bannerka.ua

3 Влияние факторов внешне-среды (физических, химических и биологических факторов) на развитие микроорганизмов

№ 3. «Влияние факторов внешней среды (физических, химических факторов) на развитие микроорганизмов».

Развитие и жизнедеятельность микроорганизмов неразрывно связаны с условиями внешней среды. В зависимости от биологических особенностей микроорганизмов и природы воздействующего фактора внешнюю среду может оказывать благоприятное или неблагоприятное воздействие на развитие микроорганизмов.

Без понимания взаимодействия между средой и микроорганизмами невозможно эффективно использовать их в производственных процессах и успешно бороться с нежелательной Микрофлорой. Условия (или факторы) внешней среды, оказывающих наибольшее влияние на жизнедеятельность микроорганизмов, можно подразделить на физические, химические и биологические.

Физические факторы

Различают следующие физические факторы: влажность среды, концентрацию растворенных веществ и осмотическое давление среды, температуру, лучистую энергию, токи высокой частоты, ультразвук, механические воздействия, давление.

Влажность среды. Влажность оказывает решающее влияние на развитие Микроорганизмов. В микробных клетках содержится не менее 75-85% воды. Питательные вещества поступают в клетку в виде водных растворов, с водой удаляются из клетки продукты ее жизнедеятельности.

Рост и размножение микроорганизмов зависят не от абсолютного содержания воды, а от количества свободной воды в питательном субстрате, т. е. активности воды (показатель аw). Размножение большинства бактерий происходит при аw не ниже 0,94-0,9, дрожжей — при aw = 0 , 88 4-0,85, а плесневых грибов при aw = 0,8 4-0,65. При уменьшении влажности субстрата (высушивании) активность воды снижается, и размножение микроорганизмов замедляется, а при содержании влаги ниже определенного уровня нарушается осмотическое характер питания и жизнедеятельность микроорганизмов полностью прекращается.

В высушенном состоянии микроорганизмы не развиваются, но могут сохранять свою жизнеспособность длительный срок. Высушивание же, связано с потерей микробной клеткой жизненно необходимого количества воды (связанной), влечет за собой гибель микроорганизмов.

Наиболее устойчивы к высушиванию споры бацилл и клостридий, хорошо защищены от потери связанной воды, они могут сохранять жизнеспособность (способность к прорастанию) в течение десятков лет. Неспорообразующие бактерии менее стойки к обезвоживанию. Степень их устойчивости к высушиванию зависит от родовых и видовых свойств микроорганизмов и техники высушивания. Например, уксуснокислые и нитрифицирующих бактерии, некоторые патогенные бактерии (лептоспиры, холерный вибрион, пастереллы и др..) При высушивании отмирают быстро (через несколько дней). Стафилококки, стрептококки, туберкулезные и брюшнотифозные палочки устойчивы к высушиванию и могут сохранять жизнеспособность в высушенном виде неделями. Молочнокислые бактерии переносят высушивание в течение нескольких месяцев.

Устойчивость микроорганизмов, особенно болезнетворных бактерий, к высушиванию значительно повышается при наличии белковых субстратов (молоко, кровь, сыворотка, мокрота и др..).

Жизнеспособности сохраняется длительный срок при высушивании из замороженного состояния под вакуумом по сравнению с высушиванием в воздушной среде. Этот метод высушивания широко применяется при длительном хранении музейных культур микроорганизмов, создании живых вакцин, ферментов, витаминов и других биологических препаратов.

'Гак как при высушивании прекращаются развитие и размножение микроорганизмов, то его широко используют для консервирования скоропортящихся пищевых продуктов (мяса, рыбы, фруктов, овощей и др.)., Лекарственных растений, кормов и т. д. Но поскольку в высушенных продуктах всегда содержатся многие жизнеспособных микробных клеток, их нельзя хранить при высокой влажности воздуха, поскольку увлажнения выше известный предел создает условия для развития микроорганизмов, что влечет за собой порчу продуктов. Например, при относительной влажности воздуха более 70-75% на поверхности высушенных продуктов может достаточно быстро развиваться плесень.

Концентрация растворенных веществ и осмотическое давление среды. Концентрация растворенных веществ и осмотическое давление среды существенно влияют на жизнедеятельность микроорганизмов. Обмен веществ между микробной клеткой и внешней средой зависит от соотношения концентраций растворенных веществ в питательной среде и цитоплазме клетки. В естественных условиях микроорганизмы адаптировались к существованию в средах с определенным осмотическим давлением, поэтому внутриклеточный осмотическое давление в различных микроорганизмов колеблется в широких пределах (от нескольких десятых долей мегапаскалях до нескольких десятков мегапаскалей).

Многие микроорганизмы очень чувствительны к повышенным концентрациям растворенных веществ и связанного с ними высокого осмотического давления субстрата. Изменение концентрации выше определенного предела нарушает нормальный обмен веществ между микробной клеткой и внешней средой происходит обезвоживание (плазмолиз) клетки, прекращается поступление в нее питательных веществ. Развитие микробной клетки прекращается, то есть она переходит в состояние анабиоза, и в дальнейшем может погибнуть. Размножение микроорганизмов, наиболее чувствительных к повышенному осмотического давления внешней среды (осмонестийки), тормозится при содержании хлорида натрия в субстрате более 1-2%. При концентрациях хлорида натрия 6-8% размножения таких микроорганизмов полностью прекращается.

