富氫水的應(yīng)用研究進展

陳革豫，丁芳芳

(陜西國際商貿(mào)學(xué)院/陜西省中藥綠色制造技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，陜西 咸陽 712046)

1 富氫水簡介

富氫水(Hydrogen-rich Water)中含有一定濃度的氫氣，名字來源于日語原名"水素水"，又名"氫水"。氫氣(Hydrogen，H2)，是一種無色無味且密度小于空氣的雙原子氣體分子，難溶于水，可以用排水集氣法來進行收集。常溫下，氫氣的性質(zhì)相對比較穩(wěn)定，不容易跟其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但當在一定條件(如點燃、加熱、使用催化劑等)下時，可能發(fā)生劇烈的反應(yīng)，遇到火源時可能會引起爆炸?；诖?，一開始富氫水制備的技術(shù)難題主要是如何保持水中相對較高且穩(wěn)定的含氫量。國內(nèi)的納米氣液混合技術(shù)采用物理方法使水分子均勻地包裹氫分子，從而使氫氣和水形成某種穩(wěn)定的狀態(tài)，攻克了氫氣在水中難以富集和穩(wěn)定的難題，得的富氫水中氫氣濃度高，穩(wěn)定性能好[1]。

2 富氫水研究的文獻分析

近年來，研究者在富氫水的應(yīng)用和開發(fā)上提供了更多的研究成果和進展。通過檢索中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(http://www.cnki.net/)，查詢近年來關(guān)于富氫水的相關(guān)研究論文，選擇醫(yī)藥衛(wèi)生科技作為文獻分類目錄，以"富氫水"或含"氫氣"作為搜索關(guān)鍵字，共檢索到文獻452篇。近10 a發(fā)表論文情況如圖1。同樣地，選擇農(nóng)業(yè)科技作為文獻分類目錄，以"富氫水"或含"氫氣"作為搜索關(guān)鍵字，共檢索到文獻100篇。近10 a發(fā)表論文情況如圖2。由圖1和圖2可以看出，到2017年前后，有關(guān)富氫水的研究報道呈現(xiàn)較好的態(tài)勢，有越來越多的研究者開始關(guān)注富氫水并進行研究。

富氫水的研究要追溯到2007年，Ohsawa[2]等人研究發(fā)現(xiàn)H2可選擇性地中和過氧亞硝基陰離子(ONOO-)和羥自由基(·OH)，清除過量的活性氧(ROS)，進而可以緩解由腦缺血引起的氧化損傷，自此，H2的相關(guān)研究漸漸被人們所關(guān)注。近年來，對于富氫水和氫氣的應(yīng)用研究大多集中在醫(yī)學(xué)、體育、農(nóng)業(yè)和美容等相關(guān)領(lǐng)域。

2.1 富氫水在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

在研究中發(fā)現(xiàn)，氫氣具有較為突出的治療作用，且可廣泛治療多種疾病，但大多數(shù)研究僅停留在動物實驗階段，其實際的臨床效果尚未被證實或報道。有研究[3]稱，氫氣被用于各種不同的疾病模型及其治療研究，其中，包括缺血再灌注損傷、糖尿病、癌癥防治、創(chuàng)傷性腦損傷以及慢性阻塞性肺疾病等，其治療作用顯著，研究進展迅速，具有較為廣闊的臨床應(yīng)用前景。

扈紅蕾[4]等人對富氫水在黃曲霉毒素B1(AFB1)致大鼠肝損傷模型中的抗損傷作用進行了研究，研究表明，富氫水可減輕AFB1所致大鼠的肝損傷，其機制可能與富氫水能減輕AFB1引起的氧化應(yīng)激、抑制MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活相關(guān)。同時，也有研究[5]表明，高濃度的氫氣對減輕大鼠創(chuàng)傷性腦損傷有一定作用，其治療機制可能與氫氣的抗凋亡和抗氧化的應(yīng)激作用相關(guān)。時倩[6]等人綜述了氫氣在心血管疾病中的防治作用，表明氫氣可有效清除羥自由基，具有選擇性抗氧化作用，對動脈硬化和器官炎癥等方面具有有效的防治作用，因而，其可能作為新型的抗氧劑對心血管疾病具有一定的治療作用。此外，還有富氫水與中醫(yī)藥相結(jié)合用于疾病防治中的報道。姚歡[7]等人研究了富氫水聯(lián)合香砂六君子丸對功能性消化不良大鼠的影響，以體質(zhì)量、胃排空率、小腸推進率、胃動素、胃泌素、胃促生長素為評價指標，以期來評價富氫水聯(lián)合香砂六君子丸后對功能性消化不良大鼠是否有協(xié)同治療作用。結(jié)果表明富氫水聯(lián)合使用后確有一定的協(xié)同治療的作用。富氫水在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究頗為廣泛，使用范圍較廣，但大多數(shù)研究僅停留在動物實驗階段，后期應(yīng)進一步對其臨床應(yīng)用進行研究，具有良好的開發(fā)應(yīng)用價值。

