一种电解水及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于植物培养技术领域，具体涉及一种电解水及其制备方法和应用。


背景技术：

2.电解水又称离子水、电生功能水、氧化还原电位水等，是在电解槽中采用低压直流电电解一定浓度的稀盐或稀酸溶液，使溶液的ph值、氧化还原电位、有效氯浓度等指标发生变化而产生的具有特殊理化性质的水溶液。电解水可分为酸性电解水、微酸性电解水、中性电解水和碱性电解水四种。其中微酸性电解水具有良好的杀菌性能，作为灌溉水浇灌植物能够为植物提供良好的生长环境避免病原菌对植物的危害，但是有研究表明，现有的微酸性电解水会抑制种芽的生长，例如利用现有微酸性电解水处理西兰花种芽后，其根长和下胚轴长度分别比利用自来水处理的西蓝花种芽降低了87.1％和59.6％。
3.如何使电解水具有良好杀菌性能的同时保证植物良好生长(植物生长速度、根长、根的数量等)的是目前亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种电解水及其制备方法和应用，本发明提供的电解水兼具良好杀菌性能和促进植物生长的性能。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电解水的制备方法，包括以下步骤：
6.将氯化钙、盐酸溶液和水混合，得到氯化钙盐酸溶液；所述盐酸溶液的摩尔浓度为11～13mol/l，所述盐酸溶液和水的体积比为50～150μl:1l；所述氯化钙盐酸溶液中氯化钙的质量浓度为0.2～1.75g/l；
7.对所述氯化钙盐酸溶液进行电解，得到所述电解水。
8.优选的，所述电解的时间为28～32s，所述电解的电流为1.8～2.2a。
9.优选的，所述盐酸溶液的摩尔浓度为12mol/l；所述氯化钙盐酸溶液中氯化钙的质量浓度为1.17～1.4625g/l。
10.本发明还提供了按照上述技术方案所述制备方法制备得到的电解水，所述电解水的ph值为2.6～7.84，所述电解水的有效氯浓度为9.88～176.32mg/ml，所述电解水的氧化还原电位为342～1343mv。
11.优选的，所述电解水的ph值为5～6.7，所述电解水的有效氯浓度为77～137mg/ml，所述电解水的氧化还原电位为824～1335mv。
12.本发明还提供了上述技术方案所述电解水在植物种植中的应用。
13.优选的，所述植物包括卷心菜、西蓝花或羽衣甘蓝。
14.本发明提供了一种电解水的制备方法，包括以下步骤：将氯化钙、盐酸溶液和水混合，得到氯化钙盐酸溶液；所述盐酸溶液的摩尔浓度为11～13mol/l，所述盐酸溶液和水的体积比为50～150μl:1l；所述氯化钙盐酸溶液中氯化钙的质量浓度为0.2～1.75g/l；对所述氯化钙盐酸溶液进行电解，得到所述电解水。按照本发明提供的制备方法制备得到的酸
性水中不含有氢氧化钠等强碱物质避免抑制种芽的生长，同时按照本发明提供的制备方法制备得到的电解水含有hclo，由hclo电离得到的clo-1
具有很强的抗菌能力，还可以促进植物中生物活性化合物的合成，促进植物生长。
附图说明
15.图1为电解水过程的示意图；
16.图2为a、b、c、d和e组中电解质泄漏柱状对比图；
17.图3为a、b、c、d和e组中丙二醛的柱状对比图；
18.图4为a、b、c、d和e组中h2o2含量的柱状对比图；
19.图5为为a、b、c、d和e组的黑芥子酶活性柱状对比图；
20.图6为a、b、c、d和e组的esp活性柱状对比图；
21.图7为a、b、c、d和e组的矿物质含量点线图。
具体实施方式
22.本发明提供了一种电解水的制备方法，包括以下步骤：
23.将氯化钙、盐酸溶液和水混合，得到氯化钙盐酸溶液；所述盐酸溶液的摩尔浓度为11～13mol/l，所述盐酸溶液和水的体积比为50～150μl:1l；所述氯化钙盐酸溶液中氯化钙的质量浓度为0.2～1.75g/l；
24.对所述氯化钙盐酸溶液进行电解，得到所述电解水。
25.本发明将氯化钙、盐酸溶液和水混合，得到氯化钙盐酸溶液。在本发明中，所述盐酸溶液的摩尔浓度为11～13mol/l，优选为12mol/l；所述盐酸溶液和水的体积比为50～150μl:1l，更优选为100～150μl:1l；所述氯化钙盐酸溶液中氯化钙的质量浓度为0.2～1.75g/l，优选为1.17～1.4625g/l。
26.本发明以氯化钙的盐酸溶液为氯化钙盐酸溶液避免电解水中生成氢氧化钠强碱物质，从而避免电解水对种芽生长的抑制。
27.本发明对所述混合无特殊要求，只要能够混合均匀即可。
28.得到氯化钙盐酸溶液后，本发明对所述氯化钙盐酸溶液进行电解，得到所述电解水。在本发明中，所述电解的时间优选为28～32s，更优选为30s；所述电解的电流优选为1.8～2.2a，更优选为2a。
29.图1为电解水过程的示意图，电解液中氢离子和钙离子向阴极聚集，氢离子被还原为氢气；电解液中氯离子、氢氧根离子向阳极聚集，氯离子被氧化生成氯气，部分氢氧根离子被氧化生成氧气。
30.本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的电解水，所述电解水的ph值为2.6～7.84，优选为5～6.7；所述电解水的有效氯浓度(acc)为9.88～176.32mg/ml，优选为77～137mg/ml；所述电解水的氧化还原电位(orp)为342～1343mv，优选为824～1335mv。
31.本发明提供的电解水中含有cl2和clo-，能够起到杀菌的作用，可以作为果蔬表面的杀菌剂也可以作为果蔬的保鲜剂。在本发明中，电解水中的钙离子在细胞信号转导中充当第二信使，利于维持细胞壁和细胞膜稳定性、调节生理过程(包括根毛伸长和花粉管生
长)，并作为必需的植物营养素起到促进植物生长、加快植物细胞分裂的作用。
32.本发明还提供了上述技术方案所述电解水在植物种植中的应用。在本发明中，所述植物优选为蔬菜，所述蔬菜优选包括卷心菜、西蓝花或羽衣甘蓝。利用本发明提供的电解水种植植物能够抑制植物生长环境中病原菌的生长，为植物生长提供良好的生长环境，同时还可以为植物生长提供所需的营养元素，促进植物生长。
33.本发明采用氯化钙盐酸电解水灌溉植物，在生产及制备过程中无化学物质添加。且使用过的电解水分解或还原后产生的化学物质除了水以外，其他产物具有低含量、易挥发、无毒害等特性，因此长期使用对环境不会造成危害，并可以起到促进植物生长、加快植物细胞分裂、促进生物活性物质、矿物质富集等作用。同时因为原材料为氯化钙、盐酸及水，大大降低了功能性食品的生产成本。
34.为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
35.实施例
36.按照表中原料用量配比将氯化钙和摩尔浓度为12mol/l的盐酸溶液溶解于1l水中，得到氯化钙盐酸溶液；
37.在电流为2a的条件下对氯化钙盐酸溶液进行电解30s，得到电解水。
38.利用高氯计(型号rc-3f，krk，kuki，日本)检测电解水中有效氯浓度(acc)利用ph计(型号p904，上海友科仪器公司，中国上海)检测电解水的ph值和氧化还原电位(orp)，其结果列于表1中。
39.表1原料配比以及电解水的性能参数
40.[0041][0042]
将表1中盐酸溶液添加量为50μl，氯化钙质量浓度为0.8775g/l的方案简称为a；将盐酸溶液添加量为100μl，氯化钙质量浓度为1.17g/l的方案简称为b；将盐酸溶液添加量为150μl，氯化钙质量浓度为1.17g/l的方案简称为c；将盐酸溶液添加量为150μl，氯化钙质量浓度为1.4625g/l的方案简称为d。
[0043]
以自来水作为电解液的方案简称为e作为对比例。
[0044]
以羽衣甘蓝为例按照如下方法检测电解水对植物生长的影响：将羽衣甘蓝的种子浸于电解水中，在温度18～22℃、相对湿度80～90％，光周期10～14h/d的适宜条件下培养，得到种芽。
[0045]
电解质泄漏的测定：
[0046]
通过测量电解质泄漏来反应植物细胞膜中膜完整性。将羽衣甘蓝种芽切成3mm长，置于30ml蒸馏去离子水中，并在25℃的恒温下保持1h；之后，用电导率仪(djs-1，中国)测量初始电导率(ec1)；然后将样品煮沸10min后以完全杀死组织并释放所有电解质；将溶液冷却至25℃并重新调节至30ml的体积，然后测定最终电导率(ec2)。
[0047]
按照公式1计算电解质泄漏：电解质泄漏(％)＝(ec1/ec2)
×
100公式1。
[0048]
重复试验3次取平均值。
[0049]
丙二醛(mda)含量的测定：
[0050]
mda含量反映了植物对氧化应激的反应，通过丙二醛(mda)检测试剂盒(solarbio，中国北京))测定。将0.1g种芽在冰浴中用1ml提取溶液匀浆，然后以8000g的离心力离心10min，取上清；之后，按照说明书将上清液、mda检测工作液、试剂三以及蒸馏水混合。混合液在100℃水浴中煮沸60min后，在冰水浴中冷却。在10000g的离心力下离心10min，吸取200μl上清液于96孔板中。测定上清液在波长为450nm，532nm和600nm处的吸光度，分别记为a450、a532和a600。按照公式2计算mda含量：mda(nmol/g fw)＝53.763
×
δa
÷
w公式2。w为植物样品重量(0.1g)，δa532＝a532测定-a532空白，δa600＝a600测定-a600空白，δa＝δa532-δa600。
[0051]
重复试验3次取平均值。
[0052]
h2o2含量的测定：
[0053]
利用通过过氧化氢(h2o2)含量检测试剂盒(solarbio，中国北京))测定测定h2o2含量。将0.1g种芽加入1ml试剂，进行冰浴匀浆；在8000g离心力和4℃温度下离心10min，取上清，按照说明书在96孔板中进行操作。最后测定415nm处吸光值。h2o2含量以μmol/g fw表示
[0054]
重复试验3次取平均值。
[0055]
将方案a、b、c、d和e的电解质泄漏、丙二醛(mda)和h2o2的含量结果列于表2中。
[0056]
表2方案a、b、c、d和e的电解质泄漏、丙二醛和h2o2的含量
[0057][0058]
根据表2绘制柱状对比图，如图2～4所示，其中***表示a、b、c、d与e的显著性差异分析(p≤0.001)，图2为方案a、b、c、d和e的电解质泄漏柱状对比图，图3为方案a、b、c、d和e的丙二醛的柱状对比图，图4为方案a、b、c、d和e中h2o2的含量柱状对比图。
[0059]
结合表2和图2～4可以看出，与自来水相比，不同氯化钙盐酸电解水处理对羽衣甘蓝芽电解质泄漏没有显著影响；与自来水相比，所有氯化钙盐酸电解水处理都降低了羽衣甘蓝芽中mda的含量，并且c组和d组与自来水组相比，mda的降低呈显著性差异。此外，与自来水相比，氯化钙盐酸电解水处理也显著降低了羽衣甘蓝芽中的h2o2含量，但不同氯化钙盐酸电解水处理之间没有显著差异。羽衣甘蓝芽的电解质泄漏率没有显着变化，mda和h2o2的含量显著降低(图3、4)，说明氯化钙盐酸电解水可缓解羽衣甘蓝芽细胞膜脂质过氧化，降低ros水平。
[0060]
硫代葡萄糖苷含量的测定：
[0061]
待种子发芽后，对植物进行冷冻干燥处理，并使用研钵和研杵粉碎成粉末，得到种芽干粉，储存在-18℃的环境中，以备进行植物化学物质分析。将种芽干粉(200mg)用5ml无水甲醇匀浆，并在65℃下提取3次10min。在3000g的离心力下离心10min后，使用deae sephadexa-25柱(乙酸吡啶形式)纯化硫代葡萄糖苷。使用chromquest程序(thermo electron corporation)分析结果。通过与各个硫代葡萄糖苷标准品和从文献中获得的数据进行比较来鉴定峰。对于每种处理，测量一式三份。
[0062]
按照上述检测方法在羽衣甘蓝中鉴定出8个单独的硫代葡萄糖苷列于表3中，包括四种脂肪族硫代葡萄糖苷(pro，gr，sin和gna)和四种吲哚硫代葡萄糖苷(4-hgbs，gbs，4-mgbs和ngbs)。其他类型硫代葡萄糖苷因含量过低或未检出故未列出。
[0063]
表3羽衣甘蓝中硫代葡萄糖苷含量
[0064][0065]
表3显示，gna和sin是羽衣甘蓝芽中主要的硫代葡萄糖苷，占硫代葡萄糖苷总含量的80％以上。羽衣甘蓝芽中含量最高的硫代葡萄糖苷gna占总硫代葡萄糖苷含量的60％以上。c组和d组处理的植物脂肪族硫代葡萄糖苷和吲哚硫代葡萄糖苷含量明显增加，导致硫代葡萄糖苷总含量显著增加。c组显著增强大多数单个硫代葡萄糖苷含量。然而，与对照组e相比，氯化钙盐酸电解水组的羽衣甘蓝中，pro含量未有显著性变化。
[0066]
使用氯化钙盐酸电解水导致硫代葡萄糖苷含量显着增加，包括总脂肪族硫代葡萄糖苷，总吲哚硫代葡萄糖苷。先前的研究发现，cacl2处理可以增加brst5b(磺基转移酶5b)的表达并抑制aop2(2-氧代戊二酸依赖性双加氧酶)的表达，aop2是羽衣甘蓝芽中硫代葡萄糖苷合成的主要基因。此外，微酸性电解水可以显著增加羽衣甘蓝芽中的蛋氨酸含量。在本发明中，氯化钙盐酸电解水可能通过促进蛋氨酸合成和硫代葡萄糖苷合成相关基因的表达来调节羽衣甘蓝芽中的硫代葡萄糖苷代谢。
[0067]
黑芥子酶和esp活性的测定：
[0068]
将总共0.1g羽衣甘蓝种芽与6ml摩尔浓度为0.1mol/l的磷酸钠缓冲液(ph 6.5)在冰浴中匀浆，然后在4℃下以10000g的离心力离心15min。以牛血清白蛋白为标准品测定上清液中的蛋白质量。
[0069]
用200μl质量浓度为1mg/ml的黑芥子甙和200μl上清液混合后在37℃下孵育15min后煮沸5min。在505nm处测量由黑芥子酶形成的葡萄糖的吸光度。一个黑芥子酶单位相当于每分钟形成1nmol葡萄糖。比活性以每毫克蛋白质的单位表示。
[0070]
用800μl质量浓度为0.5mg/ml的萝卜硫苷和200μl上清液混合后在25℃下孵育1h。之后，加入1.0g氯化钠和0.75g硫酸钠并充分混合。对混合物进行超声处理，用4ml二氯甲烷萃取两次。超声处理后，将混合物以10000g的离心力离心15min，用无水硫酸钠干燥二氯甲烷层并通过0.45μm膜过滤器过滤，然后注入gc-ms仪器。萝卜硫素腈含量使用苯甲腈定量。比活性以每毫克蛋白质的单位表示。
[0071]
将利用方案a、b、c、d和e处理后的黑芥子酶活性和esp活性结果列于表4中。
[0072]
表4a、b、c、d和e组的黑芥子酶和esp活性
[0073][0074][0075]
根据表4绘制a、b、c、d和e组的黑芥子酶和esp活性柱状对比图，如图5、6所示，其中***表示a、b、c、d组与e组的显著性差异分析(p≤0.001)；图5为a、b、c、d和e组的黑芥子酶活性柱状对比图，图6为a、b、c、d和e组的esp活性柱状对比图。
[0076]
黑芥子酶是硫代葡萄糖苷水解成异硫氰酸酯过程中的关键酶。结合表4和图6可以看出，在由高浓度的cacl2的氯化钙盐酸溶液电解得到的电解水中，羽衣甘蓝芽中黑芥子酶活性显著升高。d组氯化钙盐酸电解水处理的羽衣甘蓝芽中黑芥子酶活性比自来水处理提高了70％。
[0077]
esp是硫代葡萄糖苷水解成异硫氰酸酯过程中黑芥子酶的辅酶，将使反应朝着形成腈的方向进行，腈在生物学上是无活性的。氯化钙盐酸电解水处理在a组(由低浓度的cacl2的氯化钙盐酸溶液电解得到的电解水)下对esp活性没有显著影响。但d组(高浓度的cacl2的氯化钙盐酸溶液电解得到的电解水)抑制esp活性。与自来水相比，d组氯化钙盐酸电解水处理的羽衣甘蓝芽esp活性降低了49％。
[0078]
黑芥子酶是一种β-葡萄糖苷酶，其活性受许多因素的影响，如ph值，温度和金属离子等。先前的研究发现，钙离子可以抑制羽衣甘蓝芽中的黑芥子酶活性。然而，本发明提供的电解水不仅可以通过调节苯丙烷生物合成途径中的酶诱导荞麦芽中黄酮的富集，还可以显著增加羽衣甘蓝芽中的黑芥子酶活性。这表明本发明提供的电解水对植物中的酶有很大的影响。黑芥子酶和esp活性的变化主要是由于氯化钙盐酸电解水中微酸性造成的。
[0079]
矿物质含量的测定：
[0080]
将200mg种芽干粉在微波炉(tank plus，中国上海)中通过5ml摩尔浓度为1.2mol/l的盐酸溶液消化。使用optima 5300dv模型icp-oes(马萨诸塞州沃尔瑟姆的珀金埃尔默)进行大元素分析，并使用elan drc-e模型icp-ms(马萨诸塞州沃尔瑟姆的珀金-埃尔默)进行微量元素分析。
[0081]
将利用方案a、b、c、d和e处理后的矿物质含量结果列于表5中。
[0082]
表5a、b、c、d和e组的矿物质含量
[0083][0084]
根据表5绘制a、b、c、d和e组的矿物质含量点线图如图7所示。
[0085]
羽衣甘蓝芽含有多种矿物质，其中钙含量最高，可作为补钙的食物来源。结合表5和图7可以看出羽衣甘蓝芽中钙含量随氯化钙盐酸溶液中cacl2浓度的增加而显著增加。与自来水处理相比，用氯化钙盐酸电解水处理的羽衣甘蓝芽中的钙含量从15.2mg/g dw显着提高到58.3mg/g dw。此外，与自来水相比，不同氯化钙盐酸电解水处理的羽衣甘蓝芽中k，na，mg，zn、fe和cu含量的积累降低。以前的研究发现，cu
2+
，fe
2+
，mg
2+
在摩尔浓度为2～10mol/l的范围内会抑制种子中gra水解为萝卜硫素，而zn
2+
的摩尔浓度为10mol/l时可以显着促进这一过程因此，zn
2+
可改善myr活性。
[0086]
由以上检测结果可以看出，氯化钙盐酸电解水降低了mda和h2o2的含量，减轻了hclo和clo-引起的应激，保护了羽衣甘蓝芽的细胞膜。与自来水相比，氯化钙盐酸电解水能增强黑芥子酶活性，降低esp活性，促进硫代葡萄糖苷和钙含量的积累。氯化钙盐酸电解水可通过钙形态转化、再分布调节羽衣甘蓝芽生长和硫代葡萄糖苷代谢。可见，氯化钙盐酸电解水是改善羽衣甘蓝芽营养的有效诱导剂，在功能性食品领域的应用具有巨大的潜力。
[0087]
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

技术特征：
1.一种电解水的制备方法，包括以下步骤：将氯化钙、盐酸溶液和水混合，得到氯化钙盐酸溶液；所述盐酸溶液的摩尔浓度为11～13mol/l，所述盐酸溶液和水的体积比为50～150μl:1l；所述氯化钙盐酸溶液中氯化钙的质量浓度为0.2～1.75g/l；对所述氯化钙盐酸溶液进行电解，得到所述电解水。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述电解的时间为28～32s，所述电解的电流为1.8～2.2a。3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述盐酸溶液的摩尔浓度为12mol/l；所述氯化钙盐酸溶液中氯化钙的质量浓度为1.17～1.4625g/l。4.按照权利要求1～3任一项所述制备方法制备得到的电解水，其特征在于，所述电解水的ph值为2.6～7.84，所述电解水的有效氯浓度为9.88～176.32mg/ml，所述电解水的氧化还原电位为342～1343mv。5.根据权利要求4所述电解水，其特征在于，所述电解水的ph值为5～6.7，所述电解水的有效氯浓度为77～137mg/ml，所述电解水的氧化还原电位为824～1335mv。6.权利要求4或5所述电解水在植物种植中的应用。7.根据权利要求6所述应用，其特征在于，所述植物包括卷心菜、西蓝花或羽衣甘蓝。

技术总结
本发明属于植物培养技术领域，具体涉及一种电解水及其制备方法和应用。本发明提供了一种电解水的制备方法，包括以下步骤：将氯化钙、盐酸溶液和水混合，得到氯化钙盐酸溶液；所述盐酸溶液的摩尔浓度为11～13mol/L，所述盐酸溶液和水的体积比为50～150μL:1L；所述氯化钙盐酸溶液中氯化钙的质量浓度为0.2～1.75g/L；对所述氯化钙盐酸溶液进行电解，得到所述电解水。按照本发明提供的制备方法制备得到的酸性水中不含有氢氧化钠等强碱物质避免抑制种芽的生长，同时按照本发明提供的制备方法制备得到的电解水含有多种植物所需营养元素能够促进植物生长。促进植物生长。促进植物生长。


技术研发人员：陈泽良 张岩 张燚 韩小虎 范首东
受保护的技术使用者：东沃同泰（凤城）生物工程有限公司
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/7/25