Кроме осмонестийких микроорганизмов являются микробы, которые легко приспосабливаются к изменению осмотического давления субстрата (осмотолерантни, или осмостийки). Осмотолератни микробы способны развиваться как при невысоком осмотическому давлению, так и в средах с относительно высоким осмотическим давлением (содержанием соли и сахара 8-10%) и сохранять жизнеспособность в анабиозе длительный срок (месяца и более) в средах с высоким содержанием соли и сахара ( 15-20%).

Известны также микроорганизмы, которые хорошо развиваются только в субстратах с высоким осмотическим давлением (осмофильни). Осмофильни микробы, размножающиеся при высоких концентрациях хлорида натрия, называются галофиты (солелюбивимы). Эти микроорганизмы обитают в соленых озерах, морях, среди них встречаются различные бактерии, дрожжи и плесневые грибы. Многие из галофитов являются возбудителями порчи соленых продуктов (солонины, бекона, рыбы и др.)., А также шкур.

Концентрации хлорида натрия, при которых прекращается жизнедеятельность некоторых микроорганизмов, приведены ниже.

Микроорганизмы Концентрация хлорида натрия%

Молочнокислый стрептококк (Sir. laclis) 2-5

Синегнойная палочка (Ps. руосуаneа) 5

Кишечная палочка (Е. coli) 6-8

Палочка протея (Proteus vulgaris) 7-10

Педиококкы (Pediococcus cerevisiae) 9 -10

Сарцины желтая (Sarcina flava) 10-12

Сенная палочка (Вас. sublilis) 10-15

Дрожжи рода Торулу (Torula) 20

Лиечная плесень (Aspergillus) 17-18

Кистевидное плесень (Penicillium) 19-20

Микрококк розовый (Micrococcus roseus) 20-25

Концентрированные растворы поваренной соли и сахара, подавляющие развитие гнилостных бактерий, молочнокислых бактерий и других микроорганизмов, широко используют в промышленности и в быту для консервирования пищевых продуктов (посол мяса и рыбы, приготовления варенья с сахаром, сгущенного молока с сахаром и др.. ), шкур и кишечного сырья.

Температура. Наиболее важным фактором внешней среды, определяющей жизнедеятельность микроорганизмов, является температура. Развитие микробов возможно только при определенных температурах, которые неодинаковы для разных видов и групп микроорганизмов. Для каждого вида микробов существуют три температурные границы (кардинальные температуры), в пределах которых они способны развиваться: оптимальная, минимальная и максимальная.

Оптимальной температурой является температура, при которой микроорганизмы растут и размножаются интенсивно, она отвечает так называемой «физиологической норме микробов» (В. Л. Омелянский).

Минимальной температурой считается такая температура, ниже которой микроорганизмы способны развиваться. Клетки переходят в состояние анабиоза: их жизненные функции прекращаются, однако они восстанавливаются при соответствующих температурных условиях и наличии питательного субстрата.

Максимальная температура является предельной, выше которой рост микроорганизмов не происходит. Жизненные функции клеток ослабляются, или они же могут погибнуть совсем.

Таким образом, при минимальной и максимальной температурных пределах еще возможно слабое развитие микроорганизмов (замедленный рост и размножение), а за их пределами оно полностью прекращается. Для различных видов микроорганизмов эти температурные пределы неодинаковы (табл. 1).

Таблица 1

  Микроорганизмы

Молочнокислый стрептококк

Температура, 0C Min

8-10

Температура,0C Оптимальная

30-35

Температура,0C max

40

Сенная палочка

5-10

30-35

45-50

Кишечная палочка

10

37

45-50

Палочка ботулиниум

10-12

28-35

55

Палочка сибирской язвы (нас. anlliracis)

12

37

45

Болгарская палочка (Lbm. bulgaricum)

20

45

55

Бацилюс аеротермофилюс (Вас. aerothermophilus)

15

55

70

Флуорестюючи бактерии (Ps. fluorescens)

0-2

25-30

40

Дрожжи рода торулопсис

-5 ÷ 2

25-30

40

Лиечная плесень (Aspergillus

7-10

33-37

40-43

Кистевидное плесень (Penicillium)

-5 ÷ 2

25-27

30-35

Плесень рода ризопус (Rhszopus)

-10 ÷ 8

10-15

28-30

По отношению к температуре (приспособленности к жизни при определенных температурах) микроорганизмы условно подразделяют на три физиологических группы: психрофилы (холодолюбивые), от греч. психрос (psichros) — холодный, филейные (philein) — любить; мезофилы (развивающиеся при средних температурах), мезос (mеsos) — средний; термофилы (теплолюбивые), от греч. термос — (termos) — теплый. Температурные пределы их роста приведены табл. 2.

Таблица 2

Физиологическая группа микроорганизмов

Минимальная температура, 0С

Оптимальная температура, 0С

Максимальная температура, 0С

Психрофиты

-7-0

10-35

30-40

Мезофилы

10

25-35

40-45

Термофилы

20-45

40-70

55-84

Вышеупомянутые кардинальные температуры могут быть сдвинуты в ту или иную сторону под влиянием условий существования микроорганизмов. Например, в южных районах некоторые бактерии (молочнокислые и др.). Имеют более высокий температурный оптимум роста, чем такие же виды микроорганизмов, обитающих в средней полосе и северных районах. Это свидетельствует о широкой приспособляемость микроорганизмов.

