李小嬌 王秀萍 董瑋利 俞國(guó)新

海爾智家生態(tài)平臺(tái) 超前創(chuàng)新中心 山東青島 266101

1 引言

抗菌家電興起于上世紀(jì)80年代的日本，日立公司最早推出抗菌冰箱，隨后東芝與松下等企業(yè)也相繼開(kāi)發(fā)出抗菌冰箱，推動(dòng)了抗菌技術(shù)在家電行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化。中國(guó)的抗菌家電發(fā)展于上世紀(jì)90年代，1998年海爾集團(tuán)和中科院理化所合作推出了系列抗菌家電產(chǎn)品，自此開(kāi)始，抗菌技術(shù)在中國(guó)家電行業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，目前抗菌技術(shù)在國(guó)內(nèi)家電行業(yè)的市場(chǎng)滲透率為10%左右。隨著新冠肺炎疫情的發(fā)生，市場(chǎng)對(duì)于抗菌類健康家電產(chǎn)品的需求將進(jìn)一步提高，未來(lái)具有較大的發(fā)展?jié)摿统f(wàn)億的市場(chǎng)前景。

2 家電產(chǎn)品的微生物污染情況分析

抗菌技術(shù)在家電行業(yè)的需求和發(fā)展是以家電產(chǎn)品的微生物污染痛點(diǎn)為基礎(chǔ)的。以細(xì)菌、真菌、病毒為代表的微生物，占食源性疾病的發(fā)病原因的70%，同時(shí)也是20%的呼吸道疾病的病因。其中，細(xì)菌及真菌污染均容易造成食物中毒，導(dǎo)致腹瀉、嘔吐等；真菌污染還會(huì)對(duì)人體皮膚系統(tǒng)和內(nèi)臟系統(tǒng)造成危害，出現(xiàn)皮膚癬、淋巴感染等癥狀；病毒污染則往往具有較高的傳染性，造成大規(guī)模的群體感染，出現(xiàn)發(fā)熱癥狀甚至威脅生命健康，此次新冠肺炎即是病毒引發(fā)的微生物危害。

微生物的種類數(shù)以百萬(wàn)計(jì)，存在于生活環(huán)境中的各處，而家電產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，也會(huì)成為微生物傳播的載體和途徑。對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，冰洗空類家電產(chǎn)品中普遍存在微生物污染情況如表1所示，需要在相應(yīng)產(chǎn)品中增加除菌功能，對(duì)使用者構(gòu)成有效健康防護(hù)。

盡管冰箱的低溫環(huán)境能夠抑制微生物酶的活性，可由于內(nèi)部空間有限并且存儲(chǔ)食物多，冰箱的冷藏室、風(fēng)道口及風(fēng)流經(jīng)處均能檢測(cè)到大量的細(xì)菌、真菌等微生物，冰箱成為了家庭微生物污染的重災(zāi)區(qū)。此外，工作年限長(zhǎng)的冰箱比新冰箱會(huì)出現(xiàn)更多的微生物積累。

空調(diào)與冰箱所處空間不同，其工作環(huán)境更加開(kāi)放和復(fù)雜。換熱器由于溫度和濕度高，成為空調(diào)最嚴(yán)重的污染區(qū)。值得關(guān)注的是，空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)中真菌污染甚至比細(xì)菌更為嚴(yán)重。這些真菌如青霉、曲霉、枝孢霉、鏈格孢霉，可產(chǎn)生外生孢子，在適宜的溫濕度環(huán)境下成熟后，會(huì)在空氣中飛揚(yáng)，引起皮膚過(guò)敏。

一般而言，微生物濃度隨著相對(duì)濕度的升高而增加，對(duì)于洗衣機(jī)而言，持續(xù)用水的工況形成了潮濕的環(huán)境，十分適宜細(xì)菌與真菌的生長(zhǎng)。正是因?yàn)檫@個(gè)原因，在洗衣機(jī)微生物污染情況的研究中，新機(jī)與舊機(jī)并未出現(xiàn)較大的微生物總數(shù)差異。

與冰箱、空調(diào)和洗衣機(jī)相比，目前對(duì)于熱水器內(nèi)細(xì)菌情況的研究較少，普遍認(rèn)為熱水器產(chǎn)品具有較高的溫度和壓力，不利于細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖。但近幾年對(duì)水體細(xì)菌的研究中發(fā)現(xiàn)，在管道冷卻塔、管道水系統(tǒng)、溫泉水、生活熱水，甚至在淋浴頭的自來(lái)水中均檢出軍團(tuán)菌污染[9-11]，這引起了熱水器研發(fā)人員對(duì)于微生物污染的關(guān)注。