2.2 富氫水在體育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

富氫水作為一種可飲用水，在體育領(lǐng)域的研究也較為廣泛。張雙雙[9]等人研究了中等強度耐力訓(xùn)練大鼠在自由飲用富氫水一段時間前后，其氧化應(yīng)激損傷指標和抗氧化指標的變化情況，結(jié)果表明，自由飲用富氫水8周，大鼠的運動性氧化應(yīng)激引起的脂質(zhì)過氧化損傷顯著降低，且顯著提高了大鼠的抗氧化能力，進一步說證明富氫水對運動性氧化應(yīng)激損傷具有一定的保護作用。鄒仙[10]等人通過觀察對力竭運動后即刻給予葡萄糖、富氫水以及聯(lián)合使用葡萄糖-富氫水前后，大鼠丙二醛、肌糖原以及運動耐力的影響情況，進而評價力竭后補充富氫水對疲勞的恢復(fù)情況，結(jié)果表明，葡萄糖和富氫水聯(lián)合使用后能有效降低血清丙二醛，增加腓腸肌肌糖原，增加運動耐力；單獨給予葡萄糖時，僅能增加肌糖原；而單獨給予富氫水時，僅能降低血清丙二醛。歐明毫[11]等人的研究表明，女子柔道運動員在大強度訓(xùn)練后，機體補充富氫水能顯著降低自由基水平，提高抗氧化酶活性，增強總抗氧化能力，富氫水可能對于大負荷訓(xùn)練后所導(dǎo)致的機體脂質(zhì)過氧化具有一定的保護作用。

2.3 富氫水在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，富氫水除在醫(yī)學(xué)和體育方面有較多應(yīng)用以外，其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也有相關(guān)的研究。其中，宋韻瓊[12]等人綜述了氫氣在農(nóng)業(yè)上的相關(guān)應(yīng)用，其中包括氫氣能調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育，能改善土壤環(huán)境等。丁芳芳[13]等人對比了使用富氫水和自來水澆灌當歸植株對其生長的影響，結(jié)果表明富氫水灌溉當歸，能使當歸的株高、葉寬、根系的生長及當歸產(chǎn)量顯著提高，富氫水澆灌對當歸的生長有積極作用。張海那[14]的研究表明，富氫水可以調(diào)控黃瓜幼苗的生長發(fā)育，并且可平衡細胞內(nèi)的氧化還原，進而降低鹽脅迫下植物氧化損傷的程度。這些研究均表明富氫水在農(nóng)業(yè)種植方面有良好的利用和發(fā)展空間，但目前實驗研究中關(guān)于富氫水的作用機理尚未完全清楚，將是未來進一步研究的重點。

2.4 富氫水在美容領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

此外，有關(guān)富氫水在呂平平[15]等人報道了富氫水在皮膚美白方面可能具有的作用，其研究基于富氫水良好的抗氧化性，針對富氫水對酪氨酸酶活性的抑制作用進行了研究，研究表明富氫水具有良好的抑制酪氨酸酶的活性，其可能在化妝品領(lǐng)域有更好的應(yīng)用。周平[16]等人的研究表明，富氫水可以促使放射性導(dǎo)致的皮膚損傷后的愈合，其作用機制可能跟氧化損傷以及炎性反應(yīng)等相關(guān)。

