電生功能水在殺菌消毒方面應用進展

毛澍洲 孟祥天 張波，3

(1.江蘇恒泰泳池科技股份有限公司 江蘇常州 213169; 2.江蘇大學環(huán)境與安全工程學院 江蘇鎮(zhèn)江 212013; 3.常州江蘇大學工程技術(shù)研究院 江蘇常州 213159)

隨著現(xiàn)代社會對健康和衛(wèi)生的重視程度不斷提高，殺菌消毒已經(jīng)成為了一項必不可少的衛(wèi)生措施，用于抑制或消除細菌、病毒和其他微生物的繁殖。常見的殺菌消毒方法包括物理消毒和化學消毒，其中物理消毒主要是利用溫度、輻射、壓力等手段殺滅微生物。例如：高溫蒸汽可以在短時間內(nèi)將微生物徹底消滅；紫外線和X 射線也可以起到殺菌作用，而化學消毒則是利用化學物質(zhì)來殺滅微生物[1]。最常見的就是使用含氯漂白劑、過氧化氫、酒精等消毒劑來消除細菌、病毒和真菌。然而，傳統(tǒng)的化學消毒劑存在諸多問題，如易揮發(fā)、易變質(zhì)、難分解等，因此可能對環(huán)境和人體健康造成潛在的風險。

近年來，電生功能水作為一種新興的殺菌消毒技術(shù)逐漸受到關(guān)注。電生功能水是一種利用特殊電場處理水產(chǎn)生的抗菌效果強、安全無害的消毒液體，相較于傳統(tǒng)的消毒劑，電生功能水具有易生成、易制備、無污染、安全環(huán)保等優(yōu)勢，并且可以應用于多個領域，如醫(yī)療、食品加工、公共場所清潔等[2]。

本文將介紹電生功能水發(fā)生原理與殺菌消毒機理，梳理電生功能水在實踐應用方面的進展，也將探討電生功能水的制備方法、優(yōu)化條件以及配套設備等方面的問題與發(fā)展進行展望，旨在為電生功能水殺菌消毒技術(shù)的更進一步推廣和應用提供科學參考。

1 電生功能水發(fā)生原理及其殺菌消毒機理

電生功能水（Electrolyzed Water，EW）又稱電解水或離子水，是將自來水中的溶解性鹽類在一種特殊裝置中經(jīng)電場處理后，使水的pH值、氧化還原電位、有效氯濃度等指標發(fā)生改變，而產(chǎn)生的具有特殊功能的電解氧化水和電解還原水的總稱[3]。電生功能水發(fā)生裝置主要包括主要包括電解槽、電源系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、離子選擇膜（可選）。電解槽是由兩個電極（陰極和陽極）組成的容器，通常采用鈦金屬與鈦基鍍貴金屬涂層制造。電源系統(tǒng)通過電源控制電流和電壓，提供作用于電解槽中的電場。溫度控制系統(tǒng)通過溫度傳感器和加熱裝置，控制電解槽中水的溫度，保證電解過程的穩(wěn)定性。離子選擇膜（可選）用于在電解過程中分離產(chǎn)生的氯離子和氧離子，以避免產(chǎn)生有害化學反應。

通常將電極的陰極和陽極施加直流電壓,含有電解質(zhì)的溶液在電解槽中反應，溶液中的負離子（如氯離子和氫氧根離子）移動到陽極失去電子形成氧氣、氯氣、次氯酸根離子、次氯酸和鹽酸，而帶正電的離子（如氫離子和鈉離子）移動到陰極獲得電子，形成氫氣和氫氧化鈉，反應式如下[4]：

經(jīng)過一定時間的電解后，產(chǎn)生的電生功能水中含有大量的次級氧化還原物質(zhì)，這些物質(zhì)的強氧化性與它們相互作用產(chǎn)生的·OH、·HO2、[O]等強效中間體，這些活性物質(zhì)包括自由基、氧化劑、還原劑等，可以對微生物進行氧化損傷，從而達到殺菌消毒的效果。這些次級物質(zhì)根據(jù)不同類型可以有不同的作用機制，如產(chǎn)生氯元素的電解水可以破壞微生物細胞膜和DNA，從而導致微生物死亡；而氫氧化物則可以干擾微生物代謝活動并改變其光敏性，起到殺菌效果。

