謝慧琳，唐金艷，林育釗，林河通，陳藝暉

(1. 福建農(nóng)林大學食品科學學院,福建福州 350002; 2. 亞熱帶特色農(nóng)產(chǎn)品采后生物學福建省高校重點實驗室,福建福州 350002)

我國是水果、蔬菜的生產(chǎn)大國，隨著人們生活水平的不斷提高，果蔬消費占比日益增大，采后果蔬保鮮顯得尤為重要。然而，采后果蔬保鮮與果蔬采后生理代謝、采后處理方式、貯運條件等因素有關(guān)，尤其是保鮮劑的選擇和使用濃度對采后果蔬保鮮效果及安全性問題影響較大。目前市場上使用的保鮮劑存在著成本高、化學殘留、殺菌效果有限等缺點[1-3]。因此，開發(fā)廣譜、高效、安全、無殘留的保鮮技術(shù)成為目前果蔬采后保鮮亟待解決的問題。

電解水(Electrolyzed oxidizing water,EOW)又稱電生功能水、氧化還原電位水，是在一種特殊的裝置中采用低壓直流電電解一定濃度的稀鹽或稀酸溶液，使溶液的pH值、氧化還原電位(Oxidation reduction potential,ORP)、有效氯濃度(Available chlorine concentration,ACC)等指標發(fā)生變化而產(chǎn)生的具有特殊理化性質(zhì)的水溶液[4-7]。根據(jù)pH值的不同，可將EOW分為酸性電解水(Acidic electrolyzed water,AEW)、微酸性電解水(Slightly acidic electrolyzed water,SAEW)和堿性電解水(Alkaline electrolyzed water,AlEW)[6]。早在2002年，EOW已被日本列為允許使用的食品添加劑；2005年，美國環(huán)保署批準其在食品工業(yè)中使用[8-9]。

1 電解水的制備原理

電解水的制備主要在電解槽中進行。電解槽分為單槽、雙槽，有隔膜、無隔膜式。如圖1所示，目前一般采用隔膜式電解槽，其陽極室主要產(chǎn)生氧氣(O2)、氯氣(Cl2)、次氯酸根(ClO-)、次氯酸(HClO)和鹽酸(HCl)等組成的AEW；而陰極室產(chǎn)生的氫氧根離子(OH-)與鈉離子(Na+)結(jié)合生成AlEW[10]。無隔膜式的電解槽與有隔膜式的相比，在制備微酸性電解水(SAEW)上有所不同：有隔膜式電解槽只能利用部分AEW來制備SAEW，而無隔膜式電解槽中的AEW和AlEW一經(jīng)產(chǎn)生就馬上混合，形成SAEW，大大提高了SAEW的生成率[1，10]。

1.1 AEW

電解稀鹽溶液產(chǎn)生的負電荷離子(例如Cl-和OH-)會移動到陽極以釋放電子，并生成HCl、HClO、Cl2和O2等，進而形成AEW(pH 2.3～2.7，ORP>1 000 mV)。研究表明，AEW被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品加工設(shè)備消毒、果蔬殺菌保鮮等領(lǐng)域[11-12]。

圖1 電解水發(fā)生器及其生成物示意圖[1]Fig 1 Schematics of electrolyzed water generator and produced compounds

1.2 AlEW

在電解過程中，帶正電的離子(Na+和H+)向陰極移動，在陰極上獲得電子，生成氫氧化鈉(NaOH)和氫氣(H2)，形成AlEW，其pH最高可達13，ORP介于-800～-900 mV[12]。AlEW主要用于去除果蔬中的農(nóng)藥殘留、促進農(nóng)作物生長，以及作為生活用水等[13-15]。

1.3 SAEW

在電解水制備過程中，一部分的AlEW重新定向(回流)流入AEW，中和得到由HClO和HCl組成SAEW[1,16]。研究表明，SAEW被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、果蔬殺菌等領(lǐng)域[17-18]。

2 電解水的理化性質(zhì)

2.1 pH

絕大多數(shù)微生物存活的pH范圍為4～9，AEW具有較低的pH值，對微生物細胞的外膜有活化作用，導致其通透性增加而使HClO進入到微生物細胞，使細胞內(nèi)部的酶遭到破壞以致死亡。

2.2 ORP

好氧微生物存活的最適ORP范圍為+200～+800 mV，厭氧微生物則為-700～+200 mV，而AEW所具備的高ORP特性，會改變微生物細胞體內(nèi)的電子流，造成細胞膜破裂，使其內(nèi)部的酶被氧化而死亡。

2.3 ACC

ACC主要是由HCl、HClO、Cl2等共同組成，在制備過程中Cl-在陽極附近被氧化形成HClO，其在酸性溶液中殺菌能力遠強于ClO-；尤其是HClO不僅可以破壞細菌的細胞壁和病毒的外殼，甚至可以作用于細菌病毒內(nèi)部的核酸和酶，從而起到殺死病原微生物的效果[19]。

3 電解水技術(shù)的優(yōu)勢

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，非熱力加工已經(jīng)成為食品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，如高壓、高壓脈沖電場、臭氧、紫外線、超聲波、電解水等加工技術(shù)。其中，電解水作為一種新興技術(shù)備受關(guān)注。電解水廣泛應(yīng)用于果蔬殺菌和保鮮領(lǐng)域，其作為殺菌劑具有瞬時、廣譜、高效、安全、無殘留的特點[8,20]；作為保鮮劑則有利于果蔬感官品質(zhì)和營養(yǎng)價值的保持[21]。謝軍等[16]研究認為，AEW是一種有效殺滅微生物的抗菌劑。當AEW同有機物接觸或被自來水稀釋后，其含有的有效殺菌成分會被降解而重新變成普通的自來水。因此，它對人的健康和環(huán)境都無害。SAEW具有pH接近中性，對人體無害，腐蝕性低，對運輸和儲存的材料要求不高等特點，便于推廣應(yīng)用[6]。Ayebah等[22]的研究也表明了pH值為5.5～6.5的SAEW腐蝕性低，且兼具殺菌效果、綠色環(huán)保等優(yōu)點。

4 電解水技術(shù)在采后果蔬保鮮中的應(yīng)用

4.1 離體條件下電解水對微生物直接抑制效果

研究表明，離體條件下EOW對微生物有直接的抑制效果。Khayankarn等[23]用不同ACC(100、200、300 mg/L)的AEW分別處理鐮刀菌(Fusariumsp.)，在27 ℃的條件下培養(yǎng)48 h。結(jié)果表明，不同ACC(100、200、300 mg/L)的AEW均能完全抑制Fusariumsp.孢子的萌發(fā)。Guentzel等[24]研究表明，在25 ℃的條件下，用不同ACC(20、50、100、120 mg/L)的SAEW(pH 6.5, ORP 800～900 mV)分別處理大腸桿菌(Escherichiacoli)、鼠傷寒沙門菌(Salmonellatyphimurium)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、單核細胞增生李斯特菌(Listeriamonocytogenes)和糞腸球菌(Enterococcusfaecalis)10 min。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，5種微生物均100%滅活。Guentzel等[25]進一步研究發(fā)現(xiàn)，SAEW(pH 6.3～6.5)可使桃和葡萄果實表面的灰霉病菌(Botrytiscinerea)和褐腐病菌(Moniliniafructicola)失活。林婷等[26]研究了離體條件下，不同ACC(0、10、20、30、40、50 mg/L)的AEW對L.monocytogenes和副溶血性弧菌(Vobrioparahaemolyticus)的抑制效果。結(jié)果表明，當ACC為30 mg/L時，0.5 min內(nèi)可完全殺滅V.parahaemolyticus；當ACC為40 mg/L時，0.5 min內(nèi)可完全殺滅L.monocytogenes。綜上所述，EOW對微生物的生長繁殖具有直接的抑制作用。

4.2 活體條件下電解水對果蔬的抑菌效果

Issa-Zacharia等[27]研究發(fā)現(xiàn)，SAEW(pH 5.6～6.5,ORP 931 mV,ACC 22.1 mg/L)可替代NaOCl溶液殺滅鮮切芹菜、生菜和蘿卜苗中的E.coli和沙門氏菌(Salmonella)。Raiputta等[28]的研究發(fā)現(xiàn)，在AEW(pH 2.36,ACC 66 mg/L)中浸泡2 min能有效抑制鮮切菠蘿中的大腸菌群、酵母菌和霉菌。Al-Haq等[29]用SAEW(pH 5.8,ORP 990 mV,ACC 270 mg/L)浸泡經(jīng)接種M.fructicola分生孢子的桃果實5 min，并于26 ℃下貯藏。結(jié)果表明，與對照組相比，SAEW可有效控制桃果實的發(fā)病率。馬焱娜等[30]用SAEW(pH 6.86,ORP 937 mV,ACC 21 mg/L)噴霧處理楊梅果實。結(jié)果表明，SAEW能降低楊梅果實表面微生物的菌落總數(shù)，保持果實采后品質(zhì)。此外，Al-Haq等[31]分別用三種AEW(pH 2.6,ORP 1 170 mV, ACC 150 mg/L；pH 4.8,ORP 1 100 mV,ACC 250 mg/L;pH 4.8,ORP 1 020 mV,ACC 200 mg/L)處理接種貝氏葡萄球菌(Botryosphaeriaberengeriana)孢子的梨果實。結(jié)果表明，與對照組相比，不同AEW處理均有效降低梨果實的發(fā)病率。趙德錕等[32]探究SAEW對鮮切梨保鮮效果的影響。結(jié)果表明，ACC為20 mg/L的SAEW浸泡鮮切梨表面6 min，其微生物菌落總數(shù)最少，抑菌效果最佳。肖衛(wèi)華等[33]用AEW(pH 2.5,ORP 1 150 mV,ACC100 mg/L)處理“全明星”草莓果實，并在0 ℃冷藏12 d。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，AEW可以顯著抑制草莓果實表面霉菌的生長。

4.3 電解水對果蔬貯藏品質(zhì)的影響

果蔬中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，如糖、酸、維生素、酚類物質(zhì)等，是滿足人體日常所需營養(yǎng)物質(zhì)的重要來源。然而，果蔬在采后貯藏期間，容易發(fā)生品質(zhì)劣變現(xiàn)象，如色澤轉(zhuǎn)變、組織失水、質(zhì)地軟化、風味改變、微生物侵染等[34]。研究表明，電解水技術(shù)有利于保持果蔬的外觀品質(zhì)和營養(yǎng)價值[35]。Raiputta等[28]研究發(fā)現(xiàn)，鮮切菠蘿經(jīng)過AEW(pH 2.36, ACC 66 mg/L)浸泡2 min能維持較高的維生素C含量。Chen等[36-37]研究表明，酸性電解水(pH 2.8, ACC 48 mg/L, ORP 1 125 mV)浸泡藍莓果實5 min，能保持果實較高的花青素、總酚含量和抗氧化能力，并降低多聚半乳糖醛酸酶(Polygalacturonase,PG)、纖維素酶(Cellulase,Cx)等細胞壁相關(guān)酶的活性，有效控制藍莓果實腐爛和軟化。Kim等[38]研究發(fā)現(xiàn)，不同電流電解產(chǎn)生的AlEW對鮮切蘋果進行處理后，均能有效抑制多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)的活性，延緩鮮切蘋果片褐變的發(fā)生；其中以19 A電流所產(chǎn)生的AlEW抑制PPO活性效果最佳。葉青青等[39]用EOW浸泡處理丑橘果實。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，EOW處理能維持果實較好的感官品質(zhì)，有效延緩果實失重率的上升。朱軍偉等[40]的研究發(fā)現(xiàn)，AEW(ACC 90～100 mg/L)能有效地抑制鮮切黃瓜褐變和腐爛，延緩其失重和丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量的上升，減少維生素C含量的下降，保持較高的硬度，有利于鮮切黃瓜貨架期的延長。Zhou等[41]研究了AEW(pH 6.1,ACC 21 mg/L,ORP 947.6 mV)對“Nanhui”桃果實的保鮮效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，AEW處理能保持新鮮桃果實的果肉品質(zhì)，抑制乙烯的產(chǎn)生；同時還能抑制果肉PPO和POD活性，保持較低的果肉MDA含量和細胞膜透性，延長果實貯藏期。于曉霞等[42]研究表明，AEW(pH 2.87,ACC 103.6 mg/L,ORP 1 087 mV)浸泡處理鮮切哈密瓜，能維持較高的可溶性固形物(Total soluble solids,TSS)、可滴定酸和維生素C含量，抑制MDA含量的上升，保持較好的感官品質(zhì)，有效維持鮮切哈密瓜的采后品質(zhì)。李華貞等[43]的研究表明，AEW(pH 3.04,ACC 30.1 mg/L,ORP 1 117.3 mV)、SAEW(pH 5.68,ACC 26.6 mg/L,ORP 854.3 mV)均能有效抑制菠菜中亞硝酸鹽的積累，抑制硝酸鹽向亞硝酸鹽的轉(zhuǎn)變，有利于保持菠菜的品質(zhì)，顯著提升其食用安全性；另外，SAEW浸泡處理還能有效保持不同品種桃果實采后硬度和TSS含量，同時降低果實腐爛率和褐變指數(shù)，有利于果實貯藏期間品質(zhì)的保持。綜上所述，AEW和SAEW處理均有利于保持果蔬采后貯藏品質(zhì)，提高果蔬耐貯性。

4.4 電解水技術(shù)與其他保鮮技術(shù)結(jié)合

張秋婷等[44]研究SAEW(pH 5.75, ACC 30 mg/L)、超高壓(100、200、300、400 MPa)、SAEW與超高壓結(jié)合3種保鮮方式對鮮切胡蘿卜殺菌效果的影響。結(jié)果表明，SAEW結(jié)合超高壓技術(shù)隨著壓力的增強，抑菌效果越好；當壓力達400 MPa時，殺菌效果最為顯著，且殺菌效果高于單獨使用SAEW或超高壓。支歡歡等[45]研究發(fā)現(xiàn)，SAEW(pH 5.9, ACC 29.8 mg/L, ORP 907.2 mV)與1% Ca(NO3)2聯(lián)合浸泡處理桃果實，可降低果肉細胞膜透性，保持較高的果實硬度，有效降低果實采后腐爛率，延長果實保鮮期。喬永祥等[46]的研究發(fā)現(xiàn)，AEW(pH 2.3,ACC 60 mg/L)聯(lián)合氣調(diào)包裝(5%O2和10%CO2)可有效抑制鮮切生菜微生物的生長和繁殖，有效延緩葉綠素、TSS和維生素C含量的降低，減少水分的流失，維持較高的感官品質(zhì)。周然等[47]研究發(fā)現(xiàn)，水蜜桃果實經(jīng)SAEW(pH 6.1, ACC 21 mg/L, ORP 947.6 mV)結(jié)合殼聚糖復合處理后，能有效抑制PPO活性和果肉的變色，提高采后果實貯藏品質(zhì)。綜上所述，電解水與其它保鮮技術(shù)聯(lián)合使用是電解水技術(shù)的發(fā)展方向。

5 展望

電解水技術(shù)與傳統(tǒng)保鮮手段相比，具有安全、高效、制取簡便、成本低廉等特點。然而，電解水技術(shù)也存在一定的局限性：①電解水主要由鹽酸、次氯酸、氫氧化鈉等化合物組成，相關(guān)食品安全的法律法規(guī)有待進一步完善；②溫度和光照是影響電解水保存的重要因素，有效氯會隨著溶液溫度的升高而損失，這將直接影響電解水的殺菌和保鮮效果；③當前電解水技術(shù)應(yīng)用于食品加工設(shè)備的清潔和消毒研究主要集中在低粘度流體(如牛奶、飲料、啤酒等)，深入研究電解水技術(shù)并將其應(yīng)用到高粘度流體(如番茄醬、芥末、酸奶等)加工設(shè)備的清潔和消毒是未來發(fā)展的趨勢[35,48-49]。隨著人們對電解水認識的提高及對電解水研究的不斷深入，電解水技術(shù)將在各領(lǐng)域，尤其是果蔬保鮮領(lǐng)域具有廣泛的推廣和應(yīng)用價值，這對于保障采后果蔬質(zhì)量安全具有重大意義。