 lgCFU g 1 49 桃 Peach SAEW 6 3 6 5 褐腐病菌 減少 6 lgCFU g 1 50 鮮切菠蘿 Fresh cut pineapple AEW 2 66 2 36 酵母菌 霉菌 51 桃果實 Peach fruit EOW 5 270 5 8 990 桃褐腐病菌 發(fā)病率降低 5 20 52 茄子 Eggplant AEW SAEW 5 56 30 酵母菌 霉菌 與對照相比減少約 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 鮮切胡蘿卜 Fresh cut carrot SAEW 10 23 5 5 酵母菌 霉菌 減少超過 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 減少 1 26 lgCFU g 1 44 柑橘果實 Citrus ALEW AEW 9 2 11 0 2 6 5 8 240 156 47 420 青霉菌 AEW 效果較好 可殺滅 90 以上青霉 47 梨果實 Pear EOW 1 5 10 150 2 6 1 170 輪紋病菌 發(fā)病率降低 52 6 29 圖1 酸性電解水的抑菌機制 Fig 1 Bacteriostatic mechanism of acid electrolytic water 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 http www tcsae org 2022 年 234 3 電解水對農(nóng)藥殘留降解的研究 中國作為全球果蔬生產(chǎn)大國 農(nóng)藥殘留是種植業(yè)面 臨的一個重要問題 農(nóng)藥雖然被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 有效抑制害蟲生長 但在果蔬中殘留也存在大量副作用 殘留農(nóng)藥除了會影響食用者身體健康 對大腦神經(jīng)元 免疫系統(tǒng) 生殖系統(tǒng)等造成長期的負(fù)面影響 60 還會對 土壤 水源和大氣造成環(huán)境污染 61 除了通過水肥管理 快速檢測等手段管控農(nóng)藥施用 利用果蔬商品化處理技術(shù) 降低采后果蔬的農(nóng)藥殘留 也是目前研究的重點方向 62 采后果蔬中主要的農(nóng)殘類別主要是有機氯農(nóng)藥 有機磷 氨基甲酸酯類農(nóng)藥和菊酯類農(nóng)藥四大類 63 主要包括六 六六 DDT 百菌清 除蟲菊素 敵敵畏 草甘膦和草 銨膦等 3 1 電解水降解農(nóng)藥殘留的研究現(xiàn)狀 EW 技術(shù)作為一種新型 環(huán)保 節(jié)能的農(nóng)藥殘留處 理技術(shù) 在中國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域和餐飲行業(yè)已經(jīng)被廣 泛應(yīng)用 電解水降解果蔬農(nóng)藥殘留是目前電解水研究 的最熱點方向 大量研究指出 AEW SAEW ALEW EOW 等具備酸性 堿性 氧化性 還原性的電解水均 可以降解果蔬農(nóng)藥殘留 但酸性電解水的降解農(nóng)藥殘 留能力普遍比堿性電解水更強 例如肖偉等 64 發(fā)現(xiàn) pH 值 13 5 的堿性電解水浸泡處理能夠有效去除西蘭花 中辛硫磷 而較低 pH 值的堿性電解水對辛硫磷的去除 能力不強 但在去除白菜表面辛硫磷的研究中發(fā)現(xiàn)僅 需要使用 1 50 的微酸性電解水處理就能夠去除白菜 中 92 的辛硫磷 65 此外 研究指出提升酸性電解水 的 ACC 和 OPR 均有助于增強農(nóng)藥殘留的去除能力 例如李慧穎等 10 將微酸性電解水 ACC 提升至大于 5 66 mg L 時 其對硫磷 甲基對硫磷和樂果的降解率 均能達(dá)到 100 目前電解水去農(nóng)殘的研究普遍指出可以被 EW 降 解去除的主要是果蔬表皮殘留的農(nóng)藥 66 67 并且 EW 