2 電生功能水殺菌消毒應用

2.1 農(nóng)業(yè)病害防治

電生功能水可以對多種作物病害起到顯著的防治效果。例如：在草莓、番茄、黃瓜等作物中，使用電生功能水進行根部浸泡或葉面噴霧處理，可以顯著降低灰霉病、葉霉病等真菌病害發(fā)生率，并提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。此外，在玉米、小麥等作物中，電生功能水也可以有效地控制赤霉病和葉斑病等細菌病害。HASSAN M K 等人使用電生功能水處理自然感染病害的鱷梨，實驗表明：與水處理相比，電生功能水處理組鱷梨的炭疽病顯著降低68%～85%，莖端腐爛顯著降低30%～75%[5]；SEMENENKO S Y 等人使用電生功能水處理番茄幼苗，研究表明電生功能水可有效抑制番茄幼苗鐮刀根腐病、番茄根腐病等的病原體活性，使受影響植株減少44.4%～66.6%[6]。

電生功能水還可以用于土壤消毒，傳統(tǒng)的土壤消毒方法存在污染環(huán)境、殘留化學物質(zhì)等問題，而電生功能水則是一種環(huán)保無害的替代方案。通過將電生功能水注入土壤中，可以殺滅多種土傳病源體，如根結(jié)線蟲、立枯絲核菌等，從而達到土壤消毒的效果，這種處理方式還可以提高土壤的肥力和水分利用效率。WU X 等人使用微酸性電生功能水處理連作土壤，研究結(jié)果表明微酸性電生功能水使土壤中的微生物群落多樣性發(fā)生顯著變化，如處理組土壤中的真菌多樣性指數(shù)提高54.1%～74.7%，F(xiàn)ON菌落數(shù)減少83.65%，可緩解西瓜幼苗連坐連作障礙[7]；王燕等人使用電生功能水對磚紅壤進行噴施培養(yǎng)，研究結(jié)果表明：通過堿性電生功能水處理磚紅壤可降低磚紅壤的酸性，使其達到中性或近中性，而且有利于土壤中速效鉀、速效磷的轉(zhuǎn)化或活化[8]。

2.2 食品加工

電生功能水可以有效地殺滅食品表面和內(nèi)部的各種細菌、真菌和病毒等微生物，以及去除食品表面的污染物質(zhì)。在食品加工過程中，對食品進行電生功能水處理可以減少傳統(tǒng)消毒劑對于食品成分的殘留，提高食品的安全性和衛(wèi)生質(zhì)量。LEMOS J G等人使用酸性和堿性的電生功能水處理面包和奶酪，實驗結(jié)果為堿性電生功能水的真菌滅活率約為81.5%，酸性電生功能水表現(xiàn)出更高的真菌滅活率，約為89%，該研究表明電生功能水可代替消毒劑使用于食品腐敗真菌的滅活[9]；TOMASELLO F 等人將堿性電生功能水噴灑在受微生物污染的板上，實驗結(jié)果表明：電生功能水處理使微生物負荷顯著降低（P＜0.01），其中對大腸桿菌和沙門氏菌的滅活效率高于金黃色葡萄球菌、李斯特菌屬，表明電生功能水可成為其他食品消毒劑的良好替代品[10]。

電生功能水還可以作為一種有效的食品保鮮技術(shù)。通過將需要保鮮的食品浸泡在電生功能水中，可以延長其保鮮期限，抑制微生物的繁殖和代謝，并且可以去除食品表面的污染物質(zhì)，改善食品的衛(wèi)生質(zhì)量和口感。ZHANG J 等人使用微酸性電生功能水處理楊桃，實驗結(jié)果表明：微酸性電生功能水可顯著降低楊桃呼吸速率，抑制細胞膜通透性的增加，延緩表觀顏色變化，楊桃中生物活性化合物和營養(yǎng)成分含量與對照組較高，表明電生功能水處理可使水果具有較高的果實品質(zhì)和營養(yǎng)價值，同時可改善水果的貯藏性能[11]；劉媛等人使用電生功能水處理鮮切甘藍、西藍花和彩椒等鮮切蔬菜，實驗結(jié)果為酸性電生功能水對鮮切甘藍和西藍花表面的農(nóng)藥去除率最高，分別約為72.28%～91.04%、72.28%～90.11%，堿性電生功能水對鮮切彩椒表面的農(nóng)藥去除率最高，約為72.24%～88.12%，該研究表明了電生功能水在葉菜、花菜和果菜類蔬菜采后農(nóng)藥殘留去除方面的強大潛能[12]。

