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42 王進崑 等
Nutr Sci J, 2011, Vol. 36, No. 2, pp.42~49
前言
由於水質污染問題日益嚴重,導致飲用水需要
經過更多的消毒跟處理才能使用。因此市面上出現
各式淨水器,如逆滲透 (RO)機、電解水機等。
近年來國人的健康意識提高,所以電解水儀器的市
場也逐年增加,電解水又分成鹼性電解水和酸性電
解水(1-3),其功能在許多方面已經被證實,如經鹼
性電解水則發現有效清除自由基的功效(4),而酸性
電解水處理後可降低番茄和蘋果表面微生物的生長
(5,6),以及有助傷口的清潔與癒合(7)等效果。
然而大多數人只知道鹼性電解水對人體有所幫
助,往往忽略電解水中酸性水的利用價值。因此本
酸性電解水對上呼吸道感染細菌影響之研究
邱慧芳1沈祐成2張智傑3王進崑3
Effect of Acid-Electrolyzed Water on Bacteria of Upper
Respiratory Tract Infections
Hui-Fang Chiu1, You-Cheng Shen2, Chih-Chieh Chang3, and Chin-Kun Wang3
1Department of Integrated Chinese and Western Medicine, Chung Shan Medical University Hospital,
Taichung, Taiwan
2School of Health Diet and Industry Management, Chung Shan Medical University, Taichung, Taiwan
3School of Nutrition, Chung Shan Medical University, Taichung, Taiwan
ABSTRACT People are aware of the importance of health, especially the effect of electrolyzed
water. So the market for electrolyzed water-related equipment has increased recently. People only
know the importance of alkaline-electrolyzed water to health, but the effects of acid-electrolyzed water
are not as well known. In this study, we evaluated the characteristics and functions of acid-electrolyzed
water obtained from tap water by home use of an electrolyzed water machine. The pH and oxidation
reduction potential(ORP)were greatly changed after electrolysis. Four different pH values(with dif-
ferent ORPs)of acid-electrolyzed water(pH 6.2, ORP = 55 mV; pH 5.9, OPR = 72 mV; pH 5.4,
OPR = 100 mV; and pH 3.8, OPR = 190 mV)were used to evaluate the effect on various bacteria
from the upper respiratory tract(including
). Results showed
that acid-electrolyzed water significantly suppressed the survival of all bacteria, and the survival of
bacteria showed negative correlations with ORP(= -0.7158 to -0.9982)and time(= -0.8688 to
-1.0000). For practical use, clinical applications of acid-electrolyzed water are required in the future.
* Corresponding author: Chin-Kun Wang, School of Nutrition, Chung
Shan Medical University, 110, Sec. 1, Jianguo North Road, Taichung
40201, Taiwan Tel: 886-4-24730022 ext. 11010; Fax: 886-4-24714143;
E-mail: wck@csmu.edu.tw
43
酸性電解水對上呼吸道感染細菌影響之研究
研究以市售家用電解水機所獲得的四種酸性電解
水,探討其特性與功能性。電解水是以電解的方
式,使水之 pH 質與氧化還原電位改變,並分解產
生O2及H2(8)。一般來說,在自然界中能讓自由能
增加的化學反應是不存在的,因此水在自然狀態下
是不能分解產生 O2及H2,但是若在水中加入陰極和
陽極,再通上電流後,即發生電解反應。水經電解
後,電解水的組成、離子的濃度、pH值、氧化還原
電位及導電度,皆會因原水的水質不同而有差異
性。
酸性電解水之特性為 (i)有較低的 pH 值,依
電解程度會有所不同(最低可達 pH2左右),
