3. Температура среды.

Температура - один из основных факторов, определяющих возможность и интенсивность развития микроорганизмов.

Микроорганизмы лишены механизмов, регулирующих температуру тела, поэтому их существование определяется температурой окружающей среды.

При ВЫСОКИХ ЗНАЧЕНИЯХ ТЕМПЕРАТУРЫ белки, нуклеиновые кислоты и другие составные части клетки бактерии могут необратимо инактивироваться, что обусловливает гибель организма.

При ОЧЕНЬ НИЗКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ нарушаются процессы биосинтеза и рост бактерий прекращается.

Для каждого микроорганизма существует минимальная температура, ниже которой рост его не наблюдается, оптимальная - при которой микроорганизм растет с наибольшей скоростью и максимальная - выше которой роста не происходит.

По отношению к температуре микроорганизмы подразделяют на три группы: ПСИХРОФИЛЫ, МЕЗОФИЛЫ и ТЕРМОФИЛЫ.

ПСИХРОФИЛЫ (от греч. psychria – холод, phileo – люблю, trophe – питание) - холодолюбивые микроорганизмы, хорошо размножаются и проявляют химическую активность при относительно низких температурах. Для них характерны: минимум - от -12-10 ⁰С до 0 ⁰С, оптимум - +10+15 ⁰С и максимум - около +30 ⁰С.

Психрофильные микроорганизмы формируют естественный микробиоценоз регионов вечного холода. Бактерии этой группы распространены в арктических районах земного шара, где их обнаруживают в пробах из почв, вечных снегов высокогорных районов, горных ледников, морен, наносов холодных пещер, в воде колодцев и родников.

Естественной средой обитания психрофильных бактерий служат океаны (средняя температура у поверхности воды +5 °С, около дна +1+2 °С), где микроорганизмы могут обитать независимо друг от друга либо входить в состав микробного ценоза морских животных и растений. Среди психрофилов есть формы, вызывающие заболевания рыб и морских растений.

ПСИХРОТРОФНЫЕ, или психроактивные организмы развиваются при 0 °С, однако их температурный оптимум выше, чем у психрофилов, и составляет +25+30 °С, максимум около +35 °С.

Бактерий обнаруживают в почве и воде не только в условиях холодного, но и умеренного климата. Психротрофы могут развиваться в пищевых продуктах, которые хранятся при низких температурах. Например, в молоке обитают психротрофы, относящиеся к родам Pseudomonas, Alcaligenes, Chromobacterium, Flavobacterium. В мясе при температуре хранения ниже 0 °С размножаются психроактивные псевдомонады, грамположительные бактерии и даже патогенные или токсигенные виды, в том числе Clostridium botulinum типа Е.

Кишечная и брюшнотифозная палочки в течение нескольких дней не погибают при температурах -172-190 ⁰С. Споры бактерий сохраняют способность к прорастанию даже после 10-часового пребывания при -252 ⁰С (температура жидкого водорода).

Некоторые мицелиальные грибы и дрожжи сохраняют жизнеспособность после воздействия температуры -190 °С (температура жидкого воздуха) в течение нескольких дней, а споры мицелиальных грибов - в течение нескольких месяцев.

Способность психрофильных микроорганизмов развиваться при низких температурах обусловлена следующим особенностям:

1. Клетки содержат ферменты, имеющие низкую температуру активации и способные наиболее эффективно функционировать при низкой температуре; при температуре выше +30 °С данные ферменты прекращают свою деятельность;

2. Проницаемость мембран психрофилов высокая в связи с большим количеством ненасыщенных жирных кислот, содержащихся в липидах, в результате мембраны не замерзают;

3. Образование полисом в условиях низких температур.

ТЕРМОФИЛЫ (от греч. therme - тепло) - теплолюбивые микроорганизмы, развивающиеся при относительно высоких температурах. Температурный минимум для них не ниже +30 ^0С, оптимум +50+60⁰, максимум около +70+80 °С.

Постоянное место обитания термофильных бактерий - термальные (горячие) источники.

Из горячих водных источников Камчатки выделена палочковидная неспороносная бактерия с температурным оптимумом +70+80 °С, которая оставалась жизнеспособной при температуре воды до +90 °С.

Из горных источников на склонах вулканов выделены бактерии, способные расти при температуре даже выше +100 °С, с оптимумом +105 °С. Эти бактерии рассматривают как экстремально термофильные микроорганизмы.

Термофилы встречаются также в самонагревающихся скоплениях различных органических материалов (зерно, сено, навоз и др.). Обитают они в поверхностных слоях почвы, кишечнике человека и животных, в продуктах, прошедших термическую обработку.

