富氢水的应用研究进展

陈革豫，丁芳芳

(陕西国际商贸学院/陕西省中药绿色制造技术协同创新中心，陕西 咸阳 712046)

1 富氢水简介

富氢水(Hydrogen-rich Water)中含有一定浓度的氢气，名字来源于日语原名"水素水"，又名"氢水"。氢气(Hydrogen，H2)，是一种无色无味且密度小于空气的双原子气体分子，难溶于水，可以用排水集气法来进行收集。常温下，氢气的性质相对比较稳定，不容易跟其它物质发生化学反应。但当在一定条件(如点燃、加热、使用催化剂等)下时，可能发生剧烈的反应，遇到火源时可能会引起爆炸。基于此，一开始富氢水制备的技术难题主要是如何保持水中相对较高且稳定的含氢量。国内的纳米气液混合技术采用物理方法使水分子均匀地包裹氢分子，从而使氢气和水形成某种稳定的状态，攻克了氢气在水中难以富集和稳定的难题，得的富氢水中氢气浓度高，稳定性能好[1]。

2 富氢水研究的文献分析

近年来，研究者在富氢水的应用和开发上提供了更多的研究成果和进展。通过检索中国知网数据库(http://www.cnki.net/)，查询近年来关于富氢水的相关研究论文，选择医药卫生科技作为文献分类目录，以"富氢水"或含"氢气"作为搜索关键字，共检索到文献452篇。近10 a发表论文情况如图1。同样地，选择农业科技作为文献分类目录，以"富氢水"或含"氢气"作为搜索关键字，共检索到文献100篇。近10 a发表论文情况如图2。由图1和图2可以看出，到2017年前后，有关富氢水的研究报道呈现较好的态势，有越来越多的研究者开始关注富氢水并进行研究。

富氢水的研究要追溯到2007年，Ohsawa[2]等人研究发现H2可选择性地中和过氧亚硝基阴离子(ONOO-)和羟自由基(·OH)，清除过量的活性氧(ROS)，进而可以缓解由脑缺血引起的氧化损伤，自此，H2的相关研究渐渐被人们所关注。近年来，对于富氢水和氢气的应用研究大多集中在医学、体育、农业和美容等相关领域。

2.1 富氢水在医学领域的应用现状

在研究中发现，氢气具有较为突出的治疗作用，且可广泛治疗多种疾病，但大多数研究仅停留在动物实验阶段，其实际的临床效果尚未被证实或报道。有研究[3]称，氢气被用于各种不同的疾病模型及其治疗研究，其中，包括缺血再灌注损伤、糖尿病、癌症防治、创伤性脑损伤以及慢性阻塞性肺疾病等，其治疗作用显著，研究进展迅速，具有较为广阔的临床应用前景。

扈红蕾[4]等人对富氢水在黄曲霉毒素B1(AFB1)致大鼠肝损伤模型中的抗损伤作用进行了研究，研究表明，富氢水可减轻AFB1所致大鼠的肝损伤，其机制可能与富氢水能减轻AFB1引起的氧化应激、抑制MAPK信号转导通路的激活相关。同时，也有研究[5]表明，高浓度的氢气对减轻大鼠创伤性脑损伤有一定作用，其治疗机制可能与氢气的抗凋亡和抗氧化的应激作用相关。时倩[6]等人综述了氢气在心血管疾病中的防治作用，表明氢气可有效清除羟自由基，具有选择性抗氧化作用，对动脉硬化和器官炎症等方面具有有效的防治作用，因而，其可能作为新型的抗氧剂对心血管疾病具有一定的治疗作用。此外，还有富氢水与中医药相结合用于疾病防治中的报道。姚欢[7]等人研究了富氢水联合香砂六君子丸对功能性消化不良大鼠的影响，以体质量、胃排空率、小肠推进率、胃动素、胃泌素、胃促生长素为评价指标，以期来评价富氢水联合香砂六君子丸后对功能性消化不良大鼠是否有协同治疗作用。结果表明富氢水联合使用后确有一定的协同治疗的作用。富氢水在医学领域的研究颇为广泛，使用范围较广，但大多数研究仅停留在动物实验阶段，后期应进一步对其临床应用进行研究，具有良好的开发应用价值。

2.2 富氢水在体育领域的应用现状

富氢水作为一种可饮用水，在体育领域的研究也较为广泛。张双双[9]等人研究了中等强度耐力训练大鼠在自由饮用富氢水一段时间前后，其氧化应激损伤指标和抗氧化指标的变化情况，结果表明，自由饮用富氢水8周，大鼠的运动性氧化应激引起的脂质过氧化损伤显著降低，且显著提高了大鼠的抗氧化能力，进一步说证明富氢水对运动性氧化应激损伤具有一定的保护作用。邹仙[10]等人通过观察对力竭运动后即刻给予葡萄糖、富氢水以及联合使用葡萄糖-富氢水前后，大鼠丙二醛、肌糖原以及运动耐力的影响情况，进而评价力竭后补充富氢水对疲劳的恢复情况，结果表明，葡萄糖和富氢水联合使用后能有效降低血清丙二醛，增加腓肠肌肌糖原，增加运动耐力；单独给予葡萄糖时，仅能增加肌糖原；而单独给予富氢水时，仅能降低血清丙二醛。欧明毫[11]等人的研究表明，女子柔道运动员在大强度训练后，机体补充富氢水能显著降低自由基水平，提高抗氧化酶活性，增强总抗氧化能力，富氢水可能对于大负荷训练后所导致的机体脂质过氧化具有一定的保护作用。

