微波殺菌機理的非熱效應

    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。01Mn等人揭示了微波對鐮刀霉芽抱的非熱效應。他們指出．微生物在微波場中比其他介質更易受微波的作用，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．及用微波和紅外線法相結合殺菌的兩項專利技術，證實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，進行了微波殺茵和傳統(tǒng)加熱試驗對比．得到兩種處理法的菌熱致死率曲線。然后從物理學角度分析微波和傳統(tǒng)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，科研人員們紛紛開展類似研究，出現了不同的解釋模型。

    1．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—0．10 v)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。細菌處于如此高的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。

    (2)蛋白質變性解釋模型。該理論指出．微生物由蛋白質、核酸物質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分子團等急劇旋轉，往復振動，一方面相互間形成摩擦轉化成熱量而自身升溫，另一方面化學鍵受到破壞而引起蛋白質分子變性，進而破壞微生物正常生理活動功能，從而達到殺菌的目的。

    (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，電磁波對化學反應的非熱作用導致了對生物體的“非熱效應”。根據這一說法，電磁波改變了化學反應的活化能和指前因子，使得反府果現加速和減速兩種結果。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，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)。

    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鍵，但對氫鍵、范德華力、疏水相互作用、鹽鍵等賴以維持核酸、蛋白質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．從細胞生物學角度分析，微波對微生物(以細菌為例)也具有生物學效應。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。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含量較高，在微波場中，細胞壁發(fā)生機械性損傷，使細胞質外漏．影響其正常生理活動。⑦細菌的細胞膜是由肪脂和蛋白質組成的具有選擇性的半透性膜，它是細菌細胞與外界環(huán)境進行物質、能量、信息交換的場所。細菌細胞內外存在著離子濃度梯度差，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’泵逆濃度梯度主動運輸來維持的，其他的離子AIb2’，細胞內外也存在著明顯的離子濃度梯度差，內c42’泵來維持。這些生物離子泵在高勿李的微波場中．將不能正常發(fā)揮其生理功能。按照細胞離子通道學說，細胞與外界聯(lián)系進行一系列復雜的生理過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(開放)或關簡與外界聯(lián)系的通道，若細胞正常膜電位狀態(tài)遭到破壞，必然會影響其正常生理活動，以致危刀細菌的存活。②細菌細胞內的酶，在高頻率、強電場強度的微波場中，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細菌細胞內沒有核膜利細胞核，只合擬核區(qū)。在擬核區(qū)內，其遺傳物質的載體——染色體是裸露的環(huán)狀DNA，沒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。