10203 (Основи мікробіології), страница 7

Фактори загибелі мікроорганізмів під дією холоду

Механічна дія кристалів льоду.

При малій швидкості тепло відводу і повільному тривалому заморожуванні часом 10 хвилин до температури -80 ºС в міжклітинному просторі утворюються великі кристали. При цьому гине частина мікроорганізмів. При швидкому заморожуванні за короткий термін ( до 20 хвилин) і у середині клітини і між ними утворюються дрібні кристали, які разом формують суцільні моноліти льоду. Більшість мікроорганізмів гине. В даному випадку це явище зветься вітрифікацією.

Осмотичний тиск.

Внаслідок виморожування води, солі, монози концентруються і в середовищі утворюється гіпертонічний розчин, підвищений осмотичний тиск в оточуючим середовищі який спричиняє плазмоліз бактерій і вони переходять у стан анабіозу і потім абіозу.

Вологість.

Зменшення показника „ водна активність” і доступної води гальмує фізіологічні процеси – розвиток, метаболізм, дихання трофіїв. Бактерії переходять в анабіоз і гинуть.

Однак заморожування не спричиняє стерилізуючої дії. У заморожених продуктах завжди є живі життєздатні мікроорганізми. Під час розморожування продуктів, особливо при витіканні з них соку, мікроорганізми знову розмножуються і викликають псування. Тому відтаювати заморожені харчові продукти слід безпосередньо перед вживанням.

Холодостійкість

Холодостійкість – це відношення мікроорганізмів до впливу низьких температур. Психрофільні бактерії мають мінімальну кардинальну точку – 12 ºС – нижче неї вони не розмножуються і переходять у стан анабіозу. Механізм адаптації до стану холоду у різних мікроорганізмів різноманітні. У деяких Грамнегативних в цитоплазматичній мембрані і в стінці клітини є велика кількість ліпідів. Стабілізація мембран відбувається за рахунок підвищення в них концентрації полі ненасичених жирних кислот, а резистентність спор Грампозитивних до дії холода пов’язана з низькою концентрацією вологи.

Термостійкість

Термостійкість – відношення мікроорганізмів до температури, які перевищують максимальну кардинальну точку. Термостійкість спор пов’язана з малою концентрацією води та наявністю дипіколінату Са. У деяких термостійкість пов’язана з низькою концентрацією полі ненасичених жирних кислот.

В харчовій промисловості застосовують два методи – пастеризація і стерилізація.

Ефективність стерилізації залежить від початкового вмісту бактерій: чим кількість їх більше, тим більше залишається живих клітин у продукті і вони викликають псування.

Вологість

У вегетативних клітинах бактерій міститься до 85% води, з нею транспортуються поживні речовини у середину, а метаболіти – назовні . Мікроорганізми розвиваються тільки в субстратах з вільною водою, а зв’язані форми води для них недоступні. При видаленні вологи нижче мінімального рівня розмноження припиняється. В залежності від критерію мінімальної потреби мікроорганізмів в волозі і доступність води мікроорганізми класифікують на групи:

гідрофіти

мезофіти

ксерофіти

Водна активність харчових продуктів знаходиться в тих же межах, що і у більшості бактерій, тому вони утворюють сприятливі умови для розвитку бактерій, тому продукти псуються. Продукти, у яких активність води менша ніж 0,7 можуть довгостроково зберігатися без мікробного псування. В технології застосовується зберігання продуктів харчування у вигляді сухих продуктів. Але вони не є стерильними і в них є залишкова мікрофлора: дріжджі, молочнокислі і коки.

Здавна застосовується зберігання різних харчових продуктів у сухому вигляді. Сухі продукти не є стерильними і завжди містять різні мікроорганізми, серед яких можуть бути і патогенні форми. У висушеному стані багато мікроорганізмів зберігаються життєздатними протягом тривалого часу. Наприклад, червоно тифозні бактерії, більшість стафілококів і мікрококів, молочнокислі бактерії можуть зберігатися в сухому вигляді тижнями і місяцями, а оцтовокислі бактерії відмирають швидко. Стійкі до висушування дріжджі. Спори бактерій у висушеному стані зберігають здатність до проростання протягом десятків років. Зволоження сухих продуктів у період зберігання може спричинити їх псування внаслідок розвитку збережених на них мікроорганізмів.