比次氯酸鈉等傳統(tǒng)清洗溶液有更好的去農(nóng)殘效果 68 馬越等 69 用強酸電解水 弱酸電解水 次氯酸鈉溶液 臭氧水 去離子水等清洗劑研究對黃瓜上殘留的農(nóng)藥 毒死蜱的去除效果 發(fā)現(xiàn)強酸電解水處理 10 min 可以 有效降低黃瓜上非內(nèi)吸式有機磷類農(nóng)藥殘留 表面毒 死蜱去除率達(dá)到 44 8 但對于植物種植過程中多種 內(nèi)吸式的農(nóng)藥殘留 EW 沒有達(dá)到去除表面殘留農(nóng)藥一 樣的顯著效果 這主要是由于 EW 在電解過程中主要 生成氫分子 活性氧和羥基自由基 具有強氧化性的 羥基自由基可以和多種農(nóng)藥分子產(chǎn)生氧化反應(yīng) 從而 降解表面農(nóng)殘 殘留在果蔬表面和體內(nèi)的主要農(nóng)藥類型是有機 磷 有機氯和菊酯類農(nóng)藥 如表 4 所示 EW 能夠降解 的主要農(nóng)藥類型及相關(guān)官能團是有機磷農(nóng)藥 常見的 有機磷農(nóng)藥有毒死蜱 樂果 敵敵畏 乙酰甲胺磷和 辛硫磷等 有機磷類農(nóng)藥中大部分含有 P S P O 和 C O 雙鍵 不管是在酸性還是堿性電解水中 親核試 劑均易促成有機磷類農(nóng)藥雙鍵的斷裂 此外 電解水 還可降解吡蟲啉 烯啶蟲胺 螺蟲乙酯等含有 N O N C 自由雙鍵的農(nóng)藥 這可能歸因于自由雙鍵更有可 能被高度還原的電解氧化水還原和降解 除此之外 雖然也有報道指出 EW 可以降低果蔬有機氯和菊酯類 農(nóng)藥殘留量 但 EW 對其降解的具體機制和作用點尚 不清楚 有待進一步探索 3 2 電解水降解農(nóng)藥殘留的主要機制 果蔬的農(nóng)藥殘留去除受多種因素影響 主要包括農(nóng) 藥理化性質(zhì) 電解水理化性質(zhì)和果蔬表面結(jié)構(gòu) 對于不 同電解水類型 果蔬類型和殘留農(nóng)藥類型 目前針對酸 性電解水和堿性電解水 分別有兩種推論闡釋 EW 處理 減少果蔬農(nóng)藥殘留的機制 研究指出 堿性電解水和電解還原水的表面活性和 堿性環(huán)境作用可以去除某些果蔬表皮蠟質(zhì)層 從而增加 去除內(nèi)滲農(nóng)藥殘留的能力 78 起到輔助清洗的作用 從 而有助于農(nóng)藥殘留的去除 由于大部分蔬菜均是非規(guī)則 形態(tài) 且表面不光滑 富含蠟質(zhì)等 導(dǎo)致殘留農(nóng)藥容易 與蔬菜表面的化學(xué)物質(zhì)相結(jié)合 因此普通的清洗方式并 不能有效去除蔬菜的農(nóng)藥殘留 但堿性電解水具有較高 的較高的 pH 值 且富含稀氫氧化鈉 活性氫和溶解氫等 具有表面活性效應(yīng)的物質(zhì) 可以有效促進彩椒 藍(lán)莓等 果蔬表面蠟質(zhì)水解 增加清洗液氧化滲透農(nóng)藥殘留的能 力 75 此外 堿性電解水還具有正辛醇 水分配系數(shù)和負(fù) 極性 可以增加西蘭花 白菜 菜心等表面不規(guī)則和表 面粗糙蔬菜的表面張力 使冠狀部位附著的農(nóng)藥更容易 在沖洗 震搖 超聲等物理作用下隨清洗液去除 75 但 有關(guān)堿性電解水去除農(nóng)藥殘留的研究 均沒有指出 AlEW 溶液中的 OH 和負(fù) ORP 能夠針對性的與有機磷 有機氯 和菊酯等主要農(nóng)藥發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 與堿性電解水相比 酸性電解水降解殘留農(nóng)藥主要 依賴溶液的強酸性 高 ORP 高 ACC 和 HOCl 的強氧化 性 這些理化特性可以有效破壞大部分農(nóng)藥的化學(xué)鍵位 從而起到降解作用 79 如表 4 所示 目前大量酸性電解 水降解農(nóng)藥的研究僅詳細(xì)闡明了 AEW 與有機磷農(nóng)藥的 化學(xué)反應(yīng)過程 10 對于有機氯和菊酯類農(nóng)藥與酸性電解 水的降解機制還尚不清晰 以常見有機磷農(nóng)藥毒死蜱為 例 AEW 溶液中 HOCl 和 OH 共