Данную группу организмов широко используют в биотехнологической промышленности для получения витаминов, ферментов, молочной кислоты, кормового белка и других ценных для сельского хозяйства и медицины веществ.

Термофильные микроорганизмы подразделяют на облигатные, факультативные, термотолерантные, экстремально термофильные и гипертермофильные.

Облигатные термофилы имеют температурный оптимум +65+70 °С, минимальная температура, при которой возможен их рост, - +40+42 °С; факультативные термофилы имеют температурный максимум +50+60 °С, минимум - менее +20 °С; термотолерантные - температурный максимум +45+50 °С; экстремально термофильные - могут существовать при температурах от +60 до +93 °С и выше. К гипертермофилам относятся архебактерии - например, архебактерии Pyrodictium occultum и P. brockii развиваются при температуре +105 °С, но выдерживают и 110 °С.

Способность термофильных микроорганизмов развиваться при высоких температурах обусловлена следующим особенностям:

1. Состав липидных компонентов клеточных мембран - высокое содержание длинноцепочечных С₁₇-С₁₉ насыщенных жирных кислот с разветвленными цепями;

2. Высокая термостабильность белков и ферментов (ферменты имеют низкую молекулярную массу и содержат значительное количество ионов кальция);

3. Термостабильность клеточных ультраструктур.

МЕЗОФИЛЫ (от греч. mesos - средний, промежуточный) - микроорганизмы, растущие в пределах умеренных температур. Температурный минимум около +5+10 ⁰С, оптимум - +25+35 °С, максимум - в пределах +45+50 °С.

К мезофильной группе относится большинство наиболее распространенных в природе бактерий, грибов и дрожжей, в том числе многие возбудители порчи пищевых продуктов, а также болезнетворные микроорганизмы.

Отношение микроорганизмов к высоким температурам. Повышение температуры среды (по сравнению с оптимальной) сказывается на микроорганизмах более неблагоприятно, чем понижение ее. Отношение различных микроорганизмов к температурам, превышающим максимальную для их развития, характеризует их термоустойчивость. У разных микроорганизмов она неодинакова. Их гибель наступает не мгновенно, а в течение времени. Температуры, превышающие максимальную, вызывают явление «теплового шока». При непродолжительном пребывании в таком состоянии клетки могут реактивироваться, а при длительном - наступает их отмирание.

Большинство бесспоровых бактерий отмирают при нагревании во влажном состоянии до +60+70 °С в течение 15-30 мин, а при нагревании до +80+100 ⁰С - от нескольких секунд до 1-2 мин. Дрожжи и мицелиальные грибы погибают также довольно быстро при температуре +50+60 ^"С. Исключение составляют некоторые осмофильные дрожжи, которые выдерживают нагревание до 100 ⁰С в течение нескольких минут.

Наиболее термоустойчивы бактериальные споры. У многих бактерий они способны выдерживать температуру кипения воды в течение нескольких часов. Во влажной среде споры бактерий гибнут при +120+130 ⁰С через 20-30 мин., а в сухом состоянии - при +160+170 ⁰С через 1-2 ч.

Температурные воздействия применяют для стерилизации – полного удаления микроорганизмов из различных сред и обеззараживания предметов.

При воздействии на клетки сухого жара (без влаги) гибель происходит в результате активных окислительных процессов и нарушения клеточных структур.

Пастеризация - это нагревание продукта чаще всего при температуре +63+80 ⁰С в течение 20-40 мин. Иногда пастеризацию производят кратковременным (в течение нескольких секунд) нагреванием до +90+100 ⁰С. При пастеризации погибают не все микроорганизмы. Некоторые термоустойчивые бактерии, а также споры многих бактерий остаются живыми. Поэтому пастеризованные продукты следует немедленно охлаждать до температуры не выше +10 °С и хранить на холоде, чтобы задержать прорастание спор и развитие сохранившихся клеток. Пастеризуют молоко, вино, пиво, икру, фруктовые соки и некоторые другие продукты.

Стерилизация - это нагревание при температурах, которые в течение определенного времени вызывают гибель вегетативных клеток микроорганизмов и их спор. Стерилизуют различные баночные консервы, многие предметы и материалы, используемые в медицинской и микробиологической практике. Процесс проводят при температурах +112+125 ⁰С в течение 20-60 мин в специальных приборах - автоклавах (перегретым паром под давлением) или при +160+180 °С в течение 1-2 ч в сушильных шкафах (сухим горячим воздухом).