總本來(lái)看，冰洗空家電面臨的微生物污染風(fēng)險(xiǎn)非常高，對(duì)冰洗空家電的抗菌應(yīng)用研究也較為成熟。目前，雖然對(duì)于熱水器家電除菌的研究處于起始階段，但水質(zhì)健康一直是消費(fèi)者的關(guān)注所在。伴隨本次新冠肺炎疫情帶來(lái)的用戶健康意識(shí)的提升，將引發(fā)對(duì)整體家居環(huán)境、食品、水質(zhì)、衣物等方面的安全關(guān)注，并引導(dǎo)更細(xì)化、更全面的家庭微生物污染控制研究。

表1 家電微生物污染現(xiàn)狀

3 家電產(chǎn)品抗菌性能的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

家電微生物污染狀況促進(jìn)了抗菌家電產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，與此同時(shí)，健康安全標(biāo)準(zhǔn)的建立也在推動(dòng)抗菌技術(shù)的進(jìn)步。GB 21551.1-2008《家用和類似用途電器的抗菌、除菌、凈化功能 通則》[12]中對(duì)抗菌定義為，采用化學(xué)、物理等方法殺滅細(xì)菌或妨礙細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖及其活性的過(guò)程，針對(duì)家用電器上使用的抗菌材料；對(duì)除菌的定義為，采用化學(xué)、物理等方法去除或減少作用對(duì)象上細(xì)菌、真菌的過(guò)程，針對(duì)家電產(chǎn)品整機(jī)功能。而抑菌是指通過(guò)一系列物理化學(xué)方法抑制細(xì)菌和真菌的生長(zhǎng)和繁殖。從定義可知，抗菌包括兩部分內(nèi)容，即除菌和抑菌。

目前，我國(guó)的抗菌家電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)包括六項(xiàng)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、兩項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和一項(xiàng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，且涉及抗菌材料或性能的家用電器標(biāo)準(zhǔn)大多參照GB 21551.2的規(guī)定進(jìn)行。如表2所示，對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所涉及的抗菌、除菌的相關(guān)指標(biāo)要求進(jìn)行了概括。

冰洗空熱產(chǎn)品中存在的微生物種類各不相同，除細(xì)菌外，也存在真菌超標(biāo)的現(xiàn)象。尤其是空調(diào)產(chǎn)品中，真菌甚至成為優(yōu)勢(shì)菌。因此，現(xiàn)有針對(duì)細(xì)菌的抗菌率指標(biāo)難以滿足廣譜的抗菌需求，可參考其他涉及健康的三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)作為補(bǔ)充，如表3所示。

以健康相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)作為參考，對(duì)比家電國(guó)標(biāo)中對(duì)于抗菌相關(guān)的規(guī)定，通過(guò)分析，有三點(diǎn)值得關(guān)注：

（1）目前的國(guó)標(biāo)對(duì)微生物的滅活主要關(guān)注于細(xì)菌，是以大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白葡萄球菌為代表的革蘭氏陰性菌或陽(yáng)性菌，未涉及真菌種類。

（2）對(duì)于抗菌效果的評(píng)價(jià)，均以外部接種菌液的形式進(jìn)行產(chǎn)品抗菌測(cè)試，顯示的主要是產(chǎn)品對(duì)外界環(huán)境的抗菌性能；而對(duì)于產(chǎn)品本身使用過(guò)程中產(chǎn)生微生物積累引起的二次污染問(wèn)題，如空氣凈化器濾網(wǎng)因微生物滋生引起異味，抗菌性能評(píng)價(jià)研究尚處于起步階段。

（3）部分技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)抗菌效果的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生臭氧等污染物，而目前對(duì)臭氧濃度的控制以泄漏量為主，適合消毒柜等開(kāi)關(guān)不頻繁的產(chǎn)品，但對(duì)于頻繁開(kāi)啟的冰箱，存在開(kāi)啟瞬間濃度較高的風(fēng)險(xiǎn)。類似的，在限制污染物濃度時(shí)，對(duì)于場(chǎng)景的細(xì)化也是必要的。

抗菌家電的誕生及發(fā)展均是以健康為最終目的。因此，未來(lái)可針對(duì)各家電產(chǎn)品的工況特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)微生物種類來(lái)對(duì)抗菌家電進(jìn)行更全面的細(xì)化與評(píng)價(jià)。此外，為了避免造成二次污染，需要增加家電產(chǎn)品自身微生物潔凈度的評(píng)價(jià)。

