微波綜合效應(yīng)

微波綜合效應(yīng)

許多研究報(bào)告表明，微波與一般加熱滅菌方法相比，在一定溫度下細(xì)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(jī)理的非熱效應(yīng)理論。在此基礎(chǔ)上，科研人員們紛紛開(kāi)展類(lèi)似研究，出現(xiàn)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(jī)理較易為大多數(shù)人接受，其主要模型包括：

細(xì)胞膜離子通道解釋模型。按照該學(xué)說(shuō)，細(xì)胞與外界聯(lián)系而進(jìn)行的一系列復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程是依靠細(xì)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(xì)菌處于高頻率和強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度的微波場(chǎng)中，細(xì)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(xì)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(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度的微波場(chǎng)中將隨著微波場(chǎng)極性的迅速改變而引起蛋白質(zhì)分子團(tuán)等急劇旋轉(zhuǎn)，往復(fù)振動(dòng)，一方面相互間形成摩擦轉(zhuǎn)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(dá)到殺菌的目的。

    1998年，Kozempel提出了四種主要理論假設(shè)來(lái)解釋非熱效應(yīng)：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(dá)到滅菌溫度。2、電穿孔現(xiàn)象理論。在電磁場(chǎng)的作用下，在較弱的細(xì)胞膜部分穿孔，引起細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的泄漏和細(xì)胞裂解。3、細(xì)胞膜破裂理論。穿過(guò)細(xì)胞膜的電壓足夠使細(xì)胞膜破裂，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。4、磁場(chǎng)偶聯(lián)理論。用電磁場(chǎng)和細(xì)胞內(nèi)重要分子(如蛋白質(zhì)和DNA)的偶聯(lián)來(lái)解釋細(xì)胞的裂解。細(xì)胞內(nèi)部物質(zhì)在電磁場(chǎng)的作用下破壞，從而導(dǎo)致微生物死亡。

    同時(shí)有許多研究認(rèn)為存在非熱效應(yīng)影響細(xì)菌的結(jié)構(gòu)和功能，不僅是由熱效應(yīng)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(xì)胞時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩種方法對(duì)金黃色葡萄球菌酶活性影響不同。研究數(shù)據(jù)表明，微波輻射作用金黃色葡萄球菌時(shí)，只用熱效應(yīng)不能解釋上菌酶活性變化現(xiàn)象。Tajchakavit等研究了微波加熱對(duì)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(tǒng)加熱的對(duì)比試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)，在微波條件下微生物破壞明顯快于水浴加熱。

    Rosaspina等對(duì)解剖刀刃上牛結(jié)核桿菌和白色念珠菌污染的微波滅菌效應(yīng)的研究結(jié)果表明，微波可以對(duì)這兩種細(xì)菌污染的解剖刀滅菌。同時(shí)他們還進(jìn)行了初步的機(jī)理研究，當(dāng)用掃

描電子顯微鏡觀察被微波輻照的細(xì)菌時(shí)，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌經(jīng)歷了一系列變化，暴露時(shí)間越長(zhǎng)，這樣的改變?cè)酱?，直至完全破裂。?dāng)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(xì)菌死亡，也未發(fā)現(xiàn)形態(tài)學(xué)的變化。解剖刀為金屬，當(dāng)微波長(zhǎng)時(shí)間作用時(shí)溫度會(huì)很高，細(xì)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(duì)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。研究結(jié)果表明，微波殺菌除熱效應(yīng)外， 還有非熱效應(yīng)。席曉莉等、吳道澄等對(duì)干濕狀態(tài)的細(xì)菌進(jìn)行不同強(qiáng)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(duì)比，發(fā)現(xiàn)微波可殺滅干菌，對(duì)濕菌的殺滅也強(qiáng)于單純的加熱滅菌，說(shuō)明微波對(duì)細(xì)菌的殺滅除熱效應(yīng)外還有非熱效應(yīng)。

    Yaghmaee等在真空條件下，使實(shí)驗(yàn)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(duì)象，比較三個(gè)參數(shù)：D值、z值和活化能(Ea)。結(jié)果表明，微波對(duì)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(yīng)，還有其他因素。微波處理過(guò)程中，生物同體剛剛達(dá)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(yīng)機(jī)制。微波是通過(guò)抑制或破壞微生物細(xì)胞內(nèi)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(dǎo)致細(xì)胞死亡的。微波能夠?qū)滏I、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(gòu)象與活性(李巧玲，2001)，這些現(xiàn)象說(shuō)明微波輻射非熱效應(yīng)的存在，是微波作用于生物體上產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)的另一種重要機(jī)制。

    此外，還有研究者認(rèn)為，電磁波對(duì)化學(xué)反應(yīng)的非熱作用導(dǎo)致了對(duì)生物體的“非熱效應(yīng)”。根據(jù)這一說(shuō)法，電磁波改變了化學(xué)反應(yīng)的活化能和指前因子，使得反應(yīng)呈現(xiàn)加速和減速兩種結(jié)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)生著新陳代謝生物化學(xué)反應(yīng)。因此，電磁波對(duì)生化過(guò)程的影響將改變其反應(yīng)速率和平衡常數(shù)，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(yīng)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。