微波技术在我国有害生物检疫处理中的应用现状

上一篇 / 下一篇  2010-07-29 10:40:06

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  康芬芬 程瑜 黄庆林 魏亚东 张瑞峰 杨菲

  (天津出入境检验检疫局,天津300461)

  近年来,微波由于具有加热特性和对生物体的非热效应作用,作为有害生物的一种新型除害处理手段日益受到人们的重视。一般都认为微波的杀菌作用主要是由热效应引起的。热效应理论认为,微波具有高频特性,当它在介质内部起作用时,水、蛋白质和核酸等极性分了受到交变电场的作用会剧烈震荡,相瓦摩擦产生内热,从而导致温度升高,使微生物体内的蛋白质和核酸等分子结构变性或失活,使菌体受到损害而死亡。有的研究者在做了大量的试验后发现,微波除了热效应外,还具有某些非热效应。

  非热效应,即生物效应,指微波作为一种电磁波作用于物体时会像X-射线、y射线一样引起电离作用,导致菌体失去生理功能,使物质发生变性。1965 年,Olsen等人揭示了微波对镰刀霉分生孢子的非热效应。他们指出,微生物在微波场中比在其他介质中更易受微波作用,因此提出了微波杀菌机理的非热效应理论。在此基础上,研究人员纷纷提出了不同的解释模型,从生物物理角度来解释微波的非热效应理论较易为大多数人接受,其模型主要包括细胞膜离子通道模型、蛋白质变性模型和生物体的非热效应等。

  无论是微波技术的热效应还是非热效应起决定作用,其杀灭有害生物的效果均十分显著。目前除了被广泛应用于牛奶、酱油、肉制品、方便面、米粉制品及茶叶等食品的消毒火菌防霉处理外,还可应用于仓储、木材等其他产品的除害处理,且作为有害生物的一种新型除害处理措施越来越受到研究人员的关注。

  1微波技术杀灭仓储害虫

  应用微波技术杀灭仓储害虫具有速度快、效果好、无残毒、无污染、无余热以及操作简便等优点,是口岸旅检、邮检工作中比较理想的检疫除害处理措施。纵观国内外研究,目前有关微波处理仓储害虫的研究报道如下。

  1.1用于种子的检疫处理

  近年来,随着国际往来的日益频繁,我国进出境的种子逐年增多,且来源复杂,检疫工作人员经常在工作中检出一些仓储害虫。为了保证引进安全健康的种质资源,需要对种子等繁殖材料进行检疫处理措施。

  梁静波、陈洪俊用微波处理植物种子进行灭虫试验。试验种子选用红小豆、绿豆、豌豆,试虫选用花斑皮蠹幼虫和米象,共6个组合。从试验结果中可以得出不影响种子发芽率前提卜,各类种子与害虫组合,最适宜的处理温度和时间如下:红小豆/花斑皮蠹幼虫56~58℃/8 min,杀虫率为99.16%,发芽率为97.42%,对照组红小豆发芽率为97.5%;绿豆/花斑皮蠹幼虫57~58℃/8min,杀虫率为 99.16%,发芽率为98.25%,对照组绿豆发芽率为98%;豌豆/花斑皮蠹幼虫58℃/8 min,杀虫率为98.33%,发芽率94.5%,对照组豌豆发芽率为95%;红小豆/米象56~58℃/8min,杀虫率为100%,发芽率 97.45%,对照组红小豆发芽率97.5%;绿豆/米象57~58℃/8 min,杀虫率为100%,发芽率95.75%,对照绿豆发芽率为98%;豌豆/米象58℃/6 min,杀虫率100%,发芽率94.67%,对照组豌豆发芽率为95%。试验中还发现,处理温度在56~58^C时,不仅不会影响种子的发芽率,还能加快种子发芽的速度,增强发芽势。这与温汤浸种促进发芽的道理是一样的。微波处理种子,炉内空间及种子堆中各个点的温度略有不同,(±1~2℃)对杀虫率略有影响。

  娄巍、吕杰用微波加热技术对菜豆种子中菜豆象的卯、幼虫、蛹及新羽化的成虫进行了杀灭试验。结果发现,虫卵上面覆盖菜豆种粒的一组,卵对微波最敏感,处理1 min,温度达到53℃时100%死亡;其次是初孵幼虫和成虫,死亡率分别是56.5%和50%,当处理2 min,温度达到64℃时,各虫态全部死亡,对微波抗性较强的是蛹期。虫卵上面不覆盖菜豆种粒的一组,处理35 s,温度达到55℃,成虫死亡率为83.3%;处理45 s,温度达到60℃,死亡率92.6%;温度到65℃以上时死亡率100%。处理后未死的成虫及未解剖的种粒继续饲养观察,幼虫和蛹也能发育并羽化,成虫产卵量极少,产出的卵为瘪卵,这一结果允分说明了微波非致死温度也能抑制和影响菜豆象的繁殖能力。研究还发现,种温是影响微波杀虫效果的主要因素。种子存微波磁场作用下,种温上升速度的快慢不仅与没备有关,而且与输出功率成正比,还与种子数量、含水量及颗粒大小等因素有关。

