综述：关于电解水基协同处理技术在新鲜农产品和食品系统中用于微生物控制及延长保质期的综合研究

《Food Control》：A comprehensive review on electrolyzed water-based synergistic treatments for microbial control and shelf-life extension in fresh produce and food systems

　　赛义德·穆罕默德·埃赫萨努尔·拉赫曼 | 萨德尔·穆罕默德·阿里夫尔·伊斯兰 | 穆罕默德·阿希库尔·拉赫曼 | 穆罕默德·莫尔图扎·侯赛因 | 穆罕默德·贾希德·哈桑 | 拉马昌德兰·切利亚 | 穆罕默德·拉蒂夫尔·巴里 | 韦帅 | 王俊 | 延秀珍 | 哈尚-多 | 吴德焕
韩国江原国立大学农业与生命科学学院食品科学与生物技术系，春川24341

**摘要**
电解水（EW）作为一种非热处理、广谱消毒剂，在提高多种食品的安全性方面展现出巨大潜力。传统的化学和热处理方法虽然有效，但日益面临化学残留、微生物抗性、环境影响以及感官质量下降等问题。相比之下，电解水因其强大的抗菌性能、极低的残留物以及易于现场生成的特点，成为一种可持续且环保的替代方案。本文全面评估了电解水与物理（超声波、UV-C、温和热处理、高压）技术、化学（有机酸、精油）以及新兴技术（纳米气泡、等离子活化水、植物来源的多酚）的协同应用效果。文章详细探讨了这些协同作用机制，如增强膜破坏、诱导氧化应激和增加细胞通透性等。文章还讨论了电解水在新鲜农产品、肉类、海鲜及食品接触表面中的应用，及其对减少微生物数量、延长保质期和保持食品品质的作用。证据表明，联合使用这些方法通常比单独使用效果更佳，这支持了其在最小化加工和清洁标签策略中的潜力。然而，电解水的稳定性、腐蚀性、工艺标准化、可扩展性以及监管接受度等方面仍存在显著障碍。通过综合现有研究结果并指出关键研究空白，本文为基于电解水的新型技术在现代食品安全管理系统中的开发与应用提供了支持。

**引言**
食源性疾病对公共卫生具有严重威胁，每年导致全球约6亿人患病（7.69%）和42万人死亡（Lee & Yoon, 2021）。2014至2022年间，美国每年发生约800起食源性疾病暴发，造成约15,000人患病、800人住院和20人死亡（Holst, 2025）。在欧洲，每年有2,300万人因食源性疾病而患病，约5,000人死亡（Lee & Yoon, 2021）。沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌、O157:H7大肠杆菌和空肠弯曲菌等病原微生物是主要致病源，这些微生物常见于新鲜农产品、海鲜、肉类、即食食品和低加工食品中（Matthews et al., 2025; Nerín et al., 2016; Pires et al., 2021）。在澳大利亚、韩国和日本，空肠弯曲菌、沙门氏菌、大肠杆菌和诺如病毒是最常见的食源性病原体（Lee & Yoon, 2021）。此外，微生物腐败还会导致食品品质下降和大量浪费（Gao et al., 2020）。因此，食品生产商和加工业必须确保食品的微生物安全。在消费者需求不断增长和全球食品供应链日益复杂的背景下，安全、高效、经济且可持续的食品去污方法至关重要（Arshad et al., 2022）。

传统的食品消毒方法包括化学消毒剂、物理干预和生物处理（Sun et al., 2022）。氯、过氧乙酸和铵化合物等化学物质可能在食品中留下有毒副产物（Pandian et al., 2022; Zudaire et al., 2018）。热处理技术虽然有效，但无法保持热敏产品的感官和抗氧化特性（Maghsoudlou et al., 2019）。辐照和高压处理也被证明是有效的消毒手段，但仍存在局限性（Mostafavi et al., 2012; Rastogi et al., 2007）。近年来，人们对绿色消毒技术越来越感兴趣，这些技术既能有效控制病原体，又符合清洁加工的原则（Chen et al., 2020）。在这种情况下，电解水因其低成本、无毒性和环保性而受到食品工业的青睐（Rahman et al., 2016; Rebezov et al., 2022）。当电流通过稀盐溶液时，会产生不同类型的电解水，每种类型具有不同的特性和应用场景。主要类型为酸性电解水（AEW）和碱性电解水（AlEW）：AEW通过氯离子氧化在阳极生成，具有低pH值（约2–3）、高氧化还原电位（ORP > 1000 mV）和10–80 ppm的氯浓度（Tango et al. 2017; Yuan et al. 2023）；AEW的抗菌作用归因于次氯酸（HOCl）、氯气（Cl2）和次氯酸根离子（OCl-）（Ampiaw et al., 2021; S. Rahman, T. Ding, et al., 2010; Rahman et al., 2016）。AlEW则在阴极生成，具有高pH值（11–13）（Guentzel et al., 2008; Liu et al., 2020; Rahman et al., 2016）。AEW主要依靠其强氧化性进行消毒，而AlEW则主要用于清洁。为解决AEW的腐蚀性和设备损坏问题，还开发了其他形式的电解水，如pH值介于5–6之间的微酸性电解水（SAEW）和pH值约为7的中性电解水（NEW）（Cao et al., 2009; Liu et al., 2020）。通过调整电流、盐浓度和流速等参数，可以生产出适用于不同应用的多种电解水（AEW、AlEW、SAEW和NEW）（Rebezov et al., 2022）。

