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不同电解质电生功能水的

185

不同电解质电生功能水的

电解特性和贮存性能

刘媛媛1，刘海杰1，辰巳英三2，李里特1，*

（1.中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083;

2.（独）日本国际农林水产业研究中心，茨城305－8686）

摘要:

为扩大电生功能水（EW）的应用范围、提高其制备效率、更好地了解其贮存特性，本文采用NaCl、KCl、CaCl2

三

种不同电解质制备电生功能水，对其电解特性以及相应的电生功能水贮存特性进行研究，并以KCl为主要研究对象，

总结了KCl适合的电解方法和贮存方式:

当电解液浓度为0.38g/LKCl+0.0015mol/LHCl时，有效氯产率和所得功能

水的稳定性较优;在微酸性范围内，NaCl作为电解质比CaCl2

的稳定性要好，与KCl作为电解质相比稳定性和有效氯

产率差异不显著;光照、高温加热和顶空都会加速有效氯的损失，所以需要长期贮存时应尽量保证避光、密封。

关键词:

电生功能水，电解质，有效氯产率，贮存稳定性

Propertiesoftheelectrolyzedwatermade

fromdifferentelectrolytes

LIUYuan－yuan1，LIUHai－jie1，TATSUMIEizo1，LILi－te1，*

（1.CollegeofFoodScienceandNutritionalEngineering，ChinaAgriculturalUniversity，Beijing100083，China;

2.BiologicalResourcesandPost－harvestDivision，JapanInternationalResearchCenter

forAgriculturalSciences，Ibaraki305－8686，Japan）

Abstract:

Inordertoexpandtheapplicationoftheelectrolyzedwater（EW），improvetheelectrolyzingefficiency，

andworkoutitsstabilityproperties.NaCl，KClandCaCl2wereappliedasdifferentelectrolytesforelectrolyzing.The

electrolyticandstoragecharacteristicsofthecorrespondingelectrolyzedwaterwerenotedandthenanalyzed.KCl

waschosenasthemainobjectofstudy，therightelectrolyticandstoragemethodwassummarized:

When

electrolyteconcentrationwas0.38g/LKCl+0.0015mol/LHCl，theelectrolyticefficiencyandthestabilitywerebetter

thanothers，intheslightacidicrange，NaClwasbetterthanCaCl2foritsstabilityandalmostthesameasKCl.

Besides，therewasnosignificantdifferencewithKClontheelectrolyzingefficiency.Light，heatingandtop－air

wouldspeeduptheresidualchlorineloss，sotheelectrolyzedwatershouldbekeptsealedandawayfromlightfor

long－timestorage.

Keywords:

electrolyzedwater;electrolyte;residualchlorineproductivity;storagestability

中图分类号:

TS201.1文献标识码:

A文章编号:

1002－0306（2012）10－0185－04

收稿日期:

2011－08－15*通讯联系人

作者简介:

刘媛媛（1987－），女，硕士研究生，研究方向:

食品科学，电

生功能水应用研究。

目前，电生功能水作为一种新技术正被广泛应

用于众多领域，例如设备的清洗、消毒［1－2］，养殖场的

环境消毒［3］，鲜切食品的保鲜、灭菌［4－5］，医疗设备和

手术中的消毒［6－7］，农业上的有机食品的病虫害防

治［8－9］等等。

尤其是作为一种高效、广谱、绿色的杀

菌剂，酸性电生功能水已经被日本政府卫生部门确

认为医疗器械消毒杀菌剂和食品产业杀菌剂。

目前

对于电生功能水的研究主要是以NaCl为电解质，通

过制水机电解生成不同种类的电生功能水:

通过有

隔膜制水设备制备强酸性电生功能水（pH=2.5～

4.5），通过无隔膜电解设备制备微酸性电生功能水

（pH=5.5～6.5）。

由于电生功能水中存在大量电解

质的自由离子、分子，不同的离子对接触的食品原材

料或农作物的生理生化有不同的作用［10－11］，所以研究

不同电解质的电生功能水的电解性质对于扩展其在

实际中的应用具有重要的意义。

前人对于不同电解

质电解、杀菌特性的研究多集中在强酸性电生功能

水上［12－13］，而未见对不同电解质微酸性电生功能水的

研究。

本文探讨了NaCl、KCl、CaCl2

三种不同电解质

制备电生功能水时的电解特性，以及相应电生功能

水的贮存稳定特性;并以KCl为主要研究对象，总结

了KCl合适的电解方法和稳定性影响因素。

希望能

为替换电解质、扩展电生功能水的应用范围提供

帮助。

1材料与方法

1.1材料与设备

186

表1不同种类电解液的制备

Table1Thepreparationofdifferentelectrolytesolutions

组号每份电解液中Cl－含量（mol）KCl电解液NaCl电解液CaCl2

电解液

10.00790.50gKCl+100μLHCl0.39gNaCl+100μLHCl0.37gCaCl2+100μLHCl

20.00970.64gKCl+100μLHCl0.50gNaCl+100μLHCl0.47gCaCl2+100μLHCl

30.01461.00gKCl+100μLHCl0.78gNaCl+100μLHCl0.74gCaCl2+100μLHCl

40.01831.27gKCl+100μLHCl1.00gNaCl+100μLHCl0.95gCaCl2+100μLHCl

NaCl、KCl、CaCl2、HCl、Na2S2O3、KI、可溶性淀

粉均为分析纯。

自组装无隔膜电解设备电解槽（11cm×7.5cm

×13.5cm），电极板（8cm×13.5cm），TPR－6405D变

压器，LongWeiINSTRUMENTS（HK）Co.，Ltd.;

L－129A试管恒温加热仪北京来亨科贸有限公司;

多功能参数仪OrionstarseriesThermoScientific;

SHH－W21电热恒温水浴锅北京市长风仪器仪表

有限公司;KQ－600DE数控超声波清洗器昆山市

超声仪器有限公司。

1.2实验方法

1.2.1不同浓度的KCl和不同种类电解质对电生功

能水有效氯产率的影响

1.2.1.1不同浓度的KCl电解液对有效氯产率的影

响实验采用酸盐搭配电解的方式。

向装有800mL

去离子水的电解槽中分别加入0.10、0.15、0.20、0.25、

0.30、0.40、0.50、0.60、0.80、1.00、1.2gKCl和100μL

HCl，混合均匀后采用30V直流电电解5min，制备不

同pH的电生功能水。

用多功能参数测定仪测定电

生功能水的pH、ORP（氧化还原电位:

RmV）、COND

（电导率:

μs/cm），用碘量滴定法测定ACC［14］（有效

氯浓度:

mg/L）。

计算不同实验组的有效氯产率，有

效氯产率定义为:

电解液中单位质量浓度的氯离子

电解产生的有效氯的质量浓度，即:

有效氯产率（%）=有效氯质量浓度ACC（g/L）/

电解液中Cl的质量浓度（g/L）×100%

1.2.1.2不同种类电解质对电生功能水有效氯产率

的影响如表1所示，向装有800mL去离子水的自

制电解槽中分别加入不同种类的电解质原液，采用

30V直流电电解5min。

测定所得电生功能水的pH、

ORP、COND、ACC等指标，计算不同电解原液的有效

氯产率。

1.2.2不同电生功能水稳定性的测定

1.2.2.1不同浓度KCl电解液对电生功能水的稳定

性的影响将1.2.1.1步骤中所制得的电生功能水贮

存在200mL白色塑料旋盖瓶、棕色不透光的塑料瓶

中，置于避光橱中。

每隔3d用多功能参数测定仪测

定一次各实验组的pH、ORP、COND，采用碘量滴定法

测定ACC。

1.2.2.2不同种类电解质对电生功能水稳定性的影

响将1.2.1.2步骤中所制得的电生功能水贮存在

200mL白色塑料旋盖瓶、棕色不透光的塑料瓶中，放

于避光橱中。

每隔3d用多功能参数测定仪测定一

次各实验组的pH、ORP、COND，采用碘量滴定法测定

ACC。

连续测定30d。

1.2.2.3光线对微酸性电生功能水有效氯的影响

将电解后的KCl电生功能水分别收集在200mL容量

的棕色塑料旋盖瓶、白色塑料旋盖瓶中贮存。

将棕

色瓶存放于避光橱中室温贮存，白色瓶放于实验台

自然光下室温贮存，每隔3d测定各实验组的pH、

ORP、COND，采用碘量滴定法测定ACC。

连续测

定30d。

1.2.2.4温度对微酸性电生功能水有效氯的影响

采用KCl0.3g作为电解质加入100μLHCl和800mL

去离子水，电解5min。

测定pH、ORP、COND、ACC。

将电生功能水实验组分为25mL组和50mL组，分别

盛放于相同规格的50mL旋盖塑料离心管中，分别置

于20、50、100℃条件下避光贮存，每隔2h测定其各

项指标的变化，连续观测6h。

2结果与讨论

2.1不同浓度的KCl和不同种类电解质对有效氯产

率的影响

2.1.1不同浓度KCl电解液对电生功能水有效氯产

率的影响按1.2.1.1方法，实验结果如图1所示，在

实验条件下，电解质的质量浓度越小，电解液的有效

氯产率就越高。

当KCl电解质的浓度达到0.4g/L

时，再增加电解质的浓度对有效氯产量的增加影响

不大。

当电解液的浓度在0.3～0.5g/L时有效氯产率

较高。

由于电解液浓度很低时，溶液导电性能差，电

解电流较小，所以电解能力弱，电解速度慢;当电解

液浓度超过0.5g/L时，一方面电解所得功能水呈弱

碱性已脱离酸性水的范围，另一方面，电生功能水中

ClO－/HClO的比例逐渐增大，溶液的杀菌能力下

降［15］;当电解质浓度高于1.0g/L时，电生功能水的有

效氯值又趋于稳定（见图2中KCl曲线），因为此时，

在8＞pH＞7的弱碱性环境下，有效氯大部分以

ClO－的形式存在，不含有Cl2

，此时溶液体系较为

稳定。

图1不同浓度KCl电解液的有效氯产率

与有效氯值（mean±s，n=3）

Fig.1TheproductivityandACCofdifferentKCl

electrolyzedwater（mean±s，n=3）

2.1.2不同种类电解质对有效氯产率的影响按

187

表2不同电解质的电生功能水的有效氯产率

Table2TheACCproductivityofdifferentelectrolyzedwater

项目

组1Cl－摩尔含量

=0.0079mol

组2Cl－摩尔含量

=0.0097mol

组3Cl－摩尔含量

=0.0146mol

组4Cl－摩尔含量

=0.0183mol

KClNaClCaCl2KClNaClCaCl2KClNaClCaCl2KClNaClCaCl2

ACC（mg/L）150.33151142.36160.27173.4151.95179.11233.36175.49170.74231.51191.44

有效氯产率（%）434341384035283627212924

6d后ACC变化率（%）4.13.349.46.534.895.180.963.4310.111.62.495.52

注:

ACC第n天变化率（%）=（第1dACC测量值－第ndACC测量值）/第1dACC测量值×100，表格中数据为三次平行测量的

平均值。

1.2.1.2方法，测定不同种类电解质对有效氯产率的

影响，结果见表2，在相同的Cl－摩尔浓度下，以KCl、

CaCl2

和NaCl作为电解质时，三者的有效氯产率在

电解液浓度较低时差异不显著。

当降低电解液中

Cl－的摩尔质量至0.0065mol/L，电解后pH在6.2～

6.5，此时KCl作为电解质的有效氯产率与NaCl作为

电解质时相当，ACC在110mg/L左右。

当提高电解

质浓度后，NaCl作为电解质的制水效率逐渐高于

KCl和CaCl2。

2.2不同电生功能水的稳定性

2.2.1不同浓度KCl电解液对电生功能水稳定性的

影响不同浓度KCl电解液制备的电生功能水的稳

定性不同，图2中对应的KCl的曲线。

当其中KCl

的质量浓度在0.3～0.6g/L时，对应生产出的电生功

能水较为稳定。

随着电解液浓度的提高，电生功能

水的有效氯变化率出现一个峰值，但当KCl电解液

的浓度达到1g/L后，电生功能水的稳定性始终保持

在较高水平。

实验测得，KCl浓度为0.13g/L的电解

液实验组制备的电生功能水最不稳定，pH在3左

右，3

周后有效氯指标下降达到50%以上，存放6d时

有效氯变化率已达到12%。

周艳鑫的研究也发现当

溶液中的电解质浓度较大时，有利于电生功能水的

稳定，并具有促进芽菜发芽［16］和防止褐变的效果。

图2不同浓度电解质－电生功能水

稳定性关系（mean±s，n=3）

Fig.2Therelationshipofdifferent

electrolytesconcentrations（mean±s，n=3）

2.2.2不同种类电解质的电解液对电生功能水稳定

性的影响Cl－摩尔浓度相同的不同电解质的电解

原液所制备的电生功能水的贮存性也不同，见表2

和图2;对于中性和碱性（pH=7.0～8.5）电生功能水，

KCl电解出的功能水显示出更好的稳定性，且经验证

也具有杀菌能力;但对于强酸性和弱酸性功能水（pH

=2.0～6.5）NaCl作为电解质要比KCl作为电解质更

加有利于功能水的稳定性（见图4）。

但是在微酸性

和中性范围内，NaCl作为电解质和KCl作为电解质

的电生功能水的稳定性差异不大。

CaCl2

作为电解

质在不同pH范围下表现出的稳定性均低于KCl和

NaCl实验组。

图30.38g/LKCl和1.25g/LKCl实验组有效氯

随贮存天数的变化趋势（mean±s，n=3）

Fig.3ThestabilityofKClEWwithelectrolyteconcentrations

of0.38g/Land1.25g/L（mean±s，n=3）

图4NaCl、KCl强酸及微酸性电生功能水稳定性

Fig.4ThestabilityofNaClandKClEW

注:

1、2、3号:

强酸性电生功能水;

4、5号:

微酸性电生功能水;纵轴坐标负值代表减少。

KCl电解液浓度为1.25g/L时电解得到的功能

水最为稳定（见图3），但相对0.38g/L实验组有效氯

产率较低，且由于pH呈碱性，所以有效氯主要成分

为ClO－，虽然稳定，但杀菌效果比相同有效氯浓度的

微酸性电解水弱。

所以综合考虑，认为最佳的制水

方式为0.3gKCl+100μLHCl+800mLH2O，30V直

流电电解5min。

此时得到的电生功能水指标:

pH在

6.25左右，ORP在900左右，COND在1100左右，ACC

在110mg/L左右。

2.2.3不同贮存条件对电生功能水稳定性的影响

2.2.3.1光照对电生功能水稳定性的影响在其他

条件一定的情况下，日光照射对电生功能水的稳定

性有一定影响:

1d以内的短时的日光照射对于电生

功能水的有效氯稳定性影响不显著（P＞0.05），但是

188

随着光照时间的延长，光照实验组的有效氯损失要

明显高于避光实验组。

实验发现，KCl避光组6d后

ACC变化率为4.1%较其光照组低6%，NaCl避光实

验组6d后ACC变化率为4.9%比其光照组低7%，

CaCl2

避光实验组6d后ACC变化率为比其光照组低

11%。

所以若需要延长酸性电生功能水的使用时

间，应采用密闭容器封口、避光保存。

2.2.3.2温度对电生功能水稳定性的影响将新制

备的KCl的微酸性电生功能水在三个温度（20、50、

100℃）下保持恒温，50mL实验组中50℃与20℃的

实验组有效氯较稳定，下降值差异不显著（P＞

0.05），即轻微的加热对电生功能水的有效氯几乎不

造成影响，延长贮存时间至3d，两温度实验组的有效

氯稳定性仍然无显著差异（P＞0.05）。

在100℃实验

条件下，电生功能水处于沸腾状态，虽然旋盖密封，

但其有效氯浓度明显下降。

25mL实验组，由于试管

顶空的存在，有效氯浓度下降速度要明显高于50mL

实验组，见图5。

所以若要延长酸性电生功能水的贮

存时间，则应尽可能满瓶贮存不留顶空。

图5顶空对KCl电生功能水有效氯稳定性的影响

Fig.5EffectofheadspaceonEWstoragestability

3结论

不同的电生功能水的电解特性不同，对于微酸

性电生功能水，NaCl和KCl的有效氯产率较CaCl2

高、且稳定性较好，两者在微酸性和中性电生功能水

范围内差异不显著。

KCl作为电解质最佳的制水参

数是:

0.38g/LKCl+0.0015mol/LHCl，此时有效氯的

产率和稳定性较高，电解所得的微酸性电生功能水

的pH在6.25左右，有效氯含量在110mg/L左右，相

比于仅添加盐或酸作为电解质的电解方法，盐加酸

的电解方法无需在电解后额外添加酸碱调节pH，并

且酸盐复合电解的方式有效氯产率也更高。

密封条件下，光照、顶空和高温加热会促进有效

氯损耗，但是满瓶、密封、低温加热对有效氯影响不

大;当温度达到水的沸腾温度以上且存在顶空时，有

效氯的损失率增大。

相同贮存条件下NaCl比KCl

制备的酸性电生功能水的稳定性略高。

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