物理除害处理方法

第二节　物理除害处理方法

物理处理是利用高温、低温、微波、高频等方法达到杀灭有害生物的目的。物理处理方法兼有杀菌、杀虫效果，具有良好的应用前景。

一、热处理

对各类种子、苗木、水果、食品热处理是利用物理加热产生的热能杀灭有害生物从而达到除害效果。因其无化学残留和环保安全的特点，受到了越来越广泛的关注。热处理可分为热空气处理和热水处理两种，其中热空气处理又可分为蒸汽热处理和干热处理。也有的人将热处理分为干热处理和湿热处理，其中湿热处理包括蒸汽热处理和热水处理。

1.蒸汽热处理

蒸汽热处理是以饱和空气湿度（或空气湿度接近100％）进行处理，以冷凝和对流方式传热，使被处理的检疫物均匀而迅速地升温，到达要求的温度后维持一定的时间，以杀死种子、苗木及各类农产品携带的病原菌和害虫。

（1）蒸汽热处理的设施蒸汽热处理的关键是能产生达到饱和状态的蒸汽和可控制温度。因此该项措施需在密闭的蒸汽热处理室中进行，其主要配套设施包括：

①热饱和蒸汽发生装置这一装置应能按规定要求自动控制输出的蒸汽温度，蒸汽的输出量应能使室内的检疫物应在规定时间内达到规定的温度。

②蒸汽分配管和气体循环风扇蒸汽分配管将蒸汽均匀地分配到室内任何一个检疫物品的货位，循环风扇则使室内蒸汽处于均一状态，使蒸汽热量均匀地被处理物吸收。

③温度监测系统温度监测系统包括多个温度传感器，温度传感器均匀分布在室内空间各个点。当处理水果时，传感器的探头插入水果的内部，通过温度显示仪可以了解处理过程中室内各点的水果果肉温度动态。

此外，热处理完毕，要求迅速降温和除湿，因此蒸汽热处理的附属设施还应包括降温水槽和去湿机等。

（2）蒸汽热处理的应用蒸汽热处理目前在危害水果和蔬菜的实蝇类有害生物的检疫除害处理中得到较广泛的应用。如我国输日荔枝即采用蒸汽热处理与低温处理相结合的处理技术，来杀灭其中的实蝇。方法是，先将荔枝果肉温度升至30℃，再在50min内使荔枝果肉温度从30℃上升到41℃，然后使果肉温度继续上升到46.5℃（此时库内饱和水蒸气温度在46.6℃或以上）并维持10min。蒸汽热处理完毕，立即将荔枝过冰水槽降温，进入冷库并整齐堆放，按要求安插温度探针，关闭冷库门，且必须在6h之内使其果肉温度下降到2℃，并在2℃或2℃以下冷藏40h。采用这种处理方法可将处理荔枝果实中的实蝇卵和幼虫全部杀死。在对来自夏威夷的甜柿椒、茄子、木瓜、菠萝、西红柿和南瓜进行蒸汽热处理杀灭地中海实蝇和瓜实蝇时，采取的方法是，以饱和水蒸气升温，使果心温度达到44.4℃，并保持该温度8～7.5h，然后迅速冷却。

我国出口到日本的饲料用稻草也是采用蒸汽热处理。处理设施为消毒车间，其内设置真空蒸汽处理器，处理器能满足各项处理指标的要求，车间内配备自动温度记录仪，可以记录每分钟温度的变化。处理前将统一规格的草捆装在特制的框架中，草捆和草捆之间间隔至少3cm。草捆装入处理器后，将校对过的感温探头插入指定的草捆几何中心位置和处理器空间，然后将处理器抽真空至9.6×10⁴Pa（720mmHg），充入蒸汽使空间温度达到100℃，处理5min后，观察内部温度变化情况。如果内部升温慢则重复以上过程，当内部温度达到86℃以上4min或达到80℃以上10min后，开始抽真空15min。采用这种方法可以杀灭稻草中携带的所有害虫和病原物。

蒸汽热处理对种子发芽的不良影响一般较小。柑橘种子用54～56℃湿热空气处理10～60min，能杀死种子内部带有的黄龙病菌、溃疡病菌和疮痂病菌等。在达到同样处理效果和保证植物存活率的情况下，处理温度愈高，所需时间愈短。如蒸汽热处理杀灭甘蓝的菌核病菌，60℃需处理90min，而65.5℃仅需处理40min。

