综述：富含氢的水（HRW）的最新进展：制备技术、功能特性及其在食品工业中的应用

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Recent advances in hydrogen-rich water (HRW): Preparation technologies, functional properties, and applications in the food industry

　　王丽代|周旭霞|丁玉婷|顾赛琪
浙江低碳污染控制与资源利用国际联合实验室，浙江树人大学生物与环境工程学院，杭州，310015，中国

**摘要**
**背景**
近年来，富含分子氢的富氢水（HRW）因其潜在的健康益处和在食品工业中的新兴应用而受到越来越多的科学关注。然而，其实际应用受到氢在水相中固有低溶解度和不稳定性的限制。最近在制备和稳定技术方面的进展正在逐步解决这些限制，为更广泛的应用铺平了道路。

**范围与方法**
本综述系统总结了HRW制备技术的最新进展，对其效率、稳定性和可扩展性进行了比较评估。此外，还全面评估了HRW的广泛生物活性，并探讨了其在食品工业中的应用前景、当前挑战及未来研究方向。

**主要发现与结论**
包括电解、基于金属的反应、纳米技术和新兴混合方法在内的技术创新大大提高了HRW的效率、稳定性和生物利用度，从而促进了其从实验室研究向实际应用的转变。HRW能够缓解氧化应激，并表现出多种生物活性，如抗炎、调节代谢、神经保护和抗衰老作用以及调节肠道微生物群的作用。在食品工业中，HRW在食品保鲜、品质提升、生物活性化合物提取、采前干预以及功能性饮料和活性包装的开发方面具有巨大潜力。然而，大规模应用仍受到若干挑战的制约，包括剂量标准化、复杂食品基质中的机制验证、人体安全性证明、监管批准和消费者接受度等问题。克服这些挑战对于HRW在食品工业中的严格验证、安全评估和可持续应用至关重要。

**引言**
富氢水（HRW）是一种富含分子氢（H2）的功能性介质，由于其有益健康的特性和在食品工业中的多种应用而近年来受到广泛关注。与传统抗氧化剂不同，HRW中的分子氢能够特异性地中和高细胞毒性的活性氧（ROS），如羟基自由基（•OH）和过氧亚硝酸盐（ONOO?），同时保留对细胞信号传导至关重要的生理性ROS（例如H2O2、NO）（Ohsawa等人，2007年）。这种选择性的抗氧化作用使HRW成为生物医学和食品应用的独特候选者。此外，HRW还表现出多种生物活性，包括抗炎作用（Chen等人，2023年）、调节脂质代谢和血糖（Todorovic等人，2023年）、神经保护和抗衰老作用（Han等人，2017年；Lin等人，2022年）以及调节肠道微生物群（Xie等人，2022年）。这些特性共同凸显了HRW作为功能性食品开发基础的多方面潜力。然而，HRW的实际应用长期以来受到多种固有限制的制约。传统的制备方法（如直接气体溶解（Bulut等人，2022年；Guan等人，2019年）仍存在溶解氢溶解度低、扩散速度快和稳定性差等缺点（Zhao等人，2023年）。这些挑战阻碍了HRW的大规模应用和长期保存。为此，最近的技术进步正在逐步克服这些障碍。例如电解（Mizuno等人，2022年）、基于金属的反应（Godart等人，2019年；Kavrut等人，2025年）、纳米技术（Jin等人，2023年；Li, Wang等人，2022年；Liu等人，2021年）和新兴混合策略显著提高了氢的保留效率和生物利用度。这些改进为HRW的工业规模生产和更广泛的食品相关应用奠定了更坚实的基础。

在食品科学领域，关于HRW应用的研究已扩展到多个方向。在食品加工中，HRW显示出提升多种农产品风味和品质的潜力，并延长保质期，包括猕猴桃（Hu等人，2014年）、葡萄（Yu等人，2024年）、荔枝（Yun等人，2021年）、香蕉（Yun等人，2022年）、秋葵（Dong等人，2023年）、蘑菇（Chen等人，2017年）、菱角（Li, Hu等人，2022年）、黑大麦（Guan等人，2019年）、糙米（Zhu等人，2022年）和米奶（Zor等人，2024年）。在食品安全方面，HRW已被证明可以抑制生物胺的形成并减少重金属积累，有效提升腌制甜菜根和黄油等食品的安全性（Alwazeer等人，2022a, 2022b；Bulut等人，2022年）。此外，HRW还能提高生物活性化合物（如酚类、黄酮类和花青素）的提取效率（Alwazeer, Elnasanelkasim, ?i?dem等人，2023年；Ceylan等人，2023年），从而支持其在功能性成分回收中的作用。除了采后应用外，HRW在采前阶段也显示出潜力。用HRW灌溉或补充可以调节植物的次级代谢（Yao等人，2024年），改善果实风味和营养价值（Li, Wang等人，2022年），甚至通过氧化还原调节和代谢重编程提高牲畜（Kanmaz等人，2025年）和水产养殖（Yuan等人，2024年）的表现。此外，还出现了新的应用领域，如将其用于食品包装以实现可控的氢释放（Kavrut等人，2025年；Wang等人，2023年）、食品清洗和表面消毒（Alwazeer, Ceylan等人，2022年；Alwazeer, Ceylan等人，2022年）以及功能性饮料的配方开发（LeBaron等人，2020年）。总之，这些结果突显了HRW作为食品工业中安全、多功能和可持续候选物的多功能性。

