氫的作用及其對(duì)食品工業(yè)的影響

⊙文 劉慧卿 王琳 解立斌 文贇

1.河北云悅生物科技有限公司；2.河北諾氫科技有限公司；3.石家莊學(xué)院

將各種影響人體生命狀態(tài)的物質(zhì)的生長(zhǎng)、加工過(guò)程與氫元素進(jìn)行深度結(jié)合，從而促使其保持原始天然的生命狀態(tài)和屬性，進(jìn)而保持其生物活性的系統(tǒng)性技術(shù)方法，即為氫覓自然生態(tài)還原技術(shù)【NERT】。

一、關(guān)于植物產(chǎn)氫的依據(jù)

許多微生物可以通過(guò)氫化酶產(chǎn)生或分解氫氣，即具有氫氣代謝的能力。早在1896年，Jackson等就發(fā)現(xiàn)藍(lán)藻Anabaena具有放氫現(xiàn)象（Jackson，1896）。藍(lán)藻是含葉綠素a、但不含葉綠體（區(qū)別于真核生物的藻類）且能進(jìn)行產(chǎn)氧光合作用的單細(xì)胞原核生物，它的出現(xiàn)使整個(gè)地球大氣從無(wú)氧狀態(tài)發(fā)展到有氧狀態(tài)，從而孕育了好氧生物的進(jìn)化和發(fā)展。這是氧氣與氫氣共存于同一生物體的最早證據(jù)。

氫化酶被發(fā)現(xiàn)是在20世紀(jì)30年代（Stephenson，1 9 3 1）。幾年后，G a f f r o n等研究發(fā)現(xiàn)綠藻Scenedesmussp.D.3在“暗反應(yīng)”中可以氧化氫氣并固定二氧化碳（Gaffron，1939&1940），或在光照下釋放氫氣（Gaffron，1942）。綠藻的細(xì)胞與高等植物相似，有細(xì)胞核和葉綠體，也有相似的色素、貯藏養(yǎng)分及細(xì)胞壁的成分，其色素中以葉綠素a和b最多，還有葉黃素和胡蘿卜素，故呈綠色。這是最早在低等真核細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)氫氣代謝。

高等真核生物葉綠體氫氣代謝的研究相對(duì)進(jìn)展緩慢。1946年，Boichenko發(fā)現(xiàn)分離出的葉綠體可以產(chǎn)生氫氣，并推測(cè)在某些高等植物體內(nèi)也存在氫化酶（Boichenko，1946）。1964年，Renwick等發(fā)現(xiàn)冬黑麥、蘿卜、豌豆、西紅柿等高等植物的種子萌發(fā)可以產(chǎn)生氫氣（Renwick，1964），并證明這并非是種子攜帶的微生物污染而造成的。

1982年，Mal’tsev S.V.發(fā)現(xiàn)離體豌豆葉綠體能夠產(chǎn)生和消耗氫氣，但并無(wú)后續(xù)研究，有關(guān)高等植物吸氫酶活性也只有這1篇報(bào)道（Mal'tsev，1982）。近年來(lái)，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)水稻、苜蓿和擬南芥等高等植物均可產(chǎn)生內(nèi)源性氫氣（Xie，2012；Zeng，2013；Jin，2013），在植物的基因組中也發(fā)現(xiàn)一些基因與氫化酶基因同源，并監(jiān)測(cè)到植物中這些推測(cè)的氫化酶基因表達(dá)的變化，但尚缺少這些基因蛋白表達(dá)水平的確認(rèn)和氫化酶功能的確認(rèn)。

二、關(guān)于動(dòng)物產(chǎn)氫的依據(jù)

腸道氣體代謝涉及多種過(guò)程，如氣體產(chǎn)生、利用、排泄等。為理解腸道氣體功能，很有必要梳理腸道內(nèi)氣體的生理學(xué)特征，尤其是氣體產(chǎn)生量、消耗量和腸道氣體穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制。

