今天给大家介绍一篇日本机能水研究振兴财团秘书长堀田国元先生早期发表的一篇关于强酸性电解水的作用和机制方面的文章，粗略了解强酸性电解水、弱酸性电解水、电解次亚水的制备原理和性状特征及其相应的主要杀菌成分是什么。
电解功能水和健康生活
堀田国元
(国立感染症研究所(生物活性物质部)
Keywords: functional water;electrolysis, antimicrobial;HOCI;•OH
1.序言
饮用水和微生物控制技术在维持和促进健康方面发挥着重要作用，但在21世纪，人们越来越倾向于去寻找美味健康的水和对人与环境都有益的有效技术。契合此潮流的一样材料，就是在日本独立研发并发展起来的电解功能水（电解水）。
所谓电解功能水是指用弱直流电，对自来水或淡盐水等进行电解处理而得到的水溶液的总称，如表1所示，根据设备和电解条件的不同，可以生产许多不同类型的水，它大致可以分为供饮用的碱性离子水和主要用于卫生管理的强电解水（强酸性电解水、弱酸性电解水和电解次亚水）。
碱性离子水是在自来水中补充钙剂后通过弱电解后在阴极侧生成的电解水。通过电解，氯被去除掉，除了好喝之外，双盲测试表明它还对腹部不适等症状具有改善作用（1）。而强电解水则是杀菌能力突出，被用在许多领域（2）。
本文以强酸性电解水为中心,介绍的不仅仅是单纯的杀菌力这一方面,还有它潜在的对使用对象的生物反应发挥诱导的作用。
2.强酸性电解水的生成原理和生成设备
强酸性电解水是通过在阳极和阴极被用隔膜隔开的电解槽（图1）中电解0.1％以下的淡盐水时在阳极侧生成的低pH（2.2～2.7）的电解水。阳极电解（3）时水（H2O）被分解成氧（O2）和氢离子（H+），从食盐的氯离子（Cl-）生成氯（Cl2），氯进一步与水反应产生次氯酸（HOCI）和盐酸（HCl），结果显著地酸化，溶解氧（DO）和氧化还原电位（ORP）明显的升高，有效氯浓度达到20-60ppm。
在没有隔膜的情况下，两极的反应生成物混合到一起，但由于在阴极产生的氢氧根离子（OH-）要远多于在阳极产生的氢离子（H+），所以它呈弱碱性。它被看做是等同于次氯酸钠稀释液，所以被称为电解次亚水。另一方面，添加pH调节剂进行电解，将pH控制在5～6这个区间的则是弱酸性电解水。
据此，强酸性电解水被认为是酸性的次氯酸水溶液，通过改变pH值分析吸收光谱，可以得到与次氯酸钠稀释液完全相同的图形，并且化学分析也证实了次氯酸的存在（4）。次氯酸会根据pH而改变其状态（图2），低pH（2.2～2.7）时，Cl2和HOCl约为1：9，在弱酸性区域（pH5～6）时只有HOCI，在弱碱性（pH8～9）区域时，HOCl和次氯酸根离子（ClO-）以大约1：9的比例存在，pH更高的话，则就只剩下ClO-了。HOCI的杀菌能力要比ClO-强100多倍，但化学性质不稳定（5）。因此，强酸性电解水、弱酸性电解水及次氯酸钠稀释液呈图2所示的关系。
从实用的观点来看，强酸性电解水的最大特点就是，因其不稳定性而在市场上没有销售，用户只能购置设备安装在使用现场，在需要时自行制作使用。这样的话，强酸性电解水可以说是一种克服了次氯酸缺点的新技术，并且它的制造浓度就是使用浓度，也是其独特之处。
3.强酸性电解水的杀菌能力和杀菌机制
如表2所示，强酸性电解水对革兰氏阳性和阴性病原菌、耐药菌（MRSA和绿浓杆菌）和病毒具有广谱的杀菌和灭活作用，其杀菌力可与1000ppm的次氯酸钠相匹敌（6）（若把pH和有效氯浓度调整到相同值时，二者显示出同等的杀菌能力）。但对抗酸杆菌、霉菌和蜡状芽孢杆菌不太有效，并且会损伤细胞膜、蛋白质和DNA等（7）。
当它与有机物质接触时，杀菌能力就会急剧下降，即使在室温开放状态放置两三天后也会明显降低。因此，如果有大量有机污垢，应在使用前将其清除，并应在制备当天之内（新鲜状态）用完。
关于强酸性电解水的杀菌机制，过去曾有氧化还原电位说、电子活动说、电导率说等物理原因说和化学原因说（次氯酸学说）被提出来过（8），但被证实了的只有次氯酸理论。那么，次氯酸是如何发挥杀菌作用的呢？从添加硫代硫酸钠等自由基清除剂后杀菌能力消失了这件事情中得到了启发，换句话说，这表示有自由基的参与，通过ESR分析检出了羟基自由基（・OH）（9）。并且，根据添加二价铁后观察到产生了・OH（芬顿反应）这一点，也得出了过氧化氢（H2O2）存在的结论（8）。众所周知，・OH能使脂质、蛋白质和核酸降解和变性。根据这些事实，图3所示的杀菌机制最具说服力，并且其组成化学成分与人体生物防御机制之一的嗜中性粒细胞的杀菌因子是相同的（10）。
4.强酸性电解水的安全性
