一、概述

   微波殺菌是微波加熱技術(shù)功能的延伸，表現(xiàn)為微波與生物體及其組成的基本單元——細(xì)胞之間相互作用后，生物體的細(xì)胞生理活動(dòng)變化和反應(yīng)。

   與食品等行業(yè)的巴氏加熱殺菌法比較，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明微波殺菌有以下顯著特點(diǎn)：

   ⑴同樣殺菌溫度下，所需殺菌時(shí)間短；在相同殺菌條件下，菌致死的溫度比較低。

   ⑵能同時(shí)對(duì)被殺菌物料表里實(shí)施整體殺菌。極大地縮短殺菌周期，并保證殺菌工藝的一致性。

二、微波殺菌機(jī)理分析

    微波對(duì)生物體作用的結(jié)果，生物體作為極性介質(zhì)吸收微波能量后產(chǎn)生兩種效應(yīng)：熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)（也稱生物效應(yīng)）。這兩種效應(yīng)都會(huì)影響生物活動(dòng)變化和反應(yīng)。微波對(duì)生物體的熱效應(yīng)是生物體吸收微波能量在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱能（熱量），使自身溫度升高，出現(xiàn)組成生物體的蛋白質(zhì)產(chǎn)生熱變性而凝固（>50℃）的現(xiàn)象。其后果對(duì)于細(xì)菌來(lái)說(shuō)將致死，這是巴氏殺菌的理論基礎(chǔ)。就微波對(duì)生物體的熱效應(yīng)而言，這一點(diǎn)與巴氏殺菌效果是相同的。但微波輻射對(duì)生物體的影響遠(yuǎn)不止于這一點(diǎn)。

    1、微波殺菌的物理環(huán)境

    微波輻射對(duì)生物體相互作用具有雙向性，如果微波劑量超過(guò)生物體（可以是整體或者是某敏感部位的局部）耐受量閾值，都將對(duì)生物體造成傷害。但如果低于閾值，微波輻射對(duì)生物體的生理活動(dòng)卻能起到激活、催化作用。

    從哲理來(lái)說(shuō)，殺菌過(guò)程是制造一個(gè)人為環(huán)境，讓細(xì)菌處于這樣一個(gè)環(huán)境中受到影響來(lái)達(dá)到不利于細(xì)菌的生存而殺滅的目的。巴氏殺菌制造人為環(huán)境是熱力場(chǎng)（或稱溫度場(chǎng)），讓組成細(xì)菌的蛋白質(zhì)，受熱凝固終止其生命。

巴氏殺菌環(huán)境為物理性質(zhì)的。不同的殺菌溫度表明細(xì)菌處于不同熱程度的溫度場(chǎng)中得到殺滅，它反映了被殺滅的菌種或芽孢耐熱性不同。

微波殺菌的物理環(huán)境有三個(gè)：一是熱力的溫度場(chǎng)，另一為電磁力的、頻率甚高的電磁場(chǎng)。是兩種物理場(chǎng)對(duì)微生物作用，其中以電磁力場(chǎng)殺菌為主導(dǎo)作用。

2、微波殺菌機(jī)理探索

微波殺菌的機(jī)理如下所述。

 ⑴應(yīng)答說(shuō)法  即生物系統(tǒng)在一定條件下對(duì)電磁場(chǎng)的應(yīng)答干擾細(xì)菌正常生物活動(dòng)態(tài)，從而導(dǎo)致其死亡。這種說(shuō)法可以從下列實(shí)驗(yàn)事實(shí)提供佐證，1991年度生物學(xué)或醫(yī)學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者，德國(guó)馬克斯·普朗克研究所的兩位細(xì)胞理學(xué)家埃爾溫·內(nèi)爾和貝爾特·扎克曼所發(fā)現(xiàn)的“細(xì)胞離子通道”及特定功能，可以很形象地說(shuō)明細(xì)菌致死的原因。兩位學(xué)者的實(shí)驗(yàn)記錄了細(xì)胞特殊的離子通道電流及

其變化，表明外界干擾因素（例如交表磁場(chǎng)）都會(huì)妨礙細(xì)胞賴以與外界交換物質(zhì)維持正常生理活動(dòng)的離子通道的開(kāi)閉，從而出現(xiàn)細(xì)胞生理活動(dòng)的異常。