Сублімаційне сушіння продуктів (висушування у вакуумі із замороженого стану) сприяє значно кращому збереженню їх харчової якості. Однак мікроорганізми добре переносять таке висушування і навіть після багаторічного перебування в цьому стані зберігають життєздатність. Тому до продуктів, що піддаються такому висушуванню, варто пред’являти суворі санітарно-гігієнічні вимоги.

Концентрація розчинних речовин у середовищі або осмотичний тиск

Внутрішньоклітинний осмотичний тиск у різних мікроорганізмів коливається в широких межах. В одних, наприклад, у багатьох збудників псування харчових продуктів, він складає 0,5 – 1,5 МПа, в інших – значно більше. Величина осмотичного тиску клітинного соку деяких плісеневих грибів з роду Aspergillus досягає 20 МПа, ґрунтових бактерій 5 – 8 МПа. Навіть у представників одного виду, що живуть у різних умовах, внутрішньоклітинний осмотичний тиск може значно коливатися.

В пріроді мікроорганізми зустрічаються в субстратах з різноманітним вмістом розчинених речовин, а, отже, з різним осмотичним тиском. Мікроорганізми, що можуть жити при високому осмотичному тиску, називаються осмофільними.

Бактерії-галофіли можуть рости на середовищах з високим вмістом солей. Облігатні галофіти обов’язково потребують високої концентрації NaCl, факультативні галофіти нормально розмножуються при різних концентраціях хлориду натрію. Галофітами являються мікрококи, лактобацили, деякі микроміцети, вібріони, спірили.

В нормі внутрішньоклітинний тиск бактерій, який зветься тургор, перевищує осмотичний тиск середовища і досягає 1,5 МПа або 15 атмосфер.

Існує три стану бактерій в залежності від осмотичного тиску:

плазмоліз

плазмоптис

тургор

А також бактерій на осмофільних і галофільних

Промениста енергія

Промениста енергія – це енергія у вигляді електромагнітних хвиль. Різні спектри променистої енергії мають різну довжину хвиль, яка визначає їх характер і властивості.

Електромагнітні хвилі поділяються на групи:

радіохвилі – у них найбільша довжина хвилі 1500 нм;

світлові промені поділяються на три підгрупи: інфрачервоні (760 нм), видимі (760-380 нм), ультрафіолетові промені (380-200 нм);

іонізуюча радіація – найбільш коротка хвильова частина спектру.

Дія на прокаріоти різних видів випромінювання залежить від їх енергії і дози випромінювання. Ультрафіолетові випромінювання використовується для дезінфекції повітря в холодильних камерах, виробничих приміщеннях. За 6 годин ультрафіолетове опромінення знищують 80% бактерій і грибів. Використовують ультрафіолетове опромінення при розливі, фасуванні, пакуванні продуктів, для обробки питної води, знезаражування тари. Можливе застосування для стерилізації соків в тонкому шарі. До ультрафіолетових променей стійкі коки, які містять каротиноїди, деякі види грибів та бактерій. В харчовій промисловості застосовують гамма-промені, промені високої та надвисокої частоти, ультразвук. За допомогою ультразвукових хвиль досягається явище кавітації. На мікроорганізми діють гідравлічні удари, іонізується вода, змінюються хімічні властивості деяких речовин і вони згубно діють на клітину.

Радіохвилі – це електромагнітні хвилі, які характерізуються відносно великою довжиною – від міліметрів до кілометрів. Проходження короткочасних і ультракоротких радіохвиль через середовище індикує в ньому виникнення перемінних струмів високої та надвисокої частот. Поглинута розташованим в електромагнітному полі об’єктом електрична енергія перетворюється на теплову. Об’єкт нагрівається швидко і рівномірно по всій масі до високих температур. Загибель мікроорганізмів в електромагнітному полі високої інтенсивності настає внаслідок теплового ефекту.

