酸性電解水在食品中的應(yīng)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(xué)院生命科學(xué)學(xué)院（寧德 352100）；2. 閩東水產(chǎn)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(chǎn)學(xué)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(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)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(dǎo)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(yè)發(fā)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(yè)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(xué)殘留等副作用。因此，在食品工業(yè)中開發(fā)綠色、安全的消毒劑成為備受關(guān)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(jīng)過電解后所產(chǎn)生的產(chǎn)物。根據(jù)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(xié)同低溫、超高壓和超聲波等技術(shù)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(yīng)用，旨在對酸性電解水在食品行業(yè)的應(yīng)用，提供科學(xué)的參考依據(jù)。

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(jīng)過電解裝置電解以后生成的產(chǎn)物。電解水的制備裝置中有隔膜（半透膜）從而生成2種性質(zhì)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(yīng)用于食品工業(yè)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(fā)生腐敗變質(zhì)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(xì)菌細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的通透性，由此改變細(xì)菌的滲透壓，導(dǎo)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(chǎn)生的活性氧能夠破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)，使細(xì)菌細(xì)胞的內(nèi)容物質(zhì)（鉀離子、蛋白質(zhì)和DNA）泄露，并且干擾細(xì)菌多種酶系統(tǒng)，使細(xì)胞內(nèi)代謝物受阻，從而導(dǎo)致細(xì)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(guān)代謝（糖酵解和三羧酸循環(huán)），并且增強細(xì)菌的脂肪酸代謝[5]。Liu等[6]研究發(fā)現(xiàn)酸性電解水能夠降低細(xì)菌中關(guān)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(xì)胞的內(nèi)環(huán)境，降低細(xì)胞內(nèi)ATP含量和pH，促進活性氧自由基的釋放，從而誘導(dǎo)細(xì)胞壞死和凋亡[7]。Liao等[8]通過試驗發(fā)現(xiàn)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(tài)，損傷大腸桿菌（O157：H7）細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，進而導(dǎo)致大腸桿菌（O157：H7）的死亡。薄玉霞等[9]研究發(fā)現(xiàn)枯草桿菌黑色變種芽胞經(jīng)酸性電解水處理40 min后，酸性電解水能夠?qū)е驴莶輻U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(fā)現(xiàn)，微電解水中的羥自由基對硝酸鹽還原菌和鐵細(xì)菌具有殺滅作用。Qiao等[11]研究發(fā)現(xiàn)，酸性電解水能夠有效破壞食源性致病菌的生物膜。經(jīng)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(yīng)用

2.1 酸性電解水在水產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用

我國是漁業(yè)生產(chǎn)大國，水產(chǎn)品中富含優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)和不飽和脂肪酸，但其組織脆弱，含水量高，使其容易發(fā)生腐爛和變質(zhì)[12]。酸性電解水由于具有安全并且?guī)缀鯚o毒副作用的優(yōu)點，國內(nèi)外研究者已將其應(yīng)用于魚蝦貝等水產(chǎn)品中。酸性電解水能夠抑制水產(chǎn)品中細(xì)菌的生長和繁殖，從而延長水產(chǎn)品的貨架期，同時不會對水產(chǎn)品的色澤，風(fēng)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(jié)果發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)酸性電解水能夠在不影響蝦肉的色澤和品質(zhì)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(jié)果發(fā)現(xiàn)在冷藏過程中經(jīng)過微酸性電解水處理，能夠抑制羅非魚片中的揮發(fā)性鹽基氮含量的增加，并且能夠抑制羅非魚片中細(xì)菌的生長和繁殖，減少細(xì)菌總數(shù)，從而延長羅非魚片的貨架期。張毅等[16]研究發(fā)現(xiàn)酸性電解水能夠提高草魚片的品質(zhì)和風(fēng)味，并且減少草魚片中腐敗菌數(shù)量和呈腐敗物質(zhì)的含量（3-戊酮、2-庚酮和2-丁酮），經(jīng)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(yīng)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(dǎo)致果蔬發(fā)生腐壞。我國普遍采用化學(xué)試劑結(jié)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(xué)防腐劑會對人體和環(huán)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(fā)現(xiàn)酸性電解水處理能使果蔬表面的微生物總數(shù)和霉菌的數(shù)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(zhì)。Chen等[19]研究發(fā)現(xiàn)紅甘藍(lán)經(jīng)過酸性電解水處理后3 min后，紅甘藍(lán)表面的微生物被滅活。酸性電解水不會對紅甘藍(lán)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(lán)的保質(zhì)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(zhì)，延長其貨架期。

2.3 酸性電解水在畜禽肉類保鮮中的應(yīng)用

我國是世界上生產(chǎn)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(fā)生氧化和酸敗，由此加速肉制品的腐敗變質(zhì)，導(dǎo)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(zhì)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(fā)現(xiàn)豬肉經(jīng)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(fā)現(xiàn)經(jīng)過酸性電解水處理可以有效減少雞胸肉中的微生物總數(shù)和食源性致病菌的數(shù)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(chǎn)品中的應(yīng)用

化學(xué)熏蒸劑和防腐劑普遍應(yīng)用于糧食中，用以去除糧食中的蟲害。如果這些化學(xué)試劑使用不當(dāng)，容易在糧食中造成殘留甚至產(chǎn)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(fā)現(xiàn)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(xié)同其他技術(shù)在食品保鮮中的應(yīng)用

有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，將酸性電解水與其他技術(shù)協(xié)同處理，能更好地發(fā)揮其殺菌效果（表1）。

表1 酸性電解水協(xié)同其他技術(shù)在食品保鮮中的應(yīng)用

3.1 超聲波與酸性電解水協(xié)同處理

酸性電解水與超聲波聯(lián)合處理能夠提高殺菌效果。許愈[25]采用超聲波聯(lián)合酸性電解水處理單增李斯特菌和副溶血性弧菌，研究發(fā)現(xiàn)超聲波聯(lián)合酸性電解水能夠改變細(xì)菌的生物學(xué)特性，破壞細(xì)胞壁肽聚糖間的化學(xué)鍵，抑制蛋白質(zhì)合成，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)的損傷?？捉鸹ǖ萚26]通過將超聲與酸性電解水進行協(xié)同處理，能夠提高殺菌效率并且維持小龍蝦的品質(zhì)。許愈等[27]將酸性電解水與超聲波結(jié)合處理副溶血性弧菌，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)聯(lián)合處理后副溶血性弧菌的細(xì)胞發(fā)生皺縮，細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性發(fā)生改變。酸性電解水和超聲波聯(lián)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(chǎn)品引發(fā)的食源性疾病，還可以使水產(chǎn)品的質(zhì)量安全得到提高。Mik?-Krajnik等[28]發(fā)現(xiàn)使用酸性電解質(zhì)和超聲波聯(lián)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(zhì)與超聲波聯(lián)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(zhì)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(xié)同處理

有研究表明酸性電解水和熱處理聯(lián)合的滅菌作用強于單一處理方法的滅菌效果。Liu等[30]發(fā)現(xiàn)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(shù)量，電解水聯(lián)合溫和熱處理能夠通過改變果膠結(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)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(jié)果表明用45 ℃下的微酸性電解水可以應(yīng)用于胡蘿卜切片殺菌和保鮮，有效降低微生物總數(shù)、霉菌和酵母菌數(shù)量。

3.3 殼聚糖與酸性電解水協(xié)同處理

殼聚糖與酸性電解水聯(lián)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(xié)同處理帶魚時，研究發(fā)現(xiàn)協(xié)同處理能夠抑制帶魚的蛋白質(zhì)變性，減少帶魚中的微生物總數(shù)，總揮發(fā)性鹽基氮和過氧化值，從而延緩冷凍帶魚的腐敗變質(zhì)，使帶魚的貯藏期延長6～7 d。周然等[34]研究發(fā)現(xiàn)酸性電解水與殼聚糖的復(fù)合保鮮劑對水蜜桃具有護色和保鮮的作用。復(fù)合保鮮劑能夠有效減少乙烯的含量，降低水蜜桃的細(xì)胞膜透性，抑制多酚氧化酶的活性，減少水蜜桃中酚類物質(zhì)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(xié)同處理

食品中的有機酸種類繁多，應(yīng)用有機酸與酸性電解水協(xié)同處理能夠增強殺菌效果。Mansur等[35]通過研究發(fā)現(xiàn)酸性電解水和富馬酸進行聯(lián)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(lián)合處理有望成為冷鮮豬肉的保鮮新方法。Rahman等[36]研究發(fā)現(xiàn)將酸性電解水與乳酸鈣協(xié)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(jié)語

隨著社會的發(fā)展，人們對于食物的需求已經(jīng)從滿足基本的溫飽轉(zhuǎn)變?yōu)闋I養(yǎng)健康為導(dǎo)向。隨著消費者健康意識的不斷提高，為酸性電解水的發(fā)展提供良好的市場和發(fā)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(nèi)源性酶的活性降低，保持食品良好的色澤和感官品質(zhì)特征。酸性電解水逐漸作為殺菌劑應(yīng)用于食品工業(yè)，隨著便攜式電解水發(fā)生裝置的開發(fā)，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(xué)技術(shù)的發(fā)展，可以借助代謝組學(xué)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(lián)合2種或多種技術(shù)進行協(xié)同處理，從而提高食品的品質(zhì)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(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。