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浅析酸性氧化电位水抗菌效果及抗菌机理

摘要：本文通过国内外文献研究，介绍了各种酸性氧化电位水（EOW）的物理性质、储存条件、应用条件对抗菌效果的影响，对EOW的抗菌机理进行了梳理概述。
关键词：酸性氧化电位水；抗菌机理；影响因素
课题：黑龙江中医药大学2020年度大学生创新创业计划校级重点项目：新型酸性氧化电位水消毒机
酸性氧化电位水（Electrolyzed Oxidizing Water，EOW）的研究始于1987 年，是日本独立开发的杀菌剂，并且对耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(MRSA)有显著影响。1995年，EOW进入中国市场国内多家单位相继开发出此类产品。EOW由于具备安全环保，抗菌效果极佳等优势，具有良好的未来前景，近年来成为消毒学领域的研究热点。目前有关EOW抗菌效果及抗菌机理的研究，已表明EOW具有良好的杀灭微生物性能。同时，EOW电解系统和电解设备的不断优化，也为EOW在食品卫生、医疗消毒等领域的广泛应用提供了技术保障。
1.生成原理
制备EOW是通过电解低浓度的NaCl溶液而制得，反应的化学方程式如下图所示。通过对电解时间的调节，可以获得不同浓度有效氯（ACC）、pH值和氧化还原电位（ORP）的各种EOW。如果按结构来分的话其制备装置可分为有隔膜式和无隔膜式，多用隔膜装置制备酸性电解水（AEW），无隔膜装置制备微酸性电解水（SAEW）。同时可以在两槽型或者三槽型离子膜电解槽中，将阴极电解液和阳极电解液混合，得到碱性电解水（AlEW）、SAEW、中性电解水（NEW），也具有较好的杀菌效果。

2.EOW性质对抗菌效果的影响
（1）EOW种类及特性
根据生成方法和理化性质的不同，EOW可分为AEW（pH≤3，ORP＞1000mV）、SAEW（pH=5.0 ~ 6.5，ORP＞850 mV）、NEW（pH =7.0 ~ 8.0，ORP=750 ~ 1000mV）、AlEW（pH =10.0 ~ 13.0，ORP=–800 ~–900 mV）。AEW存在低pH值、高ORP值、ACC之间的协同作用，肯定了其在食品消毒领域的使用价值。SAEW优化了AEW对金属表面的腐蚀问题，同时也具有强大的抗菌功效，成为优于AEW的首选消毒剂。NEW则具备更低的金属腐蚀性、较长的保质期，与AEW相比是一种更安全的消毒剂。ALEW中NaOH和负ORP值提供类似洗涤剂的特性和细菌灭活功能，具备一定的抗菌功效，目前已被应用于灭活酵母以及贮存肉类等。
（2）储存条件影响
光线、空气，温度，振荡等极易影响的EOW杀菌效果和理化指标。在密封避光的储存条件下，NEW、AEW的pH、ORP、电导率及氯离子浓度等理化指标随储存时间都变化不大。Xiaodong Cui等人研究表明NEW的抗菌效率不明显受储存条件的影响，而在开放储存条件下，AEW 的抗菌效率显著降低[1]。除此之外，EOW生成器中电解液流速和温度不影响pH值，但是均会影响EOW中ACC含量，从而影响EOW抗菌效果。因此EOW建议现用现制，密封避光储存，减少振荡，适当降低储存温度，并且保存时间不宜过长。
（3）应用条件影响
有机物对EOW的抗菌效果影响较大，有机物会消耗大量ACC，同时也会充当微生物屏障，从而使微生物更难杀灭。不同浓度有机物对EOW抑制不同细菌的效果有较大影响，随有机物浓度的增加，抗菌能力下降。同时温度因素也局限着EOW抗菌作用，同样影响着其他含氯消毒剂的抗菌作用。水温与消毒剂抗菌效果正相关，即在细菌污染较轻时温度越高，EOW抗菌效果越佳。当细菌污染严重时，ACC不足以及接触时间不够时，水温对EOW抗菌效果的影响就更为突出[2]。
3.EOW抗菌作用机理
（1）pH值因素
多数病原体的适宜生长pH环境为7.2 ~ 7.6，AEW、SAEW、AlEW的pH环境极大地抑制了病原体的正常生长，抑制了细菌酶活性。而张晓娜等研究表明AEW、SAEW、NEW与苯扎溴铵对MRSA的灭菌效果一致，表明pH值并不是EOW发挥抗菌作用的决定性因素。EOW的低pH环境对细菌细胞外膜有活化作用,这导致渗透性增加并允许HOCl进入细菌内，破坏细胞内酶，导致细菌死亡。

（2）高ORP值因素
通常来说，在细菌的细胞膜内外的电位差通常在-700 ~ +800mV之间，而具有高ORP值的EOW会改变细菌内的电子流，干扰细菌细胞膜平衡，进而氧化细菌内的酶，影响细菌的正常新陈代谢及ATP合成。严重时会使细菌细胞膜破裂，细胞质外溢及超微结构改变，从而使细菌死亡。Long B.Liao提出高ORP值导致灭活大肠杆菌的机制为：首先将GSSG/2GSH的氧化还原状态进一步影响并破坏，穿透细菌的外膜和内膜，导致细菌失活。
（3）ACC因素
Abiodun D Ogunniyi等人测试在一定pH值和有机物含量范围内，对比NEW与其它含氯消毒剂（NaClO、ClO2）减少水中大肠杆菌、沙门氏菌以及李斯特菌的抗菌活性，得出EOW与日常常见含氯消毒剂一样有效甚至更有效。目前普遍认为EOW的抗菌有效成分为ACC。有效氯包括次氯酸（HClO）、氯气（Cl2）、盐酸（HCl），其中HClO是EOW发挥抗菌作用的主要物质。HClO在反应过程中可产生-OH，活性氧在高ORP条件下生成H2O2，进而生成-OH，作为一种强氧化剂的-OH，对细胞膜、蛋白质、核酸具有分解和灭活作用。
（4）EOW抗菌机理
EOW抗菌的主要机理与人体中性白细胞的杀菌机理非常相似，通过攻击多个细胞目标（细胞内、外膜和细胞内成分）来展示其抗菌特性。首先，细胞表面在经过EOW处理后由光滑、连续、光亮变为粗糙、皱缩甚至溶解。同时，细菌细胞壁和细胞膜受到含氯物质的攻击和破坏，增加细胞膜的通透性，渗漏细胞内化合物。EOW通过膜扩散后，HOCl和产生的活性氧（ROS）会不同程度地扰乱正常细胞功能和细胞超微结构，最终改变代谢状态，降低关键酶促水平，降低细胞内ATP水平和pH值，促进ROS释放，诱导细胞坏死和凋亡。

参考文献
[1] Xiaodong Cui, Yuchao Shang, Zhengxiang Shi, Hongwei Xin, Wei Cao,Physicochemical properties and bactericidal efficiency of neutral and acidic electrolyzed water under different storage conditions,Journal of Food Engineering,Volume 91, Issue 4,2009,Pages 582-586,ISSN 0260-8774,https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2008.10.006.
[2] Rita E. Ampiaw, Muhammad Yaqub, Wontae Lee,Electrolyzed water as a disinfectant: A systematic review of factors affecting the production and efficiency of hypochlorous acid,Journal of Water Process Engineering,Volume 43,2021,102228,ISSN 2214-7144,https://doi-org-

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