2.干热处理

干热处理是在非饱和的湿度下进行热处理，以对流的方式传热。干热处理一般在烤炉或烤箱里进行。这种方法的关键是使受处理的材料内部达到特定的温度，并保持到需要的处理时间。当被处理物内部温度达到处理温度时，开始计算处理时间。

干热处理主要用于蔬菜种子的处理，对多种种传病毒、细菌和真菌都有除害效果。处理时需严格控制温度，不同作物的种子耐热性有明显差异，处理不当就可能降低种子萌发率。一般而言，豆科作物种子不宜干热消毒处理，含水量高的种子受害较重，应先经过预热干燥再行处理。有人对在70℃干热处理4d的各类种子进行萌发率测定，发现种子耐热性强的有番茄、辣椒、茄子、黄瓜、甜瓜、甘蓝、芜菁、西瓜、白菜、韭菜、菠菜、莴苣、豌豆等，耐热性较弱的有菜豆、花生、蚕豆和大豆等。

干热法还用于原粮、饲料、面粉、包装袋、干花、草制品和土壤等的处理，能有效地杀死害虫、线虫、病菌和其他有害生物。如我国用干热法处理小麦原粮和加工后的下脚料可杀死小麦矮腥黑穗病菌的厚垣孢子。

干热空气处理因其安全、环保、有效，近年来在全球木质包装检疫工作中得到了广泛的运用，澳大利亚、加拿大、美国、中国等国家先后制定了本国的木质包装热处理技术指标。2002年3月，国际植物保护公约组织第15号出版物《木质包装材料管理国际准则》，统一了木质包装热处理的技术指标，即木材中心温度达到56℃，持续处理时间不少于30min。

3.热水浸泡处理

热水浸泡处理在水果、蔬菜、鳞球茎等携带的昆虫、线虫和真菌病害除害处理有广泛的应用。处理时采用的温度与时间的组合要求既能杀死目标生物又不超出处理材料的耐受范围，应严格控制水温，并确保所有植物材料内部达到所要求的温度。热水处理结束后，应立即将处理材料从容器中取出，使其冷却和晾干表面的水分。

此外，在热处理的水中有时要求加人杀菌剂或湿润剂，提高其效果。在鳞茎的热水处理中，加入适量的甲醛，可作为杀线虫剂杀死游离在水槽中的自由线虫。

处理的水温与时间组合取决于植物材料的类型和杀灭对象时热的耐受力。

（1）水果的热水处理在水果的热水处理中，所需的处理时间长短取决于水温、热水的循环情况、水果的大小、成熟度和物理特性等。如我国推荐使用的热水处理芒果地中海实蝇和按实蝇属害虫的时间，就是根据芒果的产地、果形及果实大小的不同而有所不同（表8-1）。

表8-1　芒果实蝇热水处理推荐方法和指标

（2）鳞球茎等繁殖材料热水处理热水处理是杀灭各种鳞球茎、块根、块茎及某些果树苗木等繁殖材料各类线虫的常用方法。我国推荐使用的部分植物种类的线虫处理方法和指标见表8-2。

（3）种子热水处理用热水处理种子，也称温汤浸种，可有效铲除种子内部携带的病菌。我国在清朝乾隆年间就已广泛使用热水处理棉花种子的方法，现已在水稻、小麦等作物种子处理中应用广泛。采用这种方法能杀灭小麦种子内部的黑穗病菌、水稻的稻瘟病菌和白叶枯病菌、棉花的炭疽病菌、立枯病菌、黄萎病菌、枯萎病菌等。温汤浸种包括预浸、预热、浸种和冷却干燥几个步骤。先用冷水浸渍种子4～12h，即可排除种胚和种皮间的空气有利热传导，同时刺激种内休眠菌丝体恢复生长，降低其耐热性；然后将种子放在低于处理温度约10℃的热水中1～2min；再在适当温度的热水中处理一定的时间，处理完毕后在室