(ii)有較高的氧化還原電位,可高達 1000 mV 以
上, (iii)含有高濃度的氯離子 (Cl ),離子濃
度依所額外添加劑量的多寡、電解程度會有所差異
(9)。由於酸性電解水具有低 pH 值、高氧化還原電
位,遠超過一般微生物所能生長的範圍,所以當微
生物接觸到酸性電解水時,微生物體就會因平衡失
調而崩塌,最後導致微生物喪失正常機能而死亡
(10)。近來許多研究報告指出,酸性電解水具有抑
菌作用(11),因此酸性電解水常被加以應用在食品
加工方面,如水果、蔬菜、及餐具清洗(12-16)、雞蛋
病原抑制(17,18)等。酸性電解水在密閉環境下,能維
持2-3 天的穩定性,並具有瞬間殺菌之效果(19),但
在一般開放環境下,酸性水在作用後會迅速還原為
普通水,基於此特性,酸性水不致造成殘留或是環
境汙染等問題。
醫院內肺炎感染多為革蘭氏陰性桿菌所引起,
包括肺炎桿菌、綠膿桿菌、流感嗜血桿菌、大腸桿
菌等均為需氧菌,在人體免疫力減損時易發病
(20,21)。住院病人使用機械呼吸、濕化器、霧化器和
各種導管亦會招致細菌感染。此外,肺外感染可能
會形成菌血症而將致病菌傳播到肺部。
本研究以市售家用電解水機所獲得之酸性電解
水,探討酸性電解水的特性與功能性。另外,針對
酸性電解水對人體上呼吸道感染細菌之生長進行探
討,研究採用(大腸桿菌、肺炎鏈球菌、金黃色葡
萄球菌、綠膿桿菌、克雷白氏肺炎桿菌及 型溶血
鏈球菌)等常見之上呼吸道感染細菌。
材料與方法
一、電解水之製備
本實驗所採用的酸性電解水由 Ange (Saitama,
Japan)公司出產之家用型電解水生成器所製造,電
解過程共分為有五個階段,第一階段為淨水(未電
解水),第二階段至第五階段為製造酸性電解水,
同時也一併收集供水水源做為試驗之用。原水來源
為台中市南區自來水。
本研究所採用之樣品特性如表一所示,第一階
段所生成之未電解水 (non-electrolyzed water; NE)
其pH 值與氧化還原電位為 7.60 (-22 mV),而第
二至第五階段所生成之酸性電解水其 pH 值與氧化
還原電位會隨著電解程度而變化 (AC1~AC4)之
pH 值與 ORP 分別為pH 6.20 (ORP = 55 mV)、pH
5.90 (OPR = 72 mV)、pH 5.40 (OPR=100 mV)
與pH 3.80 (OPR = 190 mV)同時也一併收集供電
解之水源自來水 (tap water; Tap),其 pH值與 ORP
為7.69 (-27 mV),共六種水樣作為本研究之試驗
表一 酸性電解水特性
Properties of the acid-electrolyzed water
Sample Redox potential (ORP; mV)pH
Tap -27.66 ± 1.53e7.69 ± 0.04a
NE -21.33 ± 1.53e7.60 ± 0.01a
AC 1 55.00 ± 4.36d6.20 ± 0.04b
AC 2 72.00 ± 4.36c5.90 ± 0.04c
AC 3 99.67 ± 4.73b5.40 ± 0.03d
AC 4 190.33 ± 4.73a3.80 ± 0.03e
Data are expressed as the mean ± standard deviation.
Data in a column with different superscript letters significantly differ (p< 0.05).
ORP, oxidation reduction potential; Tap, tap water; NE, non-electrolyzed water; AC 1~4, acid-electrolyzed water 1~4.
44 王進崑 等
樣品。
二、實驗菌株
本實驗之菌株來源由中山醫學大學附設醫院細
菌室提供。包括大腸桿菌(Escherichia coli)、肺
炎鏈球菌(Streptococcus pneumoniae)、金黃色葡
萄球菌(Staphylococcus aureus)、綠膿桿菌
(Pseudomonas aeruginosa)、克雷白氏肺炎桿菌
(Klebsiella pneumoniae)及 型溶血鏈球菌(Beta-
Streptococcus)等常見之上呼吸道感染細菌進行試
驗。
三、實驗設計
取得實驗樣品,分別為第一階段所生成之未電
解水 (non-electrolyzed water)和第二至第五階段所
生成之酸性電解水 (AC1~AC4),同時也一併收
集供電解之水源自來水 (tap water)。分別對各種
不同的細菌定量,並確定各稀釋菌量在相同可接受
之範圍。取100 L稀釋菌液,加上不同的樣品進行
處理;不同的濃度比例(樣品+去離子水=1+0mL,
0.8 + 0.2 mL, 0.5 + 0.5 mL);和各種不同的菌進行
作用。接著在不同的時間(5, 15, 30, 60, 90 min)分
別取出100 L作用菌液,均勻的塗在培養基培養。
培養 48 小時後,使用菌落計數器,計算菌落數。
四、細菌培養
1. 大腸桿菌(gram-negative strains, E. coli):
大腸桿菌可以直接培養在瓊脂培養基上生長 (beef
extract 3.0 g + peptone 5.0 g + agar 15.0 g + distilled
water 1 L),本實驗於37 ℃環境下培養 48 小時後
進行數菌。
2. 肺炎鏈球菌(gram-positive strains, Str. Pneu-
moniae):肺炎鏈球菌必須在含血或血清的培養基
才能生長,於 37 ℃環境下培養 48小時後進行數菌。
3. 金黃色葡萄球菌(gram-positive strains, Sta.
aureus):接種於血液瓊脂平板培養,於 37 ℃、18
小時後,可見光滑圓形、凸起並發亮之菌落。但其
溶血現象及色素之產生,則須幾天的時間培養時,
最好在室溫情況下,含 7.5% NaCl。因為在此環境,
除了金黃色葡萄球菌可繼續生長外,其他細菌會死
亡。本實驗於37 ℃環境下培養 48小時後進行數菌。
4. 綠膿桿菌(gram-negative strains, Pse. Aer-
uginosa):綠膿桿菌對養分的需求很簡單,會分解
利用多種有機物也和簡單的硫酸胺、醋酸鹽當作養
分。綠膿桿菌可以生長於初次分離嗜氧菌的培養
基,其菌落呈扁平狀而邊緣不規則,且會產生藍綠
色色素,在血液瓊脂培養基上可觀察到其產生溶血
的現象。最適合生長溫度為 25~37 ℃,生存的酸鹼
度範圍為 pH 5~9,本實驗於37℃環境下培養 48 小
時後進行數菌。
5. 克雷白氏肺炎桿菌(gram-negative strains, K.
pneumoniae):克雷白氏肺炎桿菌可以直接培養在
瓊脂培養基上生長 (tryptone 15.0 g + soytone 5.0 g+
NaCl 5.0 g + agar 15.0 g + distilled water 1 L),本實
驗於37℃環境下培養 48 小時後進行數菌。
6. 型溶血鏈球菌(gram-positive strains, Beta-
Streptococcus):型溶血鏈球菌必須在含血或血清
中培養基才能生長,本實驗於37 ℃環境下培養 48
小時後進行數菌。
五、統計分析
本研究所獲得之結果,以 SPSS 12.0 統計軟體
之one-way ANOVA 檢定多組之間差異,當有差異
時再進一步以Duncan's multiple test 做事後比較。並
利用 Pearson’s correlation coefficient進行分析。所有
統計結果以 p值小於0.05(p< 0.05)為具有統計學
上之差異。本文中之研究數據以平均值加減標準偏
差(
mean ± standard deviation)表示。
結果與討論
一、酸性電解水對大腸桿菌存活之影響
取大腸桿菌分別與AC1~AC4 酸性電解水混合
處理 5、15、30、60 及90 分鐘後(
1mlAC1
~AC4
+ 0 ml Tap, 0.8 ml AC1~AC4+ 0.2 ml Tap, 0.5 ml
AC1~AC4 + 0.5 ml Tap),再進行 48 小時培養。
圖一是取未經稀釋酸性電解水所得結果,酸性電解
水有抑制大腸桿菌生長的作用,且抑制率跟與混合
處理時間呈正相關。表 二則是取最高 ORP 值
(AC4)之不同劑量酸性電解水與大腸桿菌混合處
理不同時間後之培養情形,當酸性電解水之劑量提
高時,對大腸桿菌生長之抑制效果也隨之變好。
二、酸性電解水對肺炎鏈球菌存活之影響
取肺炎鏈球菌分別與AC1~AC4 酸性電解水混
45
酸性電解水對上呼吸道感染細菌影響之研究
合處理 5、15、30、60 及90 分鐘後(
1mlAC1
~
AC4+0mlTap,0.8mlAC1
~AC4 + 0.2 ml Tap, 0.5
ml AC1~AC4 + 0.5 ml Tap),再進行 48 小時培
養。圖二是取未經稀釋酸性電解水所得結果,酸性
電解水有抑制肺炎鏈球菌生長的作用,且抑制率跟
與混合處理時間呈正相關。接著取最高 ORP值之不
同劑量酸性電解水與肺炎鏈球菌混合處理不同時間
後之培養情形,當酸性電解水之劑量提高時,對肺
炎鏈球菌生長之抑制效果亦變好(表二)。
三、酸性電解水對金黃色葡萄球菌存活之影響
取金黃色葡萄球菌分別與AC1~AC4 酸性電解
水混合處理 5、15、30、60 及90 分鐘後(
1ml
AC1~AC4+0mlTap,0.8mlAC1
~AC4 + 0.2 ml
Tap, 0.5 ml AC1~AC4 + 0.5 ml Tap),再進行 48 小
時培養。圖三是取未經稀釋酸性電解水所得結果,
表二 酸性電解水 AC4 對各種上呼吸道細菌存活之影響
Effect of acid-electrolyzed water(AC4)on bacteria of upper respiratory tract infections
Bacteria Sample 5 min 15 min 30 min 60 min 90 min ra
Escherichia coli 1 mL AC4 + 0 mL deionized water 711 644 589 429 304 -0.9982
(cfu/agar plate)0.8 mL AC4 + 0.2 mL deionized water 801 722 651 531 477 -0.9757
0.5 mL AC4 + 0.5 mL deionized water 899 821 734 611 503 -0.9912
rb-0.9959 -0.9989 -0.9995 -0.9830 -0.8688
Streptococcus
pneumoniae 1 mL AC4 + 0 mL deionized water 124 82 46 19 0 -0.9342
(cfu/agar plate)0.8 mL AC4 + 0.2 mL deionized water 168 124 83 42 1 -0.9735
0.5 mL AC4 + 0.5 mL deionized water 228 151 96 56 3 -0.9470
rb-0.9997 -0.9714 -0.9267 -0.9678 -0.9972
Staphylococcus
aureus 1 mL AC4 + 0 mL deionized water 1138 1056 943 756 622 -0.9942
(cfu/agar plate)0.8 mL AC4 + 0.2 mL deionized water 1287 1101 1042 944 801 -0.9547
0.5 mL AC4 + 0.5 mL deionized water 1368 1277 1189 1064 935 -0.9917
rb-0.9599 -0.9770 -1.0000 -0.9709 -0.9805
Pseudomonas
aeruginosa 1 mL AC4 + 0 mL deionized water 885 751 622 487 325 -0.9826
(cfu/agar plate)0.8 mL AC4 + 0.2 mL deionized water 955 861 754 633 507 -0.9872
0.5 mL AC4 + 0.5 mL deionized water 1023 973 903 807 678 -0.9978
rb-0.9924 -0.9940 -0.9968 -0.9979 -0.9912
Klebsiella
pneumoniae 1 mL AC4 + 0 mL deionized water 801 734 622 503 377 -0.9917
(cfu/agar plate)0.8 mL AC4 + 0.2 mL deionized water 864 801 742 649 577 -0.9884
0.5 mL AC4 + 0.5 mL deionized water 913 877 810 726 661 -0.9914
rb-0.9826 -0.9969 -0.9629 -0.9577 -0.9406
Beta-Streptococ-
cus 1mLAC4+0mLdeionizedwater124000-0.7158
(cfu/agar plate)0.8mLAC4+0.2mLdeionizedwater157000-0.7551
0.5 mL AC4 + 0.5 mL deionized water 23 11 1 0 0 -0.7768
rb-0.9900 -0.9995 -0.9177 - -
ra, The correlation between time and survival of bacteria; rb, The correlation between the oxidation reduction potential and survival of bac-
teria; cfu, colony-forming units.
46 王進崑 等
酸性電解水有抑制金黃色葡萄球菌生長的作用,且
抑制率跟與混合處理時間呈正相關。接著取最高
ORP值之不同劑量酸性電解水與金黃色葡萄球菌混
合處理不同時間後之培養情形,當酸性電解水之劑
量提高時,對金黃色葡萄球菌生長之抑制效果也隨
著變好(表二)。
四、酸性電解水對綠膿桿菌存活之影響
取綠膿桿菌分別與與 AC1~AC4 酸性電解水混
合處理 5、15、30、60 及90 分鐘後(
1mlAC1
~
AC4+0mlTap,0.8mlAC1
~AC4 + 0.2 ml Tap, 0.5
ml AC1~AC4 + 0.5 ml Tap),再進行 48 小時培
養。圖四則是取未經稀釋酸性電解水所得結果,酸
性電解水有抑制綠膿桿菌生長的作用,且抑制率跟
與混合處理時間呈正相關。接著取最高 ORP值之不
同劑量酸性電解水與綠膿桿菌混合處理不同時間後
之培養情形,當酸性電解水之劑量提高時,對綠膿
桿菌生長之抑制效果跟著變好(表二)。
五、酸性電解水對克雷白氏肺炎桿菌存活之影
響
取克雷白氏肺炎桿菌分別與AC1~AC4 酸性電
解水混合處理 5、15、30、60 及90 分鐘後(1ml
AC1~AC4 + 0 ml Tap, 0.8 ml AC1~AC4 + 0.2 ml
Tap, 0.5 ml AC1~AC4 + 0.5 ml Tap),再進行 48 小
時培養。圖五則是取未經稀釋酸性電解水所得結
果,酸性電解水有抑制克雷白氏肺炎桿菌生長的作
用,且抑制率跟與混合處理時間呈正相關。接著取
最高 ORP值之不同劑量酸性電解水與克雷白氏肺炎
桿菌混合處理不同時間後之培養情形,當酸性電解
水之劑量提高時,對克雷白氏肺炎桿菌生長之抑制
效果跟著變好(表二)。
六、酸性水對 型溶血鏈球菌存活之影響
取型溶血鏈球菌分別與AC1~AC4 酸性電解
水混合處理 5、15、30、60 及90 分鐘後(
1ml
AC1~AC4 + 0 ml Tap, 0.8 ml AC1~AC4 + 0.2 ml
Tap, 0.5 ml AC1~AC4 + 0.5 ml Tap),再進行 48 小
時培養。圖六則是取未經稀釋酸性電解水所得結
果,酸性電解水有抑制 型溶血鏈球菌生長的作用,
且抑制率跟與混合處理時間呈正相關。接著取最高
ORP 值之不同劑量酸性電解水與 型溶血鏈球菌混
合處理不同時間後之培養情形,當酸性電解水之劑
圖一 酸性電解水對大腸桿菌存活之影響
Fig. 1. Effect of acid-electrolyzed water on the survival of
.
Values are expressed as mean ± SD, values within the same
group bearing different letters (a, b) were significantly differ-
ent ( <0.05).
圖二 酸性電解水對肺炎鏈球菌存活之影響
Fig. 2. Effect of acid-electrolyzed water on the survival of
.
Values are expressed as mean ± SD, values within the same
group bearing different letters (a, b) were significantly differ-
ent ( <0.05).
圖三 酸性電解水對金黃色葡萄球菌存活之影響
Fig. 3. Effect of acid-electrolyzed water on the survival of
.
Values are expressed as mean ± SD, values within the same
group bearing different letters (a, b) were significantly differ-
ent ( <0.05).
47
酸性電解水對上呼吸道感染細菌影響之研究
量提高時,對 型溶血鏈球菌生長之抑制效果也隨
著變好。由以上結果顯示酸性電解水有抑制各種上
呼吸道細菌生長的作用,當酸性電解水之劑量提高
時,對各種上呼吸道細菌生長之抑制效果也隨之變
好,且抑制效果與處理時間呈正相關。
本研究針對酸性電解水對各種上呼吸道相關細
菌做存活研究,發現在大腸桿菌、肺炎鏈球菌、金
黃色葡萄球菌、綠膿桿菌、克雷白氏肺炎桿菌和 型
溶血鏈球菌與酸性電解水作用下,細菌存活率隨著
酸性電解水的氧化還原電位越高抑制率越好,並且
細菌存活率與處理時間呈負相關。但綠膿桿菌和克
雷白氏肺炎桿菌與經儀器但未電解的水作用下,發
現會促進細菌之生長(圖四、五)。但在 型溶血鏈
球菌,經儀器而但未電解的水作用下,發現有抑制
效果(圖六)。綜合以上結果,發現酸性電解水有
抑制上呼吸道細菌的效果,且氧化電位及時間對細
菌的存活有負相關;但經儀器未電解的水,則需要
再做進一步的研究觀察是否會促進或是抑制上呼吸
道細菌。酸性電解水對抑制上呼吸道細菌有效,而
其對細菌的生理變化歷程或是作用途徑值得往後的
研究繼續探討。未來可以應用酸性電解水在人體口
腔漱口上,觀察其是否能抑制口腔細菌生長和上呼
細道細菌生長。此外,本實驗所使用的電解水機為
家庭型電解水生成器,為眾多儀器中的一款,而且
酸性電解水的 ORP和所提供水的來源也有差異性。
因此,未來也可針對各家廠牌和各地水源來做一連
串的研究,觀察各地水源和各家儀器對上呼吸道細
菌抑制效果是否有相似效果。另一方面,由於酸性
電解水的保存時間並不長,因此針對保存方式加以
研究,若能增加酸性電解水的保存時間,將可讓酸
性電解水和細菌作用時間增長以達到抑制細菌生長
的效果,也可增加酸性電節水的利用性。
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圖四 酸性電解水對綠膿桿菌存活之影響
Fig. 4. Effect of acid-electrolyzed water on the survival of
.
Values are expressed as mean ± SD, values within the same
group bearing different letters (a, b) were significantly differ-
ent ( < 0.05).
圖五 酸性電解水對克雷白氏肺炎桿菌存活之影響
Fig. 5. Effect of acid-electrolyzed water on the survival of
.
Values are expressed as mean ± SD, values within the same
group bearing different letters (a, b) were significantly differ-
ent ( <0.05).
圖六 酸性電解水對 型溶血鏈球菌存活之影響
Fig. 6. Effect of acid-electrolyzed water on the survival of ~(斜15)
Beta-Streptococcus.
Values are expressed as mean ± SD, values within the same
group bearing different letters (a, b) were significantly differ-
ent ( <0.05).
48 王進崑 等
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酸性電解水對上呼吸道感染細菌影響之研究
酸性電解水對上呼吸道感染細菌影響之研究
邱慧芳1沈祐成2張智傑3王進崑3
1中山醫學大學附設醫院中西整合醫療科
2中山醫學大學健康餐飲暨產業管理學系
3中山醫學大學營養學系
(收稿日期:99 年10 月4日。接受日期:100 年7月1日)
摘要 近年來國人的健康意識提高,對於電解水的功效越來越重視,所以電解水儀器的市場也逐
年增加,然而許多人只知道電解水中的鹼性水對人體有幫助,往往忽略電解水中酸性水的利用價
值。本研究以市售家用電解水機所獲得之酸性電解水,探討酸性電解水的特性與功能性。自來水
經家用電解水儀器後,pH 值與氧化還原電位(ORP)會因為電壓之改變而發生顯著的改變。本研
究針對四種不同 pH 值、不同氧化還原電位(pH 6.2,ORP = 55 mV; pH 5.9,OPR = 72 mV; pH
5.4, OPR = 100 mV; pH 3.8,OPR = 190 mV)之酸性電解水對人體上呼吸道感染細菌之生長進行
探討。本研究採用大腸桿菌、肺炎鏈球菌、金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌、克雷白氏肺炎桿菌及 型
溶血鏈球菌等常見之上呼吸道感染細菌進行試驗。結果顯示,酸性電解水有抑制上呼吸道細菌增
生的效果,氧化電位(r= -0.7158 to -0.9982)及處理時間(r= -0.8688 to -1.0000)對細菌的存
活呈負相關。細菌存活率隨著酸性電解水的氧化還原電位越高及處理時間越久,其抑制率越好。
未來有必要進一步評估酸性電解水於臨床上實際利用之功效。
關鍵詞:酸性電解水、上呼吸道感染細菌、氧化還原電位
*王進崑
通訊地址:中山醫學大學營養學系