射線滅菌法

射線滅菌法是一種利用射線的特性破壞細菌結構來殺菌的方法。射線滅菌法主要包括輻射滅菌法、紫外線滅菌法和微波滅菌法。射線滅菌法廣泛套用於食品、臨床醫學、組織培養、製藥等領域。詞條詳細介紹了3類方法的工作原理、套用以及優缺點。

基本介紹

• 中文名：射線滅菌法
• 外文名：Ray sterilization
• 常用的射線：紫外線、電離輻射、微波
• 紫外線：波長200nm～300nm
• 電離輻射：包括γ射線、X射線和加速電子
• 涉及領域：醫學、核化學、食品生產

方法分類

射線滅菌法主要包括輻射滅菌法、紫外線滅菌法和微波滅菌法。

輻射滅菌法

原理

輻射滅菌是通過核射線照射後，微生物中的化學物質（DNA）發生了變化，使細胞活性喪失，從而達到滅菌的目的。

輻射源

分別為60Co 或137Cs的γ射線，X射線（能級≤5MeV），加速電子（能級≤10MeV）。

套用

（1）製藥殺菌

Co60-γ射線輻照滅菌是近年來發展較為迅速的一種滅菌方法。它具有穿透力強，操作簡便，速度快，可在常溫下滅菌，輻射劑量適當，不會破壞藥品的有效成分，亦不會對人產生傷害，且有滅菌後較長時間控制細菌的再增殖等優點。

（2）食品輻射（或輻照）殺菌

食品輻射（或輻照）殺菌是利用一定劑量的波長極短的電離射線進行殺菌， 放射線同位素鈷60 、銫157 產生的γ- 射線或低能加速器放射出的β- 射線對包裝食品進行輻照處理。延遲新鮮食物某些生理過程（發芽和成熟）的發展，或對食品進行殺蟲、消毒、殺菌、防霉等處理，達到延長保藏時間，穩定、提高食品質量目的的操作過程。在食品殺菌常用的射線有χ－射線、γ－射線和電子射線。電子射線主要由電子加速器中獲得，χ－射線由χ－射線發生器產生，γ－射線主要由放射性同位素獲得，常用的放射線同位素有60Co和137Cs。γ－射線的穿透力很強，適合於完整食品及各種包裝食品的內部殺菌處理，電子射線的穿透力較弱，一般用於小包裝食品或冷凍食品的殺菌，特別適用於對食品的表面殺菌處理。

優缺點

1.優點

（1）輻射殺菌技術射線穿透力強，可對預先包裝好的產品通過劑量控制和輻照工藝進行均勻徹底處理，輻照過程較易控制。

（2）可以在不破壞商品包裝和保護食品原有性狀的條件下，殺滅產品中的致病菌和寄生蟲，消除在產品生產和製備過程中可能出現的交叉污染問題。

（3）輻照處理是“冷加工”，在常溫下進行，不會引起內部溫度的升高，可以較好地保持對產品不造成影響。

2.缺點與局限性

（1）投資大：需專門設備來產生輻射線（輻射源），並提供安全防護措施，以保證輻射線不泄露；

（2）高劑量輻照下感官性狀的不良變化；

（3）接受性：由於各國的歷史、生活習慣及法規差異，世界各國允許輻照的食品種類仍差別較大，多數國家要求輻照食品在標籤上要加以特別標註。

紫外線滅菌法

原理

波長為200~300nm的紫外線都有殺菌能力，其中以260nm的殺菌力最強。在波長一定的條件下，紫外線的殺菌效率與強度和時間的乘積成正比。紫外線殺菌機理主要是因為它誘導了胸腺嘧啶二聚體的形成和DNA鏈的交聯，從而抑制了DNA的複製。 另一方面，由於輻射能使空氣中的氧電離成[O]，再使O2氧化生成臭氧（O3）或使水（H2O）氧化生成過氧化氫（H2O2）。

O3和H2O2均有殺菌作用。紫外線穿透力不大，所以，只適用於無菌室，接種箱，手術室內的空氣及物體表面的滅菌。紫外線燈距照射物以不超過1.2m為宜

紫外線殺菌原理就是通過紫外線的照射，破壞及改變微生物的DNA（脫氧核糖核酸）結構，使細菌當即死亡或不能繁殖後代，達到殺菌的目的。真正具有殺菌作用的是UVC紫外線，因為C波段紫外線很易被生物體的DNA吸收，尤以253.7nm左右的紫外線最佳。 紫外線殺菌屬於純物理消毒方法，具有簡單便捷、廣譜高效、無二次污染、便於管理和實現自動化等優點，隨著各種新型設計的紫外線燈管的推出，紫外線殺菌的套用範圍也不斷在擴大。