人體腸道氣體產(chǎn)量的測(cè)定有不同方法。1956年，Bedell等采用經(jīng)典的測(cè)定肺體積的方法對(duì)人體胃腸道氣體進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)正常人平均胃腸道氣體為115mL。Greenwald等利用低壓氣體膨脹原理，計(jì)算出胃腸道氣體為111mL。Levitt使用空腸注入氬氣的腸沖洗技術(shù)對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行研究，這種方法用肛門內(nèi)氣體成分中的氬氣比例來(lái)反推腸道內(nèi)氣體含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)胃腸道平均氣體體積為100mL，個(gè)體差異比較大，范圍為31-200mL。胃腸道內(nèi)氣體體積存在很大的個(gè)體差異，氣體成分在胃腸道不同部位和個(gè)體之間也有非常大的區(qū)別。胃內(nèi)氣體和空氣最接近，而屁的成分則個(gè)體差異很大，往往和整個(gè)消化道代謝過(guò)程有關(guān)。

99%的腸道氣體成分是氮?dú)狻⒀鯕?、二氧化碳、氫氣和甲烷，氮?dú)庹?1%-92%，氧氣占0%-11%，二氧化碳占3%-54%，氫氣占0%-86%，甲烷占0%-56%，其中，氮?dú)夂脱鯕馐强諝獾闹饕煞郑趸际侨梭w內(nèi)最多的氣體，氫氣和甲烷則是腸道內(nèi)細(xì)菌代謝產(chǎn)生的氣體。其他不足1%的腸道氣體成分包括氨、硫化氫、吲哚、3-甲基吲哚（糞臭素）、揮發(fā)性胺和短鏈脂肪酸。人們?cè)?jīng)長(zhǎng)期認(rèn)為腸胃脹氣的主要原因是芳香族氨基酸分解的惡臭味產(chǎn)物如吲哚、糞臭素，其實(shí)這是一種錯(cuò)誤看法，許多含硫化合物如硫化氫、二甲基硫化物和甲硫醇才是屁臭的主要原因。在78%的樣品中，硫化氫是含硫氣體的最常見(jiàn)成分，一般也是強(qiáng)烈臭味的原因。在呼吸氣中一般檢測(cè)不到含硫化合物，目前也缺少含硫化合物在胃腸道病理生理學(xué)過(guò)程中的作用研究。

人類和動(dòng)物大腸內(nèi)的細(xì)菌可以利用小腸不吸收的能量物質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)生氫氣，作為大腸內(nèi)的一種重要代謝物，這些氫氣大多被其他細(xì)菌利用，小部分被腸道粘膜吸收并通過(guò)肺呼吸和肛門排出體外（Levitt 1969，Levitt et al.1974）。氫氣一般只在病理狀態(tài)下才會(huì)大量積累在大腸，比如碳水化合物吸收障礙或者大量攝取人體不直接吸收的食物如大豆。減少腸道內(nèi)消耗氫氣的細(xì)菌活力，也可以提高腸道內(nèi)氫氣的積累，比如利用特異性抗生素殺死氫氣代謝菌就可以顯著提高腸道氫氣水平。

綜上，人體和動(dòng)物自身產(chǎn)生氫是毋庸置疑的，而線粒體能量代謝的整個(gè)過(guò)程全部有氫的參與，其是能量代謝的重要物質(zhì)。

三、氫是生命延續(xù)的代表

從宇宙誕生之初到生命產(chǎn)生直到人類的產(chǎn)生，有一種物質(zhì)始終伴隨著人類，即構(gòu)成宇宙和生命最基礎(chǔ)的物質(zhì)——?dú)湓亍?/p>

在宇宙誕生之初，只有氫和氦兩種元素，通過(guò)氫和氦不斷的核聚變過(guò)程，促進(jìn)了后續(xù)系列性的元素以及地球的形成。在氫、氧、水、陽(yáng)光這4種生命要素的作用下，地球上形成了最初的生命以及生命的循環(huán)系統(tǒng)。在生命進(jìn)化的過(guò)程中，氧氣、水、陽(yáng)光可以通過(guò)外部獲取，而生命體自身則具備了產(chǎn)生氫的能力，以此保持生命體的平衡狀態(tài)。

在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化的過(guò)程中，逐漸形成了完整的生態(tài)平衡系統(tǒng)。太陽(yáng)通過(guò)氫的核聚變釋放能量并傳遞到地球，植物通過(guò)光合作用吸入二氧化碳和光能，在葉綠體內(nèi)通過(guò)氫元素的能量傳遞，最后產(chǎn)生能量并釋放氧氣。動(dòng)物以及人通過(guò)呼吸作用呼吸氧氣，在線粒體內(nèi)通過(guò)氫元素的傳遞產(chǎn)生能量并釋放二氧化碳。我們驚奇地發(fā)現(xiàn)，氫貫穿了生命的整個(gè)周期，而當(dāng)生命體失去生命后，氫能量傳遞的過(guò)程和自身產(chǎn)氫的過(guò)程也隨之終止。所以，失去生命的果實(shí)會(huì)腐爛、失去生命的動(dòng)物也會(huì)腐化，其本質(zhì)的問(wèn)題是失去了能量的來(lái)源與傳遞，即氫的產(chǎn)生與傳遞。

我們可以看下整個(gè)自然系統(tǒng)，絕大多數(shù)的食草類動(dòng)物是直接吃生的草、果實(shí)，獲取了最為完整的食物并產(chǎn)生能量；絕大多數(shù)的食肉類動(dòng)物是及時(shí)性地捕食具有生命力的動(dòng)物，然后在最短的時(shí)間內(nèi)吃掉。在這套完美的自然系統(tǒng)中，不同屬性的氫通過(guò)進(jìn)食過(guò)程進(jìn)行了內(nèi)傳遞，即在生命體沒(méi)有完全將氫釋放前完成了進(jìn)食的過(guò)程。而這些動(dòng)植物均擁有強(qiáng)大的自愈能力和生存能力，排除自然衰老的原因，很少有疑難雜病的出現(xiàn)。相比之下，我們?nèi)祟愂俏ㄒ粚?duì)食物進(jìn)行深度加工的生物，而且隨著工業(yè)化進(jìn)程的加劇，深度加工越來(lái)越嚴(yán)重，伴隨而來(lái)的疑難雜病以及慢性疾病都比農(nóng)耕時(shí)代有了大幅度的提升。這其實(shí)是生命的退化，是我們距離自然越來(lái)越遠(yuǎn)的結(jié)果，是無(wú)法獲得最原始的生物活性的結(jié)果。

再看看我們吃的水果，絕大多數(shù)經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)途運(yùn)輸，有的甚至保存半年以上；我們吃的肉食絕大多數(shù)是冷凍超過(guò)半年以上，我們吃的蔬菜絕大多數(shù)距離新鮮采摘有5-10天的時(shí)間，而我們吃的其他深加工產(chǎn)品其原材料超過(guò)半年已經(jīng)是一種常態(tài)。城市化的進(jìn)程讓我們距離自然越來(lái)越遠(yuǎn)，讓我們距離生命活性氫的傳遞也越來(lái)越遠(yuǎn)。

當(dāng)人類距離自然越來(lái)越遠(yuǎn)的時(shí)候，人體自身的自愈能力也在逐步降低，各種慢性疾病頻繁來(lái)襲，各種疑難雜癥越來(lái)越多。所以，筆者認(rèn)為，人類發(fā)展到今天，要想獲得一種普及化的健康，就需要還原于自然，還原于原生態(tài)。讓我們吃的食物，就如同新鮮采摘一樣，接近于最自然的狀態(tài)；讓我們喝的水，就如同泉眼噴涌而出的天然水；讓我們呼吸的空氣，就如同森林中最新鮮的空氣?？s短人與自然的距離，是人類改善健康的根本性解決方案。

隨著科學(xué)的發(fā)展，人們進(jìn)一步揭示了氫的獨(dú)特作用。比如，氫具有還原性，是目前最為安全的還原性物質(zhì)；氫具有選擇性清除惡性自由基的作用，是目前已知的唯一具有選擇性清除惡性自由基作用的物質(zhì)。這些已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的對(duì)于生物體的作用，進(jìn)一步揭示了氫對(duì)于生物體的重要性，也進(jìn)一步論證了氫是生命活性的有效傳遞，只要我們延長(zhǎng)氫的傳遞周期，就可以突破人類健康壽命延伸的關(guān)鍵性問(wèn)題。而如何在工業(yè)化進(jìn)程的現(xiàn)代，將動(dòng)植物活性進(jìn)行有效的保存，則是解決大眾健康化生活的根本性問(wèn)題。