Ультразвук

Ультразвук – це високочастотні коливання звукових хвиль. Ультразвук чинить могутню бактерицидну дію на прокаріоти. Сила цієї дії залежить від частоти коливань, тривалості впливу, а також від фізіологічного стану й індивідуальних особливостей мікроорганізму. При тривалому озвучуванні мікробної культури спостерігається 100% летальний ефект.

Механізм бактерицидної дії ультразвуку полягає в незворотних фізико-хімічних змінах життєво важливих компонентів мікробної клітини і механічних ушкодженнях усіх клітинних структур, що їх призводить електрогідравлічний ефект ультразвуку.

Хімічні фактори

Серед хімічних факторів розрізняють три группи:

реакція середовища – рН;

окиснювально-відновні умови;

антисептики.

Реакція середовища рН

Реакція середовища рН визначається концентрацією іонів Н і іонів ОН у водному розчині. Для кількісної характеристики реакції середовища вводять величину рН – водневий показник, який характеризує ступінь кислотності ( 7:1) або лужності (7:14). рН впливає на транспорт поживних речовин, на їх концентрацію всередині, на активність ферментів, денатурацію білків. В залежності від відношення до діапазону рН мікроорганізми класифікують на:

нейтрофіли – для них оптимальне значення рН 6,5...7,5;

ацидофіли і кислотно толерантні - оптимальне рН нижче 5;

алкалофіли – рН вище 7.

Життєдіяльність кожного виду мікроорганізмів можлива при інших сприятливих умовах лише в більш-менш визначених границях рН середовища, вище і нижче яких вона пригнічується.

Але виявляється загальна тенденція: для бактерій кисле середовище згубніше лужного, особливо для гнильних і збудників харчових отруєнь. Вегетативні клітини звичайно менш стійкі, ніж спори.

Реакція середовища впливає на розчинність речовин поживного субстрату і надходження їх у клітину. Зміна реакції середовища нерідко супроводжується підвищенням концентрації токсичних для мікробних клітин сполук. При зсуві рН у кислу сторону і підвищенні температури спостерігається різке збільшення швидкості денатурації білків у клітинах мікроорганізмів.

Стійкість прокаріотів до кислого і лужного середовища пояснюється специфікою хімізму функціонування їх клітинних бар’єрів. Крім цього, у процесі метаболізму вони здатні видаляти з клітини іони Н чи ОН, підтримуючи внутрішньоклітинне значення рН у нейтральному діапазоні.

Окислювально-відновні умови

Мікроорганізми розрізняють по потребах в умовах аерації. Тому їх класифікують за типами дихання: на аеробів та анаеробів. Аеробні клітини окислюють субстрати з виділенням енергії за реакцією:

С6 Н12 О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2 О +Q

Енергія, яка вивільнюється застосовується бактеріями на біосинтез, механічну роботу і виділення енергії у вигляді світла і тепла. Теплова енергія, яка вивільнюється при диханні викликає явище термогінез, він має місце при самозігріванні або самозапалюванні зерна. Мікроби, які перетворюють хімічну енергію в світло називають фотогенними, а процес фотогенез. Анаероби не можуть застосовувати атмосферний кисень для отримання енергії вони використовують анаеробні дегідрогенази. Цей принцип відкрив Пастер і дав назву бродіння: спиртове, маслянокисле. Розрізняють підтипи облігатні та факультативні анаероби. Облігатні анаероби в лабораторіях визначаються за допомогою середовища Кітт-Тароцці. Факультативних анаеробів не виявлено.

Окисно-відновний потенціал середовища впливає не тільки на ріст і розмноження аеробних і анаеробних мікроорганізмів, але і на їх обмін речовин. Регулюючи окисно-відновні умови середовища, можна загальмувати або викликати активний розвиток тієї чи іншої групи мікроорганізмів. Можливо, наприклад, викликати ріст анаеробів у присутності повітря, додаванням речовин, які редукують та знижують окисно-відновний потенціал середовища. І навпаки, можна культивувати аероби в анаеробних умовах, підвищити рН середовища за рахунок введення речовин, які мають окисні властивості.

