酸性电解水的基础、应用及发展动向

7 中国护理管理 2 0 0 8 年 4 月 1 5 日 第 8 卷 第 4 期 中国护理管理 前言 本文将对酸性电解水的历史、制 造方法、特性、有效性、安全性等进 行简要概述，同时，根据最近的动 向，阐述一下酸性电解水在卫生管 理方面有效利用需要注意的问题。 酸性电解水的历史简介 使用电解水生成装置对稀释的食 盐水或盐酸水进行电解，就能生成 如表 1 、图 1所示的电解水。强酸性 电解水最初诞生于2 0世纪8 0年代后 半期，其他电解水在9 0年代也开始 出现，而所有这些都是由日本自行 研制开发的。这些除强碱性电解水 外都含有次氯酸成分的电解水显示 了强大的杀菌能力，但在当时电解 水是一个全新的概念，并没有固定 的规格标准。正因如此，日本厚生劳 动省对每种申请批准的电解水的特 性、有效性、安全性都进行了单独审 查，并对其生成装置一并给予了批 准。最开始获得批准的是强酸性电 解水，主要是在医疗领域手指清 洗消毒 1 ，接着其用途又延伸到了 内窥镜的清洗消毒 2 之中；鉴于它 “对人体健康无害”的特点，2 0 0 2 年， 强酸性电解水( p H 2 . 7以下) 和微酸 酸性电解水的基础、应用及发展动向 堀田国元 郭永明（译） 作者单位：日本厚生省下辖财团法人 机能水研究振兴财团 性电解水( p H 5 6 . 5 ) 又以次氯酸水 （H y p o c h l o r o u s a c i d w a t e r ）的名字 被指定成为食品添加剂( 杀菌剂) 3 - 4 ; 而弱酸性电解水( p H 2 . 7 5 ) 也在食品 添加剂的批准申请中获得了日本食 品安全委员会的审议通过。 以上电解水的 p H值为酸性，故 而一般被统称为“酸性电解水” ，但 是由于制造设备的性能不尽相同， 生成电解水的性状也有很大差异， 因此其成分规格（p H值和有效氯浓 度）也是各有不同，见表。另外， 所谓的“强酸性” 、 “弱酸性” 、 “微酸 性”依据的是厚生劳动省制定的 p H 范围（p H小于3为强酸性，p H 3 5 为弱酸性，p H 5 6 . 5为微酸性） ，并 不是根据强酸或弱酸的物理性质命 名的。 电解次亚水是p H 7 . 5的碱性电 解水，被认定与次氯酸钠稀释液相 同 5 。尽管次氯酸钠与盐酸的混合使 用已经获得了承认 6 ，但是由于混合 水本身并未被指定为食品添加剂， 也没有确定的有效氯浓度和 pH规 格，因此仍有别于酸性电解水（次氯 酸水） 。 另一方面，在生成强酸性电解水 同时伴随生成于阴极的强碱性电解 堀田国元：北海道大学农学研究科博士。 历任日本厚生省国立感染症研究所生物 活性物质部室长、日本微生物化学研究 会附属微生物化学研究所研究员、美国 R o c h e分子生物学研究所会友研究员、日 本机能水研究振兴财团常务理事、事务 局长；主要研究内容：有关卡那霉素等 抗菌素的研究、抗M R S A ( 而甲氧西林金黄 色葡萄球菌) 的A r b e k a c i n ( 阿贝卡里) 对M R S A 抗性遗传基因的分析和抗性化预测研究、 强酸性电解水对M R S A的作用，曾获1 9 7 4 年日本生物工学会齐藤奖、1 9 8 7年日本 抗菌素学术协会住树梅泽纪念奖、1 9 9 8 年日本放线菌学会学会奖。 特别策划酸性氧化电位水研究与应用 Special Planning 编者按：酸性氧化电位水是一种新型的环保型消毒剂，1 9 9 5 年引进中国，具有杀菌谱广、迅速，使用方 便、成本低，对人体无毒副作用、腐蚀性小，同时符合我国资源节约型、环境友好型的产业政策要求等优势， 其开发、利用已获得卫生部卫生许可。在日本、韩国、美国、欧洲等国家，酸性氧化电位水也得到了应用。虽 然酸性氧化电位水引入我国1 0 余年，但因其使用范围比较局限，很多医院对其认识不够全面，对其使用技术存 在误区，同时有些企业扩大宣传，造成在医院中的不合理使用。为了科学、客观地普及酸性氧化电位水知识， 指导医务人员正确使用，本期特别策划从其制备原理、试验方法、消毒的理化指标、毒理安全性、应用范围及 效果、存在的问题及今后的预期作了较详尽的介绍，以期广大读者对酸性氧化电位水能有一个全面、客观的认 识，从而推动我国消毒技术的发展。 水( p H 1 1 1 1 . 5 ) 与稀释的氢氧化钠性 质相同，显示了其对油脂、蛋白等有 机物的良好的乳化、剥离作用 7 。基 于它的这一优点，为了确保良好的 杀菌效果，最近先以强碱性电解水 清洗处理杀菌对象，去除掉有机物 8Chinese Nursing Management Vol.8, No. 4 Apr.15, 2008 中国护理管理 之后再使用酸性电解水的方法得到 了进一步的推广应用。 3 各类电解水的制造方法和特性 3 . 1 生成装置 电解水的生成装置分为有隔膜 （阳极与阴极分开）电解装置和无隔 膜电解装置，见图1 。前者用于制造 强酸性电解水（阳极制造强酸性电 解水，阴极制造强碱性电解水，数量 各半） ，后者用于制造微酸性电解水 和电解次亚水，所有生成的电解水 都属于杀菌性电解水。而目前仍在 开发着每小时生成量各有不同的机 型（6 0 L / h 1 0 吨/ h ） 8 。 3 . 2 强酸性电解水和强碱性电解水 图( A ) 表示的是使用阳极与阴 极间配有隔膜的二室型电解槽进行 电解的食盐水( 0 . 1 % 以下的N a C l ) 电 解系统。在阳极( 极) 中，水( H 2O ) 和 氯离子( C l ) 生成氧、氢离子( H + ) 和 氯(Cl 2) ，氯与水反应生成次氯酸 ( H O C l ) 和盐酸( H C l )（次氯酸的化学式 在日本表示为H C l O ，在欧美表示为 H O C l ） 。结果，p H 下降到2 . 7 ( p H 3 以 下为强酸性领域) 以下，溶存氧( D O ) 与氧化还原电位( O R P ) 显著升高，有 效氯浓度变为2 0 6 0 p p m ，H O C I的 存在比例如图所示。这就是强酸 性电解水。 在阴极( 极) 中，只有H 2O发生 电解反应，生成氢( H 2) 和氢氧离子 （O H ） ，p H 明显呈碱性( p H 1 1 1 1 . 5 ) ， 这就是强碱性电解水，其性质与电 解制造的氢氧化钠稀释液( 1 5 m M ) 相同。 还有一种电解系统是三室型电 解装置，阳极与阴极内接后放入两 片隔膜，将电解槽分成 3个小间，在 中央的小间里加入高浓度的食盐水， 在两侧的小间内通上自来水，使用 这种方法也能取得 p H和有效氯浓度 与强酸性电解水相同的电解水，采 用这种方式生成的酸性电解水，其 特征是残留食盐浓度低。 3 . 3 弱酸性电解水 弱酸性电解水原则上是由图 1 （A ) 中生成的强酸性电解水和强碱性 电解水调合而成。已申请批准（通过 了日本食品安全委员会的审查）的 弱酸性电解水规格为 p H值 2 . 7 5 ， 有效氯浓度1 0 6 0 p p m ，H O C I的存 在比例见图2 。 图 1 强酸性电解水强碱性电解水（A ）与微酸性电解水（B ）的电解生成方式 强酸性电解水 强碱性电解水 弱酸性电解水* * 微酸性电解水 电解次亚水 表 电解水的种类 电解水 电解槽/ 生成极* 被电解液 p H 有效氯 厚生省批准状况 * 二室型电解槽有隔离阳极与阴极的隔膜，一室型电解槽没有隔膜。* * 弱酸性电解水由混合了阳极与阴极的生成水制成。 二室型/阳极 二室型/阴极 二室型 一室型 一室型 食盐水（ 0 . 1 % ） 食盐水（ 0 . 1 % ） 食盐水（ 7 . 5 ） ，有效氯浓度为5 0 2 0 0 p p m ，被视为与次氯酸钠稀释液 性质相同 5 ，电解次亚水中有效氯的 主体是杀菌能力微弱的次氯酸离子 （O C l ） ，见图2 。 3 . 6 酸性电解水与次氯酸钠的不同点 9 从依靠次氯酸杀菌方面考虑，酸 性电解水与次氯酸钠( N a O C l ) 的确具 有相似之处，但其实两者存在着很 多不同。在化学性状方面，酸性电解 水为酸性，次氯酸( H O C l ) 的存在比 例较高；而次氯酸钠( N a O C l ) 为碱性， 次氯酸( H O C l ) 的存在比例低于1 0 % ， 但次氯酸离子( O C l -) 的存在比例却很 高见图2 。与次氯酸( H O C l ) 相比，次 氯酸离子( O C l -) 的化学稳定性很高， 但是杀菌活性不强，因此在有效氯 浓度相同的情况下，酸性电解水( 次 氯酸水) 的杀菌活性远比次氯酸钠溶 液高得多，有效氯浓度4 0 p p m 的强酸 性电解水显示的杀菌能力与1 0 0 0 p p m 的次氯酸钠溶液大体相同。 另外，还有一点不同的是，浓 度为 1 0 8 0 p p m的酸性电解水由生 成装置直接制成，用起来像自来水 一样能够直接进行流水清洗，而高 浓度( 有效氯浓度 4 % = 4万 p p m以 上) 的次氯酸钠产品仅在市场有售， 而且每次都要根据具体的使用对 象，将其稀释到一定的浓度( 1 0 0 1 0 0 0 0 p p m ) 之后方能浸泡使用。 4 酸性电解水的杀菌能力、杀菌基 础和安全性 4 . 1 杀菌能力、杀菌基础及杀菌机 理 1 0 - 1 1 酸性电解水对于耐药菌MRSA ( 耐甲氧西林金黄色葡萄球菌) 、绿脓 菌等 、肠道出血性大肠菌O - 1 5 7 、军 团菌、沙门氏菌等广泛的病原菌和 食物中毒菌都显示出了速效的杀菌 活性。另外，对于白色念珠菌、曲霉 菌等真菌以及包括诺瓦克病毒( 猫卡 力西病毒) 在内的许多病毒，显示出 了灭活作用，对于结核菌、蜡质芽孢 杆菌( 有内生芽胞) 的迟效性杀菌活性 也很显著。 酸性电解水的杀菌基础是次氯 酸( H O C l )（所以在指定食品添加剂 时被命名为次氯酸水) ，但 次 氯 酸 （H O C l ) 的存在比例会因p H的不同而 发生变化，见图2 。也就是说，次氯 酸在酸性电解水p H领域中存在比例 非常高，但是在微碱性领域，其存在 比例就会急剧减少，而杀菌活性微 弱的次氯酸离子( O C l -) 的存在比例反 而会急剧上升( O C l -的杀菌活性很弱， 约为H O C l 的1 / 8 0 ) 。次氯酸钠( N a O C l ) 溶液为碱性，H O C I的比例不到1 0 % ， 因此，与有效氯浓度相同的强酸性 电解水相比，其杀菌活性为 1 / 2 0 1 / 1 0 。实际上，有效氯浓度4 0 p p m 的强 酸性电解水显示的杀菌活性与1 0 0 0 p p m 的次氯酸钠( N a O C l ) 溶液基本相同。 使用酸性电解水进行杀菌时，需 要注意的一个基本问题就是要在流 水的条件下清洗消毒，这意味着我 们可以使用大量的电解水对菌液或 消毒对象进行处理。 酸性电解水能够杀菌的主要原 因 在 于 其 成 分 中 含 有 次 氯 酸 （H O C l ） 。能够得到酸性电解水存在 过氧化氢( H 2O2) 和羟基( O H ) 的证据， 鉴于人体内中性白细胞的杀菌原理 与此相同，可以认为酸性电解水的 杀菌作用原理是由H O C l或 H 2O2生 成O H ，通过对细胞膜、蛋白质、核 酸的多元作用，从而造成了氧化性 的损伤，见图 3 。 另一方面，虽然强碱性电解水几 乎未显示出任何杀菌能力，但据最 近的研究发现 1 2 ，它对猫卡力西病毒 （代替诺瓦克病毒）有着微弱的灭活 作用。另外，已经获得证实 1 3 ，如果 使用强碱性电解水进行提前处理， 会提高强酸性电解水杀灭结核菌的 杀菌效果。 4 . 2 酸性电解水的安全性 1 4 酸性电解水的安全性在急性毒 性和亚急性毒性等各种试验中已经 得到了确认，由于“对人体健康无 害” ，酸性电解水被指定为食品添加 剂（杀菌剂） 3 。使用酸性电解水给手 特别策划酸性氧化电位水研究与应用 Special Planning 10Chinese Nursing Management Vol.8, No. 4 Apr.15, 2008 中国护理管理 Special Planning 特别策划酸性氧化电位水研究与应用 指清洗消毒，不会因酸性原因导致 手部的粗糙、干裂，既不生成致癌物 质，清洗食物材料后也不会造成残 留 1 5 - 1 6 。而且，至今为止尚未出现过 发现耐性菌的报告，从作用原理上 可以判断，出现耐性菌的几率微乎 其微。 在环保方面，由于酸性电解水容 易中和，就算被排放到环境中去，浓 度也很低，非常便于控制，因此对环 境造成的负担很微弱。而次氯酸钠 的使用浓度很高，且富含着大量稳 定的、极易残留的次氯酸离子，会给 环境造成沉重的负担。而且，次氯酸 钠一旦误入眼睛或吞进嘴里，会出 现黏膜障碍等危险，必须进行应急 处理，使用酸性电解水则不必担心 这一点。 5 酸性电解水在卫生管理方面的应 用 9 , 1 5 - 1 9 酸性电解水在许多领域已经获 得了应用，见表 2 。随着科学证据的 不断积累，它的使用范围（批准许 可）也在持续扩大，以下介绍的是有 效使用酸性电解水的条件和一些注 意事项。 5 . 1 有效使用酸性电解水的普通注意 事项 电解水原则上应该在生成之后 马上使用，但在大量使用电解水的 现场，会将其储存在专用容器里， 在使用现场实施配管供水。无论什 么情况，都要在确认有效氯浓度的 基础上再行使用，市场上能够买到 简单测试有效氯浓度的试纸 2 0 。表4 简要总结了酸性电解水的有用性、 安全性及风险性，详细内容收录在 有关次氯酸水 2 1 、强电解水企业协 会制定的规格标准、使用指南等册 子 1 5 - 1 6 里（这些资料可以通过日本厚 生省下辖机能水研究振兴财团网站 h t t p / / w w w . f w f . o r . j p 获取） 。以下 是一些普通的注意事项：制造装 置（电解槽）的不同造成的产量差 异：使用强酸性电解水生成装置（二 室型电解槽）时，阳极生成强酸性电 解水，阴极生成强碱性电解水，产量 各半；而使用微酸性电解水生成装 置（一室型电解槽）时，全部都将生 成微酸性电解水。稳定性与金属 腐蚀性：强酸性电解水以低于 0 . 1 % 的食盐水为原水，氯离子( C l -) 浓度 较高，如果敞口放置，有效氯浓度会 迅速减少，影响杀菌效果，析出的 氯气不及时排走会造成对金属的腐 蚀；微酸性电解水使用的是将 2 % 6%的盐酸水电解后再以自来水稀 释3 0 0 0 倍的生成系统，氯离子（C l -） 浓度较低，且 p H属微酸性，敞口放 置时，有效氯浓度减少缓慢，氯气难 以析出，不会造成对金属的腐蚀，但 是原水使用盐酸水不如食盐水方便 经济。与有机物的反应性：无论是 强酸性电解水还是微酸性电解水， 都极易与有机物发生反应，由于有 效氯浓度很低，因此在低浓度有机 物存在的情况下，均可丧失灭菌活 性。 根据以上酸性电解水的基本性 状，为了在实际的使用过程中保证 其实效性，一个基本原则就是要在 预先除掉使用对象的有机物污染之 后，再进行流水作用。正因如此，对 “整理、整顿、清洁、清扫、良好习 惯” ( 5 S ) 的切实学习与执行十分重 要。以下表示的是注意事项中的 “严禁事项” 、 “必做事项”和“谨记 事项” 1 8 。 “严禁事项”有：未进行污染 处理的情况下直接使用（不进行预 先清洗，混有污染物） ；敞口（开 放状态）放置；与其他药剂（杀菌 剂和洗涤剂）混合使用。 “必做事项”有：检查电解水 （有效氯浓度、p H值及生成水量） ； 管理仪器（补充食盐、清洗电极） ； 制作指导手册（设置管理负责人 及制作使用规则） 。 “谨记事项”是指在引进设备后 进行验证，主要有：验证卫生水平 （实施定期的卫生检查、学习卫生教 育研修课程） ；验证指导手册等的 落实情况（运用执行程度、操作者的 使用偏差等） ；验证效果（通过数字 对引进前后的变化进行比较管理） 。 5 . 2 合用强碱性电解水与强酸性电解 水进行清洗杀菌 要保证酸性电解水的实效性，关 键是要在去除掉使用对象的有机物 污染之后再行使用。与此相关，由于 制造强酸性电解水时从阴极生成的 强碱性电解水显示了良好的去污能 力，因此，在内窥镜 2 2 和手指 2 3 的清 洗消毒方面已经确立了先用强碱性 电解水清洗处理，再用强酸性电解 水清洗杀菌的方法。 6 今后的展望 酸性电解水不伤手，使用浓度和 残留度低，能像自来水一样使用，可 以直接用于人体清洗（应急措施） ， 是一种对人类与环境影响很小又非 常见效的新型消毒剂和消毒技术。 酸性电解水的废弃处理方法简便， 对于环境的影响不大，出现耐性菌 的频率也很低，而且，还可以通过设 备控制生产供应的浓度，具有不会 因突发性事故（误饮、接触）造成伤 害的优点。根据2 0 0 7 年实施的问卷调 查 2 3 结果显示，人们对酸性电解水的 了解比 1 0年前有了显著的提高，对 于酸性电解水的经济性、方便性、有 效性、环保性也表示出了更大的关 注。 酸性电解水在科学、技术、社会 方面的有用性和可信度正在逐年提 高，对酸性电解水（次氯酸水）的需 求也有望得到进一步提升。因此，制 11 中国护理管理 2 0 0 8 年 4 月 1 5 日 第 8 卷 第 4 期 中国护理管理 特别策划酸性氧化电位水研究与应用 Special Planning 医疗 牙科* 农业 食品 水产 畜产 家庭 环境社会公益 表 2 酸性电解水的使用（举例） 领域 用途 使用对象目的 手指、内窥镜、血液透析机、地板（环境） 、清拭身体、亚麻布；其他（特异性皮肤炎、擦伤、切伤、压疮、烧伤、 术创、坏疸等） 清洗口腔、清洗器械环境除菌 种苗、减农药栽培（稻、水果、蔬菜） 、栽培大棚的卫生管理 食材（批准的杀菌剂） 、烹饪制造设施、器具及柜台等的卫生管理 柜台的卫生管理、海产品的清洗除菌等 畜舍的卫生管理、治疗皮肤炎等 手指、餐具、厨房、浴缸、厕所等 分解污染物质、游泳池杀菌、预防感染、制造饮用水等 清洗消毒 清洗消毒 清洗除菌 清洗杀菌 清洗除菌 清洗除菌 清洗除菌 表 3 酸性电解水（次氯酸水）的有用性、安全性及风险性 杀菌活性：低浓度高活性、广泛抗菌抗病毒活性。 易于制造：使用盐（盐酸） 、电和机器，简单、安全；能够大量地连续制造。 经济性：运营成本低；节水。 卫生管理：使用对象广泛；清洗杀菌及喷雾杀菌；使用简单。 食品相关：降低食材的腐坏速度；食品处理现场的脱臭处理。 便于废弃：浓度低，容易中和（微酸性不要） ，因此废弃方便。 对人体的安全性：毒性低；不生耐性菌；不伤手；误饮也不产生特别影响。 对食品食材影响小：营养成分不变；低漂白力；低残留性。 野外环境负荷：浓度低，短时间即可消失，因此对环境的影响非常轻微。 流通上的安全性 氯气：在狭窄的密闭空间内使用只要室内换气即可解决。 金属腐蚀：视材质而定（如为不锈钢S U S 3 0 4以上，则无问题） ；金属焊接部位薄弱。 容易丧失活性：需要检查有效氯的浓度。 功能 作用 有用性 安全性 风险性 強電解水企業協議会. 強酸性電解水規格 基準（医療編） . 1 9 9 9 強電解水企業協議会. 強酸性電解水 内視鏡洗浄消毒. 2 0 0 6 厚生労働省令第7 5 号厚生労働省告示 第2 1 2 号. 官報第3 3 7 8 号. 2 0 0 2 - 0 6 - 1 0 厚生労働省医薬局食品保健部基準課. 新 殺菌料酸性電解水. 食健康（日本食品衛 生協会） , 2 0 0 2 , ( 5 4 4 ) : 1 2 - 1 7 厚生省生活衛生局科学課長通知. 電 解水取扱. 衛化第 31号, 1 9 9 9 - 0 6 - 2 5 厚生労働省医薬食品局食品安全部基準課長 通知. 次亜塩素酸酸混和 使用. 食安基発0 8 2 5 0 0 1 号, 2 0 0 4 - 0 8 - 2 5 菊地憲次. 手洗性電解水 洗浄能力化学的因子 ( 財) 機能水研 究振興財団 電解水評価委員会平成1 7 年度 報告書, 2 0 0 6 . 1 4 - 1 7 堀田国元. 酸性電解水（次亜塩素酸水）生成 装置概要衛生管理応用食品衛生 研究, 2 0 0 7 , 5 7 ( 8 ) : 9 - 1 6 堀田国元. 酸性電解水何 食健 康 （( 社) 日本食品衛生協会） , 2 0 0 6 ( 8 ) : 7 - 1 1 ( 財) 機能水研究振興財団学術選考委員会編. 電解水2 0 0 1 . ( 財) 機能水研究振興財 団, 2 0 0 1 堀田国元. 強酸性電解水科学生成原理 殺菌力基盤日本機 能水学会監修 ( 財) 機能水研究振興財団電解 水評価委員会編, 2 0 0 7 . 5 - 7 岩沢篤郎, 高木弘隆, 堀田国元. 強酸性電解水 対策日本機能水学会 監修 ( 財) 機能水研究振興財団電解水評価委 員会編, 2 0 0 7 . 2 4 - 2 8 広中伸治, 土井教生. 強酸性電解水抗酸菌 対殺菌効果強性電解水 併用効果非結核性抗酸菌対 殺菌効果検討. 第6 回日本機能水学会学術 大会講演要旨集, 2 0 0 7 . 2 6 - 2 7 小宮山寛機, 岩沢篤郎. 強酸性電解水安全 性 日本機能水学会監修 ( 財) 機能水研究振 興財団電解水評価委員会編, 2 0 0 7 . 8 - 1 0 強電解水企業協議会. 強酸性電解水使用 （食品添加物 強酸性次亜塩素酸水 塩素酸水用. 2 0 0 2 強電解水企業協議会. 微酸性電解水使用 （食品添加物 微酸性次亜塩素酸水 塩素