在安全性方面，急性口服毒性、原发性皮肤刺激和累积性皮肤刺激、急性眼刺激、皮肤过敏、口腔粘膜刺激、细胞毒性、反向致突变性、染色体畸变诱导等都曾经被做过试验（11.12），结果都很好。与常规消毒药水相比，洗手消毒造成的皮肤粗糙明显减轻，误饮或误入眼睛后也很难造成伤害，浓度和残留性很低，对环境的危害也十分轻微。此外，还从未发现针对它的耐药菌，因为它同时多元性地作用于核酸、蛋白质和脂质，所以从理论上也很难理解这点。
5.强酸性电解水的用途及其有效使用条件
强酸性电解水的应用从医疗领域开始，在牙科领域、农业（例如减少农药栽培）、畜牧业（例如畜舍和动物的卫生管理）和食品（例如卫生管理）领域中，应用研究和用途开发工作都在十分活跃的进行。
厚生省通过对制造设备进行单独审查，将其作为医疗器械进行药事审核。在美国，EPA（环境保护局）和FDA（食品医药管理局）通过个别审查后，以次氯酸水溶液制造设备之名颁发许可。关于设备和电解水的标准、使用方法方面的信息，可以从强电解水企业协会（电话03-3368-5639）获取。
关于强酸性电解水的用途，在与人体有接触的场合，目前在日本仅被批准用于手指和内窥镜的清洗消毒上，在美国则许可被用作食品添加剂（日本强电解水企业协会现正积极努力争取获得厚生省的许可）。在不与人体接触的情况下（例如室内环境和器具的清洁消毒等）则没有特别的限制。其优点在于它可以当作自来水一样使用，为了提高实效性，关键在于要充分了解强酸性电解水的特点，并考虑到具体的使用对象、使用方法和具体情况(Target, Procedure, Occasion=TPO)来使用它。原则上重要的是，要趁着新鲜时（或确认有效氯浓度的基础上）使用，并基于清洁、消毒这一认识来使用。尤其是当目标是有很多有机污染物的地方时，必须在使用之前先清除掉污垢。此外，基于强酸性电解水的形状特征而存在容易生锈、氯气或储存稳定性的问题，指定适合的管理人员也很重要。尽管市场上也有瓶装产品销售，但它们既没有标注生产日期也没有标注有效期，更没有注明如何检测瓶内溶液是否合格的方法，所以我们不应使用此类产品。
6. 生物对强酸性电解水的响应
除了医疗领域的批准的用途以外，在事先取得知情同意基础上，它还被用于褥疮和伤口等部位的清洁消毒。这样使用的效果，有人根据经验指出，肉芽的形成速度比较快。
另一方面，在农业领域，有些人想办法通过叶面喷雾方式，利用强酸性电解水来控制病原菌，在减少（不使用）农药种植上取得了成功（不是治疗性，而是预防性的使用）。然而也提到过，喷雾形式会令到强酸性电解水的有效氯浓度大幅降低到仅有微弱的杀菌能力的程度。尽管如此，只要能控制叶面上的微生物，那么相较于杀菌作用来说，可能更应必要的是它的诱导作用等方面。实际上，也已经有报告介绍过强酸性电解水的类刺激素作用（13）。
不过，关于强酸性电解水在农业领域中的作用，比较像样的对照研究案例还极为有限，评估系统的建立仍是必要的。具体什么样的条件具备了就能取得相应的效果？期待有这类可重复性的研究出现。
7.结语
像强酸性电解水这样，具有如此丰富多样化利用潜力的物质是极为罕见的。它对使用者、使用对象（物）和环境都很温和，有可能作为今后理想的卫生管理技术在医疗和食品领域中发挥重要作用。杀菌的基础是低浓度、高活性的次氯酸，所以强酸性电解水可说是一种实现了次氯酸溶液的全新用法的技术，另一方面也可能引出活性氧与生物表达相关的一个新的侧面。作为一种独特的研究材料，期待今后的进展。
参考文献
(1)北洞哲治編:アルカリイオン水の基礎と有効利用. 第25回日本医学会総会「医療における電解機能水」事務局(1999).
(2)堀田国元編:強酸性電解水の基礎と有効利用． 第25回日本医学会総会「医療における電解機能水」事務局(1999).
(3)電気化学協会編:“電気化学便覧(8.3食塩電解)”,丸善,東京,1985,pp.279-293.
(4)S.Nakagawara, T.Goto, M. Nara, Y. Oaawa, K.Hotta, and Y. Arata: Anal. Sci.,14,691-698(1998).
(5)浅野俊雄:別冊フードケミカルー5,15-21(1985).
(6)岩澤篤郎,中村鍵子:防菌防徽,27,449-462(1999).
(7)堀田国元:ウォーター研究会会報,No.4,1-7(1997).
(8)堀田国元:機能水医療研究,1,15-19(1999).
(9)米森重明:日本化学会誌,7,497-501(1997).
(10)河野雅弘:“ 強酸性電解水の基礎知識”(ウォーター研究会編),オーム社,東京,1997,pp.40-44.
(11)大滝義博:“ 強酸性電解水の基礎知識"(ウォーター研究会編),オーム社,東京,1997,pp.67-89.
(12)小宮山寛機;食品と開発,33(3),8-9(1997),
(13)佐藤幸生,別島奈美,河内巧,竹内敬俊,葭田隆治,古米保;第6回機能水シンポジウム'99東京大会プログラム・講演要旨集,PP.92-93(1999)．