表2 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于家用電器的抗菌技術(shù)規(guī)定

表3 涉及健康的可參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

4 家電產(chǎn)品抗菌技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

抗菌相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立促進(jìn)了抗菌技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，抗菌協(xié)會(huì)在對(duì)天貓商城、京東商城、蘇寧易購(gòu)和國(guó)美商場(chǎng)四個(gè)電商平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，抗菌技術(shù)在洗衣機(jī)、空調(diào)產(chǎn)品（包括空凈）、冰箱的滲透率最高，分別達(dá)到47.0%、35.9%和16.3%，此三類也是受微生物污染最嚴(yán)重的家電產(chǎn)品?？咕鷥羲骱蜔崴鳟a(chǎn)品的品牌市場(chǎng)占有率為9.9%和6.6%。

目前市面上的家電，其實(shí)現(xiàn)抗菌的方式主要有兩種：材料和技術(shù)，即一種是通過(guò)在原料基體中加入抗菌劑實(shí)現(xiàn)材料優(yōu)異的抗菌性能；另一種是在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上裝置抗菌設(shè)備實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)的除菌消毒。

4.1 抗菌材料

抗菌材料可分為有機(jī)、無(wú)機(jī)、天然產(chǎn)物及復(fù)合抗菌劑四類，如表4所示，詳細(xì)的介紹了各類抗菌劑的抗菌原理及優(yōu)缺點(diǎn)。銀離子除菌及其衍生出的光動(dòng)銀除菌、納米銀抗菌等技術(shù)被松下、海爾等各大家電企業(yè)應(yīng)用在洗衣機(jī)、冰箱、凈水器及空氣凈化器等產(chǎn)品上。另外，海爾還從用戶最為關(guān)注的除菌效果和其對(duì)食品的影響等幾個(gè)方面考慮，借助從草本植物中提取的天然抗菌物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)除菌的同時(shí)又不會(huì)破壞食物的結(jié)構(gòu)；天然碧璽石可持續(xù)自發(fā)產(chǎn)生大量負(fù)離子，將其嵌入冰箱風(fēng)道，形成天然負(fù)離子養(yǎng)鮮倉(cāng)，瓦解冰箱內(nèi)部異味和細(xì)菌，保證內(nèi)部空間清新潔凈，使得物品表面的除菌率達(dá)到99.9%。

4.2 抗菌技術(shù)

與抗菌材料不同，技術(shù)類抗菌手段的實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，可大致分為加熱、光輻照、活性粒子、電磁場(chǎng)四大類。

加熱是最傳統(tǒng)的除菌方法，其實(shí)現(xiàn)方式包括電加熱、光波加熱、紅外加熱。從溫度的不同可分為高溫（80℃以上）和巴氏（56℃～80℃）。洗衣機(jī)、熱水器以及消毒柜普遍采用這一方法進(jìn)行除菌，其除菌率一般可達(dá)99.99%。例如，海爾的光波巴氏消毒柜就是利用寬頻光波巴氏（65℃～90℃）與深紫外光波協(xié)同作用，對(duì)大腸桿菌的除菌率大于99.9%，對(duì)脊髓灰質(zhì)炎病毒的除菌率達(dá)到99.99%以上，該技術(shù)在對(duì)餐具消毒過(guò)程中不產(chǎn)生臭氧等副產(chǎn)物。盡管加熱除菌的效果很好，但其能耗高并且需避免在對(duì)溫度敏感的場(chǎng)景中使用。

光輻照技術(shù)，其代表的形式包括UVC紫外[22,23]和脈沖強(qiáng)光，二者的有效波段均為深紫外。UVC處于微生物吸收峰的范圍之內(nèi)，可在幾秒種之內(nèi)通過(guò)破壞微生物的DNA或RNA，造成細(xì)胞死亡，達(dá)到除菌消毒的效果。傳統(tǒng)的紫外燈為汞燈，功率較高，適合于較大空間的空氣除菌、物體表面除菌；UVC-LED憑借體積小、開(kāi)啟速度快、功耗低等諸多優(yōu)點(diǎn)，在水、空氣、表面除菌等許多領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。但由于發(fā)光效率和光輸出功率低，使其只適用于小范圍近距離（如洗碗機(jī)、消毒柜、凈水機(jī)等）的除菌。脈沖強(qiáng)光具有更廣的光譜和強(qiáng)度，因此可實(shí)現(xiàn)快速、高效的除菌。使用該類技術(shù)時(shí)需要注意存在輻照死角和隨距離增大而產(chǎn)生輻照度下降的問(wèn)題。

