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行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告
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中文：製造條件對電解水品質影響的研究
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英文：Studies on the effects of processing conditions on qualities
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of electrolyzed water
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計畫類別：■個別型計畫
□整合型計畫
計畫編號：NSC 902214E002 036
-執行期間：90 年 8 月 1 日至 91 年 7 月 31 日
計畫主持人：許順堯 Email:
[email protected]
共同主持人：無
計劃參與人員：高孝元 (學生)
本成果報告包括以下應繳交之附件：無
□赴國外出差或研習心得報告一份
□赴大陸地區出差或研習心得報告一份
□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份
□國際合作研究計畫國外研究報告書一份
執行單位：國立臺灣大學 食品科技研究所
中
華
民
國
91
年
8
月
19
日
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行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
計畫編號：NSC 90-2214-E-002 -036 -
計畫名稱：中文：製造條件對電解水品質影響的研究
英文：Studies on the effects of processing conditions on
qualities of electrolyzed water
執行期限：90 年 8 月 1 日至 91 年 7 月 31 日
主持人：許順堯 Email:
[email protected]
執行機構及單位名稱：國立臺灣大學 食品科技研究所
計劃參與人員：高孝元 (學生)
一、中英文摘要 電解氧化水或酸性水是指水中添加食 鹽之後，再經直流電壓電解作用下，在陽 極所生成的陽極水；同時在陰極得到的水 則稱為鹼性水。酸性水具有強殺菌力，可 應用於食品加工上。有關加工製造因素如 何影響電解氧化水及還原水製品品質的研 究，至今尚無相關之報導。因此本研究目 的在探討影響電解氧化水品質的加工製造 條件。本研究乃依三階三變數之階乘設 計，探討原料水流速、 飽合食鹽水流速和 原料水溫度等，對電解氧化水之 pH 值、氧 化還原電位(ORP)、總氯濃度、次氯酸濃度 ([HOCl])和次氯酸離子濃度([OCl -])等品 質因素的影響。結果顯示，原料水流速主 要因影響電解時間而影響所製造之電解氧 化水之總氯濃度和 ORP；食鹽水流速主要 因影響電解質濃度而影響其總氯濃度和次 氯酸濃度([HOCl])；原料水溫度主要因影 響電解效率而影響其總氯濃度。以上之關 係皆可以一次或二次多項式之數學式充分 描述。 關鍵詞：電解氧化水, 製造條件, pH 值、 氧化還原電位(ORP)、總氯濃度 Abstr actElectrolyzed oxidizing water (EOW) or acid water is generated by electrolyzing salt-added water under a direct current
voltage. EOW is produced at the anode while basic water (BW) was produced at the
cathode. EOW has strong bactericidal effects and has many applications in food processes. There was no research report on the effects of processing factors on water qualities of EOW and BW. Therefore, the purpose of this study is to investigate the effects of processing conditions on product properties of EOW. This study adopted a three-factor-three-level factorial design to study the effects of raw-water flow rate, saturated salt-raw-water flow rate and raw-water temperature on pH, oxidation-reduction potential (ORP), total chlorine, hypochlorite and hypochlorous acid concentrations of EOW. Results indicated that raw-water flow rate affected
electrolyzing time and affected total chlorine residue concentration and ORP of the EOW. Saturated salt-water flow rate affected electrolyte concentration and affected total chlorine residue and hypochlorous acid concentrations. Water temperature affected electrolysis efficiency and affected total chlorine residue concentration. Their
variations can be well described by linear or quadratic polynomial equations.
Keywor ds: Electrolyzed oxidizing water,
Processing conditions, pH value, Oxidation -reduction potential (ORP), Total chlorine concentration
二、緣由與目的
電解氧化水或酸性水的研究始於 1982 年左右，通常是指水中添加食鹽等之後再
3 經直流電壓電解作用下，在陽極所生成之 氧化還原電位 1000mV 以上、pH2.7 以下的 陽極水；同時在陰極得到的水則稱為鹼性 水。酸性水具有收斂作用、洗淨力及殺菌 力；鹼性水則具有膨潤力、溶解力及熱傳 導促進力。電解氧化水的使用對象無選擇 性，不殘留，可用於醫療、旅館、農業及 工業等方面，取代傳統使用化學藥品的消 毒殺菌方法。最早被應用於醫療器具及醫 療現場之殺菌，近年來由於成功開發各種 製法以及製造設備之普遍商業化，而被逐 漸推廣使用在食品加工和家庭食物清洗處 理等方面(鈴木鐵也，1996； Jung et al. ， 1996；Park et al.，1996；久保田昌治， 1997；Huang et al. ，1998；Park et al. ， 1998；Izumi，1999；Tosa & Yamasaki， 2000)。
電解氧化水的強殺菌力在前述之文獻 中已多所提及，最近之研究
(Venkitanarayanan et al.，1999)指出其 在 10 ~ 30 秒之內就可能殺滅Salmonella enteritidis、Escherichia coli O157:
H7、Listeria monocytogenes 以及 Bacillus cereus 等食品中毒常見之病源 菌。120 秒內也可顯著降低Bacillus cereus 孢子的存活率。有關電解氧化水具 有強殺菌力之原因，一般認為可能有三， 分別是：pH 在 2.7 以下、氧化還原電位(ORP) 在 1000mV 以上和游離氯含量在 5-60ppm。 但是何者才是主要原因？則有不同的說 法。Tosa & Yamasaki (2000)認為游離氯 和強酸性是電解氧化水具有強殺菌力的主 要原因，Len et al. (2000) 則認為次氯 酸是主要之殺菌劑，Kim et al.(2000)認 為 ORP 才是影響殺菌效果之主要因素。 綜合上述，根據前人之研究，電解氧 化水的殺菌效力已無庸置疑，其殺菌主要 因子之探討也已有一些研究報告。但有關 加工製造因素如何影響電解氧化水及還原 水製品品質的研究，則至今尚無相關之報 導。因此本計劃擬探討影響電解氧化水品 質的加工製造因素並建立相關之數學模 式。 三、結果與討論 本研究原擬依三階四變數之階乘設 計，探討原料水之食鹽濃度、直流電流量、 直流電壓量和原料水溫度等，對電解氧化 水品質的影響。結果顯示，一般之商業化 強電解水生成器皆無法同時獨立控制直流 電流量和直流電壓量，且因實際之操作環 境限制，通常只提供直流電流量之控制調 整功能。本研究因經費限制只能採購一般 之商業化強電解水生成器，且為符合實際 用途之考量，故採用 ARV 強電解水生成器 (ARV- Aqua Refine 0.6)進行研究。此機型 以控制食鹽水添加量之方式間接控制直流 電流量，並以控制飽合食鹽水流速方式調 整食鹽水濃度。因此，本研究乃依三階三 變數之階乘設計，探討原料水流速、飽合 食鹽水流速和原料水溫度等，對電解氧化 水品質的影響。 經以該強電解水生成器最大操作範圍 下之條件測試，結果顯示，所製造之電解 氧化水之 pH 值維持在 2.14 至 2.77 範圍 內，且原料水流速、飽合食鹽水流速和原 料水溫度等之影響皆不顯著。所製造之電 解氧化水之 ORP 值隨著原料水流速之下降 而上升，但飽合食鹽水流速和原料水溫度 對其影響則並不顯著。所製造之電解氧化 水之總氯濃度隨著原料水溫度或原料水流 速之下降、以及飽合食鹽水流速之上升等 而上升。次氯酸濃度([HOCl])隨著飽合食 鹽水流速之上升而上升，但原料水流速和 溫度對其影響則並不顯著。次氯酸離子濃 度([OCl -])維持在 0 至 5 ppm 之低濃度 範圍內，且原料水流速、飽合食鹽水流速 和原料水溫度等之影響皆不顯著。 綜合上述結果，原料水流速主要因影 響電解時間而影響所製造之電解氧化水之 總氯濃度和 ORP；食鹽水流速主要因影響 電解質濃度而影響其總氯濃度和次氯酸濃 度([HOCl])；原料水溫度主要因影響電解 效率而影響其總氯濃度。以上之關係皆可 以一次或二次多項式之數學式充分描述。 四、計畫成果自評 本研究大部分已依計劃完成，結果將 陸續整理發表，對此結果尚覺滿意。
4 五、參考文獻 久保田昌治，1997， 殺菌 殺菌劑 現狀 電解強氧化水 特徵、用途 展望，食品工業 40(10)18-27. 鈴木鐵也，1996a，電解水殺菌技術，Bio Industry 13(8):15-27.
Horiba, Naoki ; Hiratsuka, Kouiti; Onoe, Takaya; Yoshida, Tsutomu; Suzuki, Kazuyoshi; Matsumoto, Toru;
Nakamura, Hiroshi. 1999. Bactericidal effect of electrolyzed neutral water on bacteria isolated from infected root canals. Oral Surgery Oral Medicine Oral Pathology Oral Radiology and Endodontics 87(1): 83-87.
Huang, Chin-Cheng ; Cheng, Ta-Chin; Yang, Ying-Rong; Chung, Yuan-Huai; Chi, Jiing-Ruey. 1998. Evaluation of the washing and sterilization of vegetables using electrolyzed strong acid aqueous solution. Journal of the Chinese Agricultural Chemical Society 36(5):473-482.
Izumi, H. 1999. Electrolyzed water as a disinfectant for fresh-cut vegetables. Journal of Food Science 64(3):536-539. Jung, Sung-Won; Park, Kee-Jai; Park,
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Kim, Chyer; Hung, Yen-Con; Brackett, Robert E. 2000. Roles of
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Len, Soo-Voon; Hung, Yen-Con ; Erickson, Marilyn; Kim, Chyer. 2000. Ultraviolet spectrophotometric characterization and
bactericidal properties of electrolyzed oxidizing water as influenced by amperage and pH. Journal of Food Protection 63(11):1534-1537. Park, Kee-Jai; Jung, Sung-Won; Park,
Byoung-In; Kim, Young-Ho; Jeong Jin-Woong. 1996. Initial control of microorganism in kimchi by the modified preparation method of
seasoning mixture and the pretreatment of electrolyzed acid-water. Korean Journal of Food Science and Technology 28(6):1104-1110. Park, Shim ; Kang, Jeng-Yeol; Kang,
Sun-Chul. 1998. Improvement in storage stability of export
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Tosa, Noriteru ; Yamasaki, Yukikazu. 2000. Effect of organic substances on the residual chlorine contained in the strong acidic electrolyzed water. Nippon Shokuhin Kagaku Kogaku Kaishi 47(4):287-295.
Venkitanarayanan, Kumar S.; Ezeike, Gabriel O.; Hung, Yen-Con; Doyle, Michael P. 1999. Efficacy of electrolyzed oxidizing water for inactivating Escherichia coli O157:H7, Salmonella enteritidis, and Listeria monocytogenes. Applied and Environmental Microbiology