表8-2　鳞球茎、块根、块茎等繁殖材料热水处理方法

温冷却和干燥。部分植物种子热水处理法的对象和指标见表8-3。

表8-3　水稻、小麦、蔬菜种子热水处理方法

注：本表数据引自《植物病害检疫学》（洪霓，高必达，科学出版社，2005）。

二、低温处理

根据处理时温度条件的不同，低温处理可分为速冻处理和冷藏处理。其中速冻处理是指在-17℃和以下的温度对商品急速冷冻处理一定的时间，然后在不低于-6℃的温度条件下保持一定的时间。速冻可有效地杀死各种害虫，适合于处理水果和蔬菜的害虫。

冷藏处理是在接近0℃左右的温度进行除害处理，常用的处理设施为冷藏库或冷藏室。各种蔬菜和水果等要求保鲜度高的植物和植物产品多适于冷储藏处理。温度直接影响害虫、线虫和动物的活动。在正常温度下，这些生物的生理代谢处于活跃状态，当温度下降至一定程度时，逐渐进入冷昏迷状态，代谢速度变慢，生理功能失调和新陈代谢的破坏，最终导致死亡。这种方法对热带果实的实蝇类害虫的除害很有效。水果冷藏处理除了可杀灭实蝇外，还要求保持水果本身特有的风味品质不受影响。由于进出口水果一般需要冷藏保鲜，因此，利用冷藏集装箱在水果运输途中进行冷处理，成为很多国家解决实蝇问题的最有效的经济途径。冷处理的操作与技术指标一般由贸易双方检验检疫部门在双边议定书中详细规定，因处理对象不同而有所不同。一般而言，针对同一处理对象处理温度越高要求的时间越长。以我国出口美国荔枝为例，荔枝装入冷柜之前，果肉温度要求在4℃或以下温度。1℃或以下温度连续处理15d，或者1.39℃或以下温度连续处理18d。各种实蝇的除害处理温度及时间要求如表8-4。

表8-4　各种实蝇的冷藏除害处理技术指标

三、辐照处理

1.辐照处理概况

辐照处理是以丫射线、电子加速器产生的电子射线或X射线作为高能射线进行杀虫灭菌。自1995年世界和平利用原子能大会以来，各国在食品、新鲜水果蔬菜、木材、医疗用品等领域开展了辐照处理技术研究，并取得了长足进展。1983年食品法典委员会（CAC）推荐的“辐照食品国际通用标准”中要求食品辐照的最高剂量为10kgy，这种剂量在对食品起灭菌、杀虫作用的同时，不会对食品造成毒性危害。经过联合国粮农组织、国际原子能机构、世界卫生组织和各国科技界几十年的共同努力，世界上已有40多个国家批准辐照食品。2000年美国批准了猪、牛、羊、鸡等辐照技术，对辐照技术在世界的应用产生了极大的影响。我国自1985年开始进行食品辐照研究以来，先后开展了对粮食、蔬菜、水果、肉、鱼、蛋类的辐照研究。1994年卫生部批准了18种辐照食品的卫生标准，2002年国家质检总局颁布了17个食品辐照的加工工艺标准。1994年，世界卫生组织、国际原子能机构等国际组织批准了食品的辐照方法。2003年4月，IPPC通过了《辐照作为植物检疫措施的准则》（ISPM18）。

据1982年世界第四届辐射加工会议统计，世界上约有300个电子加速器、100个钴源装置用于辐照加工，每年加工产值20亿美元，以20％的速度增长。目前，在发展中国家仍多采用60Co射线源对食品进行辐照灭菌，而电子束辐照灭菌技术自80年代中期以来在欧美发达国家迅速发展，用于灭菌的大功率电子加速器辐照加工装置，高能量中小功率电子辐照加工装置已引起发展中国家食品加工业的关注。目前，电子束辐照处理在我国食品、邮件、进口原木等方面得到了初步的研究和应用。

辐照处理既可直接杀灭有害生物（计量较高时），也可以使害虫不育（剂量相对较低时）。据有关资料统计，目前对包括地中海实蝇、瓜实蝇、棉红铃虫、墨西哥棉铃象、苹果蠹蛾、玉米螟等几十种害虫应用辐射不育防治技术取得成功。几种水果蔬菜害虫的γ射线辐射处理指标见表8-5。