⑵極化穿說(shuō)法  細(xì)胞作為介質(zhì)，在交表電磁場(chǎng)環(huán)境中表現(xiàn)出極化現(xiàn)象。

即跟隨外加交變電磁場(chǎng)極性變化，細(xì)胞的感應(yīng)偶級(jí)矩受到力矩作用而產(chǎn)生交替方向的旋轉(zhuǎn)和摩擦生熱。與此同時(shí)，外電場(chǎng)使細(xì)胞膜滲透性發(fā)生改變，導(dǎo)致細(xì)胞膜出現(xiàn)擊穿性的破裂。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)電磁場(chǎng)輻射時(shí)間小于1μs,膜的電位低于1V時(shí)，這種擊穿是可逆轉(zhuǎn)的。但倘若受到較長(zhǎng)時(shí)間的電磁輻射，則將形成不可逆性擊穿。有學(xué)者攝得電子顯微鏡放大的啤酒酵母細(xì)胞膜破裂的照片，顯示出常規(guī)加熱使細(xì)胞膜破裂為混亂碎片，而微波輻射下細(xì)胞膜壁破裂的邊緣界面整齊，兩者間破壞的細(xì)胞膜壁狀況有明顯的差別。德國(guó)學(xué)者也實(shí)驗(yàn)指出，當(dāng)瞬間微波電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)2-20kv/m時(shí)可將細(xì)菌的細(xì)胞膜擊碎，而物料的溫度不會(huì)明顯地升高。

對(duì)于微生物的細(xì)胞來(lái)說(shuō)，組成細(xì)胞的細(xì)胞壁為保護(hù)細(xì)胞整體的生存界面，如果細(xì)胞壁受到損傷（不管何種原因，包括電磁性的損傷）而破裂，細(xì)胞內(nèi)的核酸、蛋白質(zhì)等體液滲漏體外，這對(duì)微生物都是致命的。

總之，無(wú)論是應(yīng)答說(shuō)法或者是極化擊穿說(shuō)法均反映出細(xì)胞的生理活動(dòng)，在外加微波電磁場(chǎng)環(huán)境下出現(xiàn)了異常，都是屬于電性質(zhì)的影響，為微波滅菌所特有的物理環(huán)境所造就的。它說(shuō)明微波殺菌法把常規(guī)加熱的單一物理環(huán)境改為雙重的，即熱力與電磁力性質(zhì)的物理環(huán)境，并由電磁力為主導(dǎo)作用，強(qiáng)化了殺菌作用，這足微波殺菌優(yōu)于常規(guī)加熱殺菌的根本所在。

3、微波殺菌的工藝特點(diǎn)

  與微波加熱干燥一樣，由于微波能透射入物料，故微波殺菌時(shí)對(duì)物料也是整體進(jìn)行的。與常規(guī)加熱殺菌相比，微波殺菌作用表現(xiàn)具有下列同時(shí)性：

⑴物料各部分殺菌同時(shí)性  即無(wú)論對(duì)物料表面或者是物料其他部位（包括物料內(nèi)部）都能同時(shí)得到殺菌作用。這種殺菌各部位同時(shí)性十分有利于對(duì)厚實(shí)物料如食品中的面包、月餅等殺菌和保鮮。以面包為例，常規(guī)烘烤面包自身溫度上升并不高，為60-70℃左右，其中心的殺菌溫度較低，并且中心殺菌溫度能維持時(shí)間不長(zhǎng)，常使面包內(nèi)部殺菌不徹底，因此，面包的霉變都是又內(nèi)開(kāi)始的。國(guó)內(nèi)烤制面包的新鮮度僅能維持二、三天。如果是切片面包——整形面包再加工成切片，其保鮮期更短，因?yàn)槊姘偾衅庸み^(guò)程中會(huì)受到刀具及空氣中散落的霉菌的二次污染。為此，瑞士卡洛里公司使用一臺(tái)面包微波殺菌滅菌裝置，用于切片面包的殺菌滅霉。其功率為80kw，工作頻率為2450MHz,面包片經(jīng)微波輻照幾分鐘，溫度由室溫上升到80℃，保溫處理5～6min。

