《Journal of Food Protection》：Advancements in Electrolyzed Water as a Novel Sanitizer for Sustainable Food Safety: Current Trends and Future Perspectives
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电解水（Electrolyzed Water，EW）已成为食品工业中传统化学消毒剂的有效、环保替代品，具有低毒性、适应多种商品以及强抗菌特性，同时保持食品质量。本综述探讨了各种类型的EW，包括微酸性电解水（Slightly Acidic Electrolyze
电解水（Electrolyzed Water，EW）已成为食品工业中传统化学消毒剂的有效、环保替代品，具有低毒性、适应多种商品以及强抗菌特性，同时保持食品质量。本综述探讨了各种类型的EW，包括微酸性电解水（Slightly Acidic Electrolyzed Water，SAEW）和碱性电解水（Alkaline Electrolyzed Water，ALEW），及其在食品安全中的应用，特别是针对新鲜农产品、肉类、家禽和海鲜。研究人员强调了SAEW减少微生物污染、延缓食品腐败以及保持质地和颜色等感官品质的能力，以及其与超声波等非热技术结合时的协同效应。其与栅栏技术的兼容性提高了效率。本综述还深入探讨了EW抗菌活性的机制，重点关注其破坏细胞膜和有效根除食源性病原体（如大肠杆菌（Escherichia coli，E. coli）、李斯特菌（Listeria）和弧菌（Vibrio））生物膜的能力，为食品加工中的微生物控制提供了可持续的解决方案。EW能有效去除残留物，减少表面和乳制品中的微生物污染，在实现致病菌和腐败微生物显著减少的同时支持低化学清洁实践。研究人员讨论了有机质干扰、最佳处理条件和可扩展性等挑战。本综述强调了智能CIP系统（Clean-in-Place，CIP），将EW与人工智能（Artificial Intelligence，AI）驱动的数字技术相结合，实现自适应、高效的清洁。研究人员还考察了EW在生物膜控制、病原体灭活和货架期延长方面的应用。论文最后概述了未来的研究方向，特别是大规模工业实施以及提高EW技术在食品行业中的功效和成本效益。总体而言，EW代表了改善食品生产系统食品安全和可持续性的一种有前景的策略。
电解水分类及其微生物灭活机制：电解水（EW）通过电解含有氯化钠（NaCl）或盐酸（HCl）的稀释溶液产生，阳极和阴极分离生成次氯酸（HOCl）和氢氧化钠。根据电解条件，EW可分为酸性、微酸性、中性或碱性，具有不同的理化性质和抗菌活性。关键影响因素包括温度、电解质类型和储存条件。微酸性电解水（SAEW）表现出选择性抗菌活性，可灭活肠炎沙门氏菌（Salmonella Enteritidis）等病原体，而耐受性强的枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）可能存活。SAEW通过膜损伤、氧化失衡、ATP耗竭、酶失活和核酸损伤等多靶点机制发挥作用，对孢子也有破坏作用。表1和表2总结了不同EW类型在食品加工中的应用及对目标微生物的抗菌效果。中性电解水（NEW）在近中性pH下有效灭活食源性病原体，同时保持产品品质。碱性电解水（ALEW）在食品卫生管理中具有潜力，可减少农药残留、提取生物活性化合物并延长货架期。EW在农业中也有应用，如控制葡萄苗圃中的真菌病原体，并有效灭活病毒，包括SARS-CoV-2。
电解水作为可持续生物膜控制策略：生物膜形成受细胞外聚合物（EPS）影响，酸性电解水（AEW）可有效去除大肠杆菌（E. coli）生物膜超过67%，并破坏EPS。AEW成功根除革兰氏阴性（副溶血性弧菌（Vibrio parahaemolyticus））和革兰氏阳性（单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes））细菌的生物膜。SAEW对产孢和非产孢病原体（如蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）、单核细胞增生李斯特菌（L. monocytogenes）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus））具有长期稳定性和抗菌活性，在30-50 ppm下储存于高密度聚乙烯（HDPE）容器中可维持活性长达12个月。SAEW与百里酚（thymol）联合使用可有效根除成熟的铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）生物膜。SAEW对阪崎克罗诺杆菌（Cronobacter sakazakii）的膜损伤、渗透性增加和细胞内泄漏作用显著，气溶胶化SAEW可减少空气和表面细菌。等离子体活化AEW可在10秒内快速灭活枯草芽孢杆菌（B. subtilis）。序贯使用碱性EW和中性EW可有效去除乳制品加工中的微生物残留和污垢。
电解水在食品安全与保鲜中的应用：SAEW（pH 5.0-6.5）具有广谱抗菌活性和稳定储存优势，同时保持食品的物理、营养和感官品质。其应用涵盖新鲜农产品、肉类、海鲜和食品接触表面，但需进一步研究长期效果和优化参数。SAEW与紫外线或气调包装等方法的结合可增强其效果。EW技术对食品质量（如颜色和氧化）的影响及暴露时间、温度等因素的作用仍需探究。
电解水在食品质量与加工优化中的应用：EW对食品质地和感官特性的保持能力显著，微酸性电解水（SAEW）可有效抑制酶促褐变，降低多酚氧化酶和过氧化物酶活性。近中性电解水（NNEW）（pH 5.0-7.5）在控制腐败微生物的同时保持食品质量。抗菌活性强烈依赖于游离氯浓度，其消耗会显著增加最低杀菌浓度。比较蛋白质组学分析揭示了SAEW和AEW对副溶血性弧菌（V. parahaemolyticus）的抗菌机制，SAEW在保存蛋白质二级和三级结构（如α-螺旋和β-折叠）方面特别有效。流式细胞术结果表明，SAEW诱导细胞凋亡样特征和膜损伤。氧化还原电位（ORP）主要作为消毒活性的间接指标，主要抗菌剂是次氯酸（HOCl）和其他溶解氯物种。
电解水在食品卫生中的应用：电解氧化水（EOW）在pH 2-5范围内表现出强抗菌效果，但固体食品表面效果有限。SAEW（pH 5-6.5）作为氯基消毒剂的替代品，已获得日本等国的监管批准。SAEW在犊牛养殖设备优化方案中实现了近99%的细菌和ATP去除率。电化学生成的次氯酸（HOCl）提供低影响、高效率的消毒，可减少微生物负荷、防止表面损伤、降低二氧化碳排放。
电解水在乳制品卫生中的生态友好应用：EW可作为传统CIP化学品的替代品，在乳制品加工中生成电解还原和氧化溶液，有效去除乳垢。优化参数（电解还原水54.6°C/20.5分钟，电解氧化水25°C/10分钟）实现完全清洁。电化学生成稀氢氧化钠（eNaOH）在较低pH和浓度下有效去除矿物质和污垢。酸性EW（AEW）和碱性EW（BEW）对食品腐败真菌具有抗真菌活性，AEW平均灭活率达89%。AEW和NEW可减少软质奶酪中蜡样芽孢杆菌（B. cereus）的细菌计数并下调关键致病基因。SAEW与超声波（US）结合在原料奶收集中增强低温卫生，20秒内实现超过90%的细菌灭活。
电解水增强鲜切果蔬保鲜：SAEW有效抑制微生物生长、减少氧化应激并维持营养含量，延长鲜切果蔬（F&V）的货架期。SAEW与US或热等非热技术的协同作用增强消毒效果，但大规模应用面临营养损失、有机质干扰和腐蚀等挑战。优化条件下，SAEW对胡萝卜软腐欧文氏菌（Pectobacterium carotovorum）的细菌负荷显著降低。AEW减少运营成本，支持可持续农产品处理。
电解水在采后保鲜中的进展：SAEW改善采后品质和微生物安全，优于二氧化氯等消毒剂，同时保持番茄等产品的感官特性。EW与刺桐（C. guianensis）叶提取物协同增强营养素保留，延长番茄货架期。SAEW对荔枝和杨桃的采后处理可改善储存性能，保留维生素C、多酚和类黄酮等生物活性化合物，减少氧化损伤，增强抗氧化活性，延缓果皮褐变和衰老。
电解水在肌肉食品保鲜中的应用：EW在禽肉、牲畜和肉类加工中具有潜力，但有机质会降低其效果。酸性EW和碱性EW具有强消毒能力，但需预冲洗。在禽蛋行业，电解还原水（ERW）和SAEW组合改善蛋品卫生和储存质量。对于中小型肉类加工企业，EW与机械作用、热和EW结合的程序可有效减少微生物污染。在肉类加工中，AEW对特氟龙传送带的抗菌效果优于碱性配方，实现超过5-log的减少。对埃及传统咸鱼（Moloha）的研究显示，SAEW浸泡使金黄色葡萄球菌（S. aureus）减少高达97.35%。EW对副溶血弧菌（V. harveyi）感染有效，在鸡胸肉中SAEW控制腐败菌，提高氧化稳定性。NEW（200 ppm）显著改善鸡胸肉货架期。
超声波与电解水协同处理增强食品安全：超声波（US）通过空化作用增强微生物灭活，与EW结合可提升新鲜农产品、葡萄、红薯和肉类等食品的微生物安全性，同时保持感官和营养品质。例如，US与SAEW联合处理葡萄可改善皮肤润湿性，保存生物活性化合物；对红薯可抑制根霉（Rhizopus stolonifer）生长；对鲜切花椰菜增强微生物安全。对水产食品，US与SAEW对副溶血性弧菌（V. parahaemolyticus）的抗菌效果增强，产生ROS并诱导氧化应激。US与SAEW结合对大肠杆菌（E. coli）生物膜和单核细胞增生李斯特菌（L. monocytogenes）生物膜具有协同清除作用。
电解水与新兴技术综合应用：SAEW与紫外线发光二极管（UV-LED）结合对香菜等新鲜农产品具有增强的杀菌效果，同时保持新鲜度。SAEW与短波长UV-C（222 nm）组合对大肠杆菌（E. coli）实现6.77-log减少，主要通过膜损伤和ROS积累。SAEW与UV治疗在体内减少金黄色葡萄球菌（S. aureus）生长，减轻炎症和氧化应激。能量发散US（EDU）与SAEW和过氧乙酸联合对红薯根霉（R. stolonifer）具有良好控制效果。SAEW与气调包装结合抑制河豚鱼微生物生长和脂质氧化。SAEW与纳米气泡技术结合增强大黄鱼细菌减少和品质保持，货架期延长约两天。
电解水优化生产的技术进展：新型无膜泵吸系统使用3D多孔Sb-SnO
2电极提高传质、氯离子传输和酸碱分离，增强有效氯浓度（ACC）和消毒性能。通过Box-Behnken设计和响应面法优化盐酸电解产生次氯酸（HOCl），关键参数包括进水流量、酸浓度和加药泵冲程。水硬度影响SAEW的理化性质和抗菌性能，低硬度水需特定电解质组合以优化SAEW特性。
电解水在食品加工系统中的工业实施：工业应用需严格控制理化参数，如AEW（pH 2.0-3.0，ORP>1100 mV，有效氯10-90 ppm），SAEW（pH 5.0-6.5，有效氯10-80 ppm）。产品清洗系统通常使用20-50 ppm氯和短时间浸泡，肉类、禽类、海鲜和蛋品加工需更高浓度。CIP系统中ORP>850-1000 mV且残余氯>1-2 ppm。表6和表7总结了推荐参数及EW相比传统清洁方法的优势，包括快速广谱灭活、低化学消耗、低能量需求、环境可持续性、经济性、与非热技术协同、工人安全、无残留消毒、自动化兼容、节水、生物膜去除和产品品质保持。
智能清洁与卫生系统及电解水数字化优化：CIP系统在乳制品和食品行业中资源密集，未来需传感器监测、自动化和数字技术。AI驱动的智能CIP系统集成AI、物联网（IoT）传感器、预测分析和自动控制，实时监测ORP、pH、温度、流速等参数，优化抗菌效果，减少化学残留、腐蚀、废水和运营成本。表8总结了AI工具在清洁与卫生中的应用前景，包括AI驱动的IoT传感器、机器学习预测系统、计算机视觉系统、智能分配系统和AI质量保证平台。
电解水作为绿色替代品对食品加工的影响：EW技术，特别是SAEW和ALEW变体，具有广谱抗菌活性、无毒性、非热作用模式，可有效减少微生物污染、控制生物膜和延缓腐败，同时保持颜色、质地和营养含量。与超声波、UV-LED或纳米气泡等技术的协同应用进一步放大微生物控制，延长货架期。EW的环保特性符合监管和消费者对可持续实践的需求。
电解水技术工业采纳与优化的关键分析：SAEW、AEW和NEW通过膜损伤、ROS生成、核酸损伤和EPS降解等机制实现广谱微生物灭活。与非热技术（超声波、UV-LED、纳米气泡、光动力学处理）的协同作用显著增强效果。在乳制品和肉类加工中，EW提供可持续替代方案，实现有效去除残留物、微生物灭活和生物膜破坏。采后应用中SAEW减少酶促褐变和氧化应激，延长货架期。但存在关键挑战，如有机质干扰、最佳处理条件、可扩展性等。
电解水技术工业级采纳的研究空白与障碍：对生物膜破坏、孢子灭活和氧化应激反应的分子机制不完全清楚。SAEW、ALEW和NEW的标准化方案（浓度、接触时间、pH、ORP、应用方法）尚未建立。EW与食品理化性质、有机质、储存条件之间的相互作用理解不足。长期重复暴露对微生物耐药性、生物膜再生、酶促褐变和生物活性化合物保留的影响研究不足。工业级验证、与非热技术整合及监管标准对接有限。EW生产中的水硬度、电解质组成、电极降解和能效等知识空白需填补。
电解水技术在食品安全中的前景：EW技术的未来前景广阔，便携式发电机和现场应用扩展使其更可行。与非热方法（US、UV、气调包装）的协同方法有望增强抗菌效果。优化处理参数（如EW稳定性和寿命）对大规模实施至关重要。将AI与EW结合可促进生物膜基质降解，物联网传感器实现实时监测pH、ORP、氯和流量，确保一致效果。未来展望包括开发传感器、数据分析和机器学习以增强病原体控制和运营效率。
结论：本综述全面分析了电解水技术，特别是SAEW和ALEW在食品安全和保鲜中的应用，考察了其抗菌机制、对食品质量和货架期的影响，并强调了其在食品加工中工业级应用的潜力。EW成为食品行业微生物控制的一种变革性、生态友好型解决方案，提供安全有效的传统化学消毒剂替代品。SAEW和ALEW在食品安全、延长货架期和保持食品质量方面显示出有希望的结果。与US等创新的结合凸显了EW改变食品卫生协议的潜力。研究还指出了智能CIP系统、物联网、机器学习、机器人技术和区块链的整合可实现实时控制、预测性维护、可追溯性和自适应清洁性能。继续研究对于优化生产技术、提高稳定性和开发具有成本效益的可扩展解决方案至关重要。