辐照杀虫所需时间短（一般仅需20min左右），处理不需拆包，对寄主安全，无残留和环境污染等问题，是很有前途的除害处理技术。美国农业部动植物健康检验局评估了水果实蝇经辐照处理的数据后，批准了对实蝇进行250Gy的不育剂量处理，为此夏威夷生产的番木瓜和荔枝等经辐照处理后销往美国本土。

表8-5　γ射线低剂量辐射处理指标

由于辐照处理设施的投资很高，加上商业运作所需的配套基础设施的投资更高，因此辐照处理只在极个别国家用于粮食杀虫。虽然辐照处理是一种安全、有效、无污染、无残留的技术，但是由于消费者对这项技术存在片面和不正确的认识，所以现阶段还存在着消费者的心理接受问题。当这些问题通过各种努力很好地解决以后，辐照必将在食品、新鲜水果蔬菜、花卉苗木、木材和木制品、医疗用品等检疫处理方面发挥更大的作用。

2.《辐照用作植物检疫措施的准则》简介

2003年4月，IPPC发布了第18号国际植物检疫措施标准《辐照用作植物检疫措施的准则》（ISPMl8），将辐射处理正式纳入检疫除害处理措施。辐射处理与其他的除害处理方式有区别，其除害处理效果不一定以是否杀灭有害生物来评价。辐射处理是通过灭杀有害生物，或防止有害生物成功发育（如不出现成虫），或使有害生物无力繁殖（如不育）、灭活，或使植物失活（如种子可以萌发，但幼苗不生长；或块根、块茎或插条不发芽）等反应来达到除害处理效果的。选择何种反应应以有害生物风险分析为依据，特别考虑促成定植的生物因素，并考虑到最小影响的原则。ISPml8指出，在对某种病原媒介处理时，灭杀等反应可能是合适的，而对非媒介和商品上的有害生物，不育则可能是适当的反应。

如果要求的反应是灭杀，应规定处理效果的时限。如果要求的反应是使有害生物无繁殖能力，则可以规定一系列具体的方案，其中可包括完全不育、仅一种性别具有有限的繁殖力、产卵和／或孵化但不进一步生长发育、改变习性、子一代不育。

电离辐射包括放射性同位素（钴60或铯137的伽马射线）、机器源产生的电子（最高达10MeV^①）、或X射线（最高达5MeV）。

进行处理时应考虑的因素有剂量、处理时间、温度、湿度、通风情况和大气压等。辐射处理应确保整个商品完全达到最低吸收剂量（Dmin）以产生规定的效能。只有在剂量测定确认达到Dmin之后才予放行，但最低吸收剂量不得超过输入国允许的限度。

ISPM18对剂量绘图、常规剂量测定、处理设施的批准、标签、处理程序文件及记录、检查和植物检疫验证系统等作出了具体规定。该标准给出了可供参考的一些有害生物的最低吸收剂量的范围（表8-6）。同时，给出了估算和确认处理的最低吸收剂量的方法。

表8-6　ISPM 18列举的有害生物的辐照处理最低剂量范围

注：未经大规模测试证明。依据Hallman的文献审查，2001年。

四、微波处理

微波是一种高频电磁波，在微波场中，极性分子会随着微波场极性的变化，由杂乱无章的排列变成有序排列，然后又由有序排列变成无序排列，并随电场极性方向改变排列顺序，犹如极性分子随着电场极性变化而不断摆动，其摆动频率为电场极性变化的频率（2450MHz的微波每秒电场方向改变2.45亿次）。因此，极性分子在高速摆动过程中，必然会相互摩擦，从而产生热量。足够的热量能够使蛋白质变性，从而使生物体死亡。不仅如此，微波场还可以改变细胞质的通透性，使细胞结构功能紊乱，生长发育受到抑制而死亡。

美国研究人员对此进行了大量研究，试验表明，用28GHz微波处理小麦中的米象、赤拟谷盗和大谷盗的幼虫、蛹和卵，当能量输入达到56J／g时，害虫死亡率在99％以上。然后，他们又研制了一套具有200kw的实用型微波处理系统进行试验，获得了成功，其处理能力为每小时24t。处理后小麦的发芽率和品质包括出粉率、蛋白质含量、面筋质量和面包烘烤质量均没有明显改变。

我国与美国科学家在微波处理木包装材料中的天牛方面进行了几年的研究，取得了一定的科研成果，为微波处理木包装材料应用于实际生产奠定了很好的基础。