2.3 畜禽養(yǎng)殖

電生功能水可以有效殺滅畜禽飲水中的各種細菌、真菌和病毒等微生物，提高飲水衛(wèi)生質(zhì)量，預防動物因飲用污染水而引發(fā)的疾病。通過將電生功能水加入到飲水器中，可以對飲水進行實時消毒，保證畜禽飲水安全。例如：BODAS R 等人將3%的微酸性電生功能水消毒過的自來水作為生產(chǎn)母羊的飲用水，一段時間后測定的大腸菌群和鏈球菌群等數(shù)量均有一定程度減少，而且對母羊的生化指標、產(chǎn)奶量等均未產(chǎn)生影響，表明了電生功能水可作為高效經(jīng)濟的消毒劑對動物飲用水進行消毒[13]。

在畜禽舍內(nèi)，使用電生功能水對空氣和表面進行消毒處理，可有效地殺滅各種微生物，減少感染疾病的風險，提高畜禽健康水平。同時，電生功能水還可以去除畜禽糞便和尿液等有害物質(zhì)，改善畜禽舍環(huán)境衛(wèi)生質(zhì)量。YANG S 等人通過向豬舍噴灑電生功能水，30 min 后測定生物氣溶膠中真菌和細菌的濃度顯著減少，說明電生功能水去除動物房內(nèi)空氣中的生物氣溶膠，可解決其中的真菌和細菌引起呼吸系統(tǒng)和過敏性疾病的問題[14]；LI Z G 等人向農(nóng)場動物舍內(nèi)空氣中噴灑電生功能水，研究結(jié)果表明：酸性電生功能水不僅能有效降低大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等病原微生物數(shù)量，而且是氨的潛在吸收劑，表明電生功能水有助于減輕動物舍中的空氣細菌的傳播并改善空氣質(zhì)量[15]；RHEE C H 等人使用酸性電生功能水處理非洲豬瘟病毒（ASFV）和禽流感病毒（AIV）污染的環(huán)境條件，實驗結(jié)果表明：在低水平有機污染條件下，有效處理ASFV和AIV 的電生功能水含有的最低有效氯濃度分別為0.004%和0.006%，在高水平有機污染的條件下，有效處理ASFV 和AIV 的電生功能水含有的最低有效氯濃度為0.008%和0.01%[16]，該研究表明了電生功能水作為畜禽環(huán)境消毒劑的潛在用途。

電生功能水也可以作為一種有效的畜禽腸道消毒技術(shù)。通過將電生功能水添加到畜禽飼料中，可以消滅部分消化道中的有害微生物，改善畜禽腸道健康狀況，并提高畜禽生產(chǎn)性能。BORDONI L等人使用氯菊酯殺蟲劑（PERM）聯(lián)合電生功能水對小鼠灌胃，實驗表明：同未聯(lián)合電聲功能水組小鼠相比，與電生功能水聯(lián)合處理對PERM 處理具有保護作用，腸道微生物群改變，如產(chǎn)生丁酸鹽的細菌具有更高的豐富度[17]。