四、氫對(duì)食品工業(yè)的影響

氫覓自然生態(tài)還原技術(shù)【NERT】，是一項(xiàng)將各種影響人體生命狀態(tài)的物質(zhì)的生長(zhǎng)、加工過(guò)程與氫元素深度結(jié)合，從而促使其保持原始天然的生命狀態(tài)和屬性，進(jìn)而保持其生物活性的系統(tǒng)性技術(shù)方法。

氫覓自然生態(tài)還原技術(shù)【NERT】包含四項(xiàng)核心工藝和多項(xiàng)專利技術(shù)。比如，氫覓分離工藝【QMSP】通過(guò)電解、光解、微生物分解等多種方式，獲取具有安全屬性的氫；氫覓鎖氫工藝【QMLP】將氫通過(guò)特殊工藝進(jìn)行長(zhǎng)效保存，從而形成基礎(chǔ)性技術(shù)及原材料；氫覓萃取工藝【QMEP】將物質(zhì)在氫的環(huán)境中進(jìn)行完整的萃取分離，從而保持物質(zhì)自身的天然活性，并形成相應(yīng)具有廣泛應(yīng)用條件的核心性原材料；氫覓混溶工藝【QMMP】將氫與萃取物質(zhì)經(jīng)過(guò)特殊的混合工藝而融為一體，并具備生命活性的基礎(chǔ)特性，從而形成相應(yīng)的產(chǎn)品。

通過(guò)氫覓自然生態(tài)還原技術(shù)【NERT】生產(chǎn)出的活性食品，又稱為“活性食物”，包含活性水、活性植物、活性動(dòng)物食材等?；钚允澄锸且环N可以延長(zhǎng)食物生命活性的新型食物，能夠最大限度地接近植物、動(dòng)物活著的生命狀態(tài)，并延長(zhǎng)氫的存儲(chǔ)和傳遞周期?；钚允澄锛婢吡四壳笆澄锏乃刑匦?，又保持了天然的生命活性。

將氫覓自然生態(tài)還原技術(shù)【NERT】應(yīng)用到餅干、糕餅類、面類、火腿、香腸、魚(yú)漿制品等各種食材中，憑借該技術(shù)較高的還原力，可以大幅減少食品保存劑的使用量。同時(shí)，使用電子自旋共振裝置（ESR）可以確認(rèn)氫有中和、去除有害活性氧的作用，將氫添加到食材中能夠提高食品的商品價(jià)值，也可以說(shuō)是會(huì)掀起食材革命的基礎(chǔ)素材。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在未添加任何防腐成分的情況下，未采用【NERT】技術(shù)的面包在第7天出現(xiàn)部分霉變、第八天80%霉變、第九天幾乎全部霉變，而采用【NERT】技術(shù)的面包直到第9天一直未出現(xiàn)霉變。這是因?yàn)閷ⅰ綨ERT】技術(shù)應(yīng)用到食物中后，使食物處于一種高負(fù)電位狀態(tài)中，具有較強(qiáng)的還原性，并持續(xù)釋放氫，使食物處于一種生命最原始的狀態(tài)中，因此，在未添加任何防腐物質(zhì)的情況下，可以最大限度延長(zhǎng)食物的生命周期，保持最為自然的生命狀態(tài)。

【NERT】技術(shù)的最大特點(diǎn)是不會(huì)增加生命體的代謝負(fù)擔(dān)，并且具有較強(qiáng)的還原作用，能夠利用氫選擇性清除惡性自由基的特性，延長(zhǎng)食材的生命活性，拉近人與自然之間的距離，讓人們能夠更近距離地接觸自然的生命狀態(tài)。經(jīng)過(guò)12年的基礎(chǔ)性研發(fā)，圍繞【NERT】技術(shù)現(xiàn)已形成了多項(xiàng)專利，對(duì)此技術(shù)進(jìn)行了有效保護(hù)。未來(lái)，【NERT】技術(shù)的廣泛應(yīng)用，必然會(huì)帶來(lái)食品工業(yè)領(lǐng)域的一次顛覆性革命。