微波綜合效應

微波綜合效應

許多研究報告表明，微波與一般加熱滅菌方法相比，在一定溫度下細菌死亡時(shí)間縮短或在相同條件下滅菌致死溫度降低。這個(gè)事實(shí)是無(wú)法僅用熱致死理論來(lái)解釋的。因此，提出了微波殺菌機理的非熱效應理論。在此基礎上，科研人員們紛紛開(kāi)展類(lèi)似研究，出現了不同的解釋模型。

從生物物理角度來(lái)解釋微波的非熱滅菌機理較易為大多數人接受，其主要模型包括：

細胞膜離子通道解釋模型。按照該學(xué)說(shuō)，細胞與外界聯(lián)系而進(jìn)行的一系列復雜的生物化學(xué)過(guò)程是依靠細胞膜上電位差約O．03—0．10V控制的，即膜電位的改變能激活開(kāi)放或關(guān)閉與外界聯(lián)系的通道。細菌處于高頻率和強電場(chǎng)強度的微波場(chǎng)中，細胞膜電位很可能改變，其正常的生理活動(dòng)功能亦將改變，以致危及細菌的存活。

    蛋白質(zhì)變性解釋模型。該理論指出，微生物由蛋白質(zhì)、核酸物質(zhì)和水等極性分子組成，這些極性分子在高頻率、強電場(chǎng)強度的微波場(chǎng)中將隨著(zhù)微波場(chǎng)極性的迅速改變而引起蛋白質(zhì)分子團等急劇旋轉，往復振動(dòng)，一方面相互間形成摩擦轉成熱量而自身升溫，另一方面化學(xué)鍵受到破壞而引起蛋白質(zhì)分子變性，進(jìn)而破壞微生物正常生理活動(dòng)功能，從而達到殺菌的目的。

    1998年，Kozempel提出了四種主要理論假設來(lái)解釋非熱效應：l、選擇性加熱理論。微生物選擇性吸收電磁波，所以比周?chē)囊后w環(huán)境更熱而更快就達到滅菌溫度。2、電穿孔現象理論。在電磁場(chǎng)的作用下，在較弱的細胞膜部分穿孔，引起細胞內物質(zhì)的泄漏和細胞裂解。3、細胞膜破裂理論。穿過(guò)細胞膜的電壓足夠使細胞膜破裂，從而導致細胞死亡。4、磁場(chǎng)偶聯(lián)理論。用電磁場(chǎng)和細胞內重要分子(如蛋白質(zhì)和DNA)的偶聯(lián)來(lái)解釋細胞的裂解。細胞內部物質(zhì)在電磁場(chǎng)的作用下破壞，從而導致微生物死亡。

    同時(shí)有許多研究認為存在非熱效應影響細菌的結構和功能，不僅是由熱效應造成的。Dreyfuss等研究水浴加熱和微波照射作用金黃色葡萄球菌細胞時(shí)，發(fā)現兩種方法對金黃色葡萄球菌酶活性影響不同。研究數據表明，微波輻射作用金黃色葡萄球菌時(shí)，只用熱效應不能解釋上菌酶活性變化現象。Tajchakavit等研究了微波加熱對蘋(píng)果汁里的產(chǎn)孢微生物的破壞作用。選擇釀酒酵母菌和胚芽乳桿菌進(jìn)行微波和傳統加熱的對比試驗，研究發(fā)現，在微波條件下微生物破壞明顯快于水浴加熱。

    Rosaspina等對解剖刀刃上牛結核桿菌和白色念珠菌污染的微波滅菌效應的研究結果表明，微波可以對這兩種細菌污染的解剖刀滅菌。同時(shí)他們還進(jìn)行了初步的機理研究，當用掃

描電子顯微鏡觀(guān)察被微波輻照的細菌時(shí)，發(fā)現細菌經(jīng)歷了一系列變化，暴露時(shí)間越長(cháng)，這樣的改變越大，直至完全破裂。當用別的方法滅菌時(shí)，例如干燥加熱、高溫滅菌或簡(jiǎn)單的在沸水中浸入，即使細菌死亡，也未發(fā)現形態(tài)學(xué)的變化。解剖刀為金屬，當微波長(cháng)時(shí)間作用時(shí)溫度會(huì )很高，細菌的形態(tài)變化可能與解剖刀很高的溫度有關(guān)。

    采用微波輻射與水浴加熱，分別對指示菌如白色葡萄球菌與枯草桿菌黑色變種芽胞懸液等作用相同時(shí)間。在一定溫度條件下，殺滅率差別顯著(zhù)。研究結果表明，微波殺菌除熱效應外， 還有非熱效應。席曉莉等、吳道澄等對干濕狀態(tài)的細菌進(jìn)行不同強度及時(shí)間的輻照，比較其殺滅率，并同時(shí)與單純的加熱滅菌相對比，發(fā)現微波可殺滅干菌，對濕菌的殺滅也強于單純的加熱滅菌，說(shuō)明微波對細菌的殺滅除熱效應外還有非熱效應。

    Yaghmaee等在真空條件下，使實(shí)驗環(huán)境保持在49℃—64℃，使微波滅菌和水浴加熱溫度保持一致，以大腸桿菌為研究對象，比較三個(gè)參數：D值、z值和活化能(Ea)。結果表明，微波對大腸桿菌的破壞明顯不同于水浴加熱，暗示除了微波的熱致死效應，還有其他因素。微波處理過(guò)程中，生物同體剛剛達到干熱殺菌控制的溫度時(shí)，其殺菌效果就已經(jīng)明顯比干熱殺菌效果好，證明微波殺菌過(guò)程中存在非熱效應機制。微波是通過(guò)抑制或破壞微生物細胞內與生物氧化、呼吸代謝及能量產(chǎn)生有關(guān)的酶的活性來(lái)導致細胞死亡的。微波能夠對氫鍵、疏水鍵和范德瓦爾斯鍵產(chǎn)生作用，使其重新分配，從而改變蛋白質(zhì)的構象與活性(李巧玲，2001)，這些現象說(shuō)明微波輻射非熱效應的存在，是微波作用于生物體上產(chǎn)生生物學(xué)效應的另一種重要機制。

    此外，還有研究者認為，電磁波對化學(xué)反應的非熱作用導致了對生物體的“非熱效應”。根據這一說(shuō)法，電磁波改變了化學(xué)反應的活化能和指前因子，使得反應呈現加速和減速兩種結果。由于生命過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)動(dòng)態(tài)的代謝平衡過(guò)程，時(shí)刻發(fā)生著(zhù)新陳代謝生物化學(xué)反應。因此，電磁波對生化過(guò)程的影響將改變其反應速率和平衡常數，致使這樣一種動(dòng)態(tài)的代謝平衡過(guò)程發(fā)生紊亂，使生物體的生命受損。非熱效應能量不是來(lái)自電磁波而是來(lái)自于生物體的

新陳代謝如ATP的合成與分解。