Лекція 4. Вплив фізичних, хімічних та біологічних чинників на мікроорганізми.

2 Вплив хімічних факторів довкілля на мікроорганізми

Концентрація водневих іонів. Водневий показник реакції середовища рН вказує на ступінь його кислотності (рН від 7 до 1) або лужності (рН від 7 до 14). Нейтральна реакція середовища відповідає рН 7,0. Концентрація водневих іонів є фактором, який визначає можливість росту та розмноження мікроорганізмів. рН впливає на активність ферментів, ступінь дисперсності колоїдів цитоплазми, проникливість стінок клітин, дисоціацію кислот і лугів, розчинність різних речовин.

Мікроорганізми можуть розвиватися у діапазоні рН від 0,6 до 12, проте життєдіяльність кожного виду можлива тільки при певних значеннях рН середовища, тобто в суворо визначених межах кислотності й лужності. По відношенню до концентрації водних іонів середовища мікроорганізми поділяються на нейтрофіли, що добре розвиваються у нейтральному середовищі, ацидофіли – кислотолюбні, які розвиваються при оптимальному рН 4 і нижче, та алкалофіли – лужнолюбні, які розвиваються при оптимальному рН 9 і вище (табл. 3).

Таблиця 3. Групи мікроорганізмів по відношенню до концентрації водневих іонів

Група	рН
	Мінімальне	Оптимальне	Максимальне
Нейтрофіли	4,0	6,8-7,3	8,0
Ацидофіли        факультативні	1,0	2,0-4,0	9,0
Облігатні (екстремальні)	1,0	2,0-4,0	5,0
Алкалофіли	9,0	9,1-10,5	12,0

 

Хімічні речовини. Відомо багато органічних і неорганічних речовин, які згубно діють на мікроорганізми. В дуже малих дозах майже всі вони (крім солей важких металів) діють як подразники і можуть стимулювати розмноження мікробів. При підвищенні концентрації хімічні речовини спочатку призупиняють ріст і розмноження мікроорганізмів (бактеріостатична дія), а потім викликають їх загибель (бактерицидна дія). Бактерицидна дія, яку викликає хімічна речовина, можлива тільки при безпосередньому контакті її з бактеріальною клітиною. Хімічні речовини проникають у бактеріальну клітину в результаті дифузії. Найкращим середовищем є водні розчини.

Хімічні речовини, які використовують для боротьби з мікроорганізмами, називають антисептичними або дезінфікуючими.

Характер і сила дії хімічних речовин на мікроорганізми залежить від їхніх властивостей і структури, виду і стійкості мікроорганізмів, концентрації розчину, фізико-хімічного складу середовища, тривалості дії хімічних речовин на мікроби, температури, рН.

Із неспороутворюючих бактерій найбільш стійкими до хімічних речовин є стафілококи і туберкульозна паличка. Стійкими до хімічних речовин є спори. Це пояснюється наявністю у них щільної оболонки, через яку повільно проникає розчин, і слабкою здатністю протоплазми вступати у реакцію з іншими речовинами, оскільки вона складається із зневоджених колоїдів і містить мало води.

Бактерицидні хімічні речовини, за їхньою дією на мікроорганізми, поділяють на поверхнево-активні речовини, солі важких металів, окиснювачі та групу формальдегіду, феноли і їхні похідні, барвники.

Отруйними для мікроорганізмів є спирти жирного і ароматичного ряду: етиловий, пропіловий, бутиловий, аміловий і їхні ізомери. Завдяки своїй поверхневій активності вони вибірково адсорбуються на поверхні протоплазми, порушують її нормальну роботу і процеси дихання та азотофіксації. Крім цього, вони легко проникають у протоплазму клітини. Етиловий спирт ефективніше знищує мікроорганізми у концентрації 75-80 %. Більш концентрований його розчин повільніше проникає всередину мікробної клітини.

Концентрація розчинених речовин у середовищі й осмотичний тиск. Важливе значення для життєдіяльності мікроорганізмів має осмотичний тиск середовища, величину якого визначають концентрації розчинених у ньому сполук. Нормальний осмотичний тиск всередині клітини завжди вищий, ніж в оточуючому її середовищі. Вода, яка надходить у клітину ззовні, створює пружний стан – тургор, за якого цитоплазма щільно прилягає до мембрани і розтягує її. У стані тургору клітини нормально здійснюють процеси життєдіяльності. Зміна звичайної концентрації середовища призводить до порушення обміну у клітинах мікроорганізмів, припинення їхньої життєдіяльності і загибелі. Високі концентрації деяких речовин, в тому числі і поживних, створюють високий осмотичний тиск у середовищі. При цьому клітини мікроорганізмів втрачають здатність поглинати з нього воду, протоплазма зневоднюється, об’єм клітини зменшується, обмін припиняється. Це явище називають плазмолізом. У середовищі з низьким осмотичним тиском, тобто малою концентрацією розчинених у ній речовин, вода, навпаки, надходить всередину клітини. Відбувається надмірне насичення нею цитоплазми – плазмоптиз, який призводить до розриву цитоплазматичної мембрани та клітинної стінки.

Підтримання клітинами мікроорганізмів оптимального тиску відбувається завдяки здатності їх до осморегуляції. Цитоплазматична мембрана регулює проникнення у клітину і вихід з неї розчинених у середовищі речовин, зберігаючи тим самим осмотичну рівновагу.   Оптимальною концентрацією для розвитку мікроорганізмів є вміст цукру або солі у середовищі 0,5 %.

Мікроорганізми, які зберігають життєздатність у середовищах з високим осмотичним тиском, називають осмофілами. Мікроорганізми, які витримують високий осмотичний тиск, але краще розвиваються при   нормальному тиску, називають осмотолерантними.

Нездатність більшості мікроорганізмів розвиватись на середовищах з високими концентраціями солі і цукру використовують для зберігання товарів і при переробці сировини. Цей метод консервування базується на їхній властивості створювати високий осмотичний тиск. Так, 1 %‑ний розчин солі створює осмотичний тиск 6,1 атм, глюкози – 1,2 атм, цукрової тростинки – 0,7 атм.

Розмноження багатьох мікроорганізмів сповільнюється при 1-3%-й концентрації солі у середовищі, а при 20-25%-й майже повністю припиняється. Малостійкими до солі є кишкова паличка, збудники ботулізму і сальмонельозу та ін.  Токсин ботулізму сольові розчини не розкладають. Осмофільні мікроорганізми, які ростуть на середовищах з високою концентрацією солі, називають галофілами (солелюбними). Помірні галофіли ростуть при концентрації солі від 2 до 20 %, а екстремальні – від 12 до 36 %.  

Багато галофільних мікроорганізмів викликають псування солоних харчових продуктів та шкіри. Вони зустрічаються також у солоних озерах, морях, засолених ґрунтах. Причиною почервоніння засоленої риби («фуксину») є галофільні бактеріїHalobacterium salinarium, які містять червоний пігмент і потрапляють у продукт із сіллю.