Влияние окружающей среды на рост бактерий.

Существует определенный параллелизм между жизнедеятельностью микроорганизмов и факторами окружающей среды. Чем благоприятнее эти условия для данного микроорганизма, тем интенсивнее он развивается и тем выше темп его жизнедеятельности.

Связь микроорганизмов с окружающей средой проявляется в течение всего периода индивидуального развития, причем она имеет многосторонний характер. При ассимиляции питательных веществ микроорганизм растет, развивается и выделяет в окружающую среду определенные продукты обмена.

На изменение условий питания он отвечает приспособительной перестройкой своего обмена веществ. При изменении реакции среды, температуры, концентрации питательных веществ, давления, радиации и т. д. нарушается обмен веществ, прекращаются или ограничиваются рост и размножение микроорганизма.

Иными словами, происходят все те морфологические и физиологические изменения, которые объединяются в понятие жизнедеятельность.

Обмен веществ у микроорганизмов не сводится только к построению веществ тела, к размножению. Одновременно осуществляются различные процессы, приводящие к улучшению самими микроорганизмами условий внешней среды для дальнейшего размножения. Естественно, ни влажность, ни температура не зависят от микроорганизма. К ним он может только пассивно приспосабливаться.

Микроорганизмы могут приспосабливаться к своим потребностям и активно изменять при помощи ферментных систем химические условия. Например подщелачивание среды автоматически активирует ферменты, способные вызывать кислотообразование, интенсивная аэрация вызывает образование защитных восстановительных соединений, снижающих окислительно-восстановительный потенциал rH2.

Все факторы внешней среды, оказывающие большое влияние на развитие микроорганизмов, можно разделить на три основные группы: физические, химические и биологические.

Из физических факторов наиболее важное значение имеют влажность, концентрация веществ, температура, радиация, свет; из химических — реакция среды и окислительно-восстановительные условия в ней; из биологических — антимикробные вещества.

Необходимо помнить, что существует тесная взаимосвязь между многими факторами окружающей среды и что изменение одного из них часто меняет реакцию микроорганизма на действие других факторов.

Физические факторы

Влажность. В клетках микроорганизмов протекает множество различных биохимических процессов. Одни сложные вещества разлагаются, другие образуются из более простых соединений.

Вода же является той необходимой средой, в которой только и могут осуществляться все эти химические реакции.

Микробная клетка на 65-85 % состоит из воды, и вся ее жизнедеятельность связана с наличием влаги (табл. 1.1).

Влияние окружающей среды на рост бактерий.

Без предварительного растворения в воде многие питательные вещества не могут проникнуть внутрь микробной клетки, и жизнь ее становится невозможной.

Большое влияние оказывает наличие влаги на микробные клетки, находящиеся в стадии роста, хотя между ними и в этом отношении наблюдаются значительные различия. Микроскопические грибы могут расти и на твердых питательных субстратах с минимальным содержанием воды.

Микроорганизмы в природе находятся в непрерывно изменяющихся условиях, сильно колеблется и содержание влаги. Многие представители хорошо приспособились к высушиванию. Например, некоторые бесспоровые бактерии переносят высушивание и остаются жизнеспособными иногда в течение нескольких лет.

Особенно хорошо приспособились к высушиванию споры различных грибов и бактерий. Споры, находящиеся в течение многих лет в сухом месте, при увлажнении начинают прорастать.

Однако, как бы стойки ни были вегетативные клетки микроорганизмов к высушиванию, в высушенном состоянии они остаются бездеятельными, так как отсутствие влаги препятствует процессам их питания, а следовательно, росту и размножению. В этом состоянии, что особенно важно, они только сохраняются, хотя их жизнедеятельность заметно приостанавливается.

Концентрация веществ. На рост и жизнедеятельность микроорганизмов большое влияние оказывает концентрация различных веществ.

Высокие концентрации любых веществ, в том числе питательных, создают высокое осмотическое давление во внешней среде, превышающее внутреннее осмотическое давление в клетке. Вода при этом выходит наружу, клетки обезвоживаются и начинается плазмолиз.

Из-за невозможности поступления в микробную клетку питательных веществ прекращается нормальный обмен с внешней средой. Благодаря тому что цитоплазматическая мембрана имеет высокую избирательную проницаемость, клетки приспосабливаются к изменению осмотического давления в окружающей среде.

В этих условиях может иметь место даже накопление в цитоплазме или минеральных солей (если они могут проникать в клетку), или осмотически активных веществ, образующихся в результате гидролиза резервных веществ цитоплазмы.

В последнем случае можно говорить даже об определенной способности к осморегуляции.

Влияние окружающей среды на рост бактерий.

Концентрация питательного вещества должна быть оптимальной, т. е. достаточной для обеспечения максимального роста. Для различных веществ оптимальные концентрации различны. Так, минеральные соли, содержащие Р, S, Са, Mg, Zn, Na и другие элементы, требуются в небольших количествах.

Концентрации минеральных солей, необходимые для нормального роста различных микроорганизмов, приведены в табл. 1.2. Концентрация в среде источников углерода (углеводы, кислоты, спирты, углеводороды и др.), которые чаще всего одновременно являются и источниками энергии, т. е.

окисляемыми или сбраживаемыми веществами, может изменяться от десятых долей процента до 15-20%.

Абсолютное содержание источника углерода для обеспечения нормальной жизнедеятельности микроорганизма и получения необходимого количества метаболита рассчитывают, используя экспериментально установленные экономические коэффициенты выхода.

Влияние окружающей среды на рост бактерий.

Температура. Жизнь и размножение микроорганизмов зависят от многих физических факторов. Наиболее существенным фактором является прежде всего температура окружающей среды.

Как и все факторы внешней среды, температурная зависимость характеризуется тремя кардинальными точками (минимум, оптимум, максимум), которые различны для отдельных микроорганизмов (табл. 1.3).

Все микроорганизмы по их отношению к температуре делят на три основные группы: психрофилы, мезофилы и термофилы (рис. 1.6).

Влияние окружающей среды на рост бактерий.

Температурный оптимум психрофилов находится в пределах 0-15 °С. Сюда относятся преимущественно представители микрофлоры северных морей. Для психрофилов характерна небольшая скорость роста.

Ко второй группе относится большинство используемых в промышленности бактериальных и грибных культур микроорганизмов, температурный оптимум развития которых находится в пределах 25-37 °С. К термофильным микроорганизмам относятся формы, температурный оптимум которых 50-60 °С, крайние пределы 30-70 °С.

Термофильные микроорганизмы представляют особый интерес для промышленного использования, так как культивирование их при высоких температурах создает селективные условия и позволяет снизить требования к стерильности процесса.

Высокие и низкие температуры неодинаково влияют на микроорганизмы. Наиболее губительны для них высокие температуры, вызывающие коагуляцию белков клетки и нарушение активности ферментов. При повышении температурного максимума жизнедеятельность микроорганизмов резко снижается.

Так, гибель бесспоровых бактерий при температуре 60 °С наступает через 30 мин, при 70 °С — через 10-15 мин, а при 80-100° — через 1 мин. Изменение температуры в сторону минимума сказывается менее резко, чем повышение в сторону максимума. Например, количество биомассы Asp.

niger снижается в десятки, сотни раз при повышении температуры от минимума 35 °С на 7°С, в то время как при понижении температуры на 15 °С от оптимума количество биомассы уменьшается только в 8-10 раз. На губительном влиянии высоких температур основаны приемы уничтожения микробов — пастеризация и стерилизация.

При пастеризации погибают вегетативные клетки, но остаются жизнеспособными споры. При стерилизации происходит полное уничтожение всех жизнеспособных клеток и их спор. Низкие температуры хорошо переносятся микроорганизмами.

Некоторые бактерии могут переносить температуру -190°С (температура жидкого воздуха) и даже температуру жидкого водорода -252 °С. При замораживании наибольшую опасность представляет не сама низкая температура, а мелкие кристаллы льда, образующиеся внутри клетки, которые могут ее повредить механически.

Свет. На развитие микроорганизмов большое влияние оказывают солнечный свет и другие формы лучистой энергии. Наиболее сильным действием обладает коротковолновая ультрафиолетовая часть спектра (200-300 нм) с ярко выраженным фотохимическим эффектом.

Большой активностью обладают также рентгеновские лучи (ионизирующее излучение с длиной волны 0,005-1 нм), y-лучи (коротковолновые рентгеновские лучи), а-, B-частицы, нейтроны. Действие всех этих форм лучистой энергии на микроорганизмы зависит от дозы, а также от физиолого-биохимического состояния микроорганизма.

Есть все основания полагать, что действие различного рода излучений связано в первую очередь с изменением структуры ДНК. Во многих случаях спектр действия УФ-лучей соответствует спектру их поглощения нуклеиновыми кислотами.

При изучении механизма действия УФ-лучей на молекулярном уровне было обнаружено, что при денатурации ДНК, облученной высокими дозами УФ-лучей (порядка 1*10-2 Дж), возникают разрывы между нуклеотидами, а также образование поперечных сшивок между комплементарными нитями молекулы ДНК.

Действие рентгеновских лучей также связано с ДНК. Наблюдения показали, что рентгеновские лучи, а также некоторые продукты, возникающие под их действием (Н+ и ОН-, радикалы, перекиси), разрушают ДНК.

Читайте также:  Сердечный цикл и его фазовая структура. Систола. Диастола. Фаза асинхронного сокращения. Фаза изометрического сокращения.

Следует отметить, что на влиянии различного рода излучений на микроорганизмы основаны приемы стерилизации воды и некоторых других продуктов.

Давление. Микроорганизмы устойчивы к давлению в 500 и даже 1000 кПа, что, по-видимому, связано с малой чувствительностью белков к его денатурирующему влиянию. Для большинства микроорганизмов давление 100 МПа приводит к летальному исходу.

Химические факторы

Концентрация ионов водорода. Большое влияние на развитие микроорганизмов оказывает такой химический фактор внешней среды, как концентрация ионов водорода или pH. Каждый микроорганизм имеет свой максимум и минимум pH, в пределах которых он может развиваться (табл. 1.4).

Влияние окружающей среды на рост бактерий.

Как свидетельствуют данные таблицы, есть и некоторые общие закономерности. Бактериальные микроорганизмы хорошо развиваются при pH, близком к нейтральному — от 6,5 до 7,5. У микроскопических грибов и различных видов дрожжей оптимум pH в кислой зоне — от 4 до 6.

Концентрация водородных ионов в среде оказывает большое влияние на развитие микроорганизмов и на их физиологическую активность. Это положение можно подтвердить ходом процесса брожения. Например, при спиртовом брожении, протекающем при pH 4, образуются диоксид углерода и этиловый спирт.

При сдвиге pH в щелочную сторону (до 7,5) брожение также происходит, но в этом случае кроме диоксида углерода и спирта образуется еще и уксусная кислота.

Окислительно-восстановительный потенциал. Выражают через rH2. Если pH выражает степень кислотности и щелочности, то rH2 — степень аэробности. И. Л. Работнова (1958) показала, что в водном растворе, насыщенном кислородом, rH2 = 41, а в условиях насыщения водородом — rH2 = 0. Шкала от 0 до 41 характеризует любую степень аэробности.

По отношению к этому фактору внешней среды все микроорганизмы подразделяются на следующие основные группы: аэробы, анаэробы и факультативные анаэробы. Аэробы содержат в своих клетках систему дыхательных ферментов и в качестве акцепторов водорода при окислительно-восстановительных процессах используют молекулярный кислород.

Для аэробных микроорганизмов, например для дрожжей, rH2= 10 / 30 (рис. 1.7, а). Анаэробы получают энергию без участия кислорода воздуха за счет сопряженного окисления — восстановления веществ субстрата. Эти микроорганизмы жизнедеятельны при rH2 не выше 20. Рис. 1.7, б свидетельствует, что размножаются анаэробы только при крайне низких значениях rH2 — не выше 3-5.

Для представителей этой группы микроорганизмов молекулярный кислород не только не нужен, но в ряде случаев и ядовит.

Влияние окружающей среды на рост бактерий.

Микроорганизмы, для которых кислород не обязателен, так как они живут за счет сопряженного окисления-восстановления без вовлечения кислорода, называются факультативными анаэробами. Они живут в широком диапазоне rH2 — от 0 до 30. Кислород для них не ядовит или слабо ядовит.

Биологические факторы (антимикробные вещества)

Различные вещества, находящиеся в окружающей среде, могут служить источником питания микроорганизмов и способствовать росту и развитию, а могут и ингибировать рост микробной клетки, не оказывая на нее летального действия.

Наиболее известными антимикробными веществами являются антибиотики, которые даже в небольших концентрациях угнетают рост и активность микробов. Антибиотики образуют главным образом актиномицеты, а также некоторые грибы и бактерии.

Механизм действия антибиотиков состоит в том, что одни из них нарушают процессы деления бактериальной клетки, другие изменяют отдельные процессы метаболизма, мешают использованию витаминов, конкурируют с отдельными ферментами, нарушают процессы дыхания, способствуют образованию перекисей, лизису клеток, оказывают депрессирующее действие на поверхностное натяжение и т. д.

факторы внешней среды, влияющие на микроорганизмы

Факторы внешней среды, влияющие на микроорганизмы.

Микроорганизмы находятся в непрерывном  взаимодействии с внешней средой и подвергаются разнообразным ее влияниям. В одних случаях они могут способствовать лучшему развитию микробов, в других- подавлять их жизнедеятельность.

Следует помнить, что изменчивость и быстрая смена поколений микробов позволяет им приспособляться к самым разнообразным условиям жизни, быстро закреплять приобретенные признаки и передавать их  по наследству.

  Но микробы  не только сами могут изменяться под воздействием внешней среды, но могут изменять и среду в соответствии со своими особенностями.

Поглощая в процессе питания и дыхания различные вещества микроорганизмы выделяют в окружающую среду продукты обмена, которые изменяют ее химический состав, ее реакцию и соотношение в ней различных веществ. Поэтому, изучая микробиологические процессы, мы должны учитывать два момента: во — первых, — какие изменения вызывают микроорганизмы в окружающей среде; во вторых — какое влияние оказывает внешняя среда на развитие микроорганизмов.

  • Зная факторы, способствующие развитию микробов и подавляющие их, мы можем регулировать деятельность микробов по нашему усмотрению (стимулировать развитие полезных и вести борьбу с вредными).
  • Все факторы внешней среды, оказывающие влияние на микроорганизмы, делят на три группы:
  • 1 — физические (температура, влажность, осмотическое давление, различные формы лучистой энергии,  ультразвук, механическое  воздействие, токи высокой частоты);
  • 2 — химические (химический состав питательной среды, реакция питательной среды, окислительно — восстановительный потенциал, влияние антисептических веществ);
  • 3 — биологические факторы (взаимоотношения микроорганизмов с другими организмами).
  • Физические факторы.

Температура. Температура внешней среды является мощным фактором воздействия на организмы, который определяет не только интенсивность их развития, но и вообще возможность развития. Принято различать три основные температурные точки, имеющие значение для развития микробов: температурный оптимум, минимум и максимум.

Температурный оптимум- температура, при которой данный вид микробов наиболее хорошо развивается, т.е. температура, соответствующая физиологическим требованиям соответствующего микроорганизма.

 При температурном минимуме или максимуме развитие микробов еще возможно, но уже ограничено. При температуре выше максимума микробы обычно погибают. При температуре ниже минимума они переходят в состояние анабиоза (замирание, временное замедление развития), а при повышении температуры могут возвращаться к активной жизни.

По отношению к температурному фактору микроорганизмы делят на три группы – психрофилы (холодолюбивые), мезофилы ( развивающиеся при средних температурах) и термофилы (теплолюбивые) Такое деление производят на основе оптимальной температуры развития.

Примерные границы температур для различных групп представлены в таблице 1.

1.2.3. Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы

Факторы
внешней среды постоянно влияют на
жизнедеятельность микроорганизмов.
При благоприятных условиях наблюдаются
быстрый рост и размножение микробов. В
условиях, неблагоприятных для
жизнедеятельности, развитие замедляется,
и далее может наступить их гибель.
Факторы внешней среды, оказывающие
влияние на микроорганизмы, подразделяют
на физические, химические и биологические.

Физические
факторы.
К
физическим факторам внешней среды,
влияющим на жизнедеятельность
микроорганизмов, относятся температура,
влажность, свет и др.

Влияние
температуры.

Микроорганизмы могут переносить
значительные колебания температуры.
Для нормальной жизнедеятельности
микробной клетки необходима определенная
температура.

Различают три температурные
точки: оптимальную, минимальную и
максимальную, при которых может
проявляться их жизнедеятельность
различной интенсивности. Оптимальная
температура та, при которой наиболее
интенсивно растут и развиваются
микроорганизмы.

Минимальная температура
— это самая низкая, при которой еще
возможно развитие микробов. Ниже этой
температуры микроорганизмы снижают
свою биохимическую активность, но не
погибают, а переходят в анабиотическое
состояние, т.е.

состояние скрытой жизни,
напоминающее зимнее оцепенение многих
хладнокровных (лягушек, змей, ящериц).
Максимальная — это самая высокая
температура, при которой еще возможны
рост и развитие микроба. Выше максимальной
температурной точки микроб погибает.

В
зависимости от температуры, к которой
микроорганизмы приспособились в процессе
длительной эволюции, их подразделяют
на психрофилы, мезофилы и термофилы.

Психрофилы
(холодолюбивые) способны развиваться
при низкой температуре. Оптимальной
для них является температура 15-20 С,
минимальной 0-10, максимальной 30-35 С.
К этой группе относятся некоторые
представители кокковой микрофлоры,
плесневые грибы, железобактерии и др.,
вызывающие порчу продуктов при хранении
в холодильниках.

Мезофилы
— группа микроорганизмов, которые
развиваются при средних температурах.
Оптимальной для них является температура
30-37 С,
минимальной 10, максимальной 43-50С.
К этой группе относятся многие плесневые
грибы, дрожжи, гнилостные и все патогенные
микроорганизмы.

Термофилы
(теплолюбивые) — микробы, развивающиеся
при сравнительно высокой температуре.
Оптимальной для них является температура
50-60 С,
минимальной 35, максимальной 75-85 С.

Термофилы являются основными возбудителями
порчи мясных и мясорастительных
консервов, принимают участие в
самонагревании силоса, влажного зерна,
сена, хлопка, муки и др.

Читайте также:  Факультативные анаэробные грамотрицательные ферментирующие бактерии. энтеробактерии. бактерии семейства энтеробактерий. свойства энтеробактерий.

Некоторые
термофильные микробы (споровые палочки)
сохраняют жизнедеятельность при
температуре выше 85 С.

Микроорганизмы
весьма устойчивы к охлаждению и
замораживанию. Некоторые виды бактерий
и плесневых грибов выдерживают температуру
жидкого воздуха (- 190 С)
и жидкого водорода (- 253 С).
Очень устойчивыми к низкой температуре
являются вирусы.

При низкой температуре
все же происходит ряд изменений, которые
могут привести к гибели микроба.

Скорость
отмирания микробов при замораживании
зависит от вида микроба, температуры
замораживания, кратности замораживания
и оттаивания, вида и продолжительности
хранения продукта в замороженном
состоянии и др.

Высокая
температура, вызывающая гибель микробной
клетки, называется летальной. Губительное
действие высокой температуры
обусловливается повреждением коллоидного
состояния плазмы, денатурацией белка
с последующей коагуляцией его, а также
нарушением ферментативных систем.

Большинство неспоровых микробов погибают
во влажной среде при температуре 60-70 С
за 15-30 мин, при температуре 85 С
— за 3-5 и при температуре 100С
— моментально. Весьма устойчивыми к
высокой температуре являются споры
бацилл.

Споры некоторых микроорганизмов
выдерживают кипячение от нескольких
минут до нескольких часов.

Влияние
влажности.

Минимальная влажность, необходимая для
жизнедеятельности бактерий, 30 %, для
плесневых грибов — 15 %. Различные виды
микроорганизмов не в одинаковой степени
чувствительны к высушиванию, при котором
происходит потеря воды, в результате
чего наступает гибель клетки.

Наиболее
чувствительны к высушиванию
неспорообразующие микробы. Споры
обладают высокой устойчивостью к
высыханию, сохраняясь в высушенном
состоянии в течение нескольких лет.
Высушивание используют как один из
методов сохранения скоропортящихся
продуктов.

В мясной промышленности
метод высушивания нашел широкое
применение для консервирования мяса,
колбас, мясокостной муки и т.д.

Лиофильная
сушка (высушивание при низкой температуре
и разрежении) способствует длительному
сохранению микроорганизмов. Этот метод
используют в промышленности для получения
сухих вакцин (живых), консервирования
мяса и эндокринного сырья, приготовления
органопрепаратов и заквасок для
кисломолочных продуктов.

Влияние
света.
Прямые
солнечные лучи, особенно ультрафиолетовые,
оказывают бактерицидное действие.
Микробная клетка вегетативных форм
погибает на солнечном свету через
несколько минут. Рассеянный свет не
оказывает столь губительного действия
на микробов, но при длительном воздействии
может постепенно тормозить их рост и
развитие.

Ультрафиолетовое
облучение применяют на предприятиях
мясной промышленности для обеззараживания
воздуха, поверхности оборудования и
различных предметов с помощью бактерицидных
ламп.

Влияние
излучений.

Микроорганизмы более устойчивы к
воздействию рентгеновских и гамма-лучей;
смертельная доза для них в сотни и тысячи
раз больше, чем для животных.

Рентгеновское
и гамма-излучение в малых дозах и при
непродолжительной экспозиции оказывают
стимулирующее действие на рост и
размножение микробов.

Большие дозы
рентгеновских лучей инактивируют
ферменты, замедляют рост и предотвращают
размножение микробов.

Влияние
ультразвуковых волн.

Ультразвуковые волны обладают значительной
механической энергией, способной
инактивировать ферменты, токсины,
разрушать микробную клетку.

Смертельное
воздействие на бактерии и вирусы начинает
проявляться при озвучивании среды с
частотой колебаний около 100 тыс. Гц.

Ультразвук может быть использован для
стерилизации и пастеризации продуктов,
очистки и дезинфекции оборудования,
тары, сточных вод.

Влияние
давления.

Микроорганизмы устойчивы к высоким
давлениям. Микробы обнаружены на дне
глубоких морей и океанов, где давление
достигает более 90 МПа (900 кгс/см2),
некоторые дрожжи, плесневые грибы
выдерживают давление 300 МПа (3000 кгс/см2).

Химические
факторы.

Микробная клетка реагирует на самое
незначительное количество химического
вещества в среде.

Так, если в каплю воды,
содержащую подвижные бактерии, опустить
капилляр, наполненный раствором пептона
(питательного для микробов вещества),
то через некоторое время можно заметить
скопление микроорганизмов у отверстия
капилляра.

Это так называемый положительный
химиотаксис — бактерии движутся навстречу
привлекающему их веществу. Если же
капилляр будет заполнен щелочью или
кислотой, то бактерии уходят от
диффундирующего в воду ядовитого для
них вещества, т.е. наблюдается отрицательный
химиотаксис.

Действие
химических веществ на микроорганизмы
проявляется не в одинаковой степени.
Как правило, малые концентрации не
только не вызывают гибели микробов, а
даже стимулируют их рост и развитие.

Большие
концентрации химических веществ
действуют на микроорганизмы
бактериостатически или бактерицидно,
вызывая их гибель. Химические вещества,
вызывающие гибель микроорганизмов,
получили название дезинфицирующих.

Эффективность действия химических
веществ зависит от химической природы
этого вещества, его концентрации,
температуры, реакции среды, вида
микроорганизма и др. Вещества, применяемые
для уничтожения микробов, должны быть
в растворенном состоянии. Чем легче
вещество адсорбируется микробной
клеткой, тем сильнее его действие.

Химические вещества в зависимости от
их действия на микробную клетку можно
разделить на следующие группы:

  • вещества,
    повреждающие только клеточную стенку,
    не изменяющие внутренней структуры
    микроба (мыла, жирные кислоты);
  • вещества,
    вызывающие повреждение оболочки и
    клеточных белков (фенол, крезол и их
    производные);
  • вещества,
    вызывающие денатурацию белков
    (формальдегид — 40%-ный раствор формалина);

вещества,
вызывающие инактивацию ферментов (соли
тяжелых металлов — соли ртути, меди,
серебра и др.).

Наиболее
чувствительными к химическим веществам
являются микробы, не образующие спор,
вегетативные формы. Споровые формы
довольно устойчивы к воздействию
различных химических веществ.

Для их
уничтожения необходимо готовить горячие
растворы высокой концентрации химических
веществ.

Так, споры сибиреязвенной
палочки погибают в 5%-ном растворе фенола
только за 14 сут, в то время как вегетативные
формы этого возбудителя гибнут от такой
концентрации за несколько секунд.

При
выборе дезинфицирующих веществ для
уничтожения микробов необходимо
учитывать вид микроорганизма. Например,
вирусы очень чувствительны к щелочам,
возбудитель сибирской язвы — к хлору и
формальдегиду, а возбудители туберкулеза
устойчивы к воздействию кислот и щелочей.

Реакция
среды (рН — показатель концентрации
водородных ионов) оказывает влияние на
рост и развитие микроорганизмов.
Жизнедеятельность различных видов
микробов возможна только при определенном
рН.

Большинство микроорганизмов
развиваются в слабощелочной среде (рН
7,2-7,6), дрожжи и плесневые грибы лучше
культивируются при рН 3-6. Меняя реакцию
среды, можно регулировать интенсивность
развития и биохимическую активность
микробов.

При снижении рН до 5 гнилостные
бактерии не развиваются, в то время как
при такой реакции наиболее активно
проявляется ферментативная активность
дрожжей.

Биологические
факторы.
В
процессе жизнедеятельности микроорганизмы
находятся в различных взаимоотношениях
между собой и с другими организмами.

Эти взаимоотношения в процессе длительной
эволюции складывались в соответствии
с общебиологическим законом симбиоза
(сожительства) живых существ.

В природе
взаимоотношения между микробами и
другими организмами существуют в виде
различных форм симбиоза, метабиоза и
антагонизма.

Симбиоз
между организмами может проявляться в
виде комменсализма, мутуализма и
паразитизма.

Комменсализм
— это такая форма симбиоза, при которой
один организм живет и развивается за
счет другого, не причиняя ему вреда.
Например, кишечная палочка, некоторые
виды стафилококков, стрептококков и
других микробов обитают на поверхности
или в полостях человека и животного.

Мутуализм
— такое сожительство, когда оба организма
получают взаимную выгоду, не причиняя
друг другу вреда, например сожительство
клубеньковых бактерий с бобовыми
растениями.

Паразитизм
— такой симбиоз, когда один организм
живет за счет другого, нанося ему вред.
Возбудители инфекционных болезней
человека, животных и растений являются
паразитами. Абсолютными паразитами
являются вирусы, которые в процессе
эволюции приспособились к существованию
только в живых клетках человека, животных
и растений.

Метабиоз
— такое взаимоотношение между
микроорганизмами, при котором в процессе
последовательного развития одних
микробов создаются благоприятные
условия для жизнедеятельности других.

Антагонизм
— такое взаимоотношение микробов, при
котором совместное существование
микробных видов оказывается невозможным,
т.е. один вид микроба препятствует росту
другого, задерживая его развитие, либо
вызывает полную гибель.

Внешняя среда микроорганизмов

Изменение условий внешней среды оказывает воздействие на жизнедеятельность микроорганизмов. Физические, химические, биологические факторы среды могут ускорять или подавлять развитие микробов, могут изменять их свойства или даже вызывать гибель.

К факторам среды, оказывающим наиболее заметное действие на микроорганизмы, относятся влажность, температура, кислотность и химический состав среды, действие света и других физических факторов.

Влажность

Микроорганизмы могут жить и развиваться только в среде с определенным содержанием влаги. Вода необходима для всех процессов обмена веществ микроорганизмов, для нормального осмотического давления в микробной клетке, для сохранения ее жизнеспособности.

Читайте также:  Лечение паркинсонизма. Этапы лечения паркинсонизма. L-ДОПА.

У различных микроорганизмов потребность в воде не одинакова. Бактерии относятся в основном к влаголюбивым, при влажности среды ниже 20 % их рост прекращается. Для плесеней нижний предел влажности среды составляет 15%, а при значительной влажности воздуха и ниже.

Оседание водяных паров из воздуха на поверхность продукта способствует размножению микроорганизмов.

При снижении содержания воды в среде рост микроорганизмов замедляется и может совсем прекращаться. Поэтому сухие продукты могут храниться значительно дольше продуктов с высокой влажностью. Сушка продуктов позволяет сохранять продукты при комнатной температуре без охлаждения.

Некоторые микробы очень устойчивы к высушиванию, некоторые бактерии и дрожжи в высушенном состоянии могут сохраняться до месяца и более. Споры бактерий и плесневых грибов сохраняют жизнеспособность при отсутствии влаги десятки, а иногда и сотни лет.

Температура — важнейший фактор для развития микроорганизмов. Для каждого из микроорганизмов существует минимум, оптимум и максимум температурного режима для роста. По этому свойству микробы подразделяются на три группы:

  • психрофилы — микроорганизмы, хорошо растущие при низких температурах с минимумом при -10-0 °С, оптимумом при 10-15 °С;
  • мезофилы — микроорганизмы, для которых оптимум роста наблюдается при 25-35 °С, минимум — при 5-10 °С, максимум — при 50-60 °С;
  • термофилы — микроорганизмы, хорошо растущие при относительно высоких температурах с оптимумом роста при 50-65 °С, максимумом — при температуре более 70 °С.

Большинство микроорганизмов относится к мезофилам, для развития которых оптимальной является температура 25-35 °С.

Поэтому хранение пищевых продуктов при такой температуре приводит к быстрому размножению в них микроорганизмов и порче продуктов.

Некоторые микробы при значительном накоплении в продуктах способны привести к пищевым отравлениям человека. Патогенные микроорганизмы, т.е. вызывающие инфекционные заболевания человека, также относятся к мезофилам.

Низкие температуры замедляют рост микроорганизмов, но не убивают их. В охлажденных пищевых продуктах рост микроорганизмов замедленно, но продолжается. При температуре ниже О °С большинство микробов прекращают размножаться, т.е.

при замораживании продуктов рост микробов останавливается, некоторые из них постепенно отмирают.

Установлено, что при температуре ниже О °С большинство микроорганизмов впадают в состояние, похожее на анабиоз, сохраняют свою жизнеспособность и при повышении температуры продолжают свое развитие.

Это свойство микроорганизмов следует учитывать при хранении и дальнейшей кулинарной обработке пищевых продуктов. Например, в замороженном мясе могут длительно сохраняться сальмонеллы, а после размораживания мяса они в благоприятных условиях быстро накапливаются до опасного для человека количества.

При воздействии высокой температуры, превышающей максимум выносливости микроорганизмов, происходит их отмирание.

Бактерии, не обладающие способностью образовывать споры, погибают при нагревании во влажной среде до 60-70 °С через 15-30 мин, до 80-100 °С — через несколько секунд или минут. У спор бактерий термоустойчивость значительно выше.

Они способны выдерживать 100 °С в течение 1-6 ч, при температуре 120-130 °С споры бактерий во влажной среде погибают через 20-30 мин. Споры плесеней менее термостойки.

Тепловая кулинарная обработка пищевых продуктов в общественном питании, пастеризация и стерилизация продуктов в пищевой промышленности приводят к частичной или полной (стерилизация) гибели вегетативных клеток микроорганизмов.

При пастеризации пищевой продукт подвергается минимальному температурному воздействию. В зависимости от температурного режима различают низкую и высокую пастеризацию.

Низкая пастеризация проводится при температуре, не превышающей 65-80 °С, не менее 20 мин для большей гарантии безопасности продукта.

Высокая пастеризация представляет собой кратковременное (не более 1 мин) воздействие на пастеризуемый продукт температуры выше 90 °С, которая приводит к гибели патогенной неспороносной микрофлоры и в то же время не влечет за собой существенных изменений природных свойств пастеризуемых продуктов. Пастеризованные продукты не могут храниться без холода.

Стерилизация предусматривает освобождение продукта от всех форм микроорганизмов, в том числе и спор. Стерилизация баночных консервов проводится в специальных устройствах — автоклавах (под давлением пара) при температуре 110-125°С в течение 20-60 мин.

Стерилизация обеспечивает возможность длительного хранения консервов. Молоко стерилизуется метолом ультравысокотемпературной обработки (при температуре выше 130 °С) в течение нескольких секунд, что позволяет сохранить все полезные свойства молока.

Жизнедеятельность микроорганизмов зависит от концентрации водородных (Н+) или гидроксильных (ОН-) ионов в субстрате, на котором они развиваются. Для большинства бактерий наиболее благоприятна нейтральная (рН около 7) или слабощелочная среда. Плесневые грибы и дрожжи хорошо растут при слабокислой реакции среды.

Высокая кислотность среды (рН ниже 4,0) препятствует развитию бактерий, однако плесени могут продолжать расти и в более кислой среде. Подавление роста гнилостных микроорганизмов при подкислении среды имеет практическое применение. Добавление уксусной кислоты используется при мариновании продуктов, что препятствует процессам гниения и позволяет сохранить продукты.

Образующаяся при квашении молочная кислота также подавляет рост гнилостных бактерий.

Концентрация соли и сахара

Поваренная соль и сахар издавна используются для повышения стойкости продуктов к микробной порче и лучшей сохранности пищевых продуктов.

Повышение содержания растворенных веществ (соли или сахара) в питательной среде сказывается на величине осмотического давления внутри микроорганизмов, вызывает их обезвоживание. При повышении концентрации поваренной соли в субстрате более 3-4 % размножение многих, в том числе гнилостных, микроорганизмов замедляется, при концентрации более 7-12% — прекращается.

Некоторые микроорганизмы нуждаются для своего развития в высоких концентрациях соли (20 % и выше). Их называют солелюбивыми, или галофилами. Они могут вызывать порчу соленых продуктов.

Высокие концентрации сахара (выше 55-65 %) прекращают размножение большинства микроорганизмов, это используется при приготовлении из плодов и ягод варенья, джема или повидла. Однако эти продукты тоже могут подвергаться порче в результате размножения осмофильных плесеней или дрожжей.

Свет

Некоторым микроорганизмам свет необходим для нормального развития, но для большинства из них он губителен. Ультрафиолетовые лучи солнца обладают бактерицидным действием, т. е. при определенных дозах облучения приводят к гибели микроорганизмов.

Бактерицидные свойства ультрафиолетовых лучей ртутно-кварцевых ламп используют для дезинфекции воздуха, воды, некоторых пищевых продуктов. Инфракрасные лучи тоже могут вызвать гибель микробов за счет теплового воздействия. Воздействие этих лучей применяют при тепловой обработке продуктов.

Негативное воздействие на микроорганизмы могут оказывать электромагнитные поля, ионизирующие излучения и другие физические факторы среды.

Химические факторы

Некоторые химические вещества способны оказывать на микроорганизмы губительное действие. Химические вещества, обладающие бактерицидным действием, называют антисептиками. К ним относятся дезинфицирующие средства (хлорная известь, гипохлориты и др.), используемые в медицине, на предприятиях пищевой промышленности и общественного питания.

Некоторые антисептики применяются в качестве пищевых добавок (сорбиновая и бензойная кислоты и др.) при изготовлении соков, икры, кремов, салатов и других продуктов.

Биологические факторы

Между различными микроорганизмами могут устанавливаться разные взаимоотношения: симбиоз- взаимовыгодные отношения; метабиоз — жизнедеятельность одного за счет другого без принесения вреда; паразитизм — жизнедеятельность одного за счет другого с причинением ему вреда; антагонизм — один из видов микроорганизмов угнетает развитие другого, что может привести к гибели микробов. Например, развитие молочнокислых бактерий угнетает рост гнилостных, эти антагонистические взаимоотношения используют при квашении овощей или для поддержания нормальной микрофлоры в кишечнике человека.

Антагонистические свойства некоторых микроорганизмов объясняются способностью их выделять в окружающую среду вещества, обладающие антимикробным (бактериостатическим, бактерицидным или фунгицидным) действием, — антибиотики.

Антибиотики продуцируются в основном грибами, реже бактериями, они оказывают свое специфическое действие на определенные виды бактерий или грибов (фунгицидное действие). Антибиотики применяются в медицине (пенициллин, левомицетин, стрептомицин и др.

), в животноводстве в качестве кормовой добавки, в пищевой промышленности для консервирования пищевых продуктов (низин).

Антибиотическими свойствами обладают фитонциды — вещества, обнаруженные во многих растениях и пищевых продуктах (лук, чеснок, редька, хрен, пряности и др.). К фитонцидам относятся эфирные масла, антоцианы и другие вещества. Они способны вызывать гибель патогенных микроорганизмов и гнилостных бактерий.

В яичном белке, рыбной икре, слезах, слюне содержится лизоцим — антибиотическое вещество животного происхождения.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector