酸性電解水的穩(wěn)定性研究

敖菲菲，方 祥，陳海強(qiáng)，梁鉆好，梁鳳雪，黃成龍，余 銘

（1.陽(yáng)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東陽(yáng)江 529500；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州 510000）

酸性電解水是將食鹽或稀鹽酸溶液放入電解生成機(jī)中，在電場(chǎng)作用下得到的具有殺菌作用的溶液[1-2]。作為一種新型減菌劑，酸性電解水在醫(yī)療[3-5]、食品[6-9]、農(nóng)業(yè)[10]、環(huán)保[11-12]等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。與其他冷殺菌技術(shù)，如超高壓殺菌技術(shù)、脈沖光殺菌技術(shù)、臭氧滅菌技術(shù)、膜分離技術(shù)、紫外線消毒技術(shù)等相比，酸性電解水具有操作簡(jiǎn)便、成本低廉、綠色環(huán)保、應(yīng)用范圍廣、殺菌效率高等優(yōu)點(diǎn)[13-16]。

目前，對(duì)于酸性電解水殺菌能力應(yīng)用的研究較多，而對(duì)酸性電解水穩(wěn)定性的研究較少。酸性電解水的穩(wěn)定性對(duì)其殺菌效果具有顯著影響，其殺菌活性成分易受制水電流、存放時(shí)間、光照、空氣及接觸介質(zhì)的影響[17]。另外，其殺菌機(jī)理與其pH值、氧化還原電位（Oxidation-reduction potential，ORP） 和有效氯濃度（Available chlorine concentration，ACC）等理化指標(biāo)相關(guān)[18]。制水時(shí)電流大小不同，理化指標(biāo)也隨之變化。因此，可以通過(guò)控制電流的大小來(lái)調(diào)控其殺菌效果。研究酸性電解水的穩(wěn)定性，尋找一種合適的貯藏方式對(duì)于酸性電解水的殺菌應(yīng)用具有基礎(chǔ)性意義。探究酸性電解水的穩(wěn)定性及其最佳貯藏條件，為酸性電解水的應(yīng)用研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

普通食鹽，廣東省鹽業(yè)集團(tuán)有限公司提供；碘化鉀（分析純），上海瀘試實(shí)驗(yàn)室器材股份有限公司提供；冰乙酸（分析純），天津市富宇精細(xì)化工有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 制備開(kāi)機(jī)后不同時(shí)間的酸性電解水

CE-7100-02型酸性氧化電位水生成器開(kāi)機(jī)預(yù)熱0.5 h，配置飽和食鹽溶液，放入酸性氧化電位水生成器中，開(kāi)機(jī)制水，固定電流25 A，水流2.0 L/min，每隔2，4，6，8，10，20 min用棕色磨口廣口瓶裝水，裝水時(shí)間10 s，裝好后立即蓋上瓶蓋密封，進(jìn)行5次平行試驗(yàn)。

1.3.2 電解水pH值、氧化還原電位（ORP） 和有效氯（ACC） 的測(cè)定

使用PHSJ-3F型pH計(jì)直接測(cè)定pH值，使用SX-630型筆式ORP計(jì)直接測(cè)定ORP值，按照QCL501C型水質(zhì)分析儀的使用說(shuō)明書(shū)測(cè)定ACC。

1.3.3 制備不同電流條件下的酸性電解水，測(cè)定pH值，ORP，ACC值

CE-7100-02型酸性氧化電位水生成器開(kāi)機(jī)預(yù)熱0.5 h，配置飽和食鹽溶液，放入酸性氧化電位水生成器中，固定水流2.0 L/min，調(diào)節(jié)電流分別為5，10，15，20，25，30 A，開(kāi)機(jī)制水，10 min后用棕色磨口廣口瓶裝水，裝水時(shí)間10 s，裝好后立即蓋上瓶蓋密封，進(jìn)行9次平行試驗(yàn)。

1.3.4 電解水不同儲(chǔ)存條件處理

全新600LT是邁凱倫運(yùn)動(dòng)跑車系列的最新車型，汲經(jīng)典“長(zhǎng)尾賽車”和邁凱倫675LT車型的靈感，以性能提升與激情駕駛體驗(yàn)為核心特質(zhì)，以輕量化為核心設(shè)計(jì)目標(biāo)—車重低至1247公斤，3.8升V8雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出600馬力、620?！っ祝瑒e具一格的頂部排氣管設(shè)計(jì)以獨(dú)特的美學(xué)效果在提高辨識(shí)度的同時(shí)再次減輕了車身重量。

參照董宇[19]的方法略作修改。固定電流25 A，水流2.0 L/min，制備大量電解水，存放于密封避光的容器中，用若干個(gè)玻璃瓶分裝電解水，分別在室內(nèi)封口避光、室內(nèi)封口見(jiàn)光、室內(nèi)敞口避光、室內(nèi)敞口見(jiàn)光、室外封口見(jiàn)光、室外封口避光6個(gè)條件下保存1個(gè)月，或者保存至ORP低于800 mV（好氧微生物存活的最適ORP為200～800 mV，厭氧微生物則為-700～200 mV[20-21]，當(dāng)ORP低于800 mV后，電解水的殺菌能力下降）。室內(nèi)見(jiàn)光組一起置于RXZ-280B型人工氣候箱中，設(shè)置溫度25℃，光照強(qiáng)度20%，24 h照射；室內(nèi)避光組用報(bào)紙包裹置于暗室內(nèi)，環(huán)境溫度25℃；室外組放置于樓頂露天環(huán)境下，平均氣溫30℃，室外見(jiàn)光組沒(méi)有進(jìn)行包裹，室外避光組用報(bào)紙和黑色塑料袋進(jìn)行包裹。每天定時(shí)測(cè)定其pH值，ORP，ACC值。每個(gè)貯藏條件處理進(jìn)行3個(gè)平行試驗(yàn)。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0和Microsoft Excel 2010進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸性氧化電位水生成器的開(kāi)機(jī)穩(wěn)定性

開(kāi)始制水后不同時(shí)間制得的酸性電解水ORP值（a）、ACC（b） 和pH值（c） 的變化見(jiàn)圖1。

由圖1可知，開(kāi)機(jī)后電解水的ORP值，ACC，pH值一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，隨著制水時(shí)間的變化沒(méi)有顯著差異（p＞0.05）。由此可知，開(kāi)機(jī)制水2 min后，由酸性氧化電位水生成器所制備的電解水理化性質(zhì)很穩(wěn)定。

圖1 開(kāi)始制水后不同時(shí)間制得的酸性電解水ORP值（a）、ACC （b） 和pH值（c） 的變化

2.2 電流對(duì)酸性電解水理化性質(zhì)的影響

不同電流對(duì)酸性電解水ORP值（a）、ACC（b）和pH值（c） 的影響見(jiàn)圖2。

圖2（a） 表示電流對(duì)酸性電解水ORP值的影響，隨著電流的增加，ORP值呈顯著上升趨勢(shì)（p＜0.05），但是隨著電流的持續(xù)增加，ORP值上升的趨勢(shì)逐漸緩和。圖2（b）表示電流對(duì)酸性電解水ACC的影響，隨著電流的增加，ACC也是呈顯著上升趨勢(shì)（p＜0.05），且上升的速率比較均勻。圖2（c）表示電流對(duì)酸性電解水pH值的影響，隨著電流的增加，pH值呈顯著下降趨勢(shì)（p＜0.05），且隨著電流的持續(xù)增加，下降的趨勢(shì)逐漸緩和，當(dāng)電流上升至20 A后，pH值不再發(fā)生顯著變化。電流對(duì)酸性電解水理化性質(zhì)的影響與田麟[22]的研究結(jié)果大體相同?？梢酝ㄟ^(guò)控制電流的大小來(lái)控制酸性電解水的理化指標(biāo)，制備出對(duì)應(yīng)理化指標(biāo)的電解水。

2.3 貯藏條件對(duì)電解水的影響

2.3.1 貯藏條件對(duì)電解水ORP值的影響

不同貯藏條件下電解水的ORP值變化趨勢(shì)見(jiàn)圖3。

室內(nèi)封口避光條件下，ORP值整體變化不大，貯藏30 d，僅降低1.0%；室外封口避光、室內(nèi)封口見(jiàn)光、室內(nèi)敞口見(jiàn)光條件下，ORP值變化趨勢(shì)相仿，隨著時(shí)間的推移，ORP值下降的速率逐漸增加，然后驟降，電解水失效。室內(nèi)敞口避光貯藏電解水的ORP值幾乎勻速下降，第2～15天ORP值無(wú)顯著差異（p＞0.05），第16天ORP值驟降，從885 mV跌至775 mV，下降了12%。室外封口見(jiàn)光貯藏的電解水ORP值下降速率最快，僅2 d就從1 089 mV跌至506 mV，下降了53.5%。

由圖3可知，室內(nèi)封口避光貯藏的電解水ORP值最穩(wěn)定，貯藏了30 d仍變化不大，是電解水最優(yōu)貯藏方式，室外封口避光貯藏次之；貯藏19 d，ORP值僅下降3%。室內(nèi)封口見(jiàn)光能保存12 d，ORP值下降4%；其他貯藏方式貯藏效果不佳。

光照、開(kāi)口、高溫等貯藏條件都會(huì)導(dǎo)致電解水ORP值下降，這與學(xué)者的研究結(jié)論一致[23]，可能是因?yàn)殡娊馑械某煞植环€(wěn)定，見(jiàn)光和高溫的情況下會(huì)分解；開(kāi)口會(huì)揮發(fā)，或者與空氣發(fā)生反應(yīng)。

2.3.2 貯藏條件對(duì)電解水ACC的影響

不同貯藏條件下電解水的ACC變化趨勢(shì)見(jiàn)圖4。

圖2 不同電流對(duì)酸性電解水ORP值（a）、ACC（b） 和pH值（c） 的影響

圖3 不同貯藏條件下電解水的ORP值變化趨勢(shì)

圖4 不同貯藏條件下電解水的ACC變化趨勢(shì)

由圖4可知，電解水ACC隨著貯藏天數(shù)的增加而顯著降低（p＜0.05）。室內(nèi)封口避光條件下，ACC下降速率的最慢，貯藏6 d后，ACC開(kāi)始顯著下降（p＜0.05）；貯藏了30 d后，ACC下降到11 mg/L，降低了56%。室外封口避光條件下，ACC下降速率的減慢，貯藏3 d后，ACC開(kāi)始顯著下降（p＜0.05）。其余4種貯藏方法，在貯藏的第2天，ACC就開(kāi)始顯著下降（p＜0.05）。除了室內(nèi)封口避光外，其他貯藏條件下，ACC均下降到0 mg/L。

由圖4可知，ACC穩(wěn)定性較差，電解水不能長(zhǎng)期貯藏，制備出來(lái)后應(yīng)該盡快用完。室內(nèi)封口避光貯藏效果最好，但是僅能保持ACC 6 d內(nèi)不發(fā)生顯著變化（p＞0.05）；室外封口避光貯藏次之，能夠貯藏3 d；其他貯藏方法均不能放至第2天。

貯藏時(shí)間、光照、貯藏溫度、密封情況對(duì)電解水的ACC影響效果顯著（p＜0.05），這與學(xué)者的結(jié)論一致[23-25]，可能因?yàn)殡娊馑腁CC與HClO濃度相關(guān)，HClO極不穩(wěn)定，可以自發(fā)分解。

2.3.3 貯藏條件對(duì)電解水pH值的影響

不同貯藏條件下電解水的pH值變化趨勢(shì)見(jiàn)圖5。

由圖5可知，不同的貯藏條件對(duì)電解水pH值的影響不同。室內(nèi)、室外封口避光條件下，pH值總體變化不大；室內(nèi)、室外封口見(jiàn)光條件下，pH值呈顯著下降趨勢(shì)（p＜0.05）；室內(nèi)敞口避光、見(jiàn)光條件下，pH值先上升，后下降。

封口避光條件下，電解水的pH值穩(wěn)定性較好，且溫度對(duì)pH值的影響不明顯，這與Tatsumi Y等人[24]的研究結(jié)論一致。敞口條件下，pH值先上升、后下降，可能是因?yàn)樵诔诃h(huán)境中，電解水中同時(shí)存在2種反應(yīng)：HClO分解產(chǎn)生HCl，以及空氣中的CO2融入水中。當(dāng)HCl揮發(fā)的速度大于CO2融入水中的速度時(shí)，電解水pH值不斷上升；當(dāng)HCl逐漸揮發(fā)殆盡，空氣中的CO2仍不斷融入水中，pH值開(kāi)始下降；待二者反應(yīng)達(dá)到平衡，pH值則穩(wěn)定下來(lái)。封口見(jiàn)光條件下，pH值顯著下降（p＜0.05），可能是由于光照條件加速了HClO的分解，形成的HCl無(wú)法揮發(fā)導(dǎo)致。

圖5 不同貯藏條件下電解水的pH值變化趨勢(shì)

3 結(jié)論

探究酸性電解水的穩(wěn)定性及其最佳貯藏條件，得到的結(jié)論如下：①開(kāi)機(jī)制水2 min就能得到理化性質(zhì)穩(wěn)定的酸性電解水；②電流對(duì)酸性電解水的理化性質(zhì)影響較大；③酸性電解水的最佳儲(chǔ)存條件是室內(nèi)封口避光。