光觸媒、等離子體及臭氧等除菌技術(shù)都是通過(guò)活性粒子如：·OH、、O-、H2O2、、NO+等的強(qiáng)氧化性來(lái)除菌。傳統(tǒng)的光觸媒技術(shù)[23]在洗衣機(jī)中應(yīng)用比較廣泛，但需要借助紫外燈才能發(fā)揮作用。冷觸媒（自然觸媒）[25]在傳統(tǒng)紫外光觸媒技術(shù)上進(jìn)一步突破，其無(wú)需憑借紫外光，在自然光下便可發(fā)揮作用。目前，海爾已將冷觸媒技術(shù)用于空氣凈化器、冰箱等產(chǎn)品中，在冰箱冷藏室中安裝冷觸媒抗菌除臭模塊，對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌率達(dá)到99.99%以上，對(duì)甲硫醇和三甲胺異味的去除率也大于90%。等離子技術(shù)作為新興的技術(shù)，已經(jīng)在冰箱、洗衣機(jī)、消毒柜等產(chǎn)品中有所運(yùn)用，其除菌速度快且效果好。目前制約等離子體技術(shù)發(fā)展的主要癥結(jié)在于放電過(guò)程中所產(chǎn)生臭氧濃度的控制問(wèn)題，這是與臭氧除菌技術(shù)共同的技術(shù)難點(diǎn)。因此，在運(yùn)用時(shí)，需要在有效使用和濃度控制之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)。

電場(chǎng)和磁場(chǎng)[26]往往是相輔相成而存在的，通過(guò)交變電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用產(chǎn)生擊穿而實(shí)現(xiàn)除菌。液體的電場(chǎng)除菌往往通過(guò)歐姆作用實(shí)現(xiàn)，而空間的電場(chǎng)除菌類似于電暈技術(shù)，會(huì)產(chǎn)生O3等成分。磁場(chǎng)除菌目前應(yīng)用相對(duì)較少，在熱水器中對(duì)水體的除菌中有部分使用。

表4 常用抗菌劑種類及抗菌原理

4.3 抗菌技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)分析

抗菌材料和技術(shù)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)更高的除菌效果提供了可能，雖然部分抗菌材料和抗菌技術(shù)具有廣譜通用性，但仍需要針對(duì)場(chǎng)景和優(yōu)勢(shì)菌進(jìn)行分析、匹配，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的組合。如，以病毒滅殺為目標(biāo)的除菌技術(shù)，需考慮病毒自身適于較低溫度和濕度的環(huán)境，且對(duì)熱敏感的性質(zhì)，因此選用中高溫加熱的方式即可實(shí)現(xiàn)較好的除菌效果；而真菌最適宜在高濕度環(huán)境下繁殖，因此在抗菌技術(shù)應(yīng)用的同時(shí)需配合相應(yīng)的干燥程序?yàn)榧选?/p>

本次新冠肺炎疫情的出現(xiàn)使得消費(fèi)者對(duì)健康的需求向更加全面、細(xì)化和具象化方向發(fā)展，從對(duì)單一家電產(chǎn)品的抗菌到整體家居環(huán)境的抗菌，從對(duì)除菌率提高的追求到除菌過(guò)程的可感知，這些都需要家電產(chǎn)品的研發(fā)人員付出更多的努力。筆者認(rèn)為，以下幾個(gè)方向可能成為未來(lái)家電抗菌技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)：

（1）抗菌效果的提升。不同家電產(chǎn)品所存在的微生物種類不同，尤其是對(duì)于真菌普遍超標(biāo)的現(xiàn)象，需要全面提高包括真菌在內(nèi)的抗菌效果；同時(shí)在關(guān)注家電產(chǎn)品對(duì)工況環(huán)境的抗菌外，應(yīng)進(jìn)一步提高家電產(chǎn)品自身抗菌性能。

（2）抗菌技術(shù)安全性能的提升。對(duì)于存在一定有害物（如臭氧）的抗菌技術(shù)，需要進(jìn)一步優(yōu)化工作模式，減少有害物質(zhì)釋放，提高用戶體驗(yàn)。

（3）多方式組合抗菌的優(yōu)化。通過(guò)多重技術(shù)的協(xié)同作用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)高效快速的除菌效果，提升抗菌能力。

（4）除菌的可感知。通過(guò)對(duì)家電產(chǎn)品的實(shí)時(shí)或定期的檢測(cè)，對(duì)家電潔凈情況進(jìn)行監(jiān)控；并實(shí)現(xiàn)除菌程序工作進(jìn)度和效果的可視化，為消費(fèi)者提供更安心的體驗(yàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

眾多家電產(chǎn)品為人們的生活帶來(lái)了極大的舒適與便捷，而消費(fèi)者們健康意識(shí)的提升對(duì)產(chǎn)品技術(shù)的研發(fā)提出了更高的要求，不論是與飲食相關(guān)的冰箱、消毒柜，還是與呼吸相關(guān)的空調(diào)、空氣凈化器等。諸多除菌技術(shù)讓家電增加了健康屬性，隨著除菌技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)有更多先進(jìn)的除菌技術(shù)應(yīng)用到各種家電產(chǎn)品中，實(shí)現(xiàn)用戶家庭全場(chǎng)景的健康應(yīng)用體驗(yàn)。