國(guó)內(nèi)微波殺菌保鮮實(shí)例，例如對(duì)來(lái)夾餡面條、月餅、夾心餅（派）等也取得成功。

 物料各部位殺菌的同時(shí)性，為縮短總殺菌時(shí)間，提高殺菌質(zhì)量提供了有利條件，能避免因長(zhǎng)時(shí)間加熱殺菌影響食品品質(zhì)。特別是對(duì)不宜在較高溫度或較長(zhǎng)加熱時(shí)間情況下進(jìn)行殺菌的食品，例如，有易揮發(fā)香辛成分的姜粉、含水分較多的鮮嫩海蜇等。對(duì)于既要保持色澤、香味和口感不變等質(zhì)量要求又需要?dú)⒕奈锪?，使用微波殺菌可取得良好效果?/span>

⑵殺菌時(shí)間上的同時(shí)性。能保證對(duì)物料殺菌工藝條件實(shí)施一致，無(wú)前后滯后，顧此失彼。

4、細(xì)菌致死的定量判別

     必須指出，在殺菌過(guò)程中，菌致死具有積分效應(yīng)。眾所周知，依靠表面熱傳導(dǎo)使物料各部分升溫的前提決定了常規(guī)加熱時(shí)，物料各部位溫度升高有先后，具有有一定時(shí)間間隔，并且這段時(shí)間間隔長(zhǎng)短隨其升溫速率的快慢而變化的。因此，常規(guī)加熱殺菌過(guò)程中菌致死的環(huán)境溫度并不是一個(gè)單一溫度值，而是包括從活菌死亡的熱殺菌溫度起的整個(gè)加熱殺菌期間所經(jīng)歷的溫度。活菌在各特定溫度下致死速率（斜率值）是不等的。所以在整個(gè)加熱殺菌期間，我們無(wú)法區(qū)分確定活菌是在哪個(gè)特定溫度下、哪個(gè)時(shí)刻致死的。而實(shí)驗(yàn)檢測(cè)菌致死數(shù)值只能代表在該加熱時(shí)間段內(nèi)菌致死個(gè)數(shù)的累計(jì)值，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)表達(dá)的話，該數(shù)值只是菌致死對(duì)溫度和時(shí)間的積分效應(yīng)。從這個(gè)意義上也顯示了該菌致死積分效應(yīng)與其經(jīng)過(guò)的途徑（溫度和時(shí)間的選擇）有關(guān)，有一定的復(fù)雜性。顯然，在微波加熱物料是整體熱源的特點(diǎn)，這種積分效應(yīng)復(fù)雜性大大降低了。

    食品滅菌的概念與醫(yī)學(xué)上的滅菌是不同的，食品滅菌僅指商業(yè)要求上的滅菌，其含義是要求殺滅在正常貯藏和銷(xiāo)售期間能繁殖并導(dǎo)致食品變質(zhì)腐敗的腐敗菌、病原菌和霉素菌等，以保證食用者的衛(wèi)生健康，而不同與醫(yī)學(xué)要求的無(wú)菌。必須指出，微波殺菌法在技術(shù)上完全可以達(dá)到經(jīng)微波殺菌處理后的食品和其他物流的無(wú)菌要求，但是人們?cè)谑褂梦⒉⒕〞r(shí)還是對(duì)食品商業(yè)滅菌和醫(yī)學(xué)滅菌處理后改變或者說(shuō)不過(guò)多改變食品的風(fēng)味和品質(zhì)要求，因此，它的工藝特點(diǎn)是殺菌和保持品質(zhì)兩者兼顧，只要能達(dá)到商業(yè)殺菌要求就適可而止。但若以醫(yī)學(xué)滅菌要求設(shè)計(jì)的微波殺菌工藝，必定是以全部殺滅細(xì)菌為最終目標(biāo)而確定的

三、工業(yè)微波殺菌設(shè)備的設(shè)計(jì)

     根據(jù)客戶的需求，可設(shè)計(jì)不同的微波設(shè)備。請(qǐng)您來(lái)電咨詢。