分類

根據生物效應的不同，將紫外線按照波長劃分為四個波段:

UVA波段，波長320～400nm，又稱為長波赫斑效應紫外線 。它有很強的穿透力，可以穿透大部分透明的玻璃以及塑膠。日光中含有的長波紫外線 有超過98%能穿透臭氧層和雲層到達地球表面，UVA可以直達 肌膚的真皮層，破壞彈性纖維和膠原蛋白纖維，將我們的皮膚曬黑。360nm波長的UVA紫外線符合昆蟲類的趨光性反應曲線，可製作誘蟲燈。300-420nm波長的UVA紫外線可透過完全截止可見光的特殊著色玻璃燈管，僅輻射出以365nm為中心的近紫外光，可用於礦石鑑定、舞台裝飾、驗鈔等場所。

UVB波段，波長275～320nm，又稱為中波紅斑效應紫外線 。中等穿透力，它的波長較短的部分會被透明玻璃吸收，日光中含有的中波紫外線大部分被臭氧層所吸收，只有不足2%能到達地球表面，在夏天和午後會特彆強烈。UVB紫外線對人體具有紅斑作用，能促進體內礦物質代謝和維生素D的形成，但長期或過量照射會令皮膚曬黑，並引起紅腫脫皮。紫外線保健燈、植物生長燈發出的就是使用特殊透紫玻璃（不透過254nm以下的光）和峰值在300nm附近的螢光粉製成。

UVC波段，波長100～275nm，又稱為短波滅菌紫外線。它的穿透能力最弱，無法穿透大部分的透明玻璃及塑膠。日光中含有的短波紫外線幾乎被臭氧層完全吸收。短波紫外線對人體的傷害很大，短時間照射即可灼傷皮膚，長期或高強度照射還會造成皮膚癌。紫外線殺菌燈發出的就是UVC短波紫外線。

UVD波段，波長小於100nm，又稱為真空紫外線。

結構

紫外線殺菌燈（UV燈）實際上是屬於一種低壓汞燈，和普通日光燈一樣，利用低壓汞蒸汽（10-2Pa）被激發後發射紫外線。不同的是日光燈的燈管採用的是普通玻璃，253.7nm紫外線不能透出來，只能被燈管內壁的螢光粉吸收後激發出可見光。如果改變螢光粉的成分和比例，它就可以發出我們通常所見的不同顏色的光。一般殺菌燈的燈管都採用石英玻璃製作，因為石英玻璃對紫外線各波段都有很高的透過率，達80%-90%，是做殺菌燈的最佳材料。殺菌燈有熱陰極低壓汞蒸氣放電燈、冷陰極低壓汞蒸氣放電燈等幾種結構，可按外型和功率分為多種類型。石英玻璃與普通玻璃在性能上有很大的差別，主要是熱膨脹係數不同，一般不能封接鋁蓋燈頭，所以殺菌燈的燈頭材質多採用膠木、塑膠或陶瓷。

種類

紫外線殺菌燈的發光譜線主要有254nm和185nm兩條。254nm紫外線通過照射微生物的DNA來殺滅細菌，185nm紫外線可將空氣中的O2變成O3(臭氧)，臭氧具有強氧化作用，可有效地殺滅細菌，臭氧的彌散性恰好可彌補由於紫外線只沿直線傳播、消毒有死角的缺點。石英玻璃在煉製的時候，如果添加足夠數量的鈦（Ti）元素，就能使透過它的紫外線在200nm以下發生截止，而對254nm紫外線透過基本無影響。適當控制鈦元素的添加量，就可有效的控制185nm紫外線的逸出量。根據這一特點， 我們可以製作低臭氧(無臭氧)、臭氧、高臭氧等三種紫外線殺菌燈管。

微波滅菌法

微波

微波( microwave, MW )是一種波長在1~ 0. 001 m、頻率介於300MHz 和300 GHz 之間的一種超高頻電磁波。其波長很短、頻率很高的電磁波，它具有：會產生顯著的反射和直線傳播、電場的振盪周期極短、穿透能力強、與物質相互作用會產生特定效應等特點。

原理

微波滅菌法：是採用微波照射產生的熱能殺滅微生物和芽孢的方法。該法適合液體和固體物料的滅菌，且對固體物料具有乾燥作用。

微波是一種高頻電磁波，對加熱的物料具有熱效應與非熱效應。微生物在強電磁波下，其代謝及遺傳過程遭到阻斷，細胞膜及遺傳物質造到破壞，從而被殺滅。其特點是在物料流過系統中特殊設計的微波處理器時，受到高強度微波作用而進行殺菌。