  1.2用于小麦的杀虫处理

  栗克森、叶炳元利用家用微波技术对小麦中的谷象、谷斑皮蠹和赤拟谷盗的杀灭效果进行了研究。试验结果表明,微波处理后多数小麦种了发芽率有所提高,个别稍有降低。另外,WT值(输出功率和时间的乘积)与杀虫效果之间的关系密切,当WT值等于2 100左右(处理粮温在62.4~64.4℃)时,杀虫效果达100%,因此,WT值2 100左右可视为是微波加热杀灭谷斑皮蠹幼虫、谷象成虫和赤拟谷盗成虫的检疫处理安全值。

  国内有试验表明,微波频率为915 MHz杀虫效果需在温度高于50℃时才较好,且可与粮食干燥处理相结合,但终因生产成本高于燃煤等热空气干燥而无法推广应用。

  2微波技术处理病疫木

  由于微波所特有的高效、快速、选择性、无污染和成本低等特性,近年来,微波处理作为一种有害生物处理技术,住我国口岸检疫除害处理工作中备受重视。有关微波处理小材中有害生物的研究电取得了初步成果,尤其以天牛和松材线虫的除害处理研究居多。

  2.1杀灭天牛的研究

  将三登等人开展了刺角大牛、薄翅锯天牛和光肩星天牛的裸虫杀灭试验。研究发现,微波频率为2 450 MHz,功率为600 w时,杀灭幼虫和蛹的时间为3~10 s,成虫为3~6 s,且微波能够穿透35 cm厚的木材。

  王跃进等人为了探索微波处理作为木质包装替代处理方法的可能性,对杨树木块中的天牛进行了微波处理试验。结果表明:频率为2 450 MHz的微波能够穿透厚度为10 cm的杨树木材;当微波功率为900 w时,规格为10 cm×10 cm×10cm和10 cmX 10 cm×2.5 cm的新木块中黄斑星天牛幼虫完全死亡所需时间分别为5 min和2min;而干木块中仅需3 min和30 s。同时对微波处理引起木材温度变化和水分损失以及天牛幼虫的水分损失进行了初步研究,分析发现,不论处埋时间长短,所有幼虫的重量均减少5%左右;木材水分的减少量随着处理时间的增加而增加;十/卜水分损失量和损失率都明显低于新木;同一规格新木水分损失率随着处理时间不同,没有表现出明显的差异。

  2.2处理松材线虫病的研究

  奚小华等人进行了高频微波处理松材线虫病疫木的试验,以木段巾的松褐天牛和松材线虫死亡率达到100%且不损害木材品质为目标,探索了丁业上常用规格松木包装的最少处理时间和最适宜的微波发射量,为工业生牛产上的设备研制开发积累了相关试验参数。高频微波处理松材线虫疫木,采用适当的处理,即先用短时间大功率快速升温,后转至中等功牢保湍杀虫,可以实现既不损害疫木材质,又能达到疫木中的松褐天牛、松材线虫及其卵的杀死率100%的目标。奚小华等人的试验仞衷是探索松木包装常用厚度范围,微波处理疫木的有效性,凶而供试木块4~lO cm,规格相对较小,再加上试验设备、场地等条件限制,无法对更大规格的疫木作进一步试验。另外,供试疫木湿度大小对微波杀虫效率的影响,也未能作进一步试验,有待今后继续试验探讨。

  吾中良等人利用微波处理技术对松材线虫病疫木进行了研究,结果表明:不论木材厚薄大小,含水量多少,在微波处理炉腔内怎样堆放,以及环境温度、微波功率等因素如何变化,只要SWB--Ⅱ型隧道式微波除害处理设备显示的小材表面温度大于68℃,持续30 min,就能有效杀死松木巾的松褐天牛和松材线虫。即在保温时间30 min的条件下,该设备显示的木材表面温度68℃是100%杀死松木内的松材线虫和松褐天牛的临界控制温度。SWB--II型隧道式微波除害处理设备工艺先进,技术成熟,除害处理过程快捷、高效、安全,除害效果稳定可靠。SWB--Ⅱ型隧道式微波除害处坪设备相对于热处理成本较高(按照吾中良等人的试验设计,在不计设备折旧和维护费的情况下,1 m3松木除害处理费为75元),但通过改进可以进一步降低除害处理成本。