Антисептики

Антисептики – це хімічні сполуки, які згубно діють на мікроорганізми, їх дія зветься бактеріостатичною, коли затримується ріст та розмноження і бактерицидна – тобто загибель бактерій. Ефект дії антисептиків залежить від хімічної природи, концентрації часу експозиції та ін. факторів.

Класифікація антисептиків:

неорганічні солі – солі важких металів. Механізм дії – денатурація білка, інактивація ферментів.

окислювачі – хлор, хлорамін, хлорне вапно, спирт, розчин йоду, перманганат калію, перекис водню. Механізм дії – хлор та озон призводять до накопичення вільних активних радикалів. Формальдегід викликає денатурацію білка. Хлорамін використовують для дезінфекції в медицині, на харчових підприємствах, хлор використовують для знезараження питної води.

органічні сполуки – 70% розчин етанолу, фенол, крезол, формальдегід, поверхнево активні речовини. Механізм дії для більшості – розчинення ліпідів мембран.

Механізм дії антисептиків різний. Більшість з них порушують проникність цитоплазматичної мембрани, а після проникнення в клітину вступають у взаємодію з її компонентами, в результаті чого значно порушуються життєві процеси. Солі важких металів, формалін, феноли викликають коагуляцію білкових речовин клітини і є ферментними отрутами. Спирти, ефіри розчиняють ліпіди клітинних мембран. Хлор і озон викликають активні окисні процеси, не властиві матаболізму мікробної клітини, а також руйнують ферментні системи.

Оскільки чутливість різних мікроорганізмів до одного хімічного консерванту неоднакова, доцільне застосування їх суміші, підбираючи її склад з таким розрахунком, щоб один консервант доповнював інший у відношенні впливу на мікробі оту продукту.

Біологічні фактори

У природному середовищі існування в процесі еволюції сформувалися дуже складні і різноманітні взаємини між певними видами і групами мікроорганізмів. Серед різних ценозів значне місце в природних умовах посідають мікробіоценози – спільність мікроорганізмів. Спільне існування різних організмів одержало назву симбіозу. Симбіотичні відношення можна підрозділити на конкурентні та асоціативні (взаємно сприятливі). Асоціативні взаємовідносини мікроорганізмів у природі зустрічаються дуже часто. Серед них можна виділити декілька основних видів.

Симбіоз визначає тісні асоціативні взаємини мікроорганізмів, які стимулюють і підтримують розвиток один одного. Симбіонти спільно завжди краще розвиваються краще, ніж кожний з них окремо.

Мутуалізм – це симбіоз, при якому обидва партнери мають користь від взаємного існування. Молочнокислі бактерії, утворюючи молочну кислоту, підкисляють середовище і тим самим стимулюють розвиток дріжджів. Останні синтезують амінокислоти і вітаміни, необхідні для харчування молочнокислих бактерій.

Синергізм як різновид симбіозу характеризується тим, що при розвитку асоціації мікроорганізмів їх основні фізіологічні функції виявляються сильніше, ніж при розвитку кожного окремо.

Коменсалізм – різновид асоціативних взаємин, який передбачає стимуляцію одного мікроорганізму іншим. Так, дріжджові гриби і сарцини, що продукують різні амінокислоти і вітаміни, дуже часто сприяють росту і розмноженню інших, більш вимогливих до живильного субстрату бактерій – молочнокислих або оцтовокислих.

Метабіоз – взаємини, при яких один мікроорганізм своєю діяльністю створює умови для розвитку іншого, який як правило, продовжує процес, початий першим.

Антагонізм. Конкурентні взаємини мікроорганізмів виявляються в різній формі і виникають внаслідок різних причин. Це насамперед відносини антагонізму, при якому один мікроорганізм своєю життєдіяльністю придушує розвиток іншого. Антагоністичні відносини між мікроорганізмами виникають у боротьбі за речовини живильного середовища, за використання молекулярного кисню, за екологічну нішу і зустрічаються в природі всюди: в грунті, водоймах, в організмах тварин і людин.