Психрофильные микроорганизмы развиваются при относительно низких температурах. К данной группе условно относят все микроорганизмы, которые хорошо растут при 0 0С в пределах 2 недель и имеют продолжительность генерации в логарифмической фазе роста при этой температуре не более 48 ч.

Температурный оптимум различных представителей группы психрофилов неодинаков. Существует много микроорганизмов (некоторые гнилостные бактерии, плесень, дрожжи), которые имеют оптимальную температуру развития 25-30 0С, но довольно быстро размножаются также при температуре, близкой к 0 0С. Поэтому группу психрофильные микроорганизмов условно подразделяют на две подгруппы: облигатини психрофилы, имеющие оптимальную температуру роста ниже 20 0С; факультативные (условно-психрофильные, или психротрофни) — оптимальная температура роста выше 20 0С.

Психрофильные микроорганизмы являются жителями северных морей, почвы полярных районов, сточных вод, ледников, холодильников. К ним относятся бактерии, светящиеся железобактериями, некоторые виды неспоровых гнилостных бактерий, плесневых грибов, дрожжей, актиномицетов.

Мезофильные микроорганизмы, хорошо развиваются при средних температурах (10-45 0С), является наиболее распространенной и многочисленной группой. В нее входят большинство сапрофитных микробов (гнилостные бактерии, возбудители молочнокислого и других типов брожения, дрожжи, плесневые грибы, актиномицеты и др.)., А также все патогенные микроорганизмы.

Термофильные микроорганизмы развиваются при относительно высоких температурах. Температурные пределы представителей этой группы неодинаковы. Поэтому различают экстремальные термофилы, имеющих наиболее высокие кардинальные температуры (оптимум 70 0С, максимум 74-84 0С и минимум 40-45 0С); облигатные термофилы, развивающиеся при 30-82 0С (оптимум 55-65 0С); евритермни термофилы, которые способны хорошо развиваться не только при высоких, но и при средних температурах (оптимум 40-50 0С, минимум 20-25 0С).

Кроме термофильных при высоких температурах могут развиваться некоторые виды мезофильных микроорганизмов (факультативные термофилы или термотолерантные мезофильные виды), которые имеют температурный оптимум развития 25-37 0С, но могут расти и при 55 0С.

Термофильные микроорганизмы обитают в горячих минеральных источниках, в почвах районов с жарким климатом, на растениях, в пищеварительном тракте животных и человека. Существует большая группа термофилов, которые называют термогенными. Жизнедеятельность этих микроорганизмов сопровождается выделением большого количества теплоты и горючих газов: метана и водорода, которые могут вызвать самовоспламенение растительной массы. Термогенные микроорганизмы активно участвуют в самонагревании сена, Зерна, хлопка, листья табака, джута, они играют большую роль в биотермическому обеззараживании навоза и силосовании кормов.

Высокие и низкие температуры оказывают различное влияние на микроорганизмы. Низкие температуры, т. е. температуры, лежащие ниже температурный минимум (особенно низкие положительные, т. е. выше 0 0С), обычно не вызывают гибели микробов. При низких температурах происходит замедление или полное прекращение процессов обмена веществ микробных клеток с внешней средой, вследствие чего прекращаются их роста и размножения. Они переходят в состояние анабиоза, в котором могут существовать многие месяцы, и снова начинают рост и размножение при создании нормальных температурных условиях и наличии соответствующего питательной среды. Жизнеспособность многих микроорганизмов хранится при температуре, близкой к абсолютному нулю. При температуре жидкого водорода (- 253 0С) споры многих бацилл и клостридий не погибают в течение нескольких суток, а бактерии брюшного тифа сохраняют жизнеспособность до 24 ч. При температуре жидкого воздуха (- 170 ÷ 190 0С) возбудители туберкулеза остаются жизнеспособными в течение 8 дней, кишечная палочка — более 2 ч. В течение нескольких месяцев выдерживает замораживания при -32 0С холерный вибрион. Вирусы особенно устойчивы к низким температурам. Например, вирус энцефалита, вирус гриппа и др.. не снижают своей патогенности при -70 0С в течение 6-12 мес.

Отмирания микроорганизмов при низких температурах возможно вследствие их старения или голодание во время длительного нахождения в состоянии анабиоза. При температурах ниже 00С (замораживание) разрушающее действие на микроорганизмы вызывают кристаллы льда и повышенный осмотическое давление, образуется в клетке при замерзании воды. Губительно действуют на микробы повторное замораживание и оттаивание.

Устойчивость микроорганизмов к замораживанию зависит от вида микроорганизма и физиологического состояния клеток. Так, чувствительны микробные клетки в логарифмической фазе роста. Медленное замораживание при температурах от 0 до — 10 0С губительнее для микроорганизмов, чем быстрое глубокое (ниже — 20 0С), при котором не происходит превращения кристаллов (вода превращается в стекловидную некристаллических массу, не нарушает структуру клеток). В продуктах с высокой влажностью и низким рН микроорганизмы погибают быстрее.

При высоких температурах, т. е. при температуре более максимальной, резко снижаются жизненные функции клеток, поскольку уменьшается ферментативная активность и нарушаются осмотические процессы, протекающие в клетках. При дальнейшем повышении температуры происходят необратимые изменения (денатурация белков цитоплазмы, инактивация ферментов) и микроорганизмы теряют жизнеспособность.

Устойчивость микроорганизмов к высоким температурам зависит от особенностей среды, в которой они находятся в момент нагрева. Во влажной среде все микроорганизмы отмирают быстрее, чем в сухом нагретом воздухе, поскольку денатурация белков ускоряется при высокой и замедляется при пониженной влажности. В кислой среде денатурация белков наступает быстрее, чем в нейтральной.

Термостойкость микроорганизмов зависит также от вида микробов и физиологического состояния клеток. Например, все неспорообразующие бактерии и вегетативные клетки споровых бактерий менее термостойкие и гибнут довольно быстро при 60-70 0С, тогда как споры бацилл и клостридий могут выдерживать длительное нагревание до 100 0С. Коки несколько более термостойкие, чем неспорови палочковидные бактерии. Клетки дрожжей и мицелий плесневых грибов менее термостойкие, чем клетки неспоровых бактерий. Молодые клетки менее устойчивы к высоким температурам, чем старые.

Пагубное воздействие высоких температур на микроорганизмы широко используется для их уничтожения. Существует две разновидности термической обработки: пастеризация и стерилизация, применяемых в микробиологической практике при подготовке питательных сред и посуды, в медицине и ветеринарии, а также широко используются для повышения хранения различных пищевыхпродуктов.

Пастеризация — это нагревание продукта от 63 до 90 0С. Продолжительность пастеризации зависит от вида продукта, емкости тары, температуры и длится от нескольких секунд до 10-30 мин. При пастеризации погибают не все микроорганизмы; споры большинства бацилл и клостридий, а также некоторые неспорови термофильные и мезофильные термостойкие бактерии остаются жизнеспособными.

Стерилизация — это нагревание продукта от 100 до 120 0С в течение 20-40 мин. При стерилизации должны гибнуть все микроорганизмы. В мясной промышленности стерилизацию применяют для производства мясных и мясо-растительных баночных консервов.

  Лучистая энергия. Лучистая энергия — это энергия, которая распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн различной длины. К излучениям, предоставляющих наиболее значительное воздействие на микроорганизмы, относятся световая энергия (солнечный свет) и ионизирующие излучения (рентгеновские лучи, гамма-лучи, бета-частицы, альфа-частицы).

  Солнечный свет. Энергия солнца необходима только для жизнедеятельности фотосинтезирующих микроорганизмов (зеленых и пурпурных бактерий), которые с помощью пигментов превращают световую энергию на доступную биохимическую и используют ее затем для синтеза компонентов клеток. На другие микроорганизмы солнечный свет вызывает неблагоприятное воздействие.

Прямой солнечный свет обладает бактерицидными свойствами и убивает большинство микроорганизмов в течение нескольких часов. К рассеянного света микроорганизмы менее чувствительны. Он не вызывает гибели, но подавляет развитие микроорганизмов, поэтому в лабораториях принято культивировать и сохранять культуры микроорганизмов в темноте.

Бактерицидное действие на микроорганизмы прямого солнечного света обусловлено действием солнечных лучей с короткой длиной волны — ультрафиолетовой и голубой части спектра. Солнечный свет не оказывает прямого разрушающего действия на клетки. Под воздействием солнечных лучей происходят внутриклеточные фотохимические процессы с образованием гидроксильных радикалов и других высоко реактивных веществ, действующих губительно на микробную клетку. Ультрафиолетовые лучи (УФ-лучи) с длиной волны 200 -300 нм обладают наибольшей фотохимической и биохимической активностью.

В присутствии анилиновых красок (эозин, метиленовый голубой и др.). Усиливается бактерицидное действие света (фотодинамическая эффект).

Чувствительность микроорганизмов к солнечному свету разная. Из всех групп микроорганизмов наиболее чувствительны к УФ-лучам бактерии. Неспорообразующие бактерии и вегетативные клетки споровых бактерий в 4-5 раз чувствительнее к облучению, чем споры бактерий. Среди неспорообразующих бактерий наиболее устойчивы к действию УФ-лучей — пигментные коки, в которых пигмент находится в протоплазме (сарцины, стафилококки), а наиболее чувствительные — пигментные бактерии, выделяющие пигмент в окружающую среду.

Микробы-сапрофиты более устойчивы по сравнению с патогенными к воздействию прямых солнечных лучей. Патогенные микроорганизмы очень чувствительны к УФ-лучей. Поэтому большое значение солнечного света как естественного, широко распространенного обеззараживающего фактора внешней среды (воздуха, воды естественных водоемов, верхних слоев почвы и т. д.) При облучении поверхности чашки Петри с питательной средой, на котором посеяны бактерии брюшного тифа, на участках, не защищенных от света черной бумагой, они погибают через 1-1,5 ч.