  蒋丽雅等人采用微波技术对松材线虫病疫木板材进行除害处理并获得成功。测定除害后板材中心温度低于50℃,板材内有松材线虫存活;板材中心温度高于50℃,板材内松材线虫全部死r:。板材中心温度低于52℃,板材内有松褐天牛幼虫存活;板材中心温度高丁52℃,板材内松褐天牛幼虫全部死亡,符合国家对松材线虫病疫木安全利用的要求。通过对相关技术指标的测试,计箅:出松材线虫和松褐天牛致死临界温度及不同厚度、湿度板材的有效处理时间。为加大保险系数,将松材线虫和松褐天牛微波除害的致死临界温度确定为55℃。处理中还发现,微波加热处理后木材有后续升温效应,升温过程约持续1 h,升温幅度2~5。C。因此,应采用将微波处理后板材堆垛保温1 h以上的方法,并可考虑试用冬季处理前预先加热提高起始温度等方法,提高微波处理效能。

  2.3在木质包装除害处理中的应用

  木质材料作为进出口货物的主要包装形式在世界范围内被广泛使用,同时它也是林木害虫在世界范围内传播和扩散的重要渠道,所以针对木质包装的检疫和除害处理成为各个国家检验检疫部门的工作重点。当前对木质包装的除害处理主要采用溴甲烷熏蒸和热处理,但因熏蒸存在严重的环境污染和二次污染问题,并且存具体操作过程中要求苛刻,需要专业技术人员、防毒设施、毒气检测设备;热处理存在升温速度慢、中心温度检测不准确等问题。而微波技术凭借其杀虫时间短、效率高、无残留、无污染、环境要求低等特点,有可能成为木质包装除害处理的一种新方法。目前,由江苏出入境检验检疫局和…东烟台枫林微波厂合作,研究微波在进出口木质包装除害处理中的应用,由其设计制造的微波处理机已申请知识产权保护,其应用范围主要是针对进出境木质包装的除害处理。由此可见,微波除害处理技术高效快捷、安仝可靠、对环境友好、先进适用,可用于一定厚度板材的检疫除害处理。

  3微波技术杀灭其他产品中的有害生物

  微波技术除了在上述领域中有所研究、应用外,在杀灭其他产品中的有害生物方面也日益受到研究者的关注。

  3.1处理土壤

  袁泉副曾报道用微波直接辐射到土壤里,可以杀灭影响农作物牛长的杂草、土壤巾的害虫和真菌等微生物。国外试验表明,微波直接辐射上壤可使甜瓜增产60%,洋葱增产35%,且不会造成环境污染。我国学者针对一种常见的苹果树腐烂病,利用微波进行类似的处理,也得到了良好的效果。

  3.2用于竹材料的杀虫防霉

  程文正、叶宇煌利用微波加热对竹材料杀虫防霉效果进行了研究。结果发现,连续波杀灭蛀虫和虫卵的时间是脉冲波的3倍,且脉冲波的平均功率比连续波低,即脉冲波的杀虫防霉效果要比连续波好得多。这是因为连续波杀虫灭菌是热效应起主要作用,需要一定的维持温度时间;脉冲波杀虫灭菌是非热效应起主要作用。试验检测结果证明了微波能量有很好的杀虫防霉效果,且从根本上解决了竹制品的两大质量问题。但是,微波的热效应和非热效应在竹料处理中应占比重、杀死生物和微生物的微波场强度,即竹料的温升及照射时间,均需要根据试验来确定。

  3.3用于茶叶、烟叶的杀菌

  杨晓萍等人曾用微波加热技术对茶叶进行处理,试验结果表明,微波加热可以在很短的时间内,在较低的温度下对茶叶内部进行杀菌,不仅灭菌效果好,而且杀菌能在外包装呈密封状念下进行,可有效地避免二次污染。

  微波除害处理是一项新技术,它具有众多其他除害处理力‘法无法比拟的优点,应在检疫处理领域深入研究,以便实际应用。同时,微波除害处理作为一项新技术新方法,目前我国对它的研究还停留在起步阶段,且在应用过程中存在受热小均、成本高等问题。进人21世纪以米,随着微波技术的日趋成熟、微波加热设备日渐精良、电力供应的改善、微波设备电子器件价格的下跌及能源比价的调整,使得微波加热设备及微波加热的直接成本有了大幅度的下降。另外,随着人们对生态环境的日益重视,也逐步认识到化学处理,尤其是溴甲烷熏蒸处理技术不再是一种环保的检疫处理措施,而微波处理囚其高效、安全、环保、无残留等特点成为替代溴甲烷熏蒸的一种可能。可以预见,微波处理技术将以其独特的优势在我国未来的检疫除害处理中有着很好的应用前景。

 


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