微波加熱對微生物的亞細胞結構影響和死亡規(guī)律的研究.pdf

1、微波作為一種新型的加熱技術，廣泛用于食品的解凍、干燥、焙烤、滅酶以及殺菌等。與傳統(tǒng)熱力殺菌相比，微波殺菌具有加熱時間短、升溫速度快、加熱更均勻、對熱敏性營養(yǎng)成分和風味物質破壞少等優(yōu)點，已成為國內外食品科學與工程領域研究熱點之一。盡管微波殺菌方面的研究報道較多，但是關于微波殺菌的機理還不是很透徹。微波與生物體的相互作用是一個極其復雜的過程。目前，微波產生的熱效應作為其殺菌機理的解釋為人們廣泛接受，但微波殺菌過程中所表現出來的一些異?，F象是

2、熱效應所無法解釋的，很多學者認為微波殺菌可能還存在著非熱效應(即生物學效應)，但至今尚無定論。 為了進一步探討微波殺菌的機理，本文選取食品中常見的、同時也是典型的有害微生物一大腸桿菌(Escherichia coli，G<'->)與金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus，G<'+>)作為研究對象，利用程序控制模擬水浴升溫比較微波和水浴殺菌D值和z值，從宏觀角度考察微波的非熱效應；利用熒光分析等方法從細胞膜通透

3、性、蛋白質與核酸變性、代謝酶活變化等方面，深入亞細胞結構和分子水平研究微波處理對微生物細胞的影響，以期探尋一些可以進一步揭示微波殺菌機理的有力證據。 大腸桿菌(Escherichia coli，G<'->)與金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus，G<'+>)在微波場中的致死規(guī)律研究表明，這兩種菌的致死率隨溫度變化的曲線基本上都呈倒“S”型，但死亡情形明顯不同。大腸桿菌在55℃～65℃較窄的一段溫度范圍內致死

4、率迅速上升，在65℃以后基本保持不變，且在溫升時間內不能達到100％的致死率；而金黃色葡萄球菌的致死率隨溫度上升而逐漸增加，但與大腸桿菌相比，在同樣的溫升時間內可以表現出更高的致死率，且能夠達到100％的殺滅，說明金黃色葡萄球菌對微波更為敏感，有可能存在非熱效應。進一步考察微波功率、pH值和NaCl濃度對大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的致死率影響，發(fā)現功率對致死率的影響不顯著，pH值顯著影響微波的殺菌效果，而高濃度NaCl溶液會降低微波殺菌的

5、效果，這可能是高濃度NaCl會影響微波加熱的均勻性。 微生物細胞膜受損后可能會表現出通透性的增加，利用Fluo-3/AM作為Ca<'2+>熒光探針，可以精確檢測微波處理前后大腸桿菌和金黃色葡萄球菌細胞內Ca<'2+>濃度的變化。通過熒光分析方法研究微波處理前后細胞膜通透性的變化，結果表明經微波處理后E.coli和S.aureus胞內Fluo-3的熒光強度隨處理溫度的升高而增強，說明微波處理導致細胞膜通透性的增加，且大腸桿菌表現得

6、更為明顯。 蛋白質分子具有“內源熒光”，蛋白質、核酸的變性會使得熒光生色團充分地暴露出來。熒光實驗表明，微波處理后大腸桿菌和金黃色葡萄球菌菌體蛋白質與核酸的變性程度隨處理溫度升高而增加，兩者情形大致相同。 利用氯化碘硝基四氮唑紫(INT)和二乙酸熒光素(FDA)生物染料分別定量地測定經微波處理后活細胞內電子傳遞鏈的脫氫酶和非特異性酯酶的活性。大腸桿菌中的電子傳遞鏈的脫氫酶(ETC-DHs)和非特異性酯酶(NSE)在不同微

7、波處理溫度時，ETC-DHs的酶活先升高隨后降低，在55℃有最大值，NSE的酶活在60℃達到最大值，隨后呈下降趨勢；金黃色葡萄球菌中的非特異性酯酶(NSE)和電子傳遞鏈中脫氫酶(ETC-DHs)均隨溫度的升高呈迅速下降趨勢，特別是非特異性酯酶在超過60℃后酶活已經降到非常低的水平，這也可能是金黃色葡萄球菌比大腸桿菌表現出對微波更為敏感的原因之一。利用程序模擬水浴升溫曲線，可以在幾乎相近的條件下測定微波加熱與水浴殺菌的D值和z值，比較微波

8、與水浴加熱的殺菌效果，試圖從宏觀角度觀察微波的生物學效應。但實驗結果表明，在相同的升溫曲線下微波與水浴殺菌的D值和Z值沒有顯著差異。說明在此實驗條件下，還不足以觀察到微波殺菌的非熱效應。 通過本實驗研究，可以發(fā)現不同微生物在微波場中的死亡規(guī)律有所不同，金黃色葡萄球菌比大腸桿菌具有更高的致死率，表現出一定的非熱效應；微波處理對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌胞內電子傳遞鏈中的脫氫酶和非特異性酯酶活性的影響顯著不同，說明微波對酶活影響具有雙