Ультрафиолетовое облучение с использованием ртутно-кварцевых (бактерицидных ламп) широко применяется для дезинфекции воздуха в лечебных учреждениях, холодильных камерах, производственных помещениях, поверхностей оборудования, аппаратуры, тары и т. д. В пищевой промышленности чаще всего применяют лампы ультрафиолетового света с длиной волны 253, 7 нм.

  Ионизирующее облучение. Рентгеновские лучи, гамма-лучи, бета-частицы и альфа-частицы наиболее коротковолнового электромагнитного излучения, обладающие проникающей способностью и способностью вызывать ионизацию внутриклеточного среды.

Рентгеновские лучи (самые коротковолновые электромагнитные колебания) характеризуются наибольшей проникающей способностью.

Продукты ядерного распада — альфа-частицы (высокоскоростные ядра гелия), бета-частицы (катодные лучи) и гамма-лучи (коротковолновые рентгеновские лучи) — отличаются друг от друга по своей природе и свойствам, в частности по способности проникать через различные вещества. Наименьшей проникающей способностью и большой массой и энергией химической и биологической действия обладают альфа-частицы; несколько большей проникающей способностью, но значительно меньшую биологическую активность имеют бета-частицы. Наименьшая активность, но наибольшая проникающая способность в гамма-лучей.

Пагубное воздействие ионизирующих излучений на микроорганизмы обусловливается ионизацией внутриклеточных веществ. При прохождении ионизирующих излучений через клетку некоторые атомы в результате поглощения энергии испускают электроны и превращаются в положительно заряженные ионы. Свободный электрон сразу присоединяется к нейтрального атома, который превращается в отрицательно заряженный ион. Возникают пары ионов. Поскольку изменение электронной структуры атомов приводит к изменению химических связей, ионизация сопровождается разрушением молекулярных структур.

Эффект действия ионизирующего излучения зависит от дозы излучения. При достаточно высокой дозе излучения наступает гибель микроорганизмов. Если доза не летальная (не смертельная), то возникают другие изменения, затрагивающие главным образом ферментные системы и генетическую структуру клетки. Очень малые дозы и кратковременное действие этих излучений ускоряют развитие микроорганизмов и активизируют их жизнедеятельность, т. е. оказывают стимулирующий эффект. По сравнению с высшими животными и растительными организмами все микробы менее чувствительны к излучениям. Смертельная доза излучений для бактерий в сотни и тысячи раз выше, чем для животных.

Устойчивость микроорганизмов к ионизирующим излучениям разная. Дрожжи и плесневые грибы менее чувствительны, чем бактерии, споры бактерий устойчивы, чем вегетативные клетки.

Бактерицидные свойства ядерных излучений используют для стерилизации лекарственных препаратов и пищевых продуктов, обработки биологических препаратов (вакцин, сывороток). Однако вследствие ионизации ухудшается качество продукта.

  Токи высокой частоты. Электромагнитные излучения сверхвысокой частоты (СНЧ) обладают бактерицидным действием, то есть вызывают гибель микроорганизмов. Гибель микробов происходит вследствие селективного выделения теплоты непосредственно в микробной клетке, т. е. тепломеханического действия токов СНЧ.

Гибели микробов способствует также то, что максимальная напряженность поля создается на границе раздела клетки и окружающей среды.

На эффективность бактерицидного действия токов СНЧ существенно влияет скорость нагрева. Увеличение скорости нагрева ведет к снижению бактерицидного действия ВНЧ на микроорганизмы. Например, при скорости СНЧ-нагрева 0,5 и 1 0С / с кишечная палочка гибнет при 65 0С. Тогда как при быстром нагреве (4 и б 0С / с) клетки данного вида микроорганизма погибают только при 70 0С.

В отличие от обычных способов тепловой обработки при СНЧ-нагреве пищевых продуктов не оказываются теплозащитные свойства белков, жиров и других веществ, поскольку электромагнитная энергия аккумулируется непосредственно микробной клеткой. Поэтому при СНЧ-нагреве отмирания микроорганизмов происходит быстрее и при менее высоких температурах, что позволяет снизить температуру тепловой обработки продуктов и улучшить их качество. Токи высокой частоты применяются для тепловой обработки пищевых продуктов только в стеклянной таре, поскольку через металл они не проникают.

  Ультразвук. Ультразвуком обычно называют упругие колебания с частотой более 20 кГц, не воспринимаемые ухом человека. Ультразвуковые волны оказывают губительное действие на микроорганизмы, так как обладают большой механической энергией и могут вызвать у звучащие среде ряд физических, электрохимических и биологических явлений. Под влиянием ультразвукового излучения в цитоплазме микробных клеток образуется кавитационный полость (пузырек), заполненная парами жидкости. В кавитационий пузыре возникает высокое давление, достигает десятков и сотен мегапаскалей, что приводит к разрушению (дезинтеграция) цитоплазматических структур микробных клеток. Кроме того, возникновение и развитие кавитации сопровождается резким повышением температуры и возникновением в кавитационий полости электрического поля высокого напряжения. Может возникнуть электронный пробой, что приведет к излучению ультрафиолетовой части спектра и образованию высокореактивный гидроксильных радикалов.