1.熱效應滅菌：

微波加熱時, 細菌體內的蛋白質、核酸成分等分子極性集團,在微波場下高速旋轉、振動, 一方面加熱使細菌蛋白質凝固而死亡,另一方面也可以使蛋白質、核酸變性而死亡。它主要基於介質在高頻率電磁場中被加熱的原理。一定強度的微波可讓微生物中的水分子形成電偶極性並隨電場改變而高速轉動,導致細胞膜結構破裂, 細胞分子間氫健鬆弛破壞, 同時吸收微波能升溫。由於它們是凝聚態物質, 分子間的作用力加劇了微波能向熱能的轉化,從而使體內蛋白質同時受到無極性熱運動和極性轉動兩方面的作用, 使其空間結構變化或破壞, 細胞中的蛋白質凝固而造成微生物的死亡, 因而達到滅菌的目的

2.非熱效應滅菌：

微波能的非熱效應在滅菌中起到了常規物理滅菌所沒有的特殊作用,也是造成細菌死亡的原因之一。

優點

時間短、速度快。

低溫滅菌。

均勻徹底。

節約能源。

便於控制, 易實現自動化生產。

設備簡單、工藝先進。

效果及套用

1.微波滅菌在食品業中的套用：

在20 世紀末期,國外學者已對微波滅菌在食品消毒中套用有所研究。研究表明用微波滅菌脫脂奶可代替傳統的超高溫滅菌。傳統的超高溫滅菌,雖然可以存放時間很長,但是其使牛奶質量大打折扣。用微波爐滅菌不僅可以延長牛奶的保質期, 而且色澤、口味好, 營養成分損失較少, 故微波滅菌是脫脂牛奶超高溫滅菌的極好替代方法。另外,對一些食品超市和快餐店製作或銷售漢堡包的細菌污染狀況進行檢測, 國內外各種資料顯示: 微波滅菌可以套用於食品業進行消毒滅菌。

2.微波滅菌在臨床中的套用

近年來, 微波滅菌開始在臨床工作中加以套用。在實驗操作中, 將被菌株污染的手術刀、手術剪、鋼板、螺釘、鋼針等器械 輻射時間在3~ 5 min即可完全殺滅大腸桿菌、金黃色葡萄球菌及B肝病毒。微波爐可以對手術中急需的金屬類器械實現滅菌。另外, 由於細菌污染導致同種異體骨移植所需的同種異體骨的潛在性短缺, 外國學者將受污染的股骨頭同種異體骨在家用微波爐內微波輻射2 m in後, 可以有效殺滅污染菌。用微波滅菌的骨移植價格低廉、容易使用、快捷而且能有效地處理污染骨

3.微波滅菌在組織培養中的套用

傳統的組織培養器皿需套用高壓蒸汽滅菌進行滅菌,費時費力, 不便於套用。我國學者研究表明, 微波滅菌可以代替高壓蒸汽滅菌用於組織培養器皿的消毒滅菌。用微波滅菌代替傳統的壓力蒸汽滅菌,具有滅菌時間短、操作簡便及對營養破壞作用小等特點。此外, 我國學者研究了影響微波滅菌的因素和效果, 及用液體培養基代替固體培養基培養脫毒馬鈴薯菌的方法和效果,實驗證實在組織培養中, 用家用微波爐可代替高壓蒸汽滅菌。 微波滅菌可套用於組織培養, 是一種方便快捷省時的滅菌方法。

4.微波滅菌在製藥業中的套用

藥品最忌諱污染, 而且被細菌污染的藥品還不能套用高壓蒸汽滅菌, 以防高溫破壞藥物有效成份, 進而使藥物失效。我國學者研究表明, 微波滅菌常用於處理中藥材及各種中西藥成品、保健品及生物製品的快速滅菌處理, 在滅菌同時無任何殘留物於藥品中,而且不會破壞藥物有效成份。所以微波滅菌將會成為一種對藥品無污染的滅菌新工藝。

5.微波滅菌在中藥生產中的套用

直接入藥的藥材，由於生長在細菌繁殖的環境，因此在洗藥、常規乾燥時，難以將生物與微生物或卵、蟎等清除或殺滅。因而，此種藥材即使經常規乾燥粉碎過篩後，也難以符合中國藥典所規定的雜菌指標要求，必須對其進行滅菌處理。微波用於中藥滅菌也取得良好的效果，曾用三種微波發生裝置：（1） 2450MHZ隧道式微波加熱器；（2）2450MHZ直波導微波機；（3） 2450MHZ組合波導微波機，分別對丸藥樣品進行滅菌，含菌量菌數比未處理的樣品降低74-99%。