微波殺菌機(jī)理

微波殺菌機(jī)理

    微波對(duì)細(xì)菌、霉菌、酵母、真菌和酶具有殺滅作用是確認(rèn)的，擔(dān)其殺菌機(jī)理卻眾說(shuō)紛紜，大致有熱效應(yīng)和生物學(xué)效應(yīng)（非熱效應(yīng)）兩種.前者認(rèn)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(rèn)為除了熱效應(yīng)外，更主要的是其生物學(xué)效 應(yīng)，加速了微生物的死亡過(guò)程。

非熱效應(yīng)觀點(diǎn)認(rèn)為，細(xì)菌、酵母等生物細(xì)胞都是由水、蛋 白質(zhì)、碳水化合物、脂肪和無(wú)機(jī)物等復(fù)雜化合物構(gòu)成的一種 凝聚態(tài)介質(zhì)。其中水是生物細(xì)咆的主要成分，含量為75%? 85%，細(xì)菌的種神生理活動(dòng)都必須有水參加才能進(jìn)行。如細(xì)菌的生長(zhǎng)、繁殖過(guò)程，對(duì)種種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收要通過(guò)細(xì)胞質(zhì)的擴(kuò)散、滲透及吸附作用來(lái)完成，這些作用都須以水為介質(zhì) 方能進(jìn)行。在一定強(qiáng)度微波場(chǎng)的作用下，食品中的菌體也會(huì) 因自身水分極化而同時(shí)吸收微波能升溫。由于它們是凝聚態(tài) 介質(zhì)，分子間的強(qiáng)作用力加強(qiáng)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(shí)受到無(wú)極性熱運(yùn)動(dòng)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(dǎo)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(xì)胞失去生物活性，這就是微波滅菌的機(jī)理。

國(guó)外在六七十年代對(duì)微波滅菌機(jī)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(xiàng)專利技術(shù)，目前，微波 的生物效應(yīng)也是研究的基礎(chǔ)問(wèn)題之一。 ‘

細(xì)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(xì)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(lái)杏定微波的生物學(xué)效應(yīng)。因?yàn)榧?xì)菌的存活是 —個(gè)復(fù)雜的生態(tài)生理活動(dòng)，需考慮異常生態(tài)環(huán)境（高頻率強(qiáng) 電場(chǎng)強(qiáng)度的微波場(chǎng)）對(duì)其生理活動(dòng)的影響。

從生物物理學(xué)角度來(lái)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(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度的微波 場(chǎng)中將被極化，并隨著微波場(chǎng)極性的迅速改變而引起蛋白質(zhì) 分子基團(tuán)等電性質(zhì)變化，往復(fù)顫動(dòng)。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(jià)鍵，但對(duì)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(jí)結(jié)構(gòu)〈空間構(gòu) 象）的次級(jí)鍵具有一定的破壞作用。這些次級(jí)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(jí)鍵一旦遭到破壞，將危 及生物大分子高級(jí)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(xué)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(fù)制、轉(zhuǎn)移、合成、修飾等活動(dòng)，進(jìn)一步證實(shí)了微波殺菌過(guò)程中存在生物學(xué)效應(yīng)。

②食品科學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)食品中常見的酶類對(duì)微波較為敏感。

我們以稻米和小麥為例闡述這一問(wèn)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(wú)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(shì)基本一致，說(shuō)明酶對(duì)微波敏感。

③從細(xì)胞生物學(xué)角度分析，微波對(duì)微生物（以細(xì)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(xì)菌的細(xì)胞壁的主要成分不是纖維素，而是肽聚糖 ，細(xì)菌壁內(nèi)蛋白質(zhì)含 量較高，在微波場(chǎng)中，細(xì)胞壁可以發(fā)生機(jī)械性損傷，使細(xì)胞 內(nèi)物質(zhì)外漏，影響其正常生理活動(dòng)。

在國(guó)內(nèi)，已有學(xué)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(duì) 啤酒酵母細(xì)胞壁破壞的裂 縫界面整齊，而用巴氏加熱 滅菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞整體 均破裂成混亂的碎片，兩者 被破壞細(xì)胞狀況有明顯的 不同，這說(shuō)明微波對(duì)細(xì)菌致 死的過(guò)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(xì)菌的細(xì)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(xì)菌細(xì)胞與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量、信 息交換的場(chǎng)所。

    細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)外存在著離子濃度梯虔差（動(dòng)、植物細(xì)胞亦然〉。

按照細(xì)胞離子通道學(xué)說(shuō)，細(xì)胞與外界聯(lián)系而進(jìn)行的一系 列復(fù)雜的生理過(guò)程是依靠細(xì)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(xì)胞 正常膜電位狀態(tài)遭到破壞，必然會(huì)影響其正常的生理活動(dòng)，以 致危及細(xì)菌的存活。

三是細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的酶(包括位于細(xì)胞膜上的酶及細(xì)胞質(zhì)， 細(xì)胞核內(nèi)的酶〕，在髙頻率、強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度的微波場(chǎng)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(chǎng)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(duì)大腸菌群的作用效果從以上分析中可以認(rèn)為微波殺菌的機(jī)理是：在熱效應(yīng)的 基礎(chǔ)上，影響核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的高級(jí)結(jié)構(gòu)，干擾漱生物正常生理活動(dòng)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。