Бактерицидное действие ультразвука зависит от интенсивности звука и кавитации. При высокой интенсивности звука распад микробных клеток происходит очень быстро. Кроме того, на бактерицидное действие УЗ-волн влияют как состав дисперсной среды (чем выше содержание липидов, углеводов и особенно белков, тем ниже бактерицидный эффект), так и концентрация микробных клеток (чем меньше концентрация, тем выше бактерицидное действие ультразвука).

Устойчивость микроорганизмов к действию УЗ-волн различна. Вегетативные формы бактерий чувствительны, чем споры, быстрее погибают палочковидные формы и медленнее — коку бактерии. Чем меньше размеры микробной клетки, тем выше ее устойчивость к воздействию ультразвука.

Ультразвук в настоящее время применяется для стерилизации пищевых продуктов, изготовление вакцин, изъятие внутриклеточных ферментов, токсинов, витаминов, РНК, ДНК и других компонентов клеток.

Механические воздействия. Механические воздействия вызывают различное влияние на микроорганизмы. Слабые и редкие сотрясения благоприятно действуют на их развитие; длительные, сильные и частые механические воздействия могут привести к разрушению и гибели микроорганизмов, но не вирусов. Механическое воздействие на клетки ускоряется при добавлении к культуре микроорганизмов песка, стекловидных бус, измельченного стекла и др.. Наиболее чувствительны к механическим сотрясениям почвенные бактерии, например капустная палочка (Вас. megatherium), а устойчивые микроорганизмы, бактерии, которые постоянно проживают в проточных водоемах, например флуоресцирующие.

Самоочищения рек частично происходит вследствие механических сотрясений при быстром течении воды. Механические воздействия используются для получения некоторых составных частей микробных клеток (белков, ферментов и др..).

  Давление. Повышенное давление оказывает очень слабое действие на микроорганизмы. Есть глубоководные микроорганизмы морей и океанов, которые живут и размножаются при очень высоком гидростатическом давлении, достигающей сотен мегапаскалей. При экспериментальных исследованиях различные бактерии, дрожжи и плесневые грибы выдерживали давление около 300 MПа. Более чувствительны микроорганизмы к резкому переходу от высокого давления к низкому.

Химические факторы

Основными химическими факторами, влияющими на жизнедеятельность микроорганизмов, является рН среды, окислительно-восстановительные условия среды и ядовитые химические (антисептические) вещества.

  РН среды. От величины водородного показателя существенно зависит жизнедеятельность микроорганизмов. Ионы водорода влияют на электрический заряд коллоидов клеточной оболочки. При значительном сдвиге рН в кислую или щелочную сторону может измениться знак заряда поверхности клетки, что приведет к изменению проницаемости клеточной стенки для различных молекул и ионов питательного субстрата, следовательно, нарушится нормальный процесс обмена веществ. Изменение рН влияет на степень дисперсности коллоидов цитоплазмы, активность ферментов и интенсивность биохимической деятельности микроорганизмов, катализируемой ими. Например, дрожжи в кислой среде образуют в основном этанол (этиловый спирт) и незначительное количество глицерина, а в щелочной среде выход этанола снижается и увеличивается образование глицерина.

Жизнедеятельность каждого вида микроба возможна только при определенных значениях рН среды. Различают оптимальный, минимальный и максимальный рН, характерные для различных видов и групп микроорганизмов (табл. 3).

Таблица 3

Микроорганизмы

Минимальный рН

Оптимальный рН

Максимальный рН

Молочнокислый стрептококк

3,5-4

6,8-6,9

8

Кишечная палочка

4-4,5

6,5-7,4

8-9

Палочка протея

4,4-4,9

6,5-7,5

8,4-9,4

Великолепная палочка

5

6,5

8

Сенная палочка

4,5

6,7

8,5

Палочка перфрингенс

5,8

6,8

8,5

Палочка нутрификус

5,8

6,0-7,6

8,5

Палочка ботулинум

5

6,5-7,5

9

Лиечна плесень

1,5

3-8

11,6

Различние дрожжи

3

5-6

7

Для плесневых грибов и дрожжей наиболее благоприятное кислую среду (рН = 3 ÷ б). Большинство плесеней способны развиваться в широком диапазоне рН от 0,5 -1,2 до 11. Ее патогенные и гнилостные бактерии лучше растут в нейтральной или слабощелочной среде (pH = 6 ÷ 7,5). Гнилостные бактерии очень чувствительны, а молочнокислые и уксуснокислые бактерии относительно устойчивы к повышенной кислотности среды.

Неодинаковое отношение микроорганизмов к рН среды — одна из причин антагонизма между ними и изменения одних групп микробов другими. Неблагоприятное воздействие кислой среды на гнилостные бактерии используют при консервировании пищевых продуктов.

  Окислительно-восстановительные условия среды. Развитие микроорганизмов, их биохимическая активность находятся в тесной связи с окислительно-восстановительными условиями среды, зависимыми от соотношения в ней восстановленных и окисленных веществ. Это соотношение характеризуется окислительно-восстановительным потенциалом, который принято обозначать условным символом Размер является негативным логарифмом концентрации атомов водорода в среде. Гн2 колеблется от 0 (при насыщении среды водородом) до 42 (при полном насыщении среды кислородом).

Облигатные анаэробные микроорганизмы развиваются при низком Гн2, (от 0 до 14), факультативные анаэробы — при от 0 до 30, аэробные микробы — от 11 до 35.