3 富氫水研究的專利分析

當前，富氫水已在美白、疾病治療、生活飲用水等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。專利作為技術(shù)信息最有效的載體，囊括了90%以上的最新技術(shù)情報，因此，通過對富氫水領(lǐng)域的相關(guān)專利進行分析，能夠了解當前富氫水的技術(shù)研究態(tài)勢、主要研制單位以及當前研究熱點等。

3.1 專利申請分析

基于國家知識產(chǎn)權(quán)局專利數(shù)據(jù)庫，以富氫水為關(guān)鍵詞，檢索近20 a的中文專利文獻，檢索截止日期為公開日在2020年3月11日之前的中文專利，在去除外觀設(shè)計后，共計檢索出721件相關(guān)專利。近20 a中文專利申請數(shù)量統(tǒng)計情況可見圖3，表明在2005年至2010年，專利申請量較少，富氫水領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)應(yīng)處于萌芽階段；在2010年至2013年，專利申請量穩(wěn)步增長，該階段富氫水領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)應(yīng)處于穩(wěn)定發(fā)展階段；在2014年后，專利申請量快速增長，說明富氫水的研究及應(yīng)用應(yīng)處于高速發(fā)展階段。2018年后，專利數(shù)量明顯下落，則可能是由于專利公開的滯后性導(dǎo)致。而在檢索中發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)最早的富氫水技術(shù)是由林賢司、大瓦智里于2005年申請的富氫水生成方法及富氫水生成器[18]。

此外，本次檢索中，富氫水相關(guān)專利申請類型中，發(fā)明專利有296件，占分析樣本的41%，如圖4所示。

3.2 專利技術(shù)分析

基于對富氫水相關(guān)專利的申請情況分析，進而對專利技術(shù)內(nèi)容進行了查閱分析，以期了解富氫水的技術(shù)發(fā)展趨勢和研究熱點。

其中，在檢索的專利中有關(guān)富氫水制備的較多。早期的富氫水制備的相關(guān)專利[18]采用燒結(jié)的鎂顆粒，投入飲料水中即制備含氫豐富的富氫水，通過飲用或涂布于皮膚，以改善因皮膚的老化而產(chǎn)生的色斑、皺紋。隨后，有報道[19]通過物理方法，首先去除水中大量的氧氣及其他氣體，然后再向水中通入氫氣，以制備富含氫的飲料，用于食品飲料領(lǐng)域。進而，有張慧明[20]通過水電解裝置，以制備富氫水，提高富氫水在生活中應(yīng)用的便利性。更進一步地，通過制備制氫棒，以便使用者可以簡單且有效地將通常的飲用水直接轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢燥嬘玫母粴渌?。隨著富氫水制備技術(shù)的逐漸成熟，富氫水機、富氫水杯等應(yīng)運而生。

這些專利中關(guān)于富氫水的應(yīng)用，基本集中在其對疾病的治療、美容、保健等相關(guān)領(lǐng)域，隨著富氫水在這些領(lǐng)域的不斷發(fā)展，逐漸被人們所接受和認可，如何提高富氫水的品質(zhì)、提高富氫水飲用安全、拓展富氫水的應(yīng)用領(lǐng)域、降低制備成本等，逐漸成為人們關(guān)注的焦點。如，西安交通大學(xué)公開一種廉價制備長效富氫水的方法[21]；中國人民解放軍第二軍醫(yī)大學(xué)，通過動物實驗，驗證了富氫水可以作為預(yù)防實驗性自身免疫性腦脊髓炎的治療藥物[22]；上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用富氫水延長斑玉蕈貨架時間和提高其品質(zhì)的方法[23]。

4 討論與展望

綜上所述，氫氣在選擇性抗氧化、抗凋亡以及抗炎等方面的作用是可以肯定的，而在日本以及一些歐美市場，已經(jīng)有富氫水相關(guān)的可飲用水，市場規(guī)模和經(jīng)濟效益可觀。富氫水在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、體育以及美容等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用也是具有較大潛力的，富氫水制備的難題已經(jīng)迎刃而解，后期研究的重點應(yīng)集中在富氫水對疾病防治的臨床應(yīng)用療效、在農(nóng)產(chǎn)品種植中的作用機制、體育運動前后改善機體的機制以及美容美白方面的應(yīng)用效果和原理的確證，只有明確的作用機制聯(lián)合明確的療效，才能為富氫水的開發(fā)和應(yīng)用添磚加瓦。