微波殺菌機理

    微波對細菌、霉菌、酵母、真菌和酶具有殺滅作用是確認的，擔其殺菌機理卻眾說紛紜，大致有熱效應和生物學效應（非熱效應）兩種.前者認為微波能在微生物體內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱能，使其本身溫度升高，從而使體內(nèi)蛋白質(zhì)發(fā)生熱變性凝固致死。而后者認為除了熱效應外，更主要的是其生物學效 應，加速了微生物的死亡過程。

非熱效應觀點認為，細菌、酵母等生物細胞都是由水、蛋 白質(zhì)、碳水化合物、脂肪和無機物等復雜化合物構(gòu)成的一種 凝聚態(tài)介質(zhì)。其中水是生物細咆的主要成分，含量為75%? 85%，細菌的種神生理活動都必須有水參加才能進行。如細菌的生長、繁殖過程，對種種營養(yǎng)物質(zhì)的吸收要通過細胞質(zhì)的擴散、滲透及吸附作用來完成，這些作用都須以水為介質(zhì) 方能進行。在一定強度微波場的作用下，食品中的菌體也會 因自身水分極化而同時吸收微波能升溫。由于它們是凝聚態(tài) 介質(zhì)，分子間的強作用力加強了微波能向熱能的能量轉(zhuǎn)化，從 而使體內(nèi)蛋白質(zhì)同時受到無極性熱運動和極性轉(zhuǎn)變兩方面的 作用，使其空間結(jié)構(gòu)變化或破壞而導致變性。蛋白質(zhì)變性后， 其溶解度、粘度、膨脹性、滲透性、穩(wěn)定性都已發(fā)生明顯變 化，從而使細胞失去生物活性，這就是微波滅菌的機理。

國外在六七十年代對微波滅菌機理與技術(shù)的研究、開發(fā) 很活躍，并在70年代初使用微波法和蒸汽法相結(jié)合殺菌及用 微波和紅外線相結(jié)合殺菌而取得兩項專利技術(shù)，目前，微波 的生物效應也是研究的基礎問題之一。 ‘

細菌是一種生物體系，它們的生存可能在許多方面受到 制約，所以，細菌致死原因不能單純地用能量多少以及能否 拆開9-90鍵來杏定微波的生物學效應。因為細菌的存活是 —個復雜的生態(tài)生理活動，需考慮異常生態(tài)環(huán)境（高頻率強 電場強度的微波場）對其生理活動的影響。

從生物物理學角度來看，組成微生物的蛋白質(zhì)、核酸等 生物大分子和水作為極性分子在高頻率、強電場強度的微波 場中將被極化，并隨著微波場極性的迅速改變而引起蛋白質(zhì) 分子基團等電性質(zhì)變化，往復顫動。它們同樣能將微波轉(zhuǎn)換 成熱能而自身溫度升高，電性、能量的變化將引起蛋白質(zhì)等生物大分子變性。

從能量的角度考慮，盡管微波量子能量不能破壞生物體 內(nèi)的共價鍵，但對氫鍵、范德華力、疏水相互作用力、鹽鍵 等賴以維持核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子高級結(jié)構(gòu)〈空間構(gòu) 象）的次級鍵具有一定的破壞作用。這些次級鍵是維持核酸、 蛋白質(zhì)空間構(gòu)象、生物膜結(jié)構(gòu)的作用力，甚至可以稱為是維 持生物系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的作用力。這些次級鍵一旦遭到破壞，將危 及生物大分子高級結(jié)構(gòu)，影響其正常的生理功能。以下是幾 方面的研究結(jié)果：

    ①醫(yī)學方面的研究發(fā)現(xiàn)微波能可以影響遺傳物質(zhì)DNA的含量，干擾其正常的復制、轉(zhuǎn)移、合成、修飾等活動，進一步證實了微波殺菌過程中存在生物學效應。

②食品科學的研究發(fā)現(xiàn)食品中常見的酶類對微波較為敏感。

我們以稻米和小麥為例闡述這一問題，先看看關(guān)于稻米 中的研究。經(jīng)微波處理后稻米中的酶，例如脫支酶，無論是總 酶活力、活性酶活力或抑制酶活力均明顯下^降，且不同品種稻 米下降的趨勢基本一致，說明酶對微波敏感。

③從細胞生物學角度分析，微波對微生物（以細支酶活力的下降可能是由微波處理直接造成了酶蛋白的變 性，所以經(jīng)微彼處理后淀粉酶總酶及?淀粉酶活力明顯下降。

   一是細菌的細胞壁的主要成分不是纖維素，而是肽聚糖 ，細菌壁內(nèi)蛋白質(zhì)含 量較高，在微波場中，細胞壁可以發(fā)生機械性損傷，使細胞 內(nèi)物質(zhì)外漏，影響其正常生理活動。

在國內(nèi)，已有學者從用 電子顯微鏡技術(shù)攝得的照 片上清晰看到：用微波法對 啤酒酵母細胞壁破壞的裂 縫界面整齊，而用巴氏加熱 滅菌的細胞壁和細胞整體 均破裂成混亂的碎片，兩者 被破壞細胞狀況有明顯的 不同，這說明微波對細菌致 死的過程與傳統(tǒng)加熱致死 極不相同，雖然它們的后果 是一樣的。

二是細菌的細胞膜是由磷脂和蛋白質(zhì)組成的具有選擇性 的半透性薄膜，它是細菌細胞與外界環(huán)境進行物質(zhì)、能量、信 息交換的場所。

    細菌細胞內(nèi)外存在著離子濃度梯虔差（動、植物細胞亦然〉。

按照細胞離子通道學說，細胞與外界聯(lián)系而進行的一系 列復雜的生理過程是依靠細胞膜內(nèi)外電位差控制的，即膜電 位的改變能激活（開放〉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，必然會影響其正常的生理活動，以 致危及細菌的存活。

三是細菌細胞內(nèi)的酶(包括位于細胞膜上的酶及細胞質(zhì)， 細胞核內(nèi)的酶〕，在髙頻率、強電場強度的微波場中，例如前 述的那樣，其功能可能紊亂或失活，特別是那些以金屬離子 為輔助因子的全酶，在微波場作用下，金屬離子所處的微環(huán)境可能發(fā)生變化，影響這 些酶的活性。

因此，微波可以有效滅菌，微波對大腸菌群的作用效果從以上分析中可以認為微波殺菌的機理是：在熱效應的 基礎上，影響核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的高級結(jié)構(gòu)，干擾漱生物正常生理活動而起殺滅作用9但亦有美中不足，它不 能像紫外線那樣具有顯著的“冷殺菌”效果。