Регулируя окислительно-восстановительные условия среды, можно повлиять на интенсивность развития микроорганизмов и направленность биохимических процессов, вызываемых ими. Например, при добавлении в питательную среду акцепторов водорода (метиленового голубого, резазурина) возможен рост аэробных в бескислородной среде, путем искусственного снижения Гн2 среды можно добиться развития анаэробов в присутствии воздуха. Ароматоутворюючи молочнокислые Бактерии при Гн2, близком к 0, образуют в основном молочную кислоту, а при Гн2 = 6 ÷ 8 вместе с молочной кислотой и ароматические вещества. Поэтому при изготовлении питательных сред необходимо учитывать не только состав питательных веществ, активную реакцию среды (рН), но и ее окислительно-восстановительный потенциал (rН2).

  Ядовитые химические (антисептические) вещества. Известно много неорганических и органических веществ, вызывающих неблагоприятное воздействие на микроорганизмы. Из неорганических соединений сильными ядами для микробов являются соли тяжелых металлов (свинца, меди, цинка, серебра, золота, ртути), различные окислители (хлор, хлорная известь, хлорамин, йод, бром, перманганат калия, перекись водорода, озон, Н2S, CO, C02, NH3 и др.)., минеральные кислоты — борная, серная, хлористоводородная (соляная), азотная и другие, щелочи — гидроксид натрия, гидроксид калия и др.. Из органических соединений пагубное действие на микроорганизмы могут оказывать формалин, фенол, крезол и их производные, красители, органические кислоты — салициловая, масляная, уксусная, бензойная и др.., Диэтиловый эфир, спирты жирного и ароматического ряда — пропиловый, бутиловый, амиловый, этанол и др.., эфирные масла, смолы и дубильные вещества.

Характер и сила воздействия на микроорганизмы химических веществ зависит, от их концентрации, продолжительности непосредственного контакта с микробами, условий среды, в которой это действие протекает (pH, химический состав, температура), а также от устойчивости микроорганизмов к химическим веществам.

В очень малых дозах почти все химические яды (кроме солей тяжелых металлов) действуют как раздражители и могут стимулировать размножение микробов. При повышении концентрации они начинают сначала подавлять рост и размножение микроорганизмов (бактериостатическое действие), а затем действуют бактерицидно, т. е. вызывают гибель микробных клеток.

В отличие от других химических ядов соли тяжелых металлов обладают олигодинамичною действием (олигос — малый, динамис — сила) — даже в очень малых концентрациях, поддающихся химическому выявлению, губительно действуют на микробные клетки. Так, посуда из серебра, посеребренные предметы, посеребренный песок при контакте с водой сообщают ей бактерицидные свойства в отношении многих видов бактерий и вирусов, этим объясняется длительное хранение воды в свежем состоянии («святая вода»). На олигодинамичний действия ионов серебра основан метод очистки и дезинфекции воды с помощью фильтров из посеребренного песка. Химические вещества, которые губительно действуют на микробы в небольших концентрациях, называют антисептическими, или дезинфицирующими.

Ядовитые химические вещества губительно действуют на микроорганизмы только при непосредственном контакте с ними. Присутствие в субстрате белков (моча, гной, мокрота, гной и т. д.) затрудняет доступ яда в микробных клеток, вследствие чего замедляется обеззараживания объекта. Повышенная температура (более 40 0С) усиливает, а низкая температура (1-5 0С) резко снижает бактерицидную активность химических ядов.

Механизм губительного действия антисептических веществ заключается в том, что в результате взаимодействия химического яда с веществами цитоплазмы в ней происходят необратимые изменения, нарушающие нормальный ход процессов жизнедеятельности и приводят к гибели клетки. Фенол, крезол и их производные сначала повреждают клеточную стенку, а затем и белки клеток (соединяясь с белками, образуют прочные, нерастворимые в воде комплексы). Соли тяжелых металлов (серебро, медь, цинк и др.). Вызывают коагуляцию белков клетки. Олигодинамична действие серебра и других тяжелых металлов заключается в том, что положительно заряженные ионы металлов адсорбируются отрицательно заряженной поверхностью бактерий и изменяют проницаемость их цитоплазматической мембраны. При этом происходит нарушение питания и размножения микробов.

Окислители действуют на сульфгидрильные группы активных белков; сильные окислители влияют и на другие группы (фенольные, тиоетилови, индольных и аминные). Формалин (40%-й раствор формальдегида) присоединяется к аминогрупп белков и вызывает их денатурацию. Органические спирты, диэтиловый эфир, ацетон разрушают полипептидную оболочку клетки. Неорганические кислоты и щелочи гидролизуют белки клетки. Цианистые соединения, диоксид углерода и сероводород инактивируют ферменты клетки.

Многие микроорганизмы обладают избирательной чувствительностью к определенным химическим ядам: одна и та же вещество может оказывать неодинаковое воздействие на различные виды микробов. Например, много микробов очень чувствительны к высокой концентрации СО2, тогда как так называемые капнеични бактерии (бруцеллы бычье типа), наоборот, нуждаются для своего развития в повышенном содержании диоксида углерода. Грамотрицательные бактерии менее чувствительны к некоторым анилиновых красителей, чем грамположительные.