为了评估过去十年该领域日益增长的重要性和不断演变的研究格局，使用Web of Science和VOSviewer进行了文献计量分析（Boateng等人，2023年；Chen等人，2022年；Ogundipe等人，2024年）。如图1A所示，从2016年到2025年，关于富氢水的年度出版记录稳步增加，记录数量从2016年的约40篇增加到2025年的130多篇。这种持续增长凸显了科学界对HRW的兴趣日益浓厚。此外，相应的关键词共现网络（图1B）显示了明显的主题演变。早期的基础研究主要集中在物理化学性质和制备过程上，涉及紫色和蓝色节点（例如溶解度、动力学、电解和溶解氢）。随着时间的推移，研究方向逐渐转向生物活性，特别是其抗氧化和抗炎功能以及缓解氧化应激的作用（绿色节点）。值得注意的是，近年来的研究前沿（黄色节点）扩展到了保质期、品质、衰老和植物耐受性等方面，表明研究重点已明显转向食品和农业行业的实际应用。这一时间演变轨迹展示了HRW研究从基于实验室的机制探索向实际工业应用和全面质量控制的转变。

尽管研究进展迅速，但实验室发现与工业规模应用之间存在显著的知识差距，限制了科学潜力向实际应用的转化。目前的研究尚未充分探讨HRW制备技术与经济可行性之间的联系。例如，尽管纳米技术等先进方法可以提高氢的保留能力，但其成本效益和高通量食品加工的可扩展性仍很大程度上未得到探索。大多数研究仅关注氢的生物医学效应或在特定食品和农业实践中的应用，而没有将这些见解整合到一个更广泛的框架中。此外，缺乏既定的安全标准和监管框架也限制了HRW技术的工业采用和商业化。值得注意的是，不断扩大的HRW市场凸显了解决这些差距的必要性：2024年全球氢水市场的价值约为25亿美元，预计到2030年将达到43.5亿美元（MarkNtel Advisors，2024年），这反映了HRW巨大的经济潜力。克服这些障碍对于释放HRW在功能性食品领域的全部商业潜力至关重要。

**结论**
本综述提供了HRW研究的综合概述，以支持学术研究和工业应用。具体而言，它系统地探讨了HRW制备技术、功能特性及其在食品工业中的应用方面的最新进展。此外，为了为政策制定者和行业从业者提供高相关性，还评估了安全性评估、监管考虑和市场接受度以及关键的商业化瓶颈。最后，讨论了HRW的未来研究方向和工业挑战。总体而言，本综述强调了HRW在食品系统中的多功能潜力，并为其在食品工业中的未来发展和商业化提供了理论支持和技术指导。

**部分摘录**
**富氢水制备的技术进步**
随着HRW的稳定性和功能效果的提高与其富氢方法密切相关，对其制备的兴趣日益增加。过去十年中，开发了多种技术策略来提高氢的溶解度、保留率和生物利用度，从而扩展了其实际应用范围。如图2所示，这些策略大致可分为五类：直接气体溶解、电解等。

**富氢水的功能特性**
富氢水（HRW）作为一种非侵入性方法，用于输送分子氢，其多种生物活性得到了临床前和临床研究的支持。如图3所示，除了公认的抗氧化能力外，HRW还表现出抗炎、调节代谢、神经保护和调节微生物群的作用。此外，它在生殖、肾脏和皮肤健康方面也显示出潜在益处。

**富氢水在食品工业中的应用**
近年来，大量研究关注富氢水（HRW）作为将分子氢引入食品工业的安全实用介质，应用范围涵盖采后保鲜、加工、生物活性提取和采前生产（图4）。除了公认的抗氧化作用外，HRW还能调节代谢和激素信号传导，并维持结构完整性以延缓衰老、稳定品质属性。

**挑战与限制**
尽管人们对富氢水（HRW）的抗氧化和代谢益处越来越感兴趣，但其在食品和医疗保健领域的广泛应用仍受到几个关键障碍的制约。主要的技术障碍是生产和氢稳定性的缺乏标准化。当前的方法（包括气体溶解、电解和纳米气泡技术）在氢的溶解度、保留率和成本效益方面存在显著差异。

**未来展望**
为了充分释放富氢水（HRW）在全球食品和医疗保健领域的变革潜力，提出以下战略研究重点：
(1) 技术标准化和精确质量控制：开发标准化、可扩展且节能的生产系统至关重要。虽然低能耗电解和纳米气泡封装为提高H2溶解度提供了有希望的途径，但重点应转向提高长期保留率。

**结论**
本综述系统总结了富氢水（HRW）在制备技术、功能特性和食品工业应用方面的最新进展。虽然各种技术创新提高了氢的溶解度和稳定性，但氢纳米气泡技术在整合安全性、有效性和实用性方面展现出最大的工业生产潜力。

**作者贡献声明**
王丽代：概念化、调查、资源获取、可视化、初稿撰写、审稿与编辑。
周旭霞：资源获取。
丁玉婷：资源获取。
顾赛琪：概念化、资源获取。

**利益冲突声明**
作者声明与所提交的工作无关任何商业或关联利益冲突。

**致谢**
本工作得到了浙江树人大学基本科学研究专项基金（2025R031）和中国国家重点研发计划（2023YFD2401505）的支持。