微波殺菌機理

微波殺菌機理

    關(guān)于微波殺菌的機理，20世紀40年代至50年代普遍認為只有致熱效應。熱效應理論認為，由于微波具有高頻特性，因此，當它在介質(zhì)內部起作用時(shí)，水、蛋白質(zhì)、核酸等極性分子受到交變電場(chǎng)的作用而劇烈振蕩，相互摩擦產(chǎn)生“內熱”，從而導致溫度升高，使微生物內的蛋白質(zhì)、核酸等分子結構改性或失活，這樣就會(huì )對微生物產(chǎn)生破壞作用。顯然，這種利用微波的熱力作用來(lái)殺滅微生物的解釋并不難理解。

(二)微波殺菌機非熱效應理論

    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。01Mn等人揭示了微波對鐮刀霉芽抱的非熱效應。他們指出．微生物在微波場(chǎng)中比其他介質(zhì)更易受微波的作用，因此，提出了微波殺菌機理的非熱效應理論。1970年，Gmy使用微波法和蒸汽法結合殺菌．及用微波和紅外線(xiàn)法相結合殺菌的兩項專(zhuān)利技術(shù)，證實(shí)了非熱殺菌效應的存在。1994年，王紹林以耐熱性較強的枯草芽泡桿菌為菌種，進(jìn)行了微波殺茵和傳統加熱試驗對比．得到兩種處理法的菌熱致死率曲線(xiàn)。然后從物理學(xué)角度分析微波和傳統殺菌致死的原因及其間的差異程度，從而有力地證明了微波的非熱效應殺菌機理。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。

    1．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：

    (1)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—0．10 v)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。細菌處于如此高的頻率和強電場(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。

    [2)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化成熱量而自身升溫，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。

    (3)電磁波改變生物體內?；磻胶獾慕忉尷碚?。持有該理論的研究者認為，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，使得反府果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)。

    2從能量角度考慮，盡管微波量子能量不能破壞生物體內的共價(jià)鍵，但對氫鍵、范德華力、疏水相互作用、鹽鍵等賴(lài)以維持核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子高級結構的次級鉸具有一定的破壞作用t這些次級鍵是維持核酸、蛋白質(zhì)空間構象、生物膜結構的作用力。這些次級鍵一旦遭到破壞．將危及生物大分子的空間結構，影響其正常生理功能。

3．從細胞生物學(xué)角度分析，微波對微生物(以細菌為例)也具有生物學(xué)效應。①是細菌的細胞壁的主要成分不是纖維素，而是膚聚糖(N。乙酰葡萄糖胺與討—乙酰胞壁酸通過(guò)。l，4糖昔鍵連接而成)。特別是革蘭氏陰性茵細胞壁內蛋白質(zhì)含量較高，在微波場(chǎng)中，細胞壁發(fā)生機械性損傷，使細胞質(zhì)外漏．影響其正常生理活動(dòng)。⑦細菌的細胞膜是由肪脂和蛋白質(zhì)組成的具有選擇性的半透性膜，它是細菌細胞與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息交換的場(chǎng)所。細菌細胞內外存在著(zhù)離子濃度梯度差，如細胞內是高K‘、低Na’，而外界環(huán)境則是高Nat，低K’，這種離子梯度是由分布在細胞膜上的Nat，K’泵逆濃度梯度主動(dòng)運輸來(lái)維持的，其他的離子如(k“，細胞內外也存在著(zhù)明顯的離子濃度梯度差，內c42’泵來(lái)維持。這些生物離子泵在高頻率的微波場(chǎng)中．將不能正常發(fā)揮其生理功能。按照細胞離子通道學(xué)說(shuō)，細胞與外界聯(lián)系進(jìn)行一系列復雜的生理過(guò)程是依靠細胞膜內外電位差控制的，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，若細胞正常膜電位狀態(tài)遭到破壞，必然會(huì )影響其正常生理活動(dòng)，以致危及細菌的存活o②細菌細胞內的酶，在高頻率、強電場(chǎng)強度的微波場(chǎng)中，其功能可能紊亂或失活，特別是那些以金屬離子為輔助因子的金屬酶在微波場(chǎng)的作用下，金同離子所處的環(huán)境可能發(fā)生變化，影響這些酶的活性。④細菌細胞內沒(méi)有核膜利細胞核，只合擬核區。在擬核區內．其遺傳物質(zhì)的載體——染色體是裸露的環(huán)狀DNA，沒(méi)有或極少結合量組蛋白，其DNA雙螺旋結構中A＝丁，c＝c堿基對間的氫鍵易受到微波的沖擊而破壞。

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