Споры обладают значительно большей устойчивостью к воздействию многих химических отравляющих веществ, чем вегетативные формы бактерий. С неспорообразующих микробов многим химических ядов менее чувствительны стафилококки и туберкулезная палочка.

Много ядовитых (антисептические) веществ используются в медицине, ветеринарии и пищевой промышленности как дезинфицирующие вещества для уничтожения болезнетворных микробов или технически вредной, нежелательной микрофлоры. В мясной промышленности применяют хлорную известь, хлорамин, гипохлорит натрия, дихлоризоцианурат натрия, трихлоризоцианурову кислоту, гидроксид натрия, карбонат натрия, сульфанол, тринатрийфосфат.

При многократном применении дезинфицирующих веществ в небольших, постепенно возрастающих концентрациях микробы могут адаптироваться, и их устойчивость к этим антисептических веществ повышается.

Физические и химические факторы широко используются в практике для уничтожения микроорганизмов. В связи с этим необходимо выяснить смысл терминов: «асептика», «антисептика», «дезинфекция».

Асептика — это меры, направленные на предотвращение попадания микробов из окружающей среды в ране, в пищевые продукты, в питательные среды при посеве чистых культур микробов, с использованием физических (УФ-лучи, высокие температуры и др..) И химических средств.

Антисептика — уничтожение с помощью физических или химических средств микробов, попавших в продукты, оборудование, в рану и др.. На принципе антисептики основан копчения мясных и рыбных продуктов. При копчении продукт пропитывается летучими антисептическими веществами дыма (продуктов неполного сгорания древесины) — смолами, фенола, крезола, формальдегидом и другими, предоставляющих губительно действует на микроорганизмы.

Дезинфекция, или обеззараживание, — уничтожение на объекте (оборудовании, инвентаре, в помещении, почве и т. д.) патогенных и сапрофитных, технически вредных для данного производства микроорганизмов с использованием физических и химических средств.

Вопросы для самоконтроля.

Как разделяют факторы внешнего воздействия на микроорганизмы? Какие физические факторы, влияющие на рост, размножение и гибель микроорганизмов? Какие химические факторы?

Tagged with: , , , , , , , , ,
Posted in Микробиология молока и молочных продуктов 3к.1с
No Comments » for 3 Влияние факторов внешне-среды (физических, химических и биологических факторов) на развитие микроорганизмов
22 Pings/Trackbacks for "3 Влияние факторов внешне-среды (физических, химических и биологических факторов) на развитие микроорганизмов"
  1. […] термотолеранты экстремальные термофилы термогенные м… […]

  2. […] физические факторы влияния на микробиологию молока […]

  3. […] гибель микроорганизмов под действием свч […]

  4. […] влиние звуковых волн на клетки и микрооганизмы […]

  5. […] физические факторы среды влажность […]

  6. […] химические биологические физические факторы окружающ… […]

  7. […] влияние на микроорганизмы химических факторов среды ( … […]

  8. […] что является негативным фактором развитию споровых […]

  9. […] влияние факторов внешней среды на микроорганизмы […]

  10. […] влияние на микроорганизмы химических факторов среды. […]

  11. […] влияние t среды на микроорганизмы. применение […]

  12. […] 45. Какие физические и химические факторы оказывают вли… […]

  13. […] влияние свинца на рост микробов […]

  14. […] влияние химических факторов ph на микроорганизмы […]

  15. […] неблагоприятное воздействие биологических факторов […]

  16. […] влияниие тяжелых металлов на клетку […]

  17. […] чувствительность микроорганизмов к ph среды […]

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Перечень предметов
  1. Бухучет в ресторанном хозяйстве
  2. Введение в специальность 4к.2с
  3. Высшая математика 3к.1с
  4. Делопроизводство
  5. Информационные технологии в области
  6. Информационные технологии в системах качества стандартизаціісертифікаціі
  7. История украинской культуры
  8. Математические модели в расчетах на эвм
  9. Методы контроля пищевых производств
  10. Микробиология молока и молочных продуктов 3к.1с
  11. Микропроцессорные системы управления технологическими процессами
  12. Научно-практические основы технологии молока и молочных продуктов
  13. Научно-практические основы технологии мяса и мясных продуктов
  14. Общая технология пищевых производств 4к.2с
  15. Общие технологии пищевых производств
  16. Организация обслуживания в предприятиях ресторанного хозяйства
  17. Основы научных исследований и техничнои творчества
  18. Основы охраны труда
  19. Основы пидприемницькои деятельности и агробизнеса
  20. Основы физиологии и гигиены питания 3к.1с
  21. Пищевые и диетические добавки
  22. Политология
  23. Получения доброкачественного молока 3к.1с
  24. Прикладная механика
  25. Прикладная механика 4к.2с
  26. Теоретические основы технологии пищевых производств
  27. Технологический семинар
  28. Технологическое оборудование для молочной промышленности
  29. Технологическое оборудование для мьяснои промышленности
  30. Технология продукции предприятий ресторанного хозяйства
  31. Технология хранения консервирования и переработки молока
  32. Технология хранения, консервирования и переработки мяса
  33. Технохимическому контроль
  34. Управление качеством продукции ресторанного хозяйства
  35. Физика
  36. Физическое воспитание 3к.1с
Возможно Вы искали: