酸性氧化电位水在水产品和水产养殖中的应用_酸性氧化电位水的应用

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酸性氧化电位水在水产养殖和水产品中的应用

叶章颖 *，祁凡雨，裴洛伟

第一作者兼通讯作者：叶章颖，副教授，博导，主要从事电解水工程化应用技术与装备的研究，Email：yzyzju@zju.edu.cn

来源：《水产工业化养殖的理论与实践》 作者：刘鹰、朱松明、李勇

出版社：海洋出版社

出版时间：2014-9-1

摘要

本文介绍了酸性氧化电位水在水产领域中的应用，主要涉及养殖水体杀菌和环境消毒、毒藻清除，以及酸性氧化电位水在水产品活体净化、清洗杀菌、贮藏保鲜等卫生品质中的应用进展。提出进一步推广微酸性电解水的应用范围、加强电解水专用设备的研发及完善电解水的相关标准规范将是今后研究的方向。

关键词：酸性氧化电位水，杀菌，水产养殖，水产品

我国是水产品生产大国，2011年我国水产品生产总量达到5611万吨。水产养殖业是我国农业的重要组成部分，在国民经济中占有重要地位。然而，我国并不是水产养殖技术强国，当前渔业水体环境的污染和渔药残留等因素严重制约我国水产行业的发展。同时水产品极易腐败变质，研究表明，微生物污染是导致水产品腐败变质的最主要因素之一。甲壳类、贝壳类水产品多数生活在近海或淡水中，其表面或体内易携带致病菌；淡海水中的水产品均有感染沙门氏菌、霍乱弧菌、副溶血性弧菌、大肠埃希菌等的可能。一些水产品如牡蛎、三文鱼等在食用前不经过加工或半加工，消费者不可避免的会通过该种食用方式感染某些食源性疾病，尽管这些疾病一般不会威胁生命，其症状一般从短期温和型肠紊乱到急性胃肠炎，但极可能引发其他更严重的疾病。因此，抑制或消除水产品中食源性致病菌是保证水产品食用安全的重要保障之一[1]。一般通过养殖过程中的水体净化和水产品加工处理两方面来进行。

水产养殖过程常用的水体净化技术是紫外照射和臭氧杀菌以及一些化学杀菌剂。紫外线处理海水时，海水的浑浊度、颜色及其可溶性铁盐均能影响紫外线通过海水的透过率，降低杀菌作用进而影响净化效率。臭氧是一个强氧化剂，用于海水消毒时会首先与海水中的离子反应产生副产物，其次，如何精确的控制臭氧发生量，均匀地溶于海水，并保持海水中稳定的臭氧浓度尚存在困难，同时臭氧发生装置要求高，操作不便[2]。相对来说，化学杀菌剂使用方便，但也有其不可避免的危害性。

水产品加工过程中通常使用的化学类杀菌剂有双氧水、臭氧、含氯制剂等。双氧水属于低毒杀菌剂，使用量如果不当会对人体产生潜在致癌性。臭氧虽能有效杀菌，但因为存在着残留物发生氧化反应产生副产物的可能，其使用一直存在质疑；含氯制剂因其对设备的腐蚀性及存在余氯残留的危害，使用也受到一定限制[3]。近年来新起的冷杀菌技术如超高压杀菌、辐照杀菌等虽能较好的保持产品固有的营养价值及色泽风味，但均因杀菌成本高、适用范围小等不利于工业化推广[4]。

酸性氧化电位水(又叫酸性电解水、电生功能水等)是近年来研制的一种新型机能水，通过直流电解稀盐酸溶液或食盐溶液产生，具有广谱抑菌活性、高效、安全无害、环境友好等特点，可现场生产，操作简单且生产成本低。已有研究表明，电解水对于食源性致病菌沙门氏菌、副溶血性弧菌、大肠杆菌等病原菌具有良好的杀菌效果[5-6]。目前，酸性电解水在医疗卫生领域的应用研究在日本已有大量报道，在食品加工、农产品保鲜、植物病害防治等领域也取得一定的研究成果。作为一种新型消毒剂，酸性电解水直接用于水产养殖中的消毒杀菌在我国报道还很少，本文将其目前在水产业中的应用进行整理，期待为其应用于我国的水产行业提供一定的借鉴。酸性氧化电位水的基础及杀菌机理

1.1酸性氧化电位水基础介绍

1990年日本学术年会上，由于酸性电解水能迅速杀灭造成医院内感染的MRSA(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus)而引起医学界广泛注目。酸性氧化电位水及其电解仪器于20世纪80年代首先在日本研制成功，最开始获得批准并投入使用的是强酸性电解水(pH 2.2-2.7)，采用有隔膜的电解槽电解产生。后来有学者开始认识到强酸性电解水的腐蚀性、残留氯高等问题，因此，近年来新起的微酸性电解水(pH 5.0-6.5，ORP 500-800mv, ACC 10-30ppm)因其无腐蚀性、几乎无余氯残留、杀菌效率高等优点受到广泛关注。2002年6月10由日本厚生劳动省认定微酸性次氯酸水可作为食品添加物使用(日本官报第3378期)。

在我国，对电解水的研究已经起步，已有很多家医疗卫生相关机构引进设备或用国产设备进行了消毒效果观察并对其作用机理进行了初步研究，在电解水基础理论研究方面，主要的研究都集中在酸性电解水杀菌机理的问题上。此外，在电解水物理化学特性、贮藏条件方面所做的研究也很多。Horiba[7]等人考察了中性电解水(pH6.1)在不同贮藏条件下各理化参数随时间的变化以及对白色念珠菌和17种细菌(其中15种细菌从感染的根管中分离)的杀灭效果。结果表明，密闭避光条件下贮藏21天，中性电解水的pH值、ORP值基本保持不变，有效氯浓度则变化较大，由18.4 mg/L降到10.6mg/L。另外，贮藏后中性电解水的杀菌活性降低。Cui[8]等人研究表明：加热和冷却对微酸性电解水的pH值、ORP和电导率都有一定的影响，实验证明了加热和冷却时微酸性电解水的pH值略有升高，ORP下降，电导率显著增加，有效氯浓度变化不大。稀释对微酸性电解水的pH值、ORP没有显著影响，但电导率和有效氯浓度随着稀释倍数的增加而显著降低，贮藏过程中微酸性电解水和酸性电解水的pH值和电导率基本不变，光照对微酸性电解水的各项理化性质没有显著影响(p＞0.05)，不同贮藏条件不影响微酸性电解水的杀菌效果，而酸性电解水开口贮藏后杀菌效果下降。

1.2 杀菌机理

目前，酸性电解水的杀菌效果已得到广泛的认可，有关酸性电解水的杀菌作用机理，初认为是由于其pH值及ORP值超出了微生物生长的最适范围，使微生物的细胞膜发生电位改变，导致膜通透性增强，细胞内容物溢出，从而达到杀灭微生物的作用，并且杀菌效果与ORP值成正比[9]。Liao等认为高ORP值能影响并损害大肠杆菌的GSSG/2GSH的氧化还原状态，破环细胞外膜和内膜[10]。后来曾新平[11]研究发现Na2SO4、NaNO3电解水的灭菌能力远低于酸性电解水，pH为2.50的H3PO4、HCl溶液的灭菌效果都很差，他认为电解水的高效杀菌作用是以ACC为主导、低pH值及高ORP值为重要促进的三者协同作用的结果，其中ACC起了关键的作用。近年来研究人员对这一问题进行了较多研究，提出了几种解释，主要有上述的ORP学说、有效氯学说、活性氧学说、自由基学说等。例如郝建雄[12]等认为强酸性电解水的杀菌主要成分是次氯酸，当有效氯浓度达到一定值，其存在形式HClO或ClO-则是决定电解水杀菌强弱的关键。杨敏[13]认为电解水杀菌过程中，活性氧和有效氯的协同消毒起了重要作用；同时，电镜试验结果表明，酸性电解水中的羟自由基也在消毒中发挥了重要作用。1998年有效氯学说被确立为酸性电解水杀灭病原微生物的主要学说。电解水的杀菌机理比较复杂，到目前为止还没有统一解释，需进一步证实研究。酸性氧化电位水在水产养殖中的应用

2.1 养殖水体杀菌和环境消毒

表1总结了电解海水对于鳗弧菌，副溶血性弧菌等的杀灭效果。沈晓盛等[14]将海水及海水稀释成不同浓度后通过氧化电解水装置进行电解不同时间后，所得酸性电解海水对病原菌及食品加工表面接触材料(地板砖、不锈钢板、瓷砖、手套、抹布)的消毒效果进行了分析研究，结果表明，酸性电解海水具有良好的杀菌效果，能将107 CFU／mL的病原茵悬液在l min内几乎全部杀死，能将表面材料含有的107CFU/cm2病原菌在5 min之内几乎全部杀灭。由此说明电解海水对食品加工表面接触材料具有明显的消毒效果，能取代以淡水为原料的电解水杀菌效果是高效廉价和不浪费淡水资源的一种理想消毒剂。Jorquera等[15]对电解海水用于扇贝孵化场的作用进行了研究，结果表明，相比经高压蒸汽或紫外处理过的海水，电解海水有较高的微藻生长率，具有低水平的Cl-含量的电解海水就能起到消毒作用。表1 酸性电解水用于养殖水体杀菌

Table 1 Bactericidal effects of AEW on aquaculture water

鳗弧菌 电解或处理条件

电解海水速率4L/min, 电流0.1-2.0A(1.9-2.1V)

电解海水(盐度30‰), 电解速率3 L/min，水温大肠杆菌（牡蛎）16.0–16.3 °C UV杀菌, 辐射剂量10 mJ/cm2

氯浓度0.21-0.24 mg/L, 处理24h后E.coli数为30 MPN/100 g, 与紫外杀菌效果类似 有益效果 杀菌率>99.99%

结论

Cl-1.0-1.3mg/L

牡蛎对氯的耐受量

在0.2-0.4

Kasai et al, 2011 参考文献

Jorquera et al, 2002

mg/L,处理不超过24h

魔化摩根菌 电解海水

海水与自来水体积比为 1:2 直接电解海水

海水与自来水体积比为 1:2

6.6×107CFU/ml处理60s后减到30 CFU/ml 4.6×107CFU/ml处理 60s后检测不出 8.4×107CFU/ml处理60s后减到100 CFU/ml 6.4×107CFU/ml处理60s后检测不出 7.8×107CFU/ml处理60s后减到50 CFU/ml 7.8×107CFU/ml处理 60s后检测不出

去除率>99.99%

直接利用氧化电解海水能将107 CFU／mL以上的致病菌菌悬液在1 min之内全部杀死

木村稔等, 2006

沈晓盛等，2008 沙门氏菌(盐度28.6‰,电解7min)

直接电解海水

海水与自来水体积比为 1:2 单增李斯特菌

副溶血性弧菌

电解海水

直接电解海水

氯浓度0.23 mg/L 处理1min(海胆)总菌落数(盐度30‰)

氯浓度0.76 mg/L 处理2d 去除率>90%

2.2 毒藻清除

目前，国内外有关酸性电解水用于海水中毒藻的清除研究报道较少。台湾的陆元雄等[18]曾研究过酸性电解水对亚历山大细藻成长与毒性的影响，酸性电解水对有毒涡鞭毛藻生长及毒素的影响也有过报道，不过关于其对海洋中其他毒藻的生长影响并没有进一步的研究。海洋毒藻除菌常用的是抗生素，因此不可避免的会有因使用抗生素而带来的负面效应。有报道称海洋细菌同藻细胞的相互作用可以明显影响有毒藻的产毒能力，但相互之间没有明显的规律[19]。因此酸性电解水对海洋毒藻的除菌以及海洋细菌的自主产毒影响效果及机理的研究是能否获得无菌藻的关键。

2.3 酸性氧化电位水安全性

Kasai等人研究电解海水作用于牡蛎时牡蛎的生存状况，结果表明，牡蛎在含有效氯 0.2 mg/L的海水中48 小时不会出现死亡，而且这段期间牡蛎鳃没有产生病变，鳃组织周围纤毛运动也不会受到损害[16]。同时有学者对电解海水的安全性也做了研究，表明含有效氯1.0mg/L的电解海水具有很好的杀菌作用，电解后海水中的有机溴化物90%为三溴甲烷，其含量远低于日本和美国对饮用水中溴化物含量的限量标准，同时回复突变试验表明电解海水不具有致突变性[20]。已有的研究都表明电解海水能高效安全的应用于养殖水体的净化杀菌中。Ge等[21]研究了不同浓度的中性电解水(pH 6.53, ORP890 mV, ACC 80 mg/L)对猪皮的消毒效果，通过微生物学分析、组织学评估、接触性细胞毒性测定等证明了中性电解水用于猪皮消毒的高效及安全性。酸性氧化电位水在水产品卫生品质中的应用

3.1 活体净化

目前用于活体如贝类的净化技术多采用紫外照射、臭氧和二氧化氯等[22-23]，电解水用于活体净化技术的研究还很少。已有的研究表明酸性电解水一方面能减少水中的有害菌，另一方面能提高鱼、贝类等水产品的自身净化能力，但各类水产品对于氯的耐受性试验，换水时间及频率等参数目前还没有系统化的研究。Kasai 等[16] 研究了电解海水对牡蛎表面大肠杆菌的杀菌效果，结果表明，氯浓度在 0.2–0.4 mg/L的范围内，电解海水能有效杀灭牡蛎中的大肠杆菌，牡蛎在含有效氯 0.2 mg/L的海水中能存活 48 小时，而且这段期间牡蛎鳃不会病变，其纤毛运动也不会受到损害。Ren 和 Su[24]对牡蛎表面的副溶血性弧菌和创伤弧菌的杀灭效果进行了试验研究，结果牡蛎暴露在含30 mg/L有效氯的水中超过24小时会出现死亡现象，8小时的短时间处理（含30 mg/L的有效氯和1% NaCl）不仅能有效降低弧菌数，而且不会引起牡蛎死亡。相似的结果也反映在Huang[25]的研究中，将电解水添加至养殖水池中，使水池中的有效氯达到3 mg/L 和30 mg/L，可以提高蛤和牡蛎的自身净化能力。

3.2 水产品原料的清洗

水产品体表经常会携带污染的食源性致病菌，如果用酸性电解水清洗水产品原料，不仅能达到消毒水产品的目的，而且清洗后的清洗液无微生物残留，不会造成环境二次污染，同时也不会造成从清洗液或手套到食品原料的交叉污染，大大降低了病原微生物污染食品原料的风险。目前已经有酸性电解水对于水产品原料表面摩式摩根菌、单增李斯特菌、大肠杆菌、副溶血性弧菌等杀灭效果 的研究[26-30]（见表2）。Ozer[27]等人通过酸性电解水处理污染大肠杆菌和单增李斯特菌的三文鱼，结果发现，35℃时，酸性电解水可有效降低三文鱼表面大肠杆菌O157:H7和李斯特菌数分别为1.07 log10CFU/g和1.12 log10CFU/g。因此可以考虑用酸性电解水对生食水产品进行食用前的消毒处理。也有研究表明酸性电解水以及由此制成的冰，两者结合用于食品接触表面及某些水产品表面的杀菌处理，可有效减少其表面的组织胺产生菌[31]。谢军[32]利用酸性电解水处理纯培养的副溶血性弧菌菌悬液，结果表明酸性电解水能在2min内减少副溶血性弧菌约8.20 log10CFU/g。由此可见，酸性电解水在处理实际水产品时杀菌效果要低于纯培养的菌悬液，这是因为实际水产品表面的有机质等削弱了酸性电解水的杀菌功效，因此在实际操作中要根据杀菌要求适当提高电解水有效氯浓度或结合其他手段如先用冷水清除污垢来提高电解水的杀菌效力。表2 酸性电解水对水产品上病原微生物的杀菌效果 Table2 Inactivation of food-borne pathogens on seafood by AEW 对象 菌种类 杀菌条件

结果(log CFU/g)

初始菌数

减菌数

pH

ORP(mv)静置浸泡1min 静置浸泡5min 虾仁表面 副溶血性弧菌 搅拌处理1min 搅拌处理5min 50℃下1min

南美

总细菌数

白对虾 浸泡15min 22℃ 64min 单增李斯特菌

35℃ 64min 生三文鱼

大肠杆菌 O157:H7 22℃ 64min 35℃ 64min

1.12 0.84 1.07

McCarthy 和

Burkhardt, 2012 23℃5min 大肠杆菌

23℃10min 罗非鱼

23℃5min 肠炎弧菌

23℃10min

2.61

1.49

0.76

2.47

1159

120

Huang et al., 2006

0.58

2.6

1156

Ozer和 Demirci, 2006 料液比1:2,4.20

2.24 0.86

2.0

1140

莫根永等, 2010

8.0

0.60±0.41 0.98±0.45 0.45±0.06 1.00±0.35 2.12±0.13

2.4

1163

Xie et al, 2012

ACC(mg/L)

