Влияние высушивания на жизнедеятельность микробов. Действие физических факторов на микроорганизмы. Влияние условий внешней среды на микроорганизмы

К числу основных физических факторов, воздействующих на микроорганизмы как в естественной среде обитания, так и в условиях лаборатории, относят температуру, свет, электричество, высушивание, различные виды излучения, осмотическое давление и др.

Температура . О влиянии температуры на микроорганизмы судят по их способностирасти и размножаться в определенных температурных границах. Для каждого вида микроорганизмов определена оптимальная температура развития. В зависимости от пределов этой температуры бактерии разделены на три физиологические группы:

· Психрофильные микроорганизмы (психрофилы) – способны расти и размножаться от 0 0 С до 30…35 0 С, а температурный оптимум составляет 15…20 0 С. Среди представителей этой группы обитатели северных морей, почвы, сточных вод.

· Мезофильные бактерии – способны расти и размножаться при температуре от 10 0 С до 40…45 0 С, температурный оптимум – 30…37 0 С. Наиболее обширная группа микроорганизмов, в нее включают большинство сапрофитов ивсе патогенные микроорганизмы.

· Термофильные бактерии – способны расти и размножаться в температурных границах от 35 0 С до 70…75 0 С, температурный оптимум – 50…60 0 С. Микроорганизмы этой группы довольно часто встречаются в природе: почве, воде, теплых минеральных источниках, пищеварительномтракте животных и человека

· Экстремально-термофильные бактерии – способны существовать при температурах от 40 до 93 0 С и выше. Возможность существования при высоких температурах обусловлена особым составом липидных компонентов клеточных мембран, высокой термостабильностью белков, ферментов и клеточных структур.

Высокие и низкие температуры по-разному влияют на микроорганизмы. При низких температурах клетка переходит в состояние анабиоза, в котором она может существовать длительное время. Так, эшерихии сохраняют жизнеспособность при -190 0 С до 4 месяцев, возбудитель листериоза при -10 0 С до 3 лет. Низкие температуры приостанавливают гнилостные и бродильные процессы. На этом принципе основано сохранение продуктов в холодильниках.

Высокая температура губительно действует на микробы. Чем выше температура, тем меньшее время необходимо для инактивации микроорганизмов. В основе бактерицидного действия высоких температур лежит разрушение ферментов за счет денатурации белков и нарушения осмотического барьера.

Разные виды микроорганизмов обладают различной устойчивостью к высоким температурам, значительно отличается устойчивость спор и вегетативных клеток. Так большинство вегетативных форм патогенных микроорганизмов гибнут при температуре 80…100 0 С в течение 1 минуты, а споры возбудителя сибирской язвы выдерживают кипячение более 1 часа.

Действие видимого излучения (света) .

Видимый (рассеянный свет), имеющий длину волны 300…1000 нм, обладает способность угнетать рост и жизнедеятельность большинства микроорганизмов. В связи с этим культивирование микроорганизмов осуществляют в темноте. Видимый свет положительно влияет только на бактерии, которые используют свет для фотосинтеза.

Прямые солнечные лучи действуют на микроорганизмы более активно, чем рассеянный свет. Бактерицидное действие света связано с образованием гидроксильных радикалов и других высокореактивных веществ, разрушающих вещества, входящие в состав клетки. Например, происходит инактивация ферментов.

Микроорганизмы-сапрофиты более устойчивы к воздействию света, чем патогенные. Это объясняется тем, что они, чаще подвергаясь действию прямых солнечных лучей, более адаптированы к ним. В связи с этим следует отметить большую гигиеническую роль солнечного света. Именно под воздействием солнечного излучения происходит самоочищение воздуха, верхних слоев почвы и воды.

Ультрафиолетовое излучение .

Ультрафиолетовое излучение с длиной волны 295…200 нм является бактерицидно активным, то есть способным губительно действовать на микроорганизмы. Механизм действия ультрафиолетового излучения заключается в его способности частично или полностью подавлять репликацию ДНК и повреждать рибонуклеиновые кислоты (особенно мРНК).

Ультрафиолетовое излучение широко применяют для санации воздуха в животноводческих помещениях, в лабораториях, в промышленных цехах, микробиологических боксах. Для дезинфекции воздуха промышленность выпускает различные лампы. В животноводческой практике широко применяют установки ИКУФ-1, как источник ультрафиолетового и инфракрасного излучения.

Ионизирующее излучение .

Ионизирующее (рентгеновское) излучение представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны 0,006…10нм. В зависимости от длины волны различают гамма-излучение, бета-излучение и альфа-излучение. Наиболее активным действие на биологические объекты отличается гамма-излучение, но даже его бактерицидные свойства значительно ниже, чем бактерицидные свойства ультрафиолетового излучения. Гибель бактерий наступает только при облучении их большими дозами от 45000 до 280000 рентген. Отдельные виды способны выживать в воде атомных реакторов, где величина радиоактивного облучения достигает 2…3 млн. рентген. Более того, получены данные, что воздействие небольших дозгамма-излучения на патогенные микроорганизмы, способны усилить их вирулентные свойства.

Механизм действия рентгеновского излучения заключается в поражении ядерных структур, в частности нуклеиновых кислот цитоплазмы, что приводит к гибели микробной клетки или изменению ее генетических свойств (мутации).

Электричество .

Электрический ток малой и высокой частоты уничтожает микроорганизмы. Особенно сильным бактерицидным действием обладают токи ультравысокой частоты. Они приводят в колебание молекулы всех элементов клетки, вследствие чего происходит быстрое и равномерное нагревание всей массы клетки не зависимо от температуры окружающей среды. Кроме того, установлено, что длительное воздействие токов высокой частоты приводит к электрофорезу некоторых компонентов питательной среды. Образующиеся при этом соединения инактивируют микробную клетку.

Ультразвук .

Механизм бактерицидного действия ультразвука (волны с частотой 20 000 Гц) заключаетсяв том, что в цитоплазме микроорганизмов, находящихся в жидкой среде, образуется кавитационная полость, которая заполняется парами жидкости, в пузырьке возникает давление, что приводит к дезинтеграции цитоплазматических структур. Ультразвук используют для стерилизации пищевых продуктов и дезинфекции предметов.

Аэроионизация .

Аэроионы, несущие положительный или отрицательный заряд, возникают в воздухе при искусственной или естественной ионизации. Наибольшее влияние на бактерии оказывают отрицательно заряженные ионы, действуя уже в средних концентрациях (5*10 4 в 1 см 3 воздуха). Положительно заряженные ионы обладают менее выраженным бактерицидным действием, они способны задерживать рост и развитие микроорганизмов только в больших концентрациях (10 6 в 1 см 3 воздуха). Сила действия аэроионов зависит от их концентрации, длительности экспозиции и расстояния от источника. Используют аэроионы для обеззараживания воздуха жилых помещений, цехов предприятий, медицинских учреждений.

Почти все факторы физического воздействия на микроорганизмы могут быть использованы с целью стерилизации. Стерилизация – уничтожение патогенных и непатогенных микроорганизмов, их вегетативных и споровых форм в каком-либо объекте. Стерилизации подвергают питательные среды, стеклянную посуду, инструменты, перевязочный материал, халаты. Стерилизации также подвергают воздух и предметы в микробиологических боксах.

Механизм действия различных методов стерилизации не одинаков, но в основе каждого лежит способность нарушать жизненные процессы микробной клетки (денатурация белков, угнетение функции ферментных систем).

Физические методы стерилизации:

1. Прокаливание (фламбирование). Подвергаются металлические предметы (петли, иглы, скальпель, ножницы, шпатель).

2. Стерилизация путем кипячения. Кипячением стерилизуют иглы, шприцы, пинцеты, ножницы, скальпели и другие инструменты, которые раскладывают в стерилизаторах на решетчатые вставки. В стерилизатор наливают дистиллированную воду в количестве, достаточном для полного закрывания инструментов. В воду можно добавлять 2% гидрокарбоната натрия. Кипятят в течение 25 – 30 минут.

3. Стерилизация сухим жаром. Стерилизация осуществляется при помощи сухого нагретого воздуха в сушильном шкафу с двойными стенками (печь Пастера). Снаружи шкаф облицован теплонепроницаемым материалом. Контроль температурного режима осуществляется при помощи температурного датчика. В сушильном шкафу стерилизуют чистую, предварительно высушенную стеклянную посуду, завернутую в пергаментную бумагу. Режимы стерилизации: 155…160 0 –2 часа; 165…170 0 – 1…1,5 часа; 180 0 – 1 час. Время экспозиции отмечают от момента достижения температурой заданного значения.

4. Стерилизация текучим паром. Стерилизацию проводят в аппарате Коха, который представляет собой сосуд с неплотно закрытой крышкой. На дне аппарата имеется решетчатая подставка, до уровня которой наливают воду. На подставку помещают сосуд с решетчатым дном, в котором находятся объекты, подлежащие стерилизации (питательные среды). В процессе кипения воды образуются пары, нагревающие содержимое сосуда. Время стерилизации – 30…40 минут. Однократная стерилизация уничтожает только вегетативные формы бактерий, а споры сохраняют свою жизнеспособность, стерилизацию проводят «дробно» - три дня подряд. Таким способом стерилизуют среды с углеводами, молоко, среды с желатиной, то есть субстраты, которые не выдерживают нагревания более 100 0 С, длительного действия пара или сухого жара.

5. Тиндализация – это дробная стерилизация в водяной бане при 56…58 0 С в течение 5…6 суток: в первый день прогревают в течение 2 часов, в последующие дни – по1 часу. Метод используется для стерилизации материалов, разрушающихся при температуре выше 58…60 0 С – веществ, содержащих белки (сыворотка крови).

6. Пастеризация – это метод не полной стерилизации, используемы с целью сохранения питательной ценности пищевого продукта, которая может снижаться при кипячении. Продукт нагревают при 80 0 С в течение 30 минут, а затем резко охлаждают до 4…8 0 С. Резкое охлаждение препятствует прорастанию спор и последующему размножению бактерий.

7. Стерилизация паром под давлением (автоклавирование). Это самый эффективный метод стерилизации. Принцип стерилизации основан на том, что чистый насыщенный водяной пар при высоком давлении, конденсируясь, повышает температуру внутри автоклава выше температуры кипения. При повышении давления пара соответственно повышается и температура в стерилизационной камере: 50,6 кПа (0,5 атм.) – 110…112 0 С, 101,3 кПа (1 атм.) – 120…121 0 С, 151,9 кПа (1,5 атм.) – 124…126 0 С, 202,6 кПа (2 атм.) – 132…133 0 С.Конструкции и объем стерилизационной камеры автоклавов могут быть различными (горизонтальные и вертикальные), но принцип действия остается таким же. В автоклаве стерилизуют питательные среды, выдерживающие температуру выше 100 0 С, стеклянную посуду, завернутую в бумагу, перевязочный материал, халаты (в биксах). Кроме того, обеззараживают микробные культуры, отработанные питательные среды, посуду. Режимы работы автоклава нуждаются в постоянном контроле. Для этого используют химические и биологические методы.

8. Стерилизация фильтрованием . Осуществляется пропускание материала через бактериологические фильтры. Фильтрация связана с механической задержкой бактерий мелкопористыми фильтрами и с адсорбционной способностью материала из которого изготовлен фильтр. Фильтрации обычно подвергают жидкости не выдерживающие нагревания. Различают фильтры:

· керамические – их изготавливают из каолина или кварцевого песка;

· асбестовые - фильтры Зейтца (пластины из смеси асбеста с целлюлозой);

· мембранные – имеют вид тонких листков белой бумаги, ихготовят из гемицеллюлозы, обработанной соответствующими реактивами, температурой и прессованием. Эти фильтры различают по диаметру и величине пор, имеют наиболее точную калибровку.

Стерильность фильтратов контролируют высевом на питательные среды с термостатированием.

9. Стерилизация ультрафиолетовым излучением. В лаборатории источником ультрафиолетового излучения обычно служат бактерицидные лампы, используемые для обеззараживания воздуха.

Стерилизация ультразвуком. С помощью ультразвука стерилизуют воду, молоко, некоторые продукты, кожевенное сырье. Стерилизующее действие ультразвука связано с разрушением бактериальной клетки под действием кавитационных полостей, возникающих в цитоплазме.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Микроорганизмы подвержены постоянному воздействию факторов внешней среды. Неблагоприятные воздействия могут приводить к гибели микроорганизмов, то есть оказывать микробицидный эффект, либо подавлять размножение микробов, оказывая статическое действие. Некоторые воздействия оказывают избирательный эффект на отдельные виды, другие - проявляют широкий спектр активности.

Весь живой органический мир представляет собой единство живых организмов и соответствующих условий внешней среды. Под внешней средой понимается совокупность различных факторов, воздействующих на организм. К числу таких факторов относятся, например, условия питания и дыхания, влияние других организмов и т. д.

1. Условия внешней среды

Условия внешней среды являются ведущими в развитии всего органического мира, ибо всякое живое тело возникло и продолжает строить себя из определенных условий внешней среды.

Активной стороной развития является живой органический мир. Он активно избирает из внешней среды то, что нужно ему для развития, и также активно противодействует влиянию чуждых ему условий. Какие же условия внешней среды следует считать наиболее благоприятными для живого организма? Такими условиями являются те, из которых и при которых впервые возник организм. Иными словами, каждый организм для своего индивидуального развития нуждается в тех же условиях, при которых протекало развитие предшествовавших поколений данного вида.

Изменение условий внешней среды в большей или меньшей степени отражается на живом организме и вызывает с его стороны активное противодействие изменяющему влиянию. В этом проявляется консерватизм живой природы, ее стремление сохранить свои наследственные свойства. Консерватизм наследственности является результатом слаженности физиологических процессов в организме, он обеспечивает устойчивость видов организмов и препятствует их изменению под влиянием условий внешней среды. Тем не менее, несоответствие внешних условий данному организму может привести либо к его отмиранию, либо к изменению его прежних свойств и приобретению новых. В последнем случае возникшие под воздействием внешних факторов изменения в организме позволяют ему приспособиться к создавшимся условиям и таким образом выжить. Эти изменения могут быть незначительными и утрачиваться при устранении вызвавшей их причины. Если изменения глубоки и значительны, а условия внешней среды продолжают поддерживать их, то новые свойства могут устойчиво закрепиться в организме и передаваться по наследству поколениям. Эти новые свойства становятся таким образом наследственными, т. е. присущими организму по природе. Приобретенными под воздействием условий среды свойствами объясняется способность одних микроорганизмов успешно развиваться в местах жаркого климата, других - в полярных широтах, третьих - в соленых озерах и т. д.

Приспособление организмов к изменившимся условиям жизни и передача вновь приобретенных признаков потомству представляют собой закон живой природы. В соответствии с ним происходит развитие всего органического мира. Опираясь на этот закон, человек путем искусственного отбора и направленного воспитания получает животные организмы, растения и микроорганизмы с различными полезными свойствами. Особенно податливы в этом отношении микроорганизмы, так как им свойственны сравнительно легкая приспособляемость к среде обитания и быстрота размножения, позволяющая за короткое время вырастить большое количество поколений.

Изучение закономерностей изменчивости микроорганизмов имеет большое практическое значение, так как с каждым годом расширяется их промышленное использование. Наряду с поисками новых микроорганизмов, находящихся в природе, и улучшением качества уже применяющихся производственных рас микроорганизмов важное значение приобретает выведение новых рас с заранее заданными свойствами.

Мичуринское учение о возможности преобразования природы в нужном для человека направлении открывает широкие перспективы в области выведения ценных рас микроорганизмов. В результате воздействия на микроорганизмы различными факторами внешней среды можно расшатать их наследственные свойства и умелым подбором соответствующих условий получить виды с нужными признаками.

Таким путем получено немало ценных для производственных целей микроорганизмов. Выведены дрожжи, более активно сбраживающие различные сахара; спиртоустойчивые дрожжи, дающие больший выход спирта; дрожжи, ведущие брожение при высоких концентрациях сахара; уксуснокислые бактерии, выдерживающие повышенную концентрацию уксусной кислоты при ее получении с помощью этих бактерий, и т. д.

Методом направленного воспитания получены культуры ряда болезнетворных бактерий, утративших способность вызывать заболевания. Из таких культур ослабленных бактерий приготавливают лечебные препараты (вакцины) против соответствующих заразных болезней (сибирской язвы, бруцеллеза, туляремии и др.). Воздействием различных факторов внешней среды на микроорганизмы можно подавить их жизнедеятельность или вызвать их гибель, что очень важно для сохранения качества продовольственных товаров.

Таким образом, изучение влияния различных факторов внешней среды на микроорганизмы имеет большое значение как с точки зрения промышленного использования микроорганизмов, так и борьбы с вредными представителями микромира.

Условия или факторы внешней среды, оказывающие влияние на жизнедеятельность микробов, подразделяются на физические, химические и биологические.

2. Влияние физических факторов

К числу физических факторов, оказывающих воздействие на микроорганизмы, относятся температура, влажность среды, концентрация растворенных веществ в среде, свет, электромагнитные волны и ультразвук.Температура - это один из важнейших факторов внешней среды. Все микроорганизмы могут развиваться только в определенных пределах температуры. Наиболее благоприятная для микроорганизмов температура называется оптимальной. Она находится между крайними температурными уровнями - температурным минимумом (низшей температурой) и температурным максимумом (высшей температурой), при которых еще возможно развитие микроорганизмов. Так, для большинства сапрофитов температурный оптимум составляет около 30°С, температурный минимум 10°С, максимум 55°С. Следовательно, при охлаждении среды до температуры ниже 10°С или при нагревании ее свыше 55°С развитие сапрофитных микроорганизмов прекращается. Этим объясняется, что сапрофиты вызывают быструю порчу пищевых продуктов в теплое время года или в теплом помещении.

Для других микроорганизмов температурный оптимум может быть значительно ниже или выше. В зависимости от того, в каких пределах находится оптимальная для микробов температура, все они подразделяются на три группы: психрофилы, термофилы и мезофилы.

Психрофилы (хладолюбивые микроорганизмы) хорошо развиваются при сравнительно низких температурах. Для них оптимум составляет около 10°С, минимум от - 10 до 0°С и максимум около 30°С. К психрофилам относятся некоторые гнилостные бактерии и плесени, вызывающие порчу продуктов, хранящихся в холодильниках и ледниках. Психрофильные микроорганизмы живут в почве полярных районов и водах холодных морей.

Термофилы (теплолюбивые микроорганизмы) имеют температурный оптимум примерно в 50°С, минимум около 30°С и максимум в пределах 70-80°С. Такие микроорганизмы обитают в горячих водных источниках, самосогревающихся массах сена, зерна, навоза и т. д.

Мезофилы лучше всего развиваются при температуре около 30°С (оптимум). Температурный минимум для этих микроорганизмов составляет 0-10°С, а максимум доходит до 50°. Мезофилы представляют наиболее распространенную группу микроорганизмов. К этой группе относится большинство бактерий, плесневых грибов и дрожжей. Возбудители многих заболеваний также являются мезофилами.

Микроорганизмы по-разному реагируют на колебания температуры. Некоторые из них очень чувствительны к отклонению температуры от оптимальной (многие бактерии, в том числе болезнетворные), другие же, наоборот, могут хорошо развиваться в широких температурных пределах (многие плесневые грибы и некоторые гнилостные бактерии). Следует заметить, что грибы вообще менее требовательны к условиям среды, чем бактерии. Понижение температуры от точки оптимума на микроорганизмах сказывается значительно слабее, чем повышение ее к максимуму. Падение температуры ниже минимума обычно не приводит микробную клетку к гибели, а замедляет или приостанавливает ее развитие. Клетка переходит в состояние анабиоза, т. е. скрытой жизнедеятельности, наподобие зимней спячки многих животных организмов. После повышения температуры до уровня, близкого к оптимальному, микроорганизмы вновь возвращаются к нормальной жизнедеятельности. Некоторые плесневые грибы и дрожжи сохраняют жизнеспособность после продолжительного воздействия температуры - 190°С. Споры некоторых бактерий выдерживают охлаждение до - 252°С.

Однако далеко не всегда микроорганизмы сохраняют жизнеспособность после воздействия низких температур. Клетка может погибнуть вследствие нарушения нормальной структуры протоплазмы и обмена веществ. Особенно неблагоприятно для микробной клетки многократное замораживание и оттаивание.

Низкие температуры широко применяются в практике хранения продовольственных товаров. Продукты хранят в охлажденном (от 10 до 2°С) и замороженном (от 15 до 30°С) состоянии. Сроки хранения охлажденных продуктов не могут быть продолжительными, так как развитие на них микроорганизмов не прекращается, а только замедляется. Замороженные продукты сохраняются более продолжительное время, поскольку развитие на них микроорганизмов исключено. Однако после оттаивания такие продукты могут быстро испортиться вследствие интенсивного размножения сохранивших жизнеспособность микроорганизмов.

Повышение температуры от точки оптимума оказывает резкое влияние на микроорганизмы. Нагревание свыше температурного максимума приводит к быстрой гибели микробов. Большинство микроорганизмов погибает при температуре 60-70°С через 15-30 минут, а при нагревании до 80-100°С - в течение от нескольких секунд до 3 минут.

Споры бактерий выдерживают нагревание до 100° в течение нескольких часов. Для уничтожения спор прибегают к нагреванию до 120° в течение 20-30 минут. Причиной гибели микроорганизмов при нагревании является, главным образом, свертывание белковых веществ клетки и разрушение ферментов. Губительное действие высоких температур используется при консервировании продуктов путем пастеризации и стерилизации.

Пастеризация представляет собой нагревание продукта при температуре от 63 до 75°С в продолжение 30-10 минут (длительная пастеризация) или от 75 до 93°С в течение нескольких секунд (короткая пастеризация). В результате пастеризации уничтожается большинство вегетативных клеток микробов, а споры остаются живыми. Поэтому пастеризованные продукты надо хранить на холоде, чтобы предотвратить прорастание спор. Пастеризации подвергают молоко, вино, фруктовые, овощные соки и другие продукты.

Стерилизация означает нагревание продукта при температуре 120°С в течение 10-30 минут. Во время стерилизации, которая проводится в специальных автоклавах, погибают все микроорганизмы и их споры. Вследствие этого стерилизованные продукты в герметической таре могут сохраняться годами. Стерилизация применяется при изготовлении мясных, рыбных, молочных, фруктовых и других консервов.

3. Влажность среды

Она играет важную роль в жизнедеятельности микроорганизмов. В клетках микроорганизмов содержится до 85% воды. Все процессы обмена веществ протекают в водной среде, поэтому развитие и размножение микроорганизмов возможно только в среде, содержащей достаточное количество влаги. Уменьшение влажности среды приводит сначала к замедлению размножения микробов, а затем к его полному прекращению.

Развитие бактерий останавливается при влажности среды, равной примерно 25%, а плесеней - около 15%. В высушенном состоянии микроорганизмы могут сохранять жизнеспособность в течение длительного времени. Особенно устойчивы к высушиванию споры, которые сохраняются в высушенном состоянии многие годы. На высушенных средах микроорганизмы не проявляют своей жизнедеятельности. На этом основано консервирование пищевых продуктов методом высушивания. Сушке подвергают плоды, овощи, грибы, молоко, хлеб, мучные кондитерские изделия и т. д. При увлажнении высушенных продуктов они подвергаются быстрой порче вследствие бурного развития на них сохранивших жизнеспособность микроорганизмов. Сушеные продукты обладают способностью воспринимать влагу из окружающего воздуха, поэтому при их хранении надо следить, чтобы относительная влажность воздуха не превышала определенной величины.

Под относительной влажностью воздуха понимается выраженное в процентах отношение фактического количества влаги в воздухе к тому количеству, которое полностью насыщает воздух при данной температуре. Развитие плесневых грибов на сушеных продуктах становится возможным, если относительная влажность воздуха превышает 75-80%.

4. Концентрация растворенных веществ в среде

Жизнедеятельность микроорганизмов протекает в средах, представляющих собой более или менее концентрированные растворы веществ. Одни из микроорганизмов обитают в пресной воде, где концентрация растворенных веществ незначительна и, следовательно, невелико осмотическое давление (обычно десятые доли атмосферы). Другие же микробы, наоборот, живут в условиях высоких концентраций веществ и значительного осмотического давления, достигающего иногда десятков и сотен атмосфер. Большинство микроорганизмов может существовать в средах со сравнительно небольшой концентрацией растворенных веществ и обладает значительной чувствительностью к ее колебаниям.

Повышение концентрации веществ в среде и связанного с ней осмотического давления приводит к плазмолизу клетки, нарушению обмена веществ между нею и средой и затем к гибели клетки. Однако некоторые микроорганизмы способны сохранять жизнеспособность в условиях повышенной концентрации продолжительное время.

Плесневые грибы переносят повышенные концентрации веществ (как и другие неблагоприятные факторы) легче, чем бактерии. На губительном действии высоких концентраций веществ на микроорганизмы основано консервирование пищевых продуктов поваренной солью и сахаром

Содержание в среде поваренной соли до 3% замедляет размножение многих микроорганизмов. Особенно чувствительны к действию поваренной соли гнилостные и молочнокислые бактерии. При содержании в продукте около 10% соли жизнедеятельность этих бактерий подавляется полностью. Малоустойчивы к действию поваренной соли многие возбудители пищевых отравлений, например, паратифозные бактерии и бацилла ботулизма; их развитие приостанавливается при концентрации соли около 9%. Поваренную соль используют для консервирования рыбы, мяса, овощей и других продуктов.

Микроорганизмы погибают также в растворах, содержащих 60-70% сахара. С помощью сахара консервируют ягоды, фрукты, молоко и др. Некоторые микроорганизмы, живущие обычно в условиях невысокого осмотического давления, сравнительно хорошо развиваются и на засоленных или засахаренных продуктах. Встречаются и такие микробы, которые способны развиваться нормально только в условиях высокой концентрации поваренной соли (например, в тузлуке). Такие микробы называются галофилами. Нередко галофилы вызывают порчу соленых продовольственных товаров. Консервирующее действие сахара значительно слабее, чем поваренной соли, поэтому в практике консервирования сахаром продукты подвергают еще нагреванию в герметически закупоренной таре.

5. Свет

Свет необходим для жизни только тем микробам, которые используют световую энергию для обмена веществ. Многим плесневым грибкам также требуется свет, поскольку при его постоянном отсутствии не происходит образования спор, хотя мицелий развивается нормально. Прямой солнечный свет губителен для микроорганизмов, а рассеянный свет подавляет их развитие. органический микроорганизм бактерия ультразвук

Бактерицидное (убивающее бактерии) действие солнечного света обусловлено прежде всего наличием в нем ультрафиолетовых лучей. Эти лучи обладают большой химической и биологической активностью. Они вызывают разложение и синтез некоторых органических соединений, свертывают белки, разрушают ферменты, губительно действуют на клетки микроорганизмов, растений и животных. Созданы специальные устройства для искусственного получения ультрафиолетовых лучей. С помощью этих лучей обеззараживают питьевую воду, воздух лечебных и производственных помещений, холодильных камер и т. д. Недостатком ультрафиолетовых лучей является малая проникающая способность, вследствие чего их можно применять только для облучения поверхности предметов.

6. Электромагнитные волны

Электромагнитные волны имеют различную длину и частоту колебаний. Чем короче электромагнитная волна, тем выше частота ее колебаний. Считается, что электромагнитные волны больших длин (свыше 50 м) на микроорганизмы никакого действия не оказывают. Короткие (от 10 до 50м) и особенно ультракороткие (менее 10 м) электромагнитные волны влияют на микроорганизмы губительно. При прохождении через какую-либо среду эти волны образуют в ней переменные токи высокой (ВЧ) и ультравысокой (УВЧ) частот, которые нагревают эту среду, причем быстро и равномерно во всей ее массе. Вода в стакане под действием таких токов нагревается до кипения за 2-3 секунды. Токами ультравысокой частоты пользуются для стерилизации продуктов при их консервировании. Такой метод консервирования имеет важные преимущества, так как не влияет на качество готового продукта. Действием токов ультравысокой частоты можно пользоваться и для вытапливания жира из тканей.

7. Ультразвук

Звуковые колебания, частота которых составляет более 20000 в секунду, называют ультразвуком. Ультразвуковые колебания человеческое ухо не улавливает. Ультразвуковые волны, распространяясь в среде, несут большую механическую энергию, могут вызвать свертывание белков, ускорить химические реакции и произвести другие действия. Мощные ультразвуковые колебания способны вызвать мгновенное механическое разрушение клеток. К воздействию ультразвуковых волн особенно чувствительны бактерии, споры же их более выносливы.

Эффективность ультразвука зависит от продолжительности его воздействия, химического состава, вязкости и реакции среды, а также от температуры среды.

Природа бактерицидного действия ультразвука до конца еще не раскрыта. В какой мере ультразвук будет использоваться для консервирования продуктов, сказать сейчас трудно. Попытки применить энергию ультразвуковых колебаний для стерилизации молока, соков, питьевой воды пока не дали желаемого технико-экономического эффекта.

8. Влияние химических факторов

Химические факторы среды во многом определяют жизнедеятельность микроорганизмов. Среди химических факторов наибольшее значение имеют реакция среды и ее химический состав.

Реакция среды

Степень кислотности или щелочности среды оказывает сильное воздействие на микроорганизмы. Кислотность и щелочность здесь понимаются как концентрация водородных и гидроксильных ионов. Под влиянием реакции среды могут изменяться активность ферментов, характер обмена веществ клетки с окружающей средой, а также проницаемость клеточной оболочки для различных веществ. Разные микроорганизмы приспособлены к обитанию в средах с различной реакцией. Некоторые из них лучше развиваются в кислой среде, другие - в нейтральной или слабощелочной. Для большинства плесневых грибов и дрожжей наиболее благоприятна слабокислая среда. Бактерии нуждаются в нейтральной или слабощелочной среде. Изменение реакции среды на микроорганизмы действует угнетающе. Повышение кислотности среды может вызвать гибель бактерий, особенно губительна повышенная кислотность для гнилостных бактерий.

Споры бактерий более устойчивы к изменениям реакции среды, чем вегетативные клетки. Некоторые бактерии в процессе жизнедеятельности сами вырабатывают органические кислоты. Такие бактерии (например, молочнокислые) выносливее других, однако и они после накопления в среде определенного количества кислоты постепенно погибают. Встречаются микроорганизмы, способные регулировать реакцию среды, доводя ее до нужного уровня путем выделения веществ, которые подкисляют или подщелачивают среду. К подобным микроорганизмам относятся, например, дрожжи. Для них нормальной является кислая среда, в которой и протекает спиртовое брожение. Однако, если дрожжи попадают в слабощелочную или нейтральную среду, то вместо спирта они образуют уксусную кислоту. После того как среда приобретет благоприятную для дрожжей кислую реакцию, они начинают вырабатывать этиловый спирт. На подавляющем действии реакции среды на гнилостные бактерии основаны такие методы консервирования пищевых продуктов, как квашение и маринование. При квашении (молочных продуктов, овощей) в продукте развиваются молочнокислые бактерии, образующие молочную кислоту, которая подавляет жизнедеятельность гнилостных бактерий.

Для маринования в продукты (овощи, рыбу) добавляют уксусную кислоту, также препятствующую развитию гнилостных бактерий. Однако в теплом помещении квашеные и маринованные продукты в негерметической упаковке продолжительное время храниться не могут, так как в них начнут развиваться плесневые грибки и дрожжи, для которых кислая среда является благоприятной.

9. Х имический состав среды

В жизнедеятельности микроорганизмов химический состав среды играет важную роль, так как среди химических веществ, образующих среду и необходимых микроорганизмам, могут оказаться и ядовитые вещества. Эти вещества, проникнув в клетку, соединяются с элементами протоплазмы, нарушают обмен веществ и губят клетку. Ядовитое действие на микроорганизмы оказывают соли тяжелых металлов (ртути, серебра и др.), ионы тяжелых металлов (серебра, меди, цинка и др.), хлор, йод, перекись водорода, марганцевокислый калий, сернистая кислота и сернистый газ, окись углерода и углекислый газ, спирты, органические кислоты и другие вещества. В практике часть этих веществ используют для борьбы с микроорганизмами. Такие вещества называются антисептиками (противогнилостными). Антисептики обладают различным по силе бактерицидным действием. Эффективность применения антисептиков в значительной мере зависит также от их концентрации и продолжительности действия, температуры и реакции среды.

Микроорганизмы способны привыкать к тому или иному антисептику, если концентрация его в среде от безвредного уровня будет увеличиваться постепенно. Антисептические вещества находят широкое применение в медицине и ветеринарии. С их помощью обеззараживают помещения, оборудование и инструменты. Обеззараживание помещений, оборудования и инструментов с помощью антисептиков называется дезинфекцией, а антисептические вещества, применяющиеся при этом, - дезинфицирующими. В качестве дезинфицирующих веществ применяют карболовую кислоту (фенол), формалин, раствор сулемы, хлорную известь, крезол, сернистый газ и другие. Дезинфекцию жидкими антисептиками проводят путем опрыскивания или протирания, а газообразными - путем окуривания.

В пищевых и торговых предприятиях для дезинфекции используют хлорную известь, которую применяют в виде водного раствора или в измельченном виде. Для обеззараживания (хлорирования) питьевой воды применяют газообразный хлор или хлорную известь. Некоторые антисептические вещества (уротропин, бура, бензойная кислота, сернистый газ) используют для консервирования пищевых продуктов (овощей, плодов, икры и др.). Эти вещества берут в незначительных, безвредных для здоровья человека дозах.

Дым многих древесных пород содержит антисептические вещества (формальдегид, метиловый спирт, кислоты, ацетон, фенол и смолы), на этом основано консервирование мясных и рыбных товаров путем копчения.

10. Влияние биологических факторов

В природе разные представители мира микроорганизмов обитают совместно. Между ними устанавливаются определенные взаимоотношения. В одних случаях эти взаимоотношения идут на пользу друг другу. Такое взаимополезное сожительство называется симбиозом. Симбиоз бывает между разными видами микроорганизмов, между микроорганизмами и растениями, между микроорганизмами и животными. Примером симбиоза между молочнокислыми бактериями и дрожжами является их сожительство в кефире и кумысе: молочнокислые бактерии, выделяя молочную кислоту, создают благоприятную реакцию среды для дрожжей, а дрожжи продуктами своей жизнедеятельности стимулируют развитие молочнокислых бактерий. Симбионтами, т.е. взаимополезно сожительствующими организмами, являются клубеньковые бактерии и бобовые культуры. Бактерии получают от бобовых углеродистые вещества, а сами обеспечивают растения соединениями азота.

Симбиотические взаимоотношения существуют между микроорганизмами и животными, например, между бактериями и насекомыми. Так, бактерии, обитающие в пищеварительных органах молей, разлагают органические материалы, служащие пищей молям, и тем самым способствуют их усвоению.

Среди микроорганизмов широко распространен антагонизм, при котором один вид микробов подавляет развитие других или вызывает их гибель. Явление антагонизма имеет место, например, во взаимоотношениях между молочнокислыми и гнилостными бактериями. Молочнокислые бактерии выделяют молочную кислоту, которая угнетает гнилостные бактерии. Антагонизм между молочнокислыми и гнилостными бактериями используется при изготовлении квашеных овощей, кисломолочных продуктов и др. Нередко микробы выделяют в окружающую среду особые вещества, подавляющие или губительно действующие на другие микроорганизмы. Такие вещества называются антибиотиками (от греческого: анти - против, биос - жизнь). Антибиотики выделяются многими актиномицетами, бактериями и грибами. Вокруг таких микроорганизмов-антагонистов создается на субстрате стерильная зона, свободная от других микроорганизмов, так как последние погибают под действием антибиотиков.

Свойство микроорганизмов выделять антибиотики находит широкое практическое использование в медицине. В настоящее время известно большое количество антибиотиков: пенициллин, стрептомицин, биомицин, террамицин и целый ряд других. Ведутся активные поиски новых антибиотиков. Каждый из антибиотиков обладает избирательным действием, т. е. подавляет жизнедеятельность только определенных микроорганизмов. Пенициллин, например, вырабатываемый грибком из рода пенициллиум, действует губительно на многие болезнетворные бактерии, вызывающие гнойные и воспалительные процессы.

Использование антибиотиков для консервирования пищевых продуктов возможно только после выяснения безвредности таких продуктов для человека. Антибиотики находят применение в качестве стимуляторов роста организмов. Введение в рацион молодняка домашних животных и птиц небольших доз антибиотиков (пенициллина, биомицина) способствует ускорению их роста и снижению смертности. Промышленное производство антибиотиков основано на выращивании микроорганизмов, вырабатывающих нужный антибиотик, в строго определенных условиях и на специальном питательном субстрате. Накопившийся антибиотик извлекают из субстрата, а затем подвергают очистке и соответствующей обработке. Антибиотики вырабатываются также многими растениями. Впервые такие антибиотики были обнаружены советским ученым Б. П. Токиным в 1928-1929 гг. в кашице из луковицы и получили название фитонциды (фитон - по-гречески растение). Во время опыта Токин выявил, что летучие вещества, выделяемые кашицей из луковицы, в небольших порциях могут временно усилить размножение дрожжевых клеток, а в больших дозах неизменно убивают их. В дальнейшем выяснилось, что фитонциды широко распространены в мире растений. Фитонциды содержатся и в дикорастущих и в таких культурных растениях, как лук, томаты, морковь, хрен, петрушка, перец, укроп, горчица, кориандр, чеснок, корица, лавровый лист, кукуруза, свекла, салат, сельдерей и др. Особенной активностью отличаются фитонциды лука, чеснока, хрена, горчицы. Фитонциды многих растений действуют губительно не только на вегетативные клетки микроорганизмов, но и на их споры.

Ведутся исследования по практическому использованию фитонцидов в медицине и для консервирования пищевых продуктов. Вещества антибиотического характера вырабатываются и животными организмами. К таким веществам относятся лизоцим и эритрин. Лизоцим выделяется различными тканями и органами человека и животных. Он содержится в слюне, слезах, в выделениях кожи человека.

Список литературы

1. Жарикова, Г.Г. Микробиология продовольственных товаров. Санитария и гигиена [Текст] : учебник / Г.Г. Жарикова. - М. : Академия, 2005.

2. Мудрецова-Висс, К.А. Микробиология, санитария и гигиена [Текст] : учебник / К.А. Мудрецова-Висс, А.А. Кудряшова, В. П. Дедюхина. - М. : Деловая литература, 2001. - 388 с.

3. Орлов, В. И. Основы микробиологии [Текст] : учебник / В. И. Орлов. - М. : Экономика, 1965.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Характеристика физических факторов, влияющих на развитие микробов: температура, влажность, излучения, ультразвук, давление, фильтрование. Типология и механизм действия противомикробных химических веществ. Препараты, содержащие бактерии и бактериофаги.

реферат , добавлен 29.09.2009


Характер и оценка влияния разнообразных факторов внешней среды на микроорганизмы: физических, химических и микробиологических. Значение микроорганизмов в сыроделии, развитие соответствующих процессов при производстве конечного продукта, этапы созревания.

реферат , добавлен 22.06.2014


Воздействие физических факторов на регуляцию интенсивности метаболических реакций в микробах. Химические вещества, обладающие противомикробным действием и разрушающие структурные элементы микробов. Оптимальная среда обитания для большинства бактерий.

презентация , добавлен 29.05.2015


реферат , добавлен 24.11.2010


Влияние факторов среды на развитие микроорганизмов. Аэробные свободноживущие азотофиксирующие микроорганизмы, их биологические особенности. Азотобактерин (ризофил), получение, применение, действие на растение. Биопрепараты, используемые в растениеводстве.

контрольная работа , добавлен 24.11.2015


Ламарк об изменчивости наследственности. Градация Ламарка на уровне высших систематических единиц - классов. Изменение условий внешней среды как один из факторов изменчивости. Закон "упражнений и неупражнений". Закон наследования приобретенных признаков.

презентация , добавлен 13.11.2013


Фенотипические свойства микроорганизмов. Этапы и механизмы формирования биопленок и распада на поверхности раздела твердой и жидкой фазы, их регуляция. Скорость образование биопленок. Биологическое действие ультрафиолетового излучения на микроорганизмы.

курсовая работа , добавлен 07.09.2012


Приоритетные загрязнители окружающей среды и их влияние на почвенную биоту. Влияние пестицидов на микроорганизмы. Биоиндикация: понятие, методы и особенности. Определение влажности почвы. Учет микроорганизмов на различных средах. Среда Эшби и Гетчинсона.

курсовая работа , добавлен 12.11.2014


Характеристика основных показателей микрофлоры почвы, воды, воздуха, тела человека и растительного сырья. Роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе. Влияние факторов окружающей среды на микроорганизмы. Цели и задачи санитарной микробиологии.

реферат , добавлен 12.06.2011


Характеристика общих представлений об эволюции и основных свойствах живого, которые важны для понимания закономерностей эволюции органического мира на Земле. Обобщение гипотез и теорий происхождения жизни и этапы эволюции биологических форм и видов.

К числу основных физических факторов, воздействующих на

микроорганизмы как в естественной среде обитания, так и в условиях лаборатории, относятся температура, высушивание, гидростатическое давление, лучистая энергия и другие.

Влияние температуры. Температура – один из наиболее важных факторов в жизни микробов. Она может быть оптимальной, т.е. наиболее благоприятной для развития, а также максимальной, когда подавляются жизненные процессы; минимальной, ведущей к замедлению или прекращению роста. Микроорганизмы по их адаптации к определенным температурным условиям объединяют в три физиологические группы:

психрофилы

мезофилы

термофилы

Психрофильные микроорганизмы – обитатели холодных источников,

глубоких морей и океанов с оптимальной температурой 15-20 0 С, рост возможен от 0 0 С до 35 0 С. К ним относят светящиеся бактерии, железобактерии и другие.

Мезофильные бактерии живут при средних температурах с оптимумом 30-37 0 С, минимум 3 0 С и максимум до 45 0 С. Сюда относятся большинство сапрофитов и все патогенные микроорганизмы.

Термофильные бактерии требуют для своего развития более высокую температуру – от 35 до 80 0 С, при оптимуме – 50-60 0 С. Они встречаются в горячих источниках, пищеварительном тракте животных, в почвах районов с жарким климатом.

Высокие и низкие температуры по-разному влияют на микробы. Низкие температуры обычно не вызывают гибели микробов, а лишь задерживают их рост и размножение. Жизнедеятельность многих микробов сохраняется при температуре, близкой к абсолютному нулю. Так, эшерихии остаются жизнеспособными при – 190 0 С до 4-х месяцев, а бруцеллы при –40 0 С сохраняются более 6 месяцев. Однако, следует иметь в виду, что когда замораживание происходит без образования кристаллов (-190), то такая температура менее губительна, чем температура (-20), при которой образуются кристаллы льда, ведущие к механическим повреждениям и необратимым процессам в микробной клетке.

Низкие температуры приостанавливают гнилостные и бродильные процессы.

Высокая температура, в особенности нагревание паром под давлением, губительно действует на микробов. Чем больше температура выходит за пределы максимума, тем быстрее погибают вегетативные формы микроорганизмов: при 60 0 С – через 30 мин., при 80-100 0 С – через 1 мин. Споры бактерий более устойчивы к действию высокой температуры.

В основе бактерицидного действия высоких температур лежит угнетение ферментов, денатурация белков, нарушение осмотического барьера. Воздействие высокой температуры лежит в основе многих методов термической стерилизации, которая осуществляется главным образом в автоклаве (при 120 0 С, с давлением 1 атм, 30 минут), либо путем кипячения, дробной стерилизации текучим паром (при 100 0 С, три дня подряд по 30 минут), воздействия сухим жаром (при 170 0 С 1,5 часа) – более подробно на ЛПЗ. Под термином стерилизация понимают мероприятие, направленное на полное уничтожение в стерилизуемом материале (трупы животных, лабораторная посуда, питательные среды, использованные микробные культуры) всех микробов.

Влияние высушивания. Высушивание, приводящее к обезвоживанию, действует губительно на микроорганизмы. В бактериальной клетке вследствие обезвоживания жизненные процессы замедляются, процесс размножения приостанавливается, клетка переходит в анабиотическое состояние. Дегидратация вегетативных бактериальных клеток в большинстве случаев вызывает их гибель (особенно патогенных). Споровые формы микробов в высушенном состоянии могут сохраняться многие годы. В лабораторной практике для сохранения микробных культур широко применяют метод сублимации – обезвоживания при низкой температуре. Этим методом высушивают вакцины, музейные баккультуры, лечебные и диагностические сыворотки и другие биопрепараты.

Влияние гидростатического и осмотического давления. Гидростатическое давление, превышающее 108-110 Мпа, вызывает денатурацию белков, инактивацию ферментов, повышает электролитическую диссоциацию, увеличивает вязкость многих жидкостей, что неблагоприятно сказывается на жизнедеятельность микробов и нередко приводит к их гибели. Большинство микробов выдерживают давление около 65 Мпа в течение часа. Встречаются баротолерантные (113-116 Мпа) микроорганизмы, обитающие в глубинах океана, нефтяных скважинах. Повышенное давление (10 3 – 10 6 Па) в сочетании с высокой температурой (120 0 С) используется в автоклавах в целях обезвреживания (стерилизации) материалов.

Большое влияние на рост микроорганизмов оказывает осмотическое давление среды, определяемое концентрацией растворенных в ней веществ. Внутри бактерий осмотическое давление соответствует давлению 10-20% раствора сахарозы. Если поместить микробную клетку в среду с более высоким осмотическим давлением, то наступит плазмолиз (потеря воды и гибель клетки), если в среду с низким осмотическим давлением, то вода будет поступать внутрь клетки, клеточная стенка может разорваться – плазмоптиз. Эти явления используют в промышленности и в быту для консервирования продуктов (огурцы, помидоры, капуста и др.).

Однако, существуют микроорганизмы любящие расти при высоких концентрациях солей – галофилы. Напр., роды Micrococcus , Sarcina размножаются при высокой 20-30% концентрации NaCL . Это свойство используется в лабораторной практике для дифференциации этих микроорганизмов от других, подобных.

Действие различных видов излучения на микроорганизмы. Различные виды излучений бактерицидно действуют на микробы. Однако степень этого действия зависит от вида лучевой энергии, ее дозы и длительности экспозиции.

Солнечные лучи – сильно действующий на микробы физический фактор. Многие патогенные микроорганизмы погибают при воздействии солнечных лучей в течение 10-30 минут, некоторые через 2 часа (туберкулезная палочка), споры бацилл – через несколько часов. Рассеянный свет действует слабее. На практике культивирование микроорганизмов проводят в темноте, в термостатах. Видимый свет положительно влияет только на пигментообразующие бактерии. Бактерицидное действие света связано с образованием в клетке гидроксильных радикалов и других высокоактивных веществ.

Ультрафиолетовые лучи (100-380 нм) широко применяются для санации воздуха в животноводческих помещениях, в лабораториях и промышленных цехах, боксах для обеспечения асептических условий посевов. Используют при этом ртутнокварцевые (ПРК) или бактерицидные (БУВ) лампы. Механизм действия УФЛ заключается в подавлении репликации ДНК.

Несколько слабее действуют на микробов радиоактивные гамма-лучи и рентгеновские лучи, из-за того, что стерилизуемые объекты надо располагать в непосредственной близости от источника излучения. Их применяют для уничтожения микробов на инструментах, в перевязочном материале, биопрепаратах.

Из-за нехватки времени действие на микроорганизмы ультразвука, электричества и других физических факторов прочитаете самостоятельно.

2. Микробы, как и все живое, высокочувствительны к факторам среды. При возникновении благоприятных импульсов микробы устремляются к объекту раздражения, неблагоприятные – отталкивают их. Такое явление получило название хемотаксиса. Вещества, благоприятно действующие на микробную клетку (мясной экстракт, пептон) вызывают положительный хемотаксис; сильнодействующие, ядовитые вещества (кислоты, щелочи и др.) ведущие к перевозбуждению или угнетению, приводят к отрицательному хемотаксису. Ядовитые вещества, попадая в бактериальную клетку, взаимодействуют с ее жизненно важными компонентами и нарушают их функции. Это вызывает остановку роста микроорганизма (бактериостатическое действие) или его гибель (бактерицидное действие). Бактерицидным действием обладают химические вещества различных групп: кислоты (Н 2 SO 4 , НС L , HNO 3 ), спирты (метиловый, этиловый и др.), поверхностно-активные вещества (жирные кислоты, порошок, мыло), фенолы и их производные, соли тяжелых металлов (свинец, медь, цинк, ртуть), окислители (хлор, йод, K М nO 4 , Н 2 О 2 ), группа формальдегида, красители (бр.зеленый, риванол и др.). Механизм антимикробного действия этих веществ различен. Одни из них (формальдегид, кислоты, щелочи и др.) вызывают свертывание белка, другие изменяют реакцию окружающей среды, третьи – повреждают клеточную стенку.

Действие химических веществ на микробы усиливается при повышении температуры раствора до 60-70 0 , увеличении концентрации химического вещества, срока действия. Имеет значение и характер материала, к которым требуется уничтожить микробов – в навозе, трупах животных, гное микробы менее доступны, и для обеззараживания их необходимо длительное воздействие высококонцентрированными растворами химических веществ.

Для уничтожения вегетативных форм бактерий наиболее часто применяют 5% раствор фенола, лизола или хлорамина, 10-20% раствор негашеной извести, 2% раствор формальдегида, 4% горячий раствор едкого натра, вызывающие их гибель в среднем через 1-2 часа. Споры бацилл погибают при воздействии 3% раствора формальдегида, 20% раствора хлорной извести, 5% раствора фенола в течении 10-24 часов.

В некоторых случаях химические средства применяют в виде аэрозоля; используют и газообразные вещества.

Антимикробное действие химических веществ лежит в основе дезинфекции – мероприятия, направленного на уничтожение патогенных микробов определенного вида. В отличие от стерилизации при дезинфекции не происходит уничтожения всех видов – многие сапрофиты не чувствительны к тому или иному дезинфектанту и сохраняют жизнеспособность.

3. Действие биологических факторов проявляется прежде всего в антагонизме микробов, когда продукты жизнедеятельности одних микробов обусловливают гибель других. С проблемой микробного антагонизма непрерывно связано современное учение об антибиотиках.

Антибиотики (греч. anti – против, bios – жизнь) – вещества микробного, животного и растительного происхождения, подавляющие развитие и биохимическую активность чувствительных к ним микробов. По происхождению антибиотики разделяют на следующие группы :

Антибиотики, выделенные из грибов.

Наиболее активными продуцентами антибиотиков являются плесневые

грибы и актиномицеты. Плесень пенициллиум образует широко используемый антибиотик пенициллин, а аспергиллус и мукор – фумагацин, аспергиллин, клавицин. Большинство антибиотиков выделено из актиномицетов: стрептомицин, тетрациклин, биомицин, неомицин, нистатин и другие.

Антибиотики, выделенные из бактерий.

Продуцентами являются разнообразные бактерии. В основном это

сапрофиты с интенсивно выраженной биохимической активностью, обитающие в почве. К ним относятся грамицидин, колицин, пиоцианин, субтилин, полимиксины, бацитрацин, лизоцим и другие бактериальные ферменты.

Антибиотики животного происхождения.

В биологическом отношении к антибиотикам близки некоторые

вещества выделяемые животными тканями, способные избирательно поражать отдельные виды микробов. Это эритрин, выделяемый из эритроцитов животных; экмолин, полученный из тканей рыб.

Антибиотики растительного происхождения.

Ядовитые летучие вещества, выделяемые растениями (лук, чеснок,

хрен, горчица, алоэ, крапива, можжевельник и др.) наз. фитонцидами. Открыты в 1928 году Б.Н.Токиным. Часть фитонцидов выделены в чистом виде: алицин – из чеснока, рафинин – из семян редиски и др.

Антибиотики могут оказывать на микроорганизмы бактерицидное (убивающее) или бактериостатическое (задерживающее рост) действие. Данное свойство зависит от вида антибиотика, его концентрации, чувствительности микроорганизма к нему и других факторов. Каждый антибиотик обладает определенным антимикробным спектром действия: существуют антибиотики, действующие на немногие виды микроорганизмов (пенициллин, грамицидин), и антибиотики, имеющие широкий спектр антимикробного действия (левомицетин, тетрациклин и др.). В основе механизма действия антибиотиков на микроорганизмы лежит нарушение синтеза клеточной стенки и ее мембран или же нарушение синтеза ДНК. РНК и белка. Напр., пенициллин нарушает образование бактериальной стенки, левомицетин отрицательно влияет на РНК и синтез белка.

В связи с широким и длительным использованием антибиотиков в качестве лекарственных препаратов в природе возникли и очень распространились антибиотикоустойчивые формы микробов, в частности L -формы, являющиеся возбудителями различных инфекционных болезней. Механизм образования устойчивых форм микробов довольно сложный: выработка адаптивных ферментов (напр. пенициллиназа), синтез естественных метаболитов, ингибирующих действие антиметаболитов химиопрепаратов (напр.стафилококки вырабатывают парааминобензойную кислоту, и становятся нечувствительны к этому препарату. А также в результате мутаций, конъюгации, трансформации, трансдукции.

Предварительное определение чувствительности микроорганизмов позволяет выбрать наиболее активный антибиотик и затем использовать его как лечебный препарат. Определение чувствительности микробов к антибиотикам проводят методом диффузии в агар или методом серийных разведений – подробнее на ЛПЗ.

Бактериофаги. Противомикробное действие оказывают посредством лизиса микробной клетки: вначале инфицирует, затем репродуцируется, образуя многочисленное потомство, и лизирует клетку, сопровождающимся выходом фаговых частиц в среду обитания бактерий.

Бактериофаги широко распространены в почве, воде, экскрементах больных и здоровых животных, человека и обнаружены у большинства видов бактерий. Открыты они Д.Эррелем в 1917 году.

Фаг обладает хорошо выраженными антигенными свойствами. При парентеральном введении фага в организме образуются антитела, нейтрализующие литическую активность фага и обладающие высокой специфичностью. По антигенным свойствам фаги делят на серологические варианты.

По стапени специфичности фаги могут быть разделены на три группы: полифаги лизируют родственных бактерий, монофаги – бактерий одного вида, а фаговары – только определенные варианты данного вида бактерий.

Большинство фагов инактивируется при температуре 65-70 0 С.Более низкая температура снижает активность фага. Относительно легко фаги переносят замораживание при –185 0 С, а также хорошо выдерживают высушивание. К дезинфицирующим веществам фаг более устойчив, чем бактерии.

Фаг действует только на живые клетки бактерий в процессе их активного роста. В зависимости от характера проявляемого действия различают вирулентные и умеренные фаги. Вирулентные фаги при проникновении в клетку бактерий размножаются в ней и вызывают лизис; умеренные фаги не вызывают лизиса, а остаются а состоянии лизогении.

Размеры бактериофагов, как и вирусов, невелики – 8-100 нм. Форма их напоминает сперматозоид – от округлой или многогранной головки отходит хвостовой отросток различной длины. Однако иногда встречаются фаги, лишенные отростка. Бактериофаг – неклеточное образование. У него нет оболочки, ядра, цитоплазмы, т.е. элементов присущих клетке. Он состоит из молекулы нуклеиновой кислоты (чаще ДНК, реже РНК) и окружающего ее белкового чехла. Нуклеиновая кислота (40-50%) находится внутри головки, белковый чехол (50-60%) покрывает как головку, так и хвостовой отросток, на конце которого имеются специальные волоконца, облегчающие прикрепление фага к оболочке микробов. Липиды и ферменты в фаговой частице находятся в минимальных количествах – около 2%.

Бактериофаги используются для фагодиагностики, фаготипирования бактерий, для профилактики и лечения инфекционных болезней. Более подробно – на ЛПЗ.

Температура является наиболее значимым фактором, оказывающим влияние на жизнедеятельность микробов. Температура, необходимая для роста и размножения бактерий одного и того же вида варьирует в широких пределах. Различают температурный оптимум, минимум и максимум.

Температурный оптимум соответствует физиологической норме данного вида микробов, при которой размножение происходит быстро и интенсивно. Для большинства патогенных и условно-патогенных микробов температурный оптимум соответствует 37 0 С.

Температурный минимум соответствует температуре, при которой данный вид микроба не проявляет жизнедеятельность .

Температурный максимум – температура, при которой рост и размножение прекращается, все процессы метаболизма замедляются, и может наступить гибель.

В зависимости от температуры, оптимальной для жизнедеятельности, различают 3 группы микроорганизмов:

1) психрофильные , холодолюбивые, размножающиеся при температуре ниже 20 0 С (иерсинии, психрофильные варианты клебсиелл, псевдомонады, вызывающие заболевания человека;

2) термофильные , оптимум развития которых лежит в пределах 55 0 С (в организме теплокровных не размножаются и медицинского значения не имеют);

3) мезофильные , активно размножаются при температуре 20-40 0 С, оптимум температуры развития для них 37 0 С (патогенные для человека бактерии).

Микроорганизмы хорошо выдерживают низкие температуры. На этом основано длительное сохранение бактерий в замороженном состоянии. Однако ниже температурного минимума проявляется повреждающее действие низких температур, обусловленное разрывом клеточной мембраны кристаллами льда и приостановкой метаболических процессов.

Низкая температура приостанавливает гнилостные и бродильные процессы. Это лежит в основе консервации субстратов (в частности, пищевых продуктов) холодом.

Губительное действие высокой температуры (выше температурного максимума для каждой группы) используется при стерилизации. Стерилизация (обеспложивание) – это процесс умерщвления на изделиях или удаление из объекта микроорганизмов всех видов, находящихся на всех стадиях развития, включая споры (термические и химические методы и средства). Для гибели вегетативных форм бактерий достаточно действия температуры 60 0 С в течение 20-30 мин; споры погибают при 170 0 С или при температуре пара 120 0 С под давлением (в автоклаве).

Асептика – комплекс мероприятий, направленных против возможности попадания микроорганизмов в рану, ткани, органы, полости тела больного при хирургических операциях, перевязках, инструментальных исследованиях, а также на предотвращение микробного и другого загрязнения при получении стерильной продукции на всех этапах технологического процесса.

Антисептика – комплекс лечебно-профилактических мероприятий, направленных на уничтожение микроорганизмов, способных вызвать инфекционный процесс на поврежденных или интактных участках кожи или слизистых оболочек.

Дезинфекция – обеззараживание объектов окружающей среды: уничтожение патогенных для человека и животных микроорганизмов с помощью химических веществ, обладающих антимикробным действием.

Рост и размножение микробов происходит при наличии воды, необходимой для пассивной диффузии и активного транспорта питательных веществ в цитоплазму клетки. Снижение влажности (высушивание) приводит к переходу клетки в стадию покоя, а затем к гибели. Наименее устойчивыми к высушиванию являются патогенные микроорганизмы – менингококки, гонококки, трепонемы, бактерии коклюша, ортомиксо-, парамиксо- и герпес-вирусы. Микобактерии туберкулеза, вирус натуральной оспы, сальмонеллы, актиномицеты, грибы устойчивы к высушиванию. Особой устойчивостью к высушиванию обладают споры бактерий. Устойчивость к высушиванию повышается, если микробы предварительно замораживают. Для сохранения жизнеспособности и стабильности свойств микроорганизмов в произ­водственных целях используется метод лиофильной сушки - высушивание из замороженного состояния под глубоким вакуумом.

В процессе лиофилизации производят: 1) предварительное замораживание материала при t -40 0 - -45 0 С в спиртовых ваннах в течение 30-40 мин; 2) осуществляют сушку из замороженного состояния в вакууме в сублимационных аппаратах в течение 24-28 часов.

Процесс высушивания имеет 2 фазы: сублимация льда при t ниже 0°С и де­сорбцию - удаление части свободной и связанной воды при t выше 0°С.

Лиофилизацию используют для получения сухих препаратов, когда не проис­ходит денатурации белков и не изменяется структура материала (сыворотки, вакцины, сухая бактериальная масса). В лабораторных условиях лиофилизированные культуры микробов сохраняются в течение 10-20 лет, причем культура остает­ся чистой и не подвергается мутациям.

Прокаливание производят в пламени спиртовки или газовой горелки. Этим способом стерилизуют бактериологические петли, препаровальные иглы, пинцеты и некоторые другие инструменты.

Кипячение применяют для стерилизации шприцев, мелкого хирургического инструментария, предметных, покровных стекол и т. д. Стерилизацию проводят в стерилизаторах, в которые наливают воду и доводят ее до кипения. Для устранения жесткости и повышения температуры кипения к воде добавляют 1-2% бикарбонат натрия. Инструменты обычно кипятят в течение 30 мин. Данный метод не обеспечивает полной стерилизации, так как споры бактерий при этом не погибают.

Пастеризация - стерилизация при 65-70°С в течение 1 часа для уничтожения бесспоровых микроорганизмов (молоко освобождается от бруцелл, микобактерий туберкулеза, шигелл, сальмонелл, стафилококков). Хранят на холоде.

Тиндализация - дробная стерилизация материалов при 56-58 0 С в течение 1 часа 5-6 дней подряд. Применяется для стерилизации легко разрушающихся при высокой температуре веществ (сыворотка крови, витамины и др.).

Действие лучистой энергии на микроорганизмы. Солнечный свет, особенно его ультрафиолетовый и инфракрасный спектры, губительно действуют на вегета­тивные формы микробов в течение нескольких минут.

Стерилизация инфракрасным излучением происходит за счет теплового воздействия температурой 300 0 С в течение 30 мин. Инфракрасные лучи оказывают воздействие на свободнорадикальные процессы, в результате чего нарушаются химические связи в молекулах микробной клетки.

Для дезинфекции воздуха помещений лечебно-профилактических учрежде­ний и аптек широко используются ртутно-кварцевые и ртутно-увиолевые лампы, являющиеся источником ультрафиолетовых лучей. Ультрафиолетовое бактерицидное излучение в диапазоне 254 нм уничтожает микроорганизмы, споры, грибки и вирусы, что делает его очень эффективным профилактическим санитарно-противоэпидемическим средством для дезинфекции воздуха. Ультрафиолетовый бактерицидный рециркулятор Дезар-5 обеспечивает наивысшую степень дезинфекции (99,9 %) и соответствуют высочайшим требованиям, предъявляемым к состоянию воздуха в операционных, ожоговых и реанимационных палатах, родильных отделениях, т.е. там, где требуется полная стерильность. Также рециркулятор предназначен для использования в помещениях с повышенным риском распространения заболеваний, передающихся воздушно-капельным путем. Губительное действие УФ излуче­ния вызвано повреждением ДНК микробных клеток, приводящим к мутациям и гибели. Возможна стерилизация белков, витаминов, антибиотиков. УФ-лучи обладают слабой проникающей способностью.

Ионизирующая радиация . В настоящее время используют радиационный метод (гамма-излучение, ускоренные электроны) для стерилизации перевязочного материала, хирургического инструментария, фармацевтических препаратов, сывороток, пищевых продуктов и других предметов.

Гамма- и рентгеновские лучи - волны, обладающие значительной проникающей способностью. Чтобы задержать лучи, необходим защитный слой, например, слой бетона толщиной 60 - 70 см. Наиболее широко используется гамма-излучающий изотоп кобальта-60, реже изотоп цезия-137, в связи с его низким уровнем энергии и излучения.

Стерилизационный эффект ионизирующего излучения является результатом воздействия на обменные процессы клетки, тогда как радиоактивное и инфракрасное излучение, высокочастотные колебания оказывают свое бактерицидное действие с помощью тепла, развиваемого в обрабатываемом предмете.

Любая форма облучения вызывает изменения в белках, нуклеиновых кислотах и других составных элементах клетки, обусловливающих ее жизнедеятельность.

Применение ионизирующей радиации имеет ряд преимуществ перед тепловой стерилизацией. При стерилизации с помощью ионизирующего излучения температура стерилизуемого объекта поднимается незначительно, в связи с чем такие методы называют холодной стерилизацией.

Для стерилизации ионизирующим излучением имеются специальные установки, и работа на них производится в соответствии с определенными инструкциями. При стерилизации в больших масштабах, например, на промышленных предприятиях, может быть создан конвейер. Материалы стерилизуют в упакованном виде. Имеется два вида оборудования для облучения: гамма-установки и ускорители электронов.

Средняя летальная доза одинакова, в случаях, если облучение проводить при низкой интенсивности, но в течение длительного времени, или оно осуществляется при высокой интенсивности, но короткое время. Выдержка зависит также от мощности установки. Например, при мощности установки 10 Вт/кг для получения стерильности материала его следует подвергнуть воздействию ионизирующих лучей в течение примерно 5 ч.

Стерилизующая доза зависит как от материала, подвергающегося стерилизации, так и от количества и радиоустойчивости микроорганизмов, находящихся в облучаемом материале, в связи с чем для облучения сильно обсемененных объектов увеличивают дозу облучения по сравнению с облучением объектов, мало обсемененных микроорганизмами.

Медицинские инструменты, в том числе шприцы, иглы, катетеры, перевязочные материалы, ёмкости для переливаемой крови и другие изделия подвергают стерилизации путем воздействия дозой 2,5 кДж/кг. Стерилизация ионизирующим облучением наиболее широко применяется на промышленных предприятиях, изготовляющих изделия медицинского назначения одноразового использования, например, системы для переливания крови, акушерские комплекты, которые используют при приеме родов в родильных домах. Стерилизуемые ионизирующим облучением предметы упаковываются в герметичные полиэтиленовые пакеты. Срок сохранения стерильности в таких упаковках до нескольких лет. После стерилизации необходимо проводить контроль остаточной радиации.

Действие ультразвука в определенных частотах на микроорганизмы вызывает деполимеризацию органелл клетки, денатурацию входящих в их состав молекул в результате локального нагревания или повышения давления. Стерилизация объек­тов ультразвуком осуществляется на промышленных предприятиях, так как источ­ником УЗ являются мощные генераторы. Стерилизации подвергаются жидкие среды, в которых уничтожаются не только вегетативные формы, но и споры. Ультразвук используют для стерилизации пищевых продуктов (их питательная ценность при этом сохраняется максимально), вакцин, некоторых объектов лабораторного оборудования, которые портятся при действии повышенной температуры и химической стерилизации.

Стерилизация фильтрованием - освобождение от микробов материала, ко­торый не может быть подвергнут нагреванию (сыворотка крови, ряд лекарств). Используются фильтры с очень мелкими порами, не пропускающими микробы: из фарфора (фильтр Шамберлена), каолина, асбестовых пластинок (фильтр Зейтца). Фильтрование происходит под повышенным давлением, жидкость нагнетается через поры фильтра в приемник или создается разрежение воздуха в приемнике и жидкость всасывается в него через фильтр. К фильтрующему прибору присоединя­ется нагнетающий или разрежающий насос. Прибор стерилизуют в автоклаве.

Стерилизацию сухим жаром осуществляют в сухожаровых шкафах (печь Пастера). Сухим жаром стерилизуют лабораторную посуду. Ее неплотно загружают в печь, чтобы был равномерный прогрев материала. Лабораторную посуду перед стерилизацией необходимо тщательно вымыть, высушить, завернуть в бумагу. Чашки заворачивают в бумагу по одной или не­сколько штук. В верхние концы пипеток вставляют ватные тампоны, предупреж­дающие засасывание материала. Градуированные пипетки заворачивают в длин­ные полоски бумаги шириной 5 см. На бумаге отмечают объем завернутой пипет­ки. В пеналах пипетки стерилизуют без дополнительного завертывания в бумагу.

Острые концы пастеровских пипеток запаивают в пламени горелки и завора­чивают в бумагу по 3-5 штук.

Флаконы, колбы, пробирки закрывают ватно-марлевыми пробками. Пробка должна входить в горлышко сосуда на 2/3 длины, не слишком туго, но и не свобод­но. Поверх пробок на сосуд надевают бумажный колпачок. Пробирки связывают по 5-50 штук и обертывают поверх бумагой.

Дверь шкафа плотно закрывают, включают электронагревательный прибор, доводят температуру до 160-165 0 С и стерилизуют 1 час. По окончании стерилизации выключают обогрев, но дверцу шкафа не от­крывают, пока печь не остынет (иначе холодный воздух вызовет образование трещин на посуде). Режим стерилизации: 160°С - 60 мин, 180°С - 15 мин, 200° С - 5 мин. Жидкости, питательные среды, предметы из резины и синтетических мате­риалов нельзя стерилизовать сухим жаром.

Стерилизации паром под давлением подвергают перевязочный материал, операционное белье, хирургические инструменты, питательные среды, лаборатор­ную посуду, инфицированный материал, инъекционные растворы. Материал помещают в ёмкости (биксы). На дно бикса помещают прокладки из ткани, впиты­вающие влагу после стерилизации. Стерильность материала сохраняется 3 суток. Инфицированный материал в чашках и пробирках стерилизуют в металлических бачках с крышкой.

Стерилизацию паром под давлением производят в автоклаве. При однократ­ной обработке погибают как вегетативные, так и споровые формы бактерий. Паром под давлением стерилизуют питательные среды, кроме сред, содержащих нативные белки, жидкости, приборы, имеющие резиновые части.

Простые среды (МПА, МПБ) стерилизуют 20 мин при 120°С (1 атм).

Различные жидкости, приборы, имеющие резиновые шланги, пробки, бактериальные свечи и фильтры стерилизуют при 120 0 С (1 атм.) в течение 20 мин.

Перевязочный материал, белье стерилизуют при 1 атм. 15-20 мин.

Инфицированный материал (в пробирках, чашках) помещают в специальные металлические ведра или баки с отверстиями для проникновения пара и стерилизуют при 134 0 С (2 атм.) в течение 45 мин. Также стерилизуют инструменты после работы со споровыми бактериями.

Существует 2 режима стерилизации:

1. Текучим паром в автоклаве или в аппарате Коха при не завинченной крышке и открытом выпускном клапане, когда антибактериальное действие пара проявляется в отношении вегетативных форм. Так стерилизуют среды с витаминами и углеводами, мочевиной, молоком, картофелем и желатином. Для полного обеспложивания применяют дробную стерилизацию (при 100 0 С) 20-30 мин 3 дня подряд. Это убивает и споры.
2. Стерилизация паром под давлением – наиболее эффективный метод обеспложивания.

Непременным условием жизнедеятельности микроорганизмов является наличие в среде капельножидкой воды. В высушенном состоянии микробы остаются бездеятельными, хотя и могут сохранить свою жизнеспособность. В высушенном состоянии микробы не могут расти и размножаться, так как нарушается осмотический характер процесса питания: при отсутствии воды, необходимой для растворения питательных веществ, они не могут проникнуть внутрь микробной клетки. Минимум влажности, при котором возможно развитие бактерий, 25-30%. Менее требовательны к влаге плесневые грибы. Они развиваются на субстратах и при 10-15% влажности (особенно пеницилловые и аспергилловые плесени).

Для развития микробов важно не общее содержание влаги, а доступность ее для процесса питания. Если вода химически связана с субстратом (содержится, например, в кристаллогидратах, где ее количество строго определенное) и может быть удалена либо химическим воздействием, либо прокаливанием, то такая вода для микробов недосягаема: химически связанная вода не может служить растворителем питательных веществ. Микроорганизмам, как уже указывалось, необходима капельножидкая вода, удерживающаяся в продуктах силами смачивания и капиллярности.

Содержание капельножидкой воды в пищевых продуктах зависит от свойств продукта и окружающей температуры. Чем выше температура окружающего воздуха, тем более влажным должен быть субстрат, чтобы на его поверхности могли развиваться микроорганизмы, и наоборот. Высушивая продукт, мы получаем возможность предохранить его от микробного воздействия; поэтому сушка является наиболее простым методом консервирования.

Различные микроорганизмы по-разному переносят высушивание. Одни микробы весьма чувствительны к влаге и при высушивании сравнительно быстро погибают. К этой группе относятся, например, уксуснокислые бактерии, нитрифицирующие и азотфиксирующие почвенные бактерии, некоторые патогенные микроорганизмы - холерный вибрион, чумная палочка - и некоторые гнилостные микробы. Другие же микроорганизмы могут сохраняться в высушенном состоянии довольно продолжительное время, а третьи в высушенном состоянии сохраняют свою жизнеспособность даже десятки лет. Для сохранения жизнеспособности микробов при высушивании немаловажное значение имеют технические условия высушивания. Установлено, что особенно долго микроорганизмы сохраняют жизнеспособность в том случае, если они высушиваются вместе с питательным субстратом. Есть данные о том, что в высушенных комочках земли жизнеспособность спор сохраняется до 93 лет. Молочнокислые бактерии в высушенном состоянии не теряют способности к развитию в течение 10 лет, что позволяет применять их «сухие закваски» при изготовлении . Очень долго (2 года и более) сохраняют свою жизнеспособность многие клетки в высушенных хлебных дрожжах.

В настоящее время широко применяется метод сохранения производственных культур микроорганизмов и вакцин путем быстрого высушивания их в вакууме в средах специального состава.

Сушка овощей и плодов осуществляется в широком производственном масштабе и имеет большое народнохозяйственное значение. Особенно большое распространение получила промышленная сушка овощей: картофеля, капусты, свеклы, моркови, белых кореньев, лука, зеленого горошка, грибов. Из плодов и ягод сушат виноград, абрикосы, семечковые плоды и сливы. Меньшее значение имеют сушеные продукты животного происхождения: яичный порошок, сухое молоко, сушеное мясо, вяленая рыба. Содержание влаги при сушке для различных видов фруктов практически необходимо снизить до 15-20%, для овощей - до 12-14%. Высушивать другие продукты можно и до меньшего содержания влаги - 4-5%.

В зависимости от скорости и условий высушивания, характера высушиваемого сырья и вида микроорганизмов на поверхности сушеных продуктов могут остаться самые разнообразные зародыши микробов. В сушеной капусте, например, находили до 15 млн. зародышей на 1 г продукта, а в яичном порошке, полученном на американских заводах, еще больше - от 18 до 20 млн. зародышей на 1 г.

Обычно микрофлора сушеных фруктов и овощей представлена спорами плесневых грибов Aspergillus, Penicillium, но могут встречаться и бактерии кишечнотифозной группы Escherichia coli, Salmonella enteritidis, S. gartneri и некоторые другие. Наличие в сушеных продуктах (а также концентратах) разнообразных микробов приводит к тому, что небольшое, даже местное, увлажнение этих продуктов влечет за собой быстрое развитие микробов, чаще всего плесневых грибов, реже развитие бактерий и порчу продуктов. Поэтому хранить сушеные фрукты, овощи, концентраты следует в герметической упаковке во избежание поглощения влаги из воздуха.

Действие температуры

Температура среды является мощным физическим фактором, определяющим не только интенсивность развития, но и возможность существования микроорганизмов. Для каждого микроба существует определенный температурный интервал, вне границ которого данный микроорганизм погибает.

Все микроорганизмы в зависимости от положения на температурной шкале оптимума их роста и развития принято делить на три группы: психрофилы, мезофилы, термофилы.

Психрофильные микроорганизмы (от греческого psychria - холод, phileo - люблю) - холодолюбивые микроорганизмы, в основном встречающиеся в северных морях, в почвах тундры и т.д. В процессе эволюции эти микроорганизмы приспособились к жизни при низких температурах. Оптимум их развития лежит между 10 и 20°С, максимум равен 30-35 °С, минимум - от 0 до -7 °С и даже ниже.

К психрофильным микроорганизмам относятся бактерии, способные развиваться в холодильниках, на охлажденных продуктах и вызывающие их порчу. Это преимущественно неспорообразующие грамотрицательные подвижные и неподвижные палочки родов псевдомонас и ахромобактер (Pseudomonas и Achromobacter). При минусовых температурах могут развиваться и некоторые плесени, особенно Cladosporium и Thamnidium, прекращающие свою жизнедеятельность лишь при температуре около -10°С.

Термофильные (от греческого therme - тепло, жар), или теплолюбивые, микроорганизмы также довольно широко распространены в природе. Их находят не только в песках Сахары или в воде горячих минеральных источников, где они свободно живут при температуре 50-60°С. Термофилов повсеместно можно встретить в почве, в воде, в кишечнике человека и животных, так как они обладают очень устойчивыми спорами. Оптимальная температура для развития термофилов лежит между 50 и 60°С (иногда даже выше), минимум - около 30°С и максимум - между 70 и 80 °С.

К термофильным микробам относят Вас. aerothermophilus, Вас. calfactor, Вас. coagulans, Вас. thermodiastaticus, Cl. thermosaccharolyticum, отдельных представителей плесневых грибов рода Aspergillus и Penicillium и некоторые другие виды микроорганизмов. К группе термофильных причисляют и так называемых термогенных микробов, способных возбуждать экзотермические реакции. Термогенные микроорганизмы являются виновниками саморазогревания сена, зерна, хлопка, навоза и других органических материалов. Они играют большую роль в «табачном брожении» - в ферментации табака, протекающей в тюках табака при 54 °С и значительно улучшающей аромат и горючесть табака.

Биотермогенез (саморазогревание) навоза, обусловленный экзотермическими реакциями микробной природы, широко используется в парниках, теплицах, оранжереях для обогрева растений.

Однако между психрофилами и мезофилами, мезофилами и термофилами нельзя провести резкой границы. Имеется целый ряд переходных форм, одинаково хорошо развивающихся как при низких, так и при сравнительно высоких температурах. Таких микробов называют психротолерантными или термотолерантными (от латинского tolerantia - терпение). Указанные группы микробов как бы безразличны к теплу и холоду. Термотолерантные микробы, имея оптимум для развития около 30 °С, обнаруживают очень высокий максимум (55-60 °С). Психротолерантные микробы при оптимуме около 20 °С свободно развиваются и при очень низких температурах, близких к нулю и ниже. В табл. 1 приведены кардинальные температуры (в °С) роста и развития некоторых микробов (по литературным данным).

Точное определение кардинальных температурных точек для отдельных видов микроорганизмов является довольно трудной задачей, так как для различных жизненных функций микроба кардинальные температуры оказываются различными. В частности, оптимальная температура роста и размножения микробов не всегда совпадает с оптимальной температурой спорообразования, брожения или накопления кислот в среде. Например, микроорганизмы молока Streptococcus lactis наиболее интенсивно растут при 34 °С, а для брожения лучшей температурой для них является 40 °С. Температурный оптимум роста большинства плесневых грибов лежит между 25-30 °С, а для спорообразования им нужна более высокая температура: 35-40 °С. Плесневой гриб Aspergillus niger лучше всего растет при 35 °С, а продуцирует лимонную кислоту из сахара больше всего при температуре 20-25 °С.

Часто можно наблюдать явление, что оптимальная температура для развития одного вида микробов оказывается неподходящей для развития другого вида этого же рода и семейства.

Для одного и того же вида микроба в зависимости от места его обитания кардинальные температурные точки могут оказаться различными. Явление несовпадения температурных максимумов для некоторых видов почвенных бактерий отмечено Е. Н. Мишустиным. Он указывает, что для бактерий, выделенных из южных почв, температурный максимум оказывается более высоким и они образуют более термоустойчивые споры, чем представители этого же вида из северных почв.

По сравнению с другими живыми организмами микробы гораздо лучше переносят колебания температуры. Сенная палочка, например, способна развиваться в любой климатической зоне, так как свободно переносит температуры от 6 до 55 °С. Для других сапрофитных форм этот диапазон несколько сужен - от 10-15 до 40-45 °С. Только патогенные микроорганизмы имеют максимум и минимум, очень близко расположенные к оптимуму. Температурный интервал для их развития не превышает 5-10 °С.

Если длительно выращивать микроорганизмы при постоянно повышающейся или понижающейся температуре, то удается переместить кардинальные точки этих микробов. Подобным образом, например, были выведены холодостойкие расы дрожжей.

Зная отношение тех или иных микроорганизмов к температуре, можно в лабораторных условиях культивировать их при оптимальных для них температурах. Это дает возможность подробно изучить физиологические свойства и установить возможность применения и максимально выгодные условия при использовании в практической жизни биохимических реакций, возбуждаемых данными микроорганизмами.

Влияние на микроорганизмы низких и высоких температур

Высокие и низкие температуры влияют на микроорганизмы по-разному. Как правило, микроорганизмы не переносят высоких температур и погибают при этом более или менее быстро. Низкие же температуры оказывают смертельное (летальное) действие в том случае, если замерзает среда, в которой содержатся микробы, или если наблюдаются резкие скачки температуры при многократно повторяющемся замораживании и оттаивании. Однако отмирание микроорганизмов при охлаждении протекает гораздо медленнее, чем в условиях нагревания.

Низкие температуры, ниже минимума и даже близкие к абсолютному нулю, вызывают у большинства микробов так называемый анабиоз - «состояние скрытой жизни», напоминающее зимнее оцепенение многих холоднокровных животных (лягушек, змей, ящериц и пр.). В литературе, например, имеются очень интересные сведения о том, что в трупах мамонтов, пролежавших в мерзлой земле несколько десятков тысяч лет, были найдены споры и жизнеспособные гнилостные бактерии.

Холодоустойчивость различных микроорганизмов может колебаться в очень широких пределах. Были проделаны многочисленные опыты по замораживанию микробов. Споры бактерий и плесеней выдерживались в течение полугода (и даже более) при температуре жидкого воздуха (-190 °С); споры плесеней подвергались охлаждению в условиях вакуума до температуры жидкого водорода (-253 °С) в течение 3 дней, но и после такого замораживания они сохранили способность к развитию и размножению. Особенно устойчивыми к замораживанию оказываются споры бацилл. Выдерживают низкие температуры более или менее продолжительное время и некоторые бесспоровые микроорганизмы. Дифтерийные коринебактерии переносят замораживание 3 месяца. Брюшнотифозные бактерии длительно сохраняются во льду. Кишечная палочка сохраняет свою жизнеспособность и после 20-часового выдерживания при температуре жидкого воздуха.

Исследованиями установлено, что скорость отмирания микроорганизмов при замораживании зависит от их видовой принадлежности, возраста культуры, химического состава среды и влажности воздуха в камерах замораживания. Ф. М. Чистяков, Г. Л. Носкова, 3. 3. Бочарова, И. Брукс и другие установили, что если в замораживаемых продуктах сохраняется капельножидкая вода, то отдельные разновидности Penicillium glaucurn и Cladosporium herbarum будут развиваться даже при -8 °С. Чем выше кислотность замораживаемой среды, чем более высокой будет в ней концентрация растворенных веществ, тем быстрее погибают микроорганизмы. Так, при резком снижении температуры от 0 до -12 °С в кислых средах с высокой концентрацией растворенных веществ быстрее всего погибают бактерии кишечной группы и протея. Однако фекальный стрептококк в этих условиях сохраняет свою жизнеспособность. Высокая влажность воздуха в холодильных камерах создает благоприятные условия для развития плесеней и бактерий.

Большая выживаемость микробов при охлаждении и замораживании не противоречит, однако, современной тенденции холодильного хранения продуктов. Дело в том, что низкие температуры приостанавливают гнилостные и бродильные процессы, хотя и не делают продукт стерильным. Кроме того, при низких температурах качество продукта все же сохраняется дольше, так как при этом снижается отрицательное действие других, немикробиальных факторов. В частности, резко замедляется действие ферментов. Плоды и овощи без заметного ухудшения их качества можно хранить в охлажденном состоянии в течение нескольких месяцев. Сохранить продукты от порчи при понижении температуры можно, однако, только временно, пока продолжается действие холода. После оттаивания (дефростации), особенно при неправильном размораживании, когда нарушается целость тканей и наблюдается вытекание клеточного сока (в мясе, рыбе и пр.), микробы, сохранившие свою жизнеспособность, начнут интенсивно размножаться, что очень быстро вызывет порчу продукта. Поэтому к продуктам, направляемым на холодильное хранение, следует предъявлять строгие санитарно-гигиенические требования.

Высокие температуры, как указывалось, микроорганизмы переносят значительно хуже, чем охлаждение. Повышение температуры, выходящее за пределы максимума, всегда в конечном счете приводит к смерти микробной клетки. И чем выше температура, тем быстрее погибает микроб. Отмирают микроорганизмы не все одновременно. При воздействии на микробы высоких температур большое значение имеет степень нагревания, его продолжительность, вид микроорганизма и химический состав субстрата.

При кратковременном нагревании до температур, лишь незначительно превышающих максимум, у микробов наблюдается подобное анабиозу «тепловое окоченение»: все жизненные процессы в клетке приостанавливаются. Однако при быстром снижении температуры до пределов оптимума происходит восстановление функциональной деятельности микроба - его оживление. Но длительное пребывание микроорганизма в состоянии теплового окоченения приводит к летальному исходу. Например, гриб Penicillium glaucum, имеющий температурный максимум 34 °С, погиб при 35 °С через месяц. Споры Cladosporium herbarum настолько были ослаблены 50-дневной выдержкой при 35 °С, что прорастание их наблюдалось лишь спустя 11 дней.

Губительное действие высоких температур на микроорганизмы связано с термолабильностью белков. Известно, что нагревание вызывает денатурацию белка - его необратимое свертывание. На температуру денатурации белка очень сильно влияет процентное содержание в нем воды. Чем меньше воды в белке, тем более высокие температуры необходимы для его свертывания. Поэтому молодые вегетативные клетки микробов, богатые водой, погибают при нагревании быстрее, чем старые клетки, потерявшие определенное количество воды.

Высокие температуры вызывают необратимые изменения в живой цитоплазме микробных клеток, нарушают ее тонкие конструкции и течение биохимических реакций. Гибель микроорганизма при этом неизбежна, так как невозможно восстановить функциональные свойства живого вещества у его цитоплазмы, как нельзя вернуть первоначального состояния белку круто сваренного яйца.

Летальные температуры различны не только для различных микробов, но даже клетки одного и того же вида, выращенные в разных условиях, погибают разновременно. Многие микробы вне жидкого субстрата в подсушенном состоянии (зародыши в пыли или на стенках сухих сосудов) оказываются весьма термоустойчивыми. Они способны выдержать длительное нагревание при температурах, превышающих максимум их развития. В жидких же средах они сравнительно легко погибают. Очень высокую термоустойчивость проявляют споры бацилл и особенно споры термофильных микроорганизмов. Это объясняется тем, что споры содержат меньше воды, чем вегетативные клетки, да к тому же большая ее часть находится в связанном состоянии. Кроме того, споры покрыты плотной, труднопроницаемой оболочкой. Содержащиеся в спорах липоидные компоненты оказывают защитное действие при свертывании белка. Предполагают, что цитоплазма термофильных микробов построена из весьма термоустойчивых белков. Дрожжи и плесени гораздо менее устойчивы к нагреванию. Они сравнительно быстро погибают уже при 65-80 °С. Существуют, правда, виды плесневых грибов, выдерживающие нагревание до 100 °С, но кратковременное.

Большинство неспорообразующих бактерий погибает при температуре 60 °С в течение 30-60 мин. При более высоких температурах они гибнут быстрее. При действии сухого жара при 160-170 °С в течение 1-1,5 ч и нагревании при 120,6 °С под давлением пара 2 ат (19,6-104 н/м2) в течение 20-30 мин погибают как вегетативные клетки, так и споры всех микроорганизмов. Субстрат становится стерильным.

На губительном действии высоких температур на микроорганизмы основано производство стерилизованных баночных консервов. При консервировании пищевых продуктов приходится учитывать химический состав среды - ее кислотность, наличие в среде поваренной соли, жира - и многие другие факторы, влияющие на термоустойчивость микробов и их спор.

Следует иметь в виду, что в субстратах среди общей массы микробов всегда встречаются отдельные клетки с сильными индивидуальными отклонениями от средней термоустойчивости, характеризующей данный вид: бывают как менее, так и более устойчивые. В силу этого при нагревании в одних и тех же условиях не все микроорганизмы погибают одновременно. Могут сохраниться отдельные клетки данного вида, оказавшиеся более стойкими. Чем сильнее продукт загрязнен микробами, тем вероятнее присутствие в нем большего количества таких термоустойчивых особей, тем дольше нужно вести нагрев для их полного уничтожения. В пищевой промышленности использование высоких температур для уничтожения микробов осуществляется двумя способами - пастеризацией и стерилизацией.

Пастеризация. Продукт прогревают при температурах от 65 до 80 °С в течение нескольких минут. Продолжительность пастеризации зависит от вида продукта и температуры. При пастеризации уничтожаются лишь вегетативные клетки микробов; споры бактерий, а также клетки некоторых термофильных микроорганизмов при этом могут сохраниться. Для предупреждения порчи пастеризованных продуктов и задержки прорастания спор сохранившихся микробов такие продукты следует хранить в охлажденном состоянии. Пастеризацию применяют для молока, вина, фруктовых соков и некоторых других продуктов. Иногда используют кратковременный нагрев до температуры 90-100°С в течение нескольких секунд (мгновенная пастеризация, или лампоризация).

Стерилизация. Стерилизация предполагает уничтожение всех без исключения микроорганизмов и их спор - абсолютное обеспложивание. К стерилизации прибегают при изготовлении питательных сред для микробиологического анализа, при подготовке лабораторной посуды и в медицине (при подготовке хирургических инструментов, лекарственных веществ для инъекции и пр.). Осуществляют стерилизацию либо сухим жаром (в сушильных шкафах), либо перегретым паром под давлением (в автоклавах), либо текучим паром (в кипятильниках Коха).

Для консервирования пищевых продуктов длительное нагревание при высоких температурах практически оказалось неприемлемым. Невозможно для всех пищевых продуктов установить раз и навсегда такой режим стерилизации (температуру и продолжительность нагрева), при котором погибли бы абсолютно все как вегетативные клетки, так и споры микробов. Это объясняется тем, что жесткий режим стерилизации вызывает разваривание продуктов, разложение химических веществ, входящих в состав сырья. Вкус продуктов ухудшается, пищевая ценность снижается. Кроме того, универсальный режим стерилизации для всех консервов невозможен еще и потому, что даже у одного и того же вида микробов наблюдаются колебания в термоустойчивости отдельных экземпляров. Приходится учитывать разнообразное влияние различных факторов: химический состав среды, форму, размеры и материал тары, в которую расфасовывается продукт при стерилизации, и некоторые другие факторы. Овощи и фрукты, например, опасно нагревать даже до 100°С. так как они при этом теряют свою естественную консистенцию, резко изменяются в цвете, теряют аромат и вкус и пр. Даже стойкие к нагреванию продукты - мясо и рыба - при длительном нагревании снижают свои вкусовые качества.

Так как в задачу консервирования входит получение доброкачественных продуктов, по возможности сохранивших свои натуральные свойства или по крайней мере близкие к натуральным, сохранение пищевой ценности сырья - его вкуса, аромата, цвета, содержания витаминов и пр., то разработка режимов стерилизации является важным вопросом в технологии и микробиологии консервного производства.

Режимы стерилизации разрабатываются и устанавливаются в зависимости от: 1) активной кислотности продукта; 2) степени зрелости сырья; 3) объема и материала тары; 4) консистенции продукта; 5) степени загрязнения продукта микроорганизмами и качественного состава микрофлоры.

Таким образом, микробиологический контроль консервного производства не может ограничиться одним лишь микробиологическим анализом. Микробиолог должен хорошо знать технологический процесс, режимы обработки продуктов на каждом этапе производства, в любой точке технологической линии. Он должен уметь намечать пути и средства воздействия на ход любой технологической операции. Результаты наблюдений и микробиологического анализа должны немедленно доводиться до сведения технолога, мастера, рабочих для быстрого исправления нарушений и улучшения санитарной и технологической обработки продуктов. Только при таком условии микробиологический контроль консервного производства становится по-настоящему действенным и оперативным в борьбе за повышение качества продукции.

Действие различных форм лучистой энергии на микроорганизмы

Исследованиями установлено, что некоторые виды излучений оказывают на микроорганизмы стерилизующее действие. Этими формами лучистой энергии являются: солнечный свет, ультрафиолетовые лучи, лучи Рентгена, радиоактивные излучения, ультракороткие радиоволны. Эффективность воздействия различных лучей зависит от дозы облучения. Кроме того, весьма существенную роль играет при этом и длина волны, проницаемость среды, интенсивность и продолжительность облучения. Малые дозы облучения могут даже активировать отдельные жизненные функции микробных клеток (например, рост клетки, обмен веществ). Высокие же дозы облучения, как правило, действуют летально.

Механизм летального действия лучистой энергии на микроорганизмы объясняют либо непосредственным действием лучей на цитоплазму клетки, либо действием их на питательную среду. Прямое воздействие связано с непосредственным поглощением нуклеиновыми кислотами энергии излучения. При этом происходит повреждение нуклеиновых кислот. Вследствие высокого содержания воды в теле микробов происходит ионизация клеточного вещества, образуются высокореактивные группы типа гидроксильных, которые, взаимодействуя с белками клетки, вызывают энергичный процесс окисления и разрушают живое вещество.

Косвенное воздействие связано с превращениями, происходящими в питательной среде. Предполагается, что при облучении в питательном субстрате возбуждаются химические реакции, подобные тем, которые наблюдаются в живой цитоплазме. При этом образуются вредные для микроорганизмов вещества, питательный субстрат становится токсичным, непригодным для развития микробов.

Действие света

Воздействию света постоянно подвергаются все микроорганизмы, населяющие земную поверхность. Для фототрофных организмов, содержащих в клетках пигмент типа хлорофилла, свет является необходимым условием питания и жизни. Используя энергию солнечных лучей в процессе ассимиляции, фототрофные микроорганизмы строят из пищи вещества собственной природы. Ненормально развиваются в темноте плесени: они дают хорошо развитый мицелий, но совершенно не образуют спор.

Бесцветные сапрофиты в энергии солнечных лучей не нуждаются, наоборот, свет оказывает на них вредное влияние, подавляющее их развитие. Губительным является свет для многих болезнетворных микроорганизмов. Быстро погибают под действием прямых солнечных лучей брюшнотифозные и туберкулезные палочки, холерный вибрион, а из сапрофитов - палочка «чудесной крови». Одинаково чувствительными к солнечным лучам оказываются и вегетативные клетки и споры многих микробов.

Наглядно демонстрирует летальное действие солнечных лучей на микробы опыт В. И. Палладина. Питательную среду в чашках Петри он засевал сибиреязвенными бациллами, затем некоторое время подвергал чашки воздействию прямого солнечного света с последующим помещением их в термостат для выращивания. В тех чашках, которые подвергались лишь кратковременному действию солнца, наблюдался обильный рост колоний. Но чем дольше находились чашки Петри под воздействием солнечных лучей, тем все более ослабевал рост микробов. Основная масса их погибла за 10-20 мин облучения. После 70-минутной выдержки на солнечном свету в чашках не выросло ни одной колонии.

Неблагоприятное действие света на рост и развитие микробов обусловливает необходимость выращивать в лабораториях культуры микробов в темноте. Не следует хранить на свету и питательные среды. Питательная желатина, например, подвергнутая в течение некоторого времени воздействию прямых солнечных лучей, становится непригодной для выращивания микробов.

Большое значение имеет солнечный свет для самоочищения рек. В прозрачную воду солнечные лучи проникают на глубину до 2 м. Однако при наличии в воде мути их проникающая способность резко снижается. В сильно загрязненную воду световые лучи могут проникнуть лишь на глубину до 0,5 м. В почве действие света также сказывается только в поверхностном слое - на глубине 2-3 мм.

Ультрафиолетовые лучи

Наибольшим бактерицидным эффектом обладают ультрафиолетовые лучи (УФ-лучи) с длиной волны 2500-2600 А. Установлено, что к УФ-лучам споры более устойчивы, чем вегетативные клетки. Легче переносят облучение ультрафиолетовыми лучами также спорообразующие и окрашенные формы микробов. Сенная палочка, например, в 5-10 раз устойчивее к облучению УФ-лучами, чем кишечная палочка. Довольно хорошо противостоят облучению ультрафиолетовыми лучами дрожжи и плесневые грибы. Они, по-видимому, способны вырабатывать против УФ-лучей защитные вещества (жировые или восковые). Споры плесеней более устойчивы к облучению, чем мицелий.

Добавление к среде флюоресцирующих красок (эозина, эритрозина и др.) усиливает действие УФ-лучей. Это явление получило название фотодинамического эффекта. До настоящего времени УФ-лучи для консервирования пищевых продуктов применялись мало, потому что их проникающая способность незначительна. Летальное действие их ограничивается обычно микробами, находящимися на поверхности облучаемых объектов.

Бактерицидный эффект УФ-лучей зависит от продолжительности и интенсивности облучения, от температуры, pH среды, а также от «концентрации» микробов на единице поверхности продукта (обсемененности продукта микробами). Действие будет тем сильнее, чем больше продолжительность и интенсивность облучения, чем выше температура и кислотность среды и чем меньше микробов на поверхности продукта.

В последние годы УФ-лучи получили применение для дезинфекции воздуха холодильных камер, воздуха производственных и лечебных учреждений, для дезинфекции питьевой воды. Для этой цели используются специальные бактерицидные лампы. Хорошие результаты получены при сочетании облучения мяса и мясопродуктов УФ-лучами и охлаждения: оказалось возможным удлинить сроки холодильного хранения этих продуктов в 2-3 раза. Особенно чувствительными к действию УФ-лучей оказались бактерии ослизнения мяса. Они погибают уже через 1-2 мин облучения. Бактерии группы кишечной палочки и споры плесневых грибов погибают через 10 мин облучения (при использовании УФ-лучей с длиной волны 2920А).

Можно использовать УФ-лучи для ускорения процесса созревания мяса в условиях повышенных температур, когда ускоряется действие ферментов, размягчающих мясо, а развитие бактерий порчи мяса приостанавливается облучением. Применяют УФ-лучи при процессе старения сыра, производят с их помощью стерилизацию оберток для мясных и сырных продуктов, используют их при асептическом розливе напитков, облучают поверхность хлебобулочных изделий, что предупреждает развитие плесеней на их поверхности.

Нельзя использовать УФ-лучи для дезинфекции сливочного масла и молока, так как в этих продуктах УФ-лучи вызывают химические реакции, ухудшающие их вкусовые и пищевые свойства.

Инфракрасные (тепловые) лучи в отличие от ультрафиолетовых обладают гораздо меньшим бактерицидным эффектом. Действие инфракрасных лучей связано, по всей вероятности, с нагреванием облучаемой среды.

Лучи Рентгена

Рентгеновы лучи, или, как их еще называют, Х-лучи, представляют собой электромагнитные колебания с очень малой длиной волны - от нескольких сотых А до 20 А. Благодаря малой длине волны они слабо поглощаются веществами и обладают очень сильной проникающей способностью.

Использование для стерилизации рентгеновых лучей показало, что микроорганизмы к ним более выносливы, чем высшие организмы. При небольших дозах облучения у микробов даже наблюдается более интенсивное протекание отдельных жизненных функций. С повышением дозы облучения угнетающее действие рентгеновых лучей начинает проявляться сильнее: в культурах появляются уродливые клетки, рост микробов замедляется или они теряют способность к размножению. При еще более сильном облучении микроорганизмы гибнут. Устойчивость различных видов микробов к действию рентгеновых лучей неодинакова. Быстрее всего гибнут вирусы. Бактерии обладают большей устойчивостью, а дрожжи и плесени еще более устойчивы к лучам Рентгена.

Радиоактивные излучения

При распаде атомов радиоактивных элементов возникают, как известно, три типа излучений: альфа-, бета- и гамма-излучения. Наибольшей проникающей способностью обладают гамма-лучи. Источниками гамма-излучений может быть радиоизотоп кобальта Со60 или цезий-137. Действие гамма-лучей аналогично действию рентгеновых лучей. При малых дозах облучения они стимулируют отдельные жизненные функции (например, рост клеток). Опыты М. Н. Мейселя показали, что при малых дозах облучения подавляется размножение дрожжевых клеток, но на рост такие дозы не влияют. Дрожжевые клетки продолжают расти, но не почкуются: возникают гигантские особи, в несколько раз крупнее исходных.

Сравнительно недавно были открыты бактерии, живущие в атомном реакторе, где радиация в 2000 раз выше смертельной для человека. Установлено, что летальное действие гамма-лучей на микроорганизмы проявляется лишь при дозах облучения, в сотни и тысячи раз превышающих смертельную дозу для животных. Для гибели кишечной и дизентерийной палочек требуется доза в 600 000 рентген, а для дрожжей и спор - даже 1 500 000-4 000 000 рентген.

Применение ионизационных излучений для стерилизации пищевых продуктов в настоящее время тщательно изучается как в Советском Союзе, так и за рубежом. Гамма-лучи предполагается использовать для холодной лучевой стерилизации консервов, бактериологических препаратов, медикаментов и других, особенно в тех случаях, когда нежелательно тепловое воздействие на продукт или препарат. Метод ионизационной стерилизации имеет ряд преимуществ: он не изменяет качества продукта вследствие денатурации его составных частей (белков, полисахаридов, витаминов), которая происходит при тепловой стерилизации. Кроме того, процесс может быть осуществлен быстро, непрерывно, с высокой степенью автоматизации. Однако вопрос о безвредности пищевых продуктов после такой стерилизации еще недостаточно выяснен.

Токи высокой и ультравысокой частоты (ВЧ и УВЧ)

Стерилизующим эффектом обладают ультракороткие электромагнитные волны с длиной волны менее 10 м (токи ВЧ и УВЧ). В последние годы их все чаще стали использовать для стерилизации пищевых продуктов. Гибель микроорганизмов в стерилизуемой среде может быть объяснена на основании следующего явления. Под действием электрической энергии генерируемого в электромагнитном поле тока высокой частоты заряженные частицы среды (ионы и электроны) приходят в быстрое колебательное движение. Поглощаемая при этом электрическая энергия переходит в тепловую, обусловливая почти мгновенное разогревание среды до 90-120 °С. И микроорганизмы погибают в результате такого быстрого повышения температуры.

Характер нагревания среды токами высокой частоты резко отличается от обычных способов нагрева, при которых тепло распространяется путем конвекции от горячих слоев к холодным. При облучении ультракороткими электромагнитными волнами благодаря возникающим токам ВЧ продукт нагревается сразу во всех точках - объемно. А в зависимости от строения и диэлектрической постоянной отдельные части неоднородного продукта могут быть нагреты до разного уровня (избирательно, или селективно). Вода в стакане под действием токов ВЧ закипает за 2-3 сек. Во фруктовых компотах сироп можно нагреть до кипения, а фрукты будут оставаться холодными.

Использование токов ВЧ и УВЧ для стерилизации фруктовых и ягодных консервов дает возможность значительно повысить их качество, так как срок нагревания резко сокращается - до 1-3 мин; фрукты и ягоды не развариваются, сохраняют свою консистенцию, натуральный вкус и аромат. В консервах при вполне достаточной стерильности превосходно сохраняются витамины. При стерилизации токами ВЧ и УВЧ продукт необходимо расфасовывать в стеклянную тару, так как через жесть (металл) электромагнитные волны не проникают.

Действие ультразвуковых волн (УЗ-волн или УЗ)

Упругие звуковые колебания, частота которых превышает 20 000 герц, т.е. лежит за пределами частот, воспринимаемых человеческим ухом, получили в акустике название ультразвука. Новейшие современные ультразвуковые излучатели дают возможность получать ультразвуковые волны с частотой порядка 300 млн. гц и выше. От обычных звуковых волн ультразвуковые отличаются значительно меньшей длиной волны и очень большой интенсивностью. Они несут с собой громадный запас механической энергии. Объекты, которые подвергались ультразвуковому воздействию, называются «озвученными».

УЗ-волны могут быть использованы в пищевой промышленности для смешения и гомогенизации продуктов, фильтрации, предотвращения накипеобразования, для стерилизации и пастеризации продуктов, а также для очистки, мойки и дезинфекции оборудования и тары.

Исследования стерилизующего и пастеризующего действия УЗ-волн показали, что УЗ-колебания малой мощности при кратковременном озвучивании не вызывают отмирания микробов. Не погибают микроорганизмы и при продолжительном воздействии слабых УЗ-волн. Кратковременное озвучивание среды УЗ-колебаниями малой мощности способствует механическому разделению скоплений микробных клеток: пакеты сарцин, цепочки стрептококков, скопления стафилококков распадаются на отдельные жизнеспособные клетки; каждая клетка образует новую колонию. Летальное действие УЗ-волн на бактерии и вирусы начинает проявляться при их интенсивности от 1 вт/см2 * с. частотой колебаний порядка сотен килогерц. А при озвучивании мощными УЗ-колебаниями наблюдается почти мгновенный разрыв клеточных оболочек, разрушение внутреннего содержимого микробной клетки, вплоть до полного ее растворения. Бактерии более крупные разрушаются полнее и быстрее, чем мелкие; палочковидные бактерии погибают быстрее, чем кокки. Споры бактерий более устойчивы, чем вегетативные клетки.

Стерилизующее действие УЗ-волн зависит:

1) от обсемененности продукта микробами: в слишком «густой» микробной взвеси отмирания микробов не наступает; наблюдается разогревание среды;

2) от добавления в бактериальную взвесь поверхностно-активных веществ (глицерина, лейцина, пептона и пр.): бактерицидный эффект ультразвуковых волн при этом снижается;

3) от температуры среды: чем выше температура озвучиваемых субстратов, тем сильнее действуют УЗ-волны.

Влияет на результаты озвучивания вязкость среды, ее кислотность, наличие растворенных газов, различных катионов и пр. При неизменном времени и интенсивности озвучивания отмирание микроорганизмов резко ускоряется при увеличении частоты УЗ-колебаний.

Механизм бактерицидного действия ультразвука объясняют явлением кавитации. Оно заключается в том, что в озвучиваемой среде возникают быстрые попеременные сжатия и расширения отдельных ее участков. В местах сжатия давление резко возрастает и может достичь 10 000 ат (9,81 * 108 н/м2). В местах разрежения в этот же момент происходит разрыв вещества с образованием мельчайших пустот - каверн. В озвучиваемой жидкости каверны заполняются парами данной жидкости или растворенными в ней газами. Каверны непрерывно перемещаются в озвучиваемом субстрате. На месте прежней каверны возникают зоны высокого давления, а рядом образуется новая каверна, где наблюдается почти полный вакуум. Микроорганизмы могут выдерживать очень высокие давления, но в зонах кавитации (в кавернах) происходит моментальный разрыв клеточных оболочек микробов, не выдерживающих высокого внутриклеточного осмотического давления. Не исключена возможность образования кавитационных полостей и в цитоплазме клеток, что приводит к разрушению цитоплазматических структур.

То, что в ультразвуковом поле происходит преимущественно механическое разрушение микробов, подтверждают снимки, полученные при помощи электронного микроскопа: у бактерий, подвергавшихся озвучиванию, ясно видны повреждения или даже полное разрушение клеточных оболочек и плазмолиз.

При обработке ультразвуком твердых пищевых продуктов с целью их стерилизации возможно не только уничтожение микроорганизмов, но и повреждение клеток (растительных или животных) самого сырья. Хорошие результаты получаются при озвучивании жидких пищевых продуктов: молока, соков и пр. Создание конструкций непрерывно действующих ультразвуковых генераторов, в которых происходило бы непрерывное озвучивание протекающей жидкости, принесет большие экономические выгоды.

При ультразвуковой стерилизации пищевых продуктов очень важным является установление оптимального режима озвучивания: продолжительности озвучивания, мощности УЗ-волн и их частоты. При озвучивании любых живых клеток разрывы клеточных оболочек происходят настолько быстро, что содержимое клеток переходит в окружающую среду, почти не подвергаясь разрушительному действию ультразвука. Если сочетать этот эффект с моментальным центрифугированием, то из клеток могут быть извлечены биологически активные вещества: ферменты, витамины, гормоны, токсины и пр. Подобные опыты уже проводятся в медицинской и химической практике и являются весьма перспективными для изготовления вакцин и получения биологически активных веществ, вырабатываемых живыми клетками. Это очень важно как для их изучения, так и для промышленного получения в народнохозяйственных целях. Очень хорошие результаты получают при использовании ультразвука при мойке тары, особенно возвратной.

Влияние осмотического давления

Нормально процессы питания у микроорганизмов протекают при наличии в субстрате необходимых питательных веществ не только в доступной для данного микроба форме, но и при соответствующих концентрациях, определяющих тургор в живой клетке и осмотическое давление в растворе. Выше указывалось, что очень высокая концентрация растворенных в питательной среде веществ приводит к плазмолизу микробных клеток: цитоплазма клетки теряет воду, в клетке нарушается нормальный обмен веществ, изменяется структура цитоплазмы, и в конечном итоге микробная клетка гибнет. Правда, отмирание микробов в растворах с высокой концентрацией солей наступает не сразу. Благодаря высокой проницаемости цитоплазмы некоторые микроорганизмы могут приспосабливаться к изменению осмотического давления. У дрожжей и плесеней наблюдается даже способность к активной осморегуляции: в клеточном соке этих микробов накапливаются осмотически активные резервные питательные вещества, благодаря чему они могут сохранять свою жизнеспособность в средах с довольно широкими пределами колебания осмотического давления. Способными к осморегуляции оказываются только клетки, находящиеся в состоянии активной жизнедеятельности. Голодающие клетки и клетки с нарушенным дыхательным обменом к осморегуляции не способны и при повышении осмотического давления сравнительно быстро погибают. Явление плазмолиза микробных клеток в средах с высоким осмотическим давлением лежит в основе консервирования пищевых продуктов концентрированными растворами соли и сахара.

Растворы небольшой концентрации сахара для многих микробов являются хорошей питательной средой, и гибель микробов может быть обусловлена лишь высокой концентрацией сахара, превышающей 65-70%.

При изготовлении таких консервированных продуктов, как фруктовое желе, джем, мармелад, варенье, кроме добавления высокого процента сахара, производят уваривание продукта. Осмотическое давление в средах очень сильно повышается. В варенье, например, оно достигает 4 * 107 н/м2 (400 ат). Благодаря высокому осмотическому давлению продукты, уваренные с сахаром, хорошо сохраняются. Сравнительно редко наблюдаются случаи порчи варенья или меда; связанные с развитием в продуктах так называемых осмофильных дрожжей и плесеней. Плесень Aspergillus repens может развиваться в 80%-ном сахарном сиропе. Осмофильные дрожжи рода Zygosaccharomyces не погибают и в среде с 90% сахара. В сиропе, содержащем 70% сахара, свободно развивается бактерия Вас. gummosus.

Поваренная соль, являющаяся электролитом и диссоциирующая на ионы, обладает более высокой осмотической активностью, чем сахар. Кроме того, поваренная соль, по-видимому, оказывает на микробов и некоторое токсическое (ядовитое) действие. Для предохранения от порчи многих пищевых продуктов достаточно всего около 15% соли.

К действию соли особенно чувствительны гнилостные бактерии. При 5-10% NaCl в среде прекращает развитие Proteus vulgaris и Вас. mesentericus. Рост паратифозных бактерий - возбудителей пищевых отравлений - задерживается концентрацией соли 8-9%, для приостановления развития бациллы ботулизма нужна концентрация NaCl 6,5-12%. Патогенные микроорганизмы, как правило, более чувствительны к действию крепких растворов соли, чем сапрофитные, палочковидные - более чувствительны, чем кокки. Некоторые из микрококков могут свободно развиваться в среде с 25% поваренной соли.

Солелюбивые микроорганизмы, встречающиеся в природе (галофилы и галобы), обитают обычно в воде соленых озер. Вместе с солью они могут попадать на консервируемые продукты и вызывать их порчу. Пигментобразующая солелюбивая бактерия Bact. serratum salinarium, способная развиваться даже в насыщенном растворе соли, нередко вызывает порчу соленой рыбы - так называемый «фуксин». Рыба при этом приобретает красную окраску. Некоторые пленчатые дрожжи не погибают в рассолах с 24-30% поваренной соли.

В случае посола сельди развитие галофильных микроорганизмов является желательным. Обильная микрофлора в этом случае способствует созреванию сельди - улучшает ее вкусовые качества.

Концентрации соли и сахара, необходимые для задержания роста микроорганизмов в пищевых продуктах, зависят от ряда факторов: pH среды, температуры, содержания белков. Например, для задержки роста плесеней при температуре 0°С достаточно 8% соли, но при комнатной температуре необходимо уже 12%. Развитие дрожжей в соленых продуктах подавляется в кислой среде при 14% соли, а в нейтральной - только при 20%.

Для борьбы с осмофильной микрофлорой необходимо поддерживать высокий санитарный уровень производства, а иногда и прибегать к стерилизации продуктов нагреванием.