2.3 富氢水在农业领域的应用现状

近年来，富氢水除在医学和体育方面有较多应用以外，其在农业领域也有相关的研究。其中，宋韵琼[12]等人综述了氢气在农业上的相关应用，其中包括氢气能调节植物的生长发育，能改善土壤环境等。丁芳芳[13]等人对比了使用富氢水和自来水浇灌当归植株对其生长的影响，结果表明富氢水灌溉当归，能使当归的株高、叶宽、根系的生长及当归产量显著提高，富氢水浇灌对当归的生长有积极作用。张海那[14]的研究表明，富氢水可以调控黄瓜幼苗的生长发育，并且可平衡细胞内的氧化还原，进而降低盐胁迫下植物氧化损伤的程度。这些研究均表明富氢水在农业种植方面有良好的利用和发展空间，但目前实验研究中关于富氢水的作用机理尚未完全清楚，将是未来进一步研究的重点。

2.4 富氢水在美容领域的应用现状

此外，有关富氢水在吕平平[15]等人报道了富氢水在皮肤美白方面可能具有的作用，其研究基于富氢水良好的抗氧化性，针对富氢水对酪氨酸酶活性的抑制作用进行了研究，研究表明富氢水具有良好的抑制酪氨酸酶的活性，其可能在化妆品领域有更好的应用。周平[16]等人的研究表明，富氢水可以促使放射性导致的皮肤损伤后的愈合，其作用机制可能跟氧化损伤以及炎性反应等相关。

3 富氢水研究的专利分析

当前，富氢水已在美白、疾病治疗、生活饮用水等领域广泛应用。专利作为技术信息最有效的载体，囊括了90%以上的最新技术情报，因此，通过对富氢水领域的相关专利进行分析，能够了解当前富氢水的技术研究态势、主要研制单位以及当前研究热点等。

3.1 专利申请分析

基于国家知识产权局专利数据库，以富氢水为关键词，检索近20 a的中文专利文献，检索截止日期为公开日在2020年3月11日之前的中文专利，在去除外观设计后，共计检索出721件相关专利。近20 a中文专利申请数量统计情况可见图3，表明在2005年至2010年，专利申请量较少，富氢水领域相关技术应处于萌芽阶段；在2010年至2013年，专利申请量稳步增长，该阶段富氢水领域相关技术应处于稳定发展阶段；在2014年后，专利申请量快速增长，说明富氢水的研究及应用应处于高速发展阶段。2018年后，专利数量明显下落，则可能是由于专利公开的滞后性导致。而在检索中发现，国内最早的富氢水技术是由林贤司、大瓦智里于2005年申请的富氢水生成方法及富氢水生成器[18]。

此外，本次检索中，富氢水相关专利申请类型中，发明专利有296件，占分析样本的41%，如图4所示。

3.2 专利技术分析

基于对富氢水相关专利的申请情况分析，进而对专利技术内容进行了查阅分析，以期了解富氢水的技术发展趋势和研究热点。

其中，在检索的专利中有关富氢水制备的较多。早期的富氢水制备的相关专利[18]采用烧结的镁颗粒，投入饮料水中即制备含氢丰富的富氢水，通过饮用或涂布于皮肤，以改善因皮肤的老化而产生的色斑、皱纹。随后，有报道[19]通过物理方法，首先去除水中大量的氧气及其他气体，然后再向水中通入氢气，以制备富含氢的饮料，用于食品饮料领域。进而，有张慧明[20]通过水电解装置，以制备富氢水，提高富氢水在生活中应用的便利性。更进一步地，通过制备制氢棒，以便使用者可以简单且有效地将通常的饮用水直接转变为可以饮用的富氢水。随着富氢水制备技术的逐渐成熟，富氢水机、富氢水杯等应运而生。

这些专利中关于富氢水的应用，基本集中在其对疾病的治疗、美容、保健等相关领域，随着富氢水在这些领域的不断发展，逐渐被人们所接受和认可，如何提高富氢水的品质、提高富氢水饮用安全、拓展富氢水的应用领域、降低制备成本等，逐渐成为人们关注的焦点。如，西安交通大学公开一种廉价制备长效富氢水的方法[21]；中国人民解放军第二军医大学，通过动物实验，验证了富氢水可以作为预防实验性自身免疫性脑脊髓炎的治疗药物[22]；上海市农业科学院，发现应用富氢水延长斑玉蕈货架时间和提高其品质的方法[23]。

4 讨论与展望

综上所述，氢气在选择性抗氧化、抗凋亡以及抗炎等方面的作用是可以肯定的，而在日本以及一些欧美市场，已经有富氢水相关的可饮用水，市场规模和经济效益可观。富氢水在医学、农业、体育以及美容等相关领域的应用也是具有较大潜力的，富氢水制备的难题已经迎刃而解，后期研究的重点应集中在富氢水对疾病防治的临床应用疗效、在农产品种植中的作用机制、体育运动前后改善机体的机制以及美容美白方面的应用效果和原理的确证，只有明确的作用机制联合明确的疗效，才能为富氢水的开发和应用添砖加瓦。