2.4 公共衛(wèi)生

電生功能水可以在醫(yī)院內(nèi)對空氣、表面和設備進行消毒處理，可以有效地殺滅各種細菌、真菌和病毒等微生物，減少交叉感染的發(fā)生和傳播。使用電生功能水進行醫(yī)院環(huán)境消毒，不僅安全無害，而且可以提高消毒效率和節(jié)約能源。例如：STEWART M等人對蘇格蘭一家醫(yī)院中的30 個床位的儲物柜等環(huán)境物品使用電生功能水消毒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)患者附近物品表面的ACC和葡萄球菌數(shù)量在清潔后顯著降低，并在48 h 內(nèi)仍低于預期水平[18]。CáRDENAS A M等人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)電生功能水對牙科診所中的病毒、真菌和細菌具有很好的消毒效果，可有效消毒受污染的環(huán)境物品表面、醫(yī)用材料和設備，表明電生功能水在醫(yī)院環(huán)境消毒中使用[19]。

電生功能水還可以用于公共飲用水的消毒處理。通過將電生功能水注入自來水管道中，可以實現(xiàn)對公共飲用水的持續(xù)消毒，保證飲用水的衛(wèi)生質(zhì)量。此外，電生功能水還可以去除自來水中的有機物和重金屬等污染物質(zhì)，改善飲用水質(zhì)量。TANAKA Y 等人進行一項研究，參與者持續(xù)2 周每天喝500 mL 純凈自來水或堿性電生功能水，實驗結(jié)果表明飲用堿性電生功能水沒有完全改變腸道微生物群，但會作用于特定的細菌物種，即雙歧桿菌，可改善胃腸道癥狀[20]。

在公共場所，如學校、超市、地鐵等地方，使用電生功能水對空氣、表面和物品進行消毒處理，可以有效地殺滅各種微生物，預防疾病的傳播和感染。此外，使用電生功能水進行消毒處理還可以避免使用傳統(tǒng)消毒劑對人體和環(huán)境造成的污染和危害。例如：楊興等人研制出一種公共場所用電解消毒裝置，包括消毒箱體、蓄液室、注液口、消毒室和電解模塊，不僅提高了消毒裝置使用時的消毒效果和便捷性,而且確保了消毒裝置使用時蓄液室內(nèi)部水源的質(zhì)量[21]；張迎春研制出一種適用于公共場所的電生功能水除菌消毒去污器，包括儲液裝置、離子水發(fā)生裝置、霧化噴頭、動力裝置和外殼結(jié)構(gòu)，此裝置可以將水進行電解得到不同酸堿度的電生功能水，并施加電壓使其帶有不同強度的電荷,增強其消毒殺菌等性能，無對人體和寵物有害的化學成分，且耗電少節(jié)省能源[22]。

3 問題及展望

電生功能水作為一種新型的殺菌消毒技術(shù)，具有許多優(yōu)點，但同時也存在一些問題和亟待解決的挑戰(zhàn)。（1）電生功能水的殺菌消毒機理尚不十分清楚，需要進一步明確其作用原理和有效成分。此外，電生功能水在殺菌消毒過程中產(chǎn)生的自由基等活性物質(zhì)也可能對環(huán)境和人體造成潛在的危害，需要進行進一步的安全性評估和研究。（2）電生功能水的殺菌消毒效果受到發(fā)生條件的影響，如電場強度、水的離子濃度和溫度等因素都會對其消毒效果產(chǎn)生影響。因此，需要進一步優(yōu)化發(fā)生條件，提高電生功能水的殺菌消毒效率和穩(wěn)定性。（3）電生功能水可以與其他殺菌消毒工藝相結(jié)合，增強其殺菌消毒效果。例如：將電生功能水與紫外線、臭氧等技術(shù)聯(lián)合使用，可以顯著提高其殺菌消毒效果。因此，需要開展更多的電生功能水與其他殺菌消毒技術(shù)的聯(lián)合應用研究。（4）為了實現(xiàn)電生功能水智能化生產(chǎn)，需要開發(fā)具有高效、穩(wěn)定和可控制特點的電生功能水裝備及其控制系統(tǒng)，減少成本。

4 結(jié)語

綜上所述，電生功能水作為一種新型的殺菌消毒技術(shù)，在未來的研究中仍然存在許多問題和挑戰(zhàn)。通過機理研究的進一步深入，以及裝備結(jié)構(gòu)與運行參數(shù)的優(yōu)化，可以進一步提高電生功能水的殺菌消毒效率和安全性，結(jié)合智能化控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)其在各個領域的廣泛應用。