电解水已被证明对多种食源性细菌、病毒和真菌具有高效消毒效果（Rebezov et al., 2022; L. Zhao et al., 2021），同时其经济性和环保性也受到认可。然而，电解水也存在一些局限性，如氯的不稳定性、潜在的腐蚀性和对有机物质的敏感性（Hao et al., 2015）。光照、高温和有机物质会降低电解水中的活性氯含量（Cao et al., 2009）。大量有机物质（如血液、残渣）会消耗可用的氯浓度，从而降低其抗菌效果（Liu et al., 2020）。长时间接触电解水（尤其是AEW）可能导致金属表面腐蚀和某些食品感官品质下降（Tango et al., 2017; Vandekinderen et al., 2009）。为克服这些缺点，近年来大量文献研究了电解水与其他新兴技术的协同作用。例如，超声波与电解水结合利用空化现象增强对微生物细胞壁和生物膜的破坏效果（Zhou et al., 2022）；有机酸（柠檬酸、乳酸或醋酸）与电解水结合可同时造成氧化损伤和酸应激（Jee & Ha, 2023）；温和热处理（40-60°C）可提高电解水对微生物细胞壁的渗透能力（Hricova et al., 2008; Izumi, 1999）；UV-C（254 nm）与电解水结合既能破坏微生物DNA，又无需依赖合成化学物质（Jee & Ha, 2023）；高压（HHP）和臭氧与电解水结合使其成为无残留的非热处理方法（Gao et al., 2020）。这些协同作用显著提升了整体效果（Liu et al., 2020; Rahman et al., 2022），尤其适用于处理复杂食品结构中的重要病原体、孢子或生物膜（Liu et al., 2020）。此外，这些协同方法有助于实现最小化加工，从而在保证产品安全和延长保质期的同时保留感官品质和营养价值（Jiang et al., 2020; Tango et al., 2017）。这些应用还有助于减少氯的使用、节约水和能源，并限制化学物质向食品中的排放（Y.-M. Zhao et al., 2021）。

尽管有诸多创新进展，但现有研究仍存在不足。在电解水协同处理方面，关于最佳组合浓度、pH值、时间、温度等因素的标准尚不完善。不同研究之间的直接比较因食品类型、使用方法和微生物差异而复杂化。此外，很少有研究系统评估这些联合处理对食品营养价值、感官品质和保质期的影响，而这些因素对食品整体质量和消费者接受度至关重要（Gao et al., 2022; Nyamende et al., 2023; Sheng et al., 2018）。还需关注工业应用的可扩展性、成本效益和监管接受度等问题。

**本文目的**
本文旨在全面系统地回顾电解水的研究进展，重点探讨电解水与超声波、不同有机酸、温和热处理、UV、高压、等离子活化水、茶多酚、纳米气泡、植物抗氧化剂及有机酸盐技术在控制食源性疾病和微生物腐败方面的协同应用。各部分详细阐述了基于电解水的组合方式、处理后的微生物变化、具体处理参数、应用范围、食品品质变化以及潜在优势和局限性。这些发现有助于指导未来的研究、技术创新和政策制定，推动电解水技术在现代食品安全管理系统中的应用。

**部分摘录**
**电解水：生产、特性及其在食品工业中的应用**
电解水是一种高效的消毒剂，因其广谱抗菌性、低成本和环保性而成为化学消毒剂的替代品（Huang et al., 2008; Issa-Zacharia et al., 2011; L. Zhao et al., 2021; Meghwar et al., 2024）。过去二十年该领域的出版物数量显著增加（图1），反映了科学研究的热情。

**电解水与超声波的结合及其应用**
超声波是一种非热处理技术，在食品工业中能有效消除病原体和腐败微生物，同时降低酶活性。其杀菌机制基于声学空化——即微气泡的形成、膨胀和破裂（Lee et al., 2013; Sun et al., 2021）。

**电解水与有机酸的协同效应**
电解水（包括酸性AEW、中性NEW和微酸性SAEW）因其强氧化性和易于生成的特点，在食品、农业和环境领域受到关注（Chen & Wang, 2022; Ding et al., 2019; Iram et al., 2021）。然而，在某些条件下或针对耐药菌株时，其杀菌效果可能有限。

