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間縮短或在相同條件下滅菌致死溫度降低。這個事實是無法僅用熱致死理論來解釋的。因此，提出了微波殺菌機理的非熱效應理論。在此基礎上，科研人員們紛紛開展類似研究，出現(xiàn)了不同的解釋模型。

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

細胞膜離子通道解釋模型。按照該學說，細胞與外界聯(lián)系而進行的一系列復雜的生物化學過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放或關閉與外界聯(lián)系的通道。細菌處于高頻率和強電場強度的微波場中，細胞膜電位很可能改變，其正常的生理活動功能亦將改變，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、強電場強度的微波場中將隨著微波場極性的迅速改變而引起蛋白質(zhì)分子團等急劇旋轉(zhuǎn)，往復振動，一方面相互間形成摩擦轉(zhuǎn)成熱量而自身升溫，另一方面化學鍵受到破壞而引起蛋白質(zhì)分子變性，進而破壞微生物正常生理活動功能，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，所以比周圍的液體環(huán)境更熱而更快就達到滅菌溫度。2、電穿孔現(xiàn)象理論。在電磁場的作用下，在較弱的細胞膜部分穿孔，引起細胞內(nèi)物質(zhì)的泄漏和細胞裂解。3、細胞膜破裂理論。穿過細胞膜的電壓足夠使細胞膜破裂，從而導致細胞死亡。4、磁場偶聯(lián)理論。用電磁場和細胞內(nèi)重要分子(如蛋白質(zhì)和DNA)的偶聯(lián)來解釋細胞的裂解。細胞內(nèi)部物質(zhì)在電磁場的作用下破壞，從而導致微生物死亡。

    同時有許多研究認為存在非熱效應影響細菌的結(jié)構(gòu)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，發(fā)現(xiàn)兩種方法對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，只用熱效應不能解釋上菌酶活性變化現(xiàn)象。Tajchakavit等研究了微波加熱對蘋果汁里的產(chǎn)孢微生物的破壞作用。選擇釀酒酵母菌和胚芽乳桿菌進行微波和傳統(tǒng)加熱的對比試驗，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的研究結(jié)果表明，微波可以對這兩種細菌污染的解剖刀滅菌。同時他們還進行了初步的機理研究，當用掃

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

    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)的細菌進行不同強度及時間的輻照，比較其殺滅率，并同時與單純的加熱滅菌相對比，發(fā)現(xiàn)微波可殺滅干菌，對濕菌的殺滅也強于單純的加熱滅菌，說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，比較三個參數(shù)：D值、z值和活化能(Ea)。結(jié)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。微波處理過程中，生物同體剛剛達到干熱殺菌控制的溫度時，其殺菌效果就已經(jīng)明顯比干熱殺菌效果好，證明微波殺菌過程中存在非熱效應機制。微波是通過抑制或破壞微生物細胞內(nèi)與生物氧化、呼吸代謝及能量產(chǎn)生有關的酶的活性來導致細胞死亡的。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，電磁波對化學反應的非熱作用導致了對生物體的“非熱效應”。根據(jù)這一說法，電磁波改變了化學反應的活化能和指前因子，使得反應呈現(xiàn)加速和減速兩種結(jié)果。由于生命過程實際上是一個動態(tài)的代謝平衡過程，時刻發(fā)生著新陳代謝生物化學反應。因此，電磁波對生化過程的影響將改變其反應速率和平衡常數(shù)，致使這樣一種動態(tài)的代謝平衡過程發(fā)生紊亂，使生物體的生命受損。非熱效應能量不是來自電磁波而是來自于生物體的

新陳代謝如ATP的合成與分解。