微波综合效应

微波综合效应

许多研究报告表明，微波与一般加热灭菌方法相比，在一定温度下细菌死亡时间缩短或在相同条件下灭菌致死温度降低。这个事实是无法仅用热致死理论来解释的。因此，提出了微波杀菌机理的非热效应理论。在此基础上，科研人员们纷纷开展类似研究，出现了不同的解释模型。

从生物物理角度来解释微波的非热灭菌机理较易为大多数人接受，其主要模型包括：

细胞膜离子通道解释模型。按照该学说，细胞与外界联系而进行的一系列复杂的生物化学过程是依靠细胞膜上电位差约O．03—0．10V控制的，即膜电位的改变能激活开放或关闭与外界联系的通道。细菌处于高频率和强电场强度的微波场中，细胞膜电位很可能改变，其正常的生理活动功能亦将改变，以致危及细菌的存活。

    蛋白质变性解释模型。该理论指出，微生物由蛋白质、核酸物质和水等极性分子组成，这些极性分子在高频率、强电场强度的微波场中将随着微波场极性的迅速改变而引起蛋白质分子团等急剧旋转，往复振动，一方面相互间形成摩擦转成热量而自身升温，另一方面化学键受到破坏而引起蛋白质分子变性，进而破坏微生物正常生理活动功能，从而达到杀菌的目的。

    1998年，Kozempel提出了四种主要理论假设来解释非热效应：l、选择性加热理论。微生物选择性吸收电磁波，所以比周围的液体环境更热而更快就达到灭菌温度。2、电穿孔现象理论。在电磁场的作用下，在较弱的细胞膜部分穿孔，引起细胞内物质的泄漏和细胞裂解。3、细胞膜破裂理论。穿过细胞膜的电压足够使细胞膜破裂，从而导致细胞死亡。4、磁场偶联理论。用电磁场和细胞内重要分子(如蛋白质和DNA)的偶联来解释细胞的裂解。细胞内部物质在电磁场的作用下破坏，从而导致微生物死亡。

    同时有许多研究认为存在非热效应影响细菌的结构和功能，不仅是由热效应造成的。Dreyfuss等研究水浴加热和微波照射作用金黄色葡萄球菌细胞时，发现两种方法对金黄色葡萄球菌酶活性影响不同。研究数据表明，微波辐射作用金黄色葡萄球菌时，只用热效应不能解释上菌酶活性变化现象。Tajchakavit等研究了微波加热对苹果汁里的产孢微生物的破坏作用。选择酿酒酵母菌和胚芽乳杆菌进行微波和传统加热的对比试验，研究发现，在微波条件下微生物破坏明显快于水浴加热。

    Rosaspina等对解剖刀刃上牛结核杆菌和白色念珠菌污染的微波灭菌效应的研究结果表明，微波可以对这两种细菌污染的解剖刀灭菌。同时他们还进行了初步的机理研究，当用扫

描电子显微镜观察被微波辐照的细菌时，发现细菌经历了一系列变化，暴露时间越长，这样的改变越大，直至完全破裂。当用别的方法灭菌时，例如干燥加热、高温灭菌或简单的在沸水中浸入，即使细菌死亡，也未发现形态学的变化。解剖刀为金属，当微波长时间作用时温度会很高，细菌的形态变化可能与解剖刀很高的温度有关。

    采用微波辐射与水浴加热，分别对指示菌如白色葡萄球菌与枯草杆菌黑色变种芽胞悬液等作用相同时间。在一定温度条件下，杀灭率差别显著。研究结果表明，微波杀菌除热效应外， 还有非热效应。席晓莉等、吴道澄等对干湿状态的细菌进行不同强度及时间的辐照，比较其杀灭率，并同时与单纯的加热灭菌相对比，发现微波可杀灭干菌，对湿菌的杀灭也强于单纯的加热灭菌，说明微波对细菌的杀灭除热效应外还有非热效应。

    Yaghmaee等在真空条件下，使实验环境保持在49℃—64℃，使微波灭菌和水浴加热温度保持一致，以大肠杆菌为研究对象，比较三个参数：D值、z值和活化能(Ea)。结果表明，微波对大肠杆菌的破坏明显不同于水浴加热，暗示除了微波的热致死效应，还有其他因素。微波处理过程中，生物同体刚刚达到干热杀菌控制的温度时，其杀菌效果就已经明显比干热杀菌效果好，证明微波杀菌过程中存在非热效应机制。微波是通过抑制或破坏微生物细胞内与生物氧化、呼吸代谢及能量产生有关的酶的活性来导致细胞死亡的。微波能够对氢键、疏水键和范德瓦尔斯键产生作用，使其重新分配，从而改变蛋白质的构象与活性(李巧玲，2001)，这些现象说明微波辐射非热效应的存在，是微波作用于生物体上产生生物学效应的另一种重要机制。

    此外，还有研究者认为，电磁波对化学反应的非热作用导致了对生物体的“非热效应”。根据这一说法，电磁波改变了化学反应的活化能和指前因子，使得反应呈现加速和减速两种结果。由于生命过程实际上是一个动态的代谢平衡过程，时刻发生着新陈代谢生物化学反应。因此，电磁波对生化过程的影响将改变其反应速率和平衡常数，致使这样一种动态的代谢平衡过程发生紊乱，使生物体的生命受损。非热效应能量不是来自电磁波而是来自于生物体的

新陈代谢如ATP的合成与分解。