酸性电解水在食品中的应用及其保鲜作用的研究进展

魏奇，张锶莹，吴艳钦，翁馨，韩坤煌*，陈美霞*

1. 宁德师范学院生命科学学院（宁德 352100）；2. 闽东水产品精深加工福建省高校工程研究中心（宁德 352100）；3. 闽东特色生物资源福建省高校工程研究中心（宁德 352100）；4. 科技厅产学研合作示范基地（宁德 352100）

食源性疾病已成为人类健康的重要威胁。根据世界卫生组织统计，全世界每年约有6亿人因食用致病菌污染的食物而患病，其中导致42万人死亡[1]。在我国，每年有2亿以上的人患食源性疾病，其中儿童最为常见。我国食品行业发展迅速，但食品安全问题仍层出不穷，已对人们的身体健康和生命安全造成影响。

食品工业中常用的消毒剂主要有二氧化氯、过氧乙酸、含氯化合物、季铵盐化合物和臭氧等。然而，这些杀毒剂对人类具有潜在的毒性或化学残留等副作用。因此，在食品工业中开发绿色、安全的消毒剂成为备受关注的话题。电解水是指含盐（氯化钠、氯化镁、氯化钾、硫酸钠等）的水经过电解后所产生的产物。根据溶液的pH，电解水可分为酸性电解水（pH 2.2～2.7）、弱酸性电解水（pH 2.7～5.0）、微弱酸性电解水（pH 5.0～6.5）、中性电解水（pH 6.5～7.5）和碱性电解水（pH 11.0～13.8）。酸性电解水可用于食品的杀菌和钝化酶的作用，并且能够协同低温、超高压和超声波等技术提高食品的保鲜作用。该研究综述了酸性电解水的制备及其杀菌作用的研究进展，并探究电解水在食品保鲜中的应用，旨在对酸性电解水在食品行业的应用，提供科学的参考依据。

1 酸性电解水的制备和杀菌机制

1.1 酸性电解水的制备

电解水是指含盐的水经过电解装置电解以后生成的产物。电解水的制备装置中有隔膜（半透膜）从而生成2种性质的水，一种碱性电解水，另一种是酸性电解水。酸性电解水中含有氯气和次氯酸等杀菌成分，因此酸性电解水可以作为有效的消毒剂应用于食品工业中。

1.2 酸性电解水的杀菌机制研究进展

微生物是食品在储运过程中发生腐败变质的主要因素之一。因此，通过有效控制食品中微生物能够延长食品的货架期。酸性电解水的杀菌机制是利用酸性电解水的低pH和高氧化电位不利于微生物生存。酸性电解水能够改变细菌细胞壁和细胞膜的通透性，由此改变细菌的渗透压，导致其丧失活性或者死亡等[2]。酸性电解水中含氯化合物和产生的活性氧能够破坏细菌的细胞膜和细胞壁的结构，使细菌细胞的内容物质（钾离子、蛋白质和DNA）泄露，并且干扰细菌多种酶系统，使细胞内代谢物受阻，从而导致细菌失活[3-4]。酸性电解水中的次氯酸能阻碍核苷酸和氨基酸的合成，抑制能量相关代谢（糖酵解和三羧酸循环），并且增强细菌的脂肪酸代谢[5]。Liu等[6]研究发现酸性电解水能够降低细菌中关键酶的活性，增强谷氨酸脱羧酶的活性，从而提高α-酮戊二酸和琥珀酸的含量。有研究报道表明酸性电解水能够改变细胞的内环境，降低细胞内ATP含量和pH，促进活性氧自由基的释放，从而诱导细胞坏死和凋亡[7]。Liao等[8]通过试验发现酸性电解水中高氧化还原电位会影响和破坏大肠杆菌（O157：H7）的氧化还原状态，损伤大肠杆菌（O157：H7）细胞膜结构，进而导致大肠杆菌（O157：H7）的死亡。薄玉霞等[9]研究发现枯草杆菌黑色变种芽胞经酸性电解水处理40 min后，酸性电解水能够导致枯草杆菌灭活。随着温度和氧化还原电位的增加，其杀菌效果也随之提高。王雪峰等[10]研究发现，微电解水中的羟自由基对硝酸盐还原菌和铁细菌具有杀灭作用。Qiao等[11]研究发现，酸性电解水能够有效破坏食源性致病菌的生物膜。经扫描电子显微镜观察可知酸性电解水能够加快生物膜的破裂和分离。酸性电解水的杀菌作用机制仍需更多研究者从多角度进行进一步探究。

2 酸性电解水在食品保鲜中的应用

2.1 酸性电解水在水产品保鲜中的应用

我国是渔业生产大国，水产品中富含优质蛋白质和不饱和脂肪酸，但其组织脆弱，含水量高，使其容易发生腐烂和变质[12]。酸性电解水由于具有安全并且几乎无毒副作用的优点，国内外研究者已将其应用于鱼虾贝等水产品中。酸性电解水能够抑制水产品中细菌的生长和繁殖，从而延长水产品的货架期，同时不会对水产品的色泽，风味和口感造成影响。Tantratian等[13]用酸性电解水将新鲜牡蛎浸泡30 min，结果发现酸性电解水对牡蛎中大肠杆菌、沙门菌、金黄色葡萄球菌和乳酸菌的生长繁殖具有抑制作用。杨楠[14]研究发现酸性电解水能够在不影响虾肉的色泽和品质的前提下，能够有效灭活虾仁表面的致病菌。岑剑伟等[15]将罗非鱼片置于微酸性电解水中浸泡10 min后，结果发现在冷藏过程中经过微酸性电解水处理，能够抑制罗非鱼片中的挥发性盐基氮含量的增加，并且能够抑制罗非鱼片中细菌的生长和繁殖，减少细菌总数，从而延长罗非鱼片的货架期。张毅等[16]研究发现酸性电解水能够提高草鱼片的品质和风味，并且减少草鱼片中腐败菌数量和呈腐败物质的含量（3-戊酮、2-庚酮和2-丁酮），经过酸性电解水处理的草鱼片货架期延长1～2 d。

2.2 酸性电解水在果蔬保鲜中的应用

水果和蔬菜由于在运输过程中容易收到机械损伤，因此容易受到微生物的侵染从而导致果蔬发生腐坏。我国普遍采用化学试剂结合低温贮藏的保鲜方法延长水果和蔬菜的贮藏期。但长期接触化学防腐剂会对人体和环境造成潜在危害[17]。李华贞等[18]通过研究酸性电解水对果蔬（菠菜、桃子及樱桃）的杀菌作用和保鲜效果，研究发现酸性电解水处理能使果蔬表面的微生物总数和霉菌的数量减少，并且有效抑制果蔬中的烟硝酸盐含量，从而提高果蔬的品质。Chen等[19]研究发现红甘蓝经过酸性电解水处理后3 min后，红甘蓝表面的微生物被灭活。酸性电解水不会对红甘蓝的表面颜色和总酚含量造成不良影响，并且可以延长红甘蓝的保质期。因此，酸性电解水能够有效防止微生物生长繁殖，从而延缓水果和蔬菜腐烂变质，延长其货架期。

2.3 酸性电解水在畜禽肉类保鲜中的应用

我国是世界上生产和消费肉类的第一大国。肉制品在屠宰和运输售卖的过程中容易受到微生物的污染，脂肪容易发生氧化和酸败，由此加速肉制品的腐败变质，导致其货架期较短。为改善肉制品在加工和储存过程中微生物污染的问题，有较多研究者采用酸性电解水处理肉制品，在保证肉制品品质的前提下，酸性电解水能够有效杀灭肉制品中的微生物，从而延长肉制品的货架期[20]。Brychcy等[21]通过试验研究发现猪肉经过低浓度的酸性电解水处理2 min后，酸性电解水能够抑制猪肉上的微生物的生长和繁殖，从而延长鲜猪肉的货架期。Rahman等[22]研究发现经过酸性电解水处理可以有效减少鸡胸肉中的微生物总数和食源性致病菌的数量（单增李斯特菌和沙门氏菌），并且能够延长鸡胸肉的贮藏时间。

2.4 酸性电解水在粮食产品中的应用

化学熏蒸剂和防腐剂普遍应用于粮食中，用以去除粮食中的虫害。如果这些化学试剂使用不当，容易在粮食中造成残留甚至产生毒素危害人类健康。陈锦程[23]通过试验研究得出使用微酸性电解水和面，能够降低面条的水分活度，酸性电解水对面条中的微生物的生长具有抑制作用。刘培红等[24]研究发现微酸性电解水对杀灭鲜米线的表面微生物具有显著作用，能够延长鲜米线的贮藏期。

3 酸性电解水协同其他技术在食品保鲜中的应用

有学者研究发现，将酸性电解水与其他技术协同处理，能更好地发挥其杀菌效果（表1）。

表1 酸性电解水协同其他技术在食品保鲜中的应用

3.1 超声波与酸性电解水协同处理

酸性电解水与超声波联合处理能够提高杀菌效果。许愈[25]采用超声波联合酸性电解水处理单增李斯特菌和副溶血性弧菌，研究发现超声波联合酸性电解水能够改变细菌的生物学特性，破坏细胞壁肽聚糖间的化学键，抑制蛋白质合成，从而导致蛋白质的损伤。孔金花等[26]通过将超声与酸性电解水进行协同处理，能够提高杀菌效率并且维持小龙虾的品质。许愈等[27]将酸性电解水与超声波结合处理副溶血性弧菌，研究发现经联合处理后副溶血性弧菌的细胞发生皱缩，细菌细胞膜的通透性发生改变。酸性电解水和超声波联合处理能够有效杀灭副溶血性弧菌，因此可以减少副溶血性弧菌污染的水产品引发的食源性疾病，还可以使水产品的质量安全得到提高。Mikš-Krajnik等[28]发现使用酸性电解质和超声波联合处理能够抑制三文鱼片的单增李斯特菌、大肠杆菌、酵母和霉菌的生长，其中对单增李斯特菌的抑制作用最为明显。超声波能够加强酸性电解水的杀菌活性。Wu等[29]研究表明将低浓度酸性电解质与超声波联合能够延缓鲜切双孢蘑菇的表面褐变情况，保持双孢蘑菇子实体的硬度，使其质量得到保证的同时，还能够延长鲜切蘑菇的货架期。

3.2 热处理与酸性电解水协同处理

有研究表明酸性电解水和热处理联合的灭菌作用强于单一处理方法的灭菌效果。Liu等[30]发现电解水与温和热处理（50 ℃）可以有效减少新鲜西兰花上大肠杆菌O157：H7和单增李斯特菌的数量，电解水联合温和热处理能够通过改变果胶结构从而提高西兰花的硬度。Xie等[31]采用50 ℃的酸性电解水处理对虾，研究发现酸性电解水具有抗菌作用，能够有效灭活对虾上的单增李斯特菌和副溶血性弧菌，50 ℃的酸性电解水的杀菌作用强于20 ℃的酸性电解的杀菌活性。Koide等[32]研究结果表明用45 ℃下的微酸性电解水可以应用于胡萝卜切片杀菌和保鲜，有效降低微生物总数、霉菌和酵母菌数量。

3.3 壳聚糖与酸性电解水协同处理

壳聚糖与酸性电解水联合使用可以有效增强其灭菌效果。Luan等[33]将电解水与壳聚糖进行协同处理带鱼时，研究发现协同处理能够抑制带鱼的蛋白质变性，减少带鱼中的微生物总数，总挥发性盐基氮和过氧化值，从而延缓冷冻带鱼的腐败变质，使带鱼的贮藏期延长6～7 d。周然等[34]研究发现酸性电解水与壳聚糖的复合保鲜剂对水蜜桃具有护色和保鲜的作用。复合保鲜剂能够有效减少乙烯的含量，降低水蜜桃的细胞膜透性，抑制多酚氧化酶的活性，减少水蜜桃中酚类物质的积累，延缓采后水蜜桃果肉的变色，从而提高水蜜桃的护色保鲜作用。

3.4 有机酸与酸性电解水协同处理

食品中的有机酸种类繁多，应用有机酸与酸性电解水协同处理能够增强杀菌效果。Mansur等[35]通过研究发现酸性电解水和富马酸进行联合处理，能够降低新鲜猪肉上大肠杆菌O157：H7、单增李斯特菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌，使猪肉在4 ℃条件下的贮藏期延长6 d，由此提示该联合处理有望成为冷鲜猪肉的保鲜新方法。Rahman等[36]研究发现将酸性电解水与乳酸钙协同处理能够抑制猪肉中大肠杆菌O157：H7和单增李斯特菌的生长，同时延长猪肉在冷藏温度下的货架期。

4 结语

随着社会的发展，人们对于食物的需求已经从满足基本的温饱转变为营养健康为导向。随着消费者健康意识的不断提高，为酸性电解水的发展提供良好的市场和发展空间。酸性电解水能够有效抑制食品中致病菌的生长和繁殖，使部分内源性酶的活性降低，保持食品良好的色泽和感官品质特征。酸性电解水逐渐作为杀菌剂应用于食品工业，随着便携式电解水发生装置的开发，电解水有望向家庭进行推广。

电解水的杀菌机制还未被彻底阐明。随着代谢组学技术的发展，可以借助代谢组学深入探究电解水的杀菌和保鲜机制。为了提高电解水的杀菌效果，可以联合2种或多种技术进行协同处理，从而提高食品的品质和安全性。综上所述，该研究能够为酸性电解水在食品保鲜中的应用奠定理论基础。