**电解水与温和热处理的结合用于减少微生物负荷和保障食品安全**
酸性AEW和微酸性SAEW在食品工业中表现出良好的消毒效果，具有广谱抗菌性和低对食品品质的影响（Liu et al., 2020; Rahman et al., 2016）。

**电解水与UV光的结合**
UV光因优于传统化学和热处理方法而在抗菌领域受到重视（Artés et al., 2009; Cassar et al., 2020; Delorme et al., 2020）。热处理不适合热敏食品，而化学消毒剂可能留下残留物（Demirci & Ngadi, 2012; Elmnasser et al., 2007）。因此，UV光在食品加工中得到广泛应用。

**高压与电解水的结合**
在发达国家，高压处理（HPP）已成为商业规模食品保存和加工中的非热处理新技术（Sehrawat et al., 2021; Huang et al., 2014）。在微生物安全性和保质期稳定性方面具备显著优势，同时不影响食品的感官特性，这些因素确保了该技术的广泛应用（Aganovic等人，2021年）。在高压处理（HPP）的应用中，通常使用100-600 MPa的压力持续几分钟，处理后的水被称为电解水（EW）。除了这些物理和化学处理方法外，还研究了电解水与其他新兴或非传统技术的协同作用，如纳米气泡（NBs）、等离子体活化水（PAW）、茶多酚（TPs）、姜汁（GJ）和精油（EOs）等。这些组合旨在最大化抗菌效果并延长食品的保质期。表6概述了电解水（EW）的多种应用组合。

基于电解水的协同处理效果因所使用的具体类型而异，因为每种电解水具有不同的物理化学性质和抗菌机制。虽然前文描述了多种组合方式，但机制比较表明，酸性电解水（AEW）在氧化驱动系统中（例如超声波和UV-C）最为有效，而SAEW在氧化-酸应激联合系统中（例如有机酸和温和加热）表现最佳。

电解水（EW）技术因其有效性、操作灵活性和可持续性优势，在新鲜农产品、肉类、海鲜以及食品接触表面的消毒等关键食品行业中得到了广泛应用（S. Rahman, T. Ding等人，2010年；Rahman等人，2016年）。市面上有多种容量的商用电解水生成系统，适用于从小规模食品服务到高通量工业应用的各种场景。

在美国和欧盟，电解水（EW）已被批准用于食品接触表面的消毒（Iram等人，2021年；美国环境保护署，2022年），这促进了其使用。需要注意的是，该技术与304/316不锈钢的兼容性。研究表明，控制电解水的使用量并在处理后进行清洗或中和是减少腐蚀问题的关键措施。

近年来，关于电解水的研究从早期的概念验证转向了更注重实际应用的策略，包括温和的处理条件、多环节协同技术以及食品质量保护。例如，越来越多地采用较温和的处理方法，如微酸性电解水（SAEW），尤其是与超声波结合使用时，能够有效杀灭微生物。

尽管本综述全面总结了当前关于电解水（EW）及其在食品去污中的协同应用的研究，但仍存在一些局限性。首先，所研究的实验设计存在显著差异，包括电解水的类型（如AEW、SAEW、AlEW、NEW）、处理参数、微生物菌株和食品基质等。这种不一致性限制了直接比较结果和得出结论的能力。

随着对清洁标签、非热处理和环保型食品消毒技术的需求增加，基于电解水（EW）的策略成为了一个有前景的方向。尽管已经证明了电解水与超声波、温和加热、有机酸、UV-C和高压处理（HPP）结合时的协同抗菌效果，但仍需解决一些关键问题以实现工业规模化和一致性。

电解水以其低成本、环保性和广谱抗菌特性，在食品行业中成为传统消毒剂的有力替代品。当与超声波、温和加热、有机酸、紫外线或纳米气泡和等离子体活化水等新兴技术结合使用时，电解水在减少微生物负荷和延长保质期方面表现出显著的协同效应，同时不会影响食品质量。

作者贡献声明：
Ramachandran Chelliah：撰写——审稿与编辑
Md. Jahid Hasan：撰写——初稿、可视化、概念化
Md. Mortuza Hossain：撰写——初稿、可视化、数据管理、概念化
Md. Ashikur Rahman：撰写——初稿、可视化
Sarder Md. Ariful Islam：撰写——初稿、可视化、数据分析、概念化
Syed Rahman：撰写——初稿、可视化、验证、方法论、数据管理

未引用的参考文献：
Al-Qadiri等人，2016年；Rahman等人，2010年；Rahman等人，2010年；Zhao等人，2022年；Zhao等人，2017年；Zhao等人，2017年；Zhao等人，2021年。

作者声明：
作者声明与本手稿的发表不存在任何利益冲突。

作者声明：
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢：
本研究得到了韩国国家研究基金会（NRF）Brain Pool（BP）计划（项目编号RS-2023-00222714）的支持。