AEW 参数

参考文献

生鱼表面 摩式摩根菌 室温下5min 5.37±0.65 检测不到活菌数 2.8 1080 50 3.3 水产品所接触器材表面的消毒

采用酸性电解水对水产品所接触器材表面消毒可解决氯制剂消毒带来的残留氯问题，且酸性电解水制取方便，可连续大量生产，能满足大型水产品加工企业对消毒剂的要求。已有许多文献报道了酸性电解水对水产品加工设备或器材表面的消毒，例如将中性电解水用于食品准备前切菜板的处理，与自来水和 NaClO 溶液对比，手动清洗时，中性电解水可以减少菜板表面大肠杆菌K12数 3.4 CFU/100cm2和李斯特菌数 4.1 CFU/100cm2，与 NaClO 溶液处理效果相当，自动清洗效果更佳[33]。酸性电解水(pH=6.38)喷雾处理食品接触表面，可不同程度减缓微生物生长79﹪-100﹪[34]。Liu[35]等人研究了电解水对水产品加工表面(不锈钢板材、瓷砖、地板砖)单增李斯特菌的杀灭情况，结果发现，用电解水处理这三种材料表面(25cm2)5min，单增李斯特菌数可分别减少3.73log，4.24log，5.12log。研究还发现，有机物会降低电解水的杀菌效果，用同样参数的电解水处理表面有蟹肉残留的这三种材料，单增李斯特菌数均会减少2个左右的对数值，细菌减少量有所降低。

3.4 水产品贮藏保鲜

目前，水产品主要以冰藏方式进行贮藏与销售，此法附加成本高，而普通的低温冷冻又存在肉质硬化、新鲜度不佳等缺点，极大程度上限制了水产品的流通运输。捕捞后的鲜活水产品可以采用酸性电解水浸泡杀菌，然后再用酸性电解水冰块冷藏，以尽可能延长水产品的货架期。当前保鲜试验研究中，多以鱼类为研究对象，已有研究表明经酸性电解水处理过的带鱼，细菌总数明显降低，冷藏货架期较对照组延长了2-3d[36]。最近周然[37]等对微酸性电解水用于河豚鱼的保鲜试验进行了研究，结果表明，电解水处理的河豚鱼肉硬度、弹性、回复性达到对照组的1.10-1.45倍，同一冷藏条件下，可延长货架期2d。Mahmouda[38]等人通过碱性电解水、酸性电解水，结合1%精油化合物(0.5%香芹酚+0.5%百里香酚)处理鲤鱼鱼片15min，结果发现，这三种结合处理可有效减少鱼片表面微生物数量，并能抑制微生物生长；鲤鱼鱼片在贮藏第5d时，其挥发性盐基氮含量维持在较低水平，同时感官分析表明，经处理后鱼片的颜色、风味、色泽、质构几乎没有发生变化。研究展望

酸性氧化电位水在水产行业的应用，国内的研究还有待加强，已有的报道多是针对强酸性电解水的应用研究，而微酸性电解水的研究报道很少，另外在水产养殖水体杀菌的应用几乎未见报道。与强酸性电解水相比，微酸性电解水杀菌处理条件更为温和，对设备及操作人员等腐蚀性小，几乎无余氯残留，另外运行成本低，在水产养殖业和水产品源头至消费过程中均可使用，因此应进一步加强对微酸性电解水的研究和应用推广。笔者认为可以开展以下几个方面研究：

（1）应用过程的杀菌动力学基础研究。由于电解水杀菌主要成分是次氯酸，在养殖水体和水产品清洗杀菌中易受到很多因素如有机物等影响而使其效果降低，因此要针对不同水产品种开展相应的应用杀菌动力学研究，摸清适宜的电解水初始特性参数和反应时间等工艺条件，以达到最佳的杀菌消毒效果；

（2）水产养殖专用电解水设备与配套系统开发。利用电解水来进行水产养殖的杀菌，并不一定适合养殖的全过程，但可以开展针对某些对杀菌要求较高的如育苗阶段的专用电解水设备和配套系统研发，从杀菌效果和水产动物的生产性能等来综合评价该系统。同时可以开展多种杀菌技术联合使用研究，如紫外-电解联合杀菌技术和相关系统的开发；

（3）基于电解水的活体净化技术研究。作为活体饵料的卫生质量更是直接关系到整个养殖的成败，因此开展基于电解水的活体饵料鱼净化研究将对循环水养殖尤其是淡水循环水养殖提供技术支持；

（4）电解水相关标准规范的制定。2002 年卫生部将酸性氧化电位水的应用列入了《消毒技术规范》，用于指导内镜的消毒、洗手消毒、皮肤粘膜和环境物体表面的消毒等，但现行的《消毒技术规范》中是针对强酸性电解水，尚未明确微酸性电解水的使用规范，因此需要政府、高校科研机构和企业等共同推动相关的标准规范制定工作。

参 考 文 献

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