3. Экология микроорганизмов.

Жизнь микроорганизмов непрерывно связана с окружающей средой.

С одной стороны, деятельность микроорганизмов значительно изменяет окружающую среду в результате использования питательных веществ и выделения продуктов обмена; с другой стороны, интенсивность обменных процессов в клетке во многом зависит от условий окружающей среды. Наука о взаимоотношениях живых организмов с окружающей средой называется экологией.

Отдельные свойства среды обитания, воздействующие на микроорганизмы, называются экологическими факторами. Некоторые из них необходимы клетке, а некоторые наоборот, вредны - могут приостановить их рост и размножение, а также привести клетки к гибели. Под воздействием экологических факторов возможен и мутагенез, т.е. изменение наследственных свойств клетки.

Экологические факторы весьма многообразны и изменчивы, поэтому микроорганизмы постоянно адаптируются (приспосабливаются) к ним и регулируют свою жизнедеятельность в соответствии с их изменениями. Интенсивное или длительное воздействие неблагоприятных факторов может вызвать летальный (смертельный) эффект, т.е. привести к гибели клетки (т.е. к необратимой утрате способности микроорганизмов к росту и размножению). Многие повреждения, возникающие в клетках, которые с течением времени могут привести ее к гибели, могут быть ликвидированы в определенных условиях и тогда способность к росту и размножению восстанавливается. Это явление называется реактивацией микроорганизмов, оно наблюдается, например, после воздействия некоторых видов лучистой энергии и высокой температуры.

Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Они подразделяются на абиотические (факторы неживой природы), биотические (факторы живой природы), и антропогенные (все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания) (табл.1).

Влияние экологических факторов на микроорганизмы Таблица 1

По отношению к каждому фактору можно выделить три кардинальные точки. Они определяют не только интенсивность роста микроорганизмов, но и возможность их существования. Минимум – минимальное значение фактора, ниже которого рост не происходит. Максимум - максимальное значение фактора, выше которого рост микроорганизмов практически прекращается. Оптимум - оптимальное значение фактора, при котором рост микроорганизмов проявляется наиболее интенсивно.

4.1. Абиотические факторы.

К абиотическим факторам относятся физико-химические условия среды обитания. К ним относятся температура, влажность среды, осмотическое давление, различные виды лучистой энергии, концентрация водородных ионов, кислорода. Прокариоты (бактерии) способны существовать в гораздо большем диапазоне изменений среды обитания, чем эукариоты (мицелиальные грибы и дрожжи).

4.1.1. Температура

Температура является важнейшим фактором внешней среды. Она определяет скорость размножения микроорганизмов, а также интенсивность протекания химических реакций в процессах обмена веществ в клетках. При переходе к крайним температурам жизненные процессы сначала замедляются, а затем или совсем приостанавливаются, и жизнь переходит в скрытую форму, или вообще прекращаются.

По отношению к температуре различают три группы микроорганизмов: психрофилы, мезофилы и термофилы (табл.2).

Таблица 2. Температура роста микроорганизмов(⁰С)

Группа микроорганизмов	Минимальная	Оптимальная	Максимальная
Психрофилы Мезофиллы Термофилы	-10…0 0…10 30…35	10…15 25…30 50…60	30…35 50…60 70…80

Психрофилы (холодолюбивые) – это микроорганизмы, нормально развивающиеся при относительно низких температурах. Представителями этой группы являются некоторые палочковидные бактерии и мицелиальные грибы и др., вызывающие порчу пищевых продуктов в холодильниках.

Мезофилы - наиболее распространенная в природе группа микроорганизмов, обитающих в воде, воздухе, почве, в живых организмах. К ним относятся представители дрожжей, мицелиальных грибов, молочно кислых бактерий, бактерий кишечной группы (стафилококки, фекальные стрептококки) и многие другие, а также возбудители порчи пищевых продуктов, пищевых отравлений и заболеваний человека.

Термофилы (теплолюбивые) довольно широко распространены в природе. Они могут обитать в горячих источниках, в верхних слоях почвы, в горячих источниках, в песках пустынь, в кишечнике человека и животных, так как большинство термофилов образуют устойчивые споры.

Микроорганизмы имеют неодинаковую устойчивость (термостабильность) к повышенным температурам. Так, дрожжи и микроскопические грибы погибают при температуре 60…80⁰С, а споры бактерий наиболее устойчивы к повышенным температурам, некоторые из них выдерживают длительное кипячение и погибают только при температуре 120…130⁰С.

Регулируя температуру, можно управлять жизнедеятельностью микроорганизмов. Действие высоких температур на микроорганизмы является губительным, и это явление используется при консервировании пищевых продуктов с целью уничтожения вызывающих их порчу микроорганизмов.

К тепловым методам обработки пищевых продуктов относятся пастеризация и стерилизация Пастеризация - это процесс уничтожения вегетативных клеток микроорганизмов путем нагревания продукта до 50-60⁰С в течение 15-30 мин или до 70-80⁰С в течение 5-10 мин. Иногда пастеризацию производят кратковременным нагреванием до 90-100⁰С. При пастеризации остаются жизнеспособными некоторые термоустойчивые бактерии и споры многих микроорганизмов. Одним из важнейших и необходимых приемов в микробиологической практике и в пищевой промышленности является стерилизация - полное уничтожение вегетативных клеток и спор микроорганизмов. Выбор способа стерилизации определяется особенностями материала, подлежащего стерилизации, его физическими свойствами и химическим составом.

Термическую стерилизацию осуществляют либо путем воздействия на объект «сухого жара» при 160-180⁰С в течение 1-2 ч в сушильных шкафах, либо насыщенным паром под избыточным атмосферным давлением при температуре 112-125⁰С в течение 20-60 мин в специальных приборах - автоклавах. Для обеспложивания объектов, портящихся под действием температуры выше 100⁰С, применяют дробную стерилизацию (тиндализацию). Этот прием был предложен английским ученым Тиндалем. Принцип тиндализации заключается в том, что продукт обрабатывают в парах кипящей воды - «текучим паром», при нормальном атмосферном давлении несколько раз. В период между прогреваниями обработанный продукт термостатируют с целью прорастания в нем жизнеспособных спор микроорганизмов. Предполагается, что проросшие из спор вегетативные клетки погибают при последующей обработке, не успев образовать новые споры.

В тех случаях, когда субстраты не выдерживают нагревания (витамины, антибиотики, белоксодержащие среды и др.), применяют методы «холодной стерилизации». Это обеспложивание субстратов с применением мембранных фильтров, обработка разных видов электромагнитных излучений и применение химических дезинфицирующих средств.

К низкой температуре микроорганизмы более устойчивы, размножение и биохимическая активность микроорганизмов при температуре ниже минимальной прекращаются, гибель самих клеток чаще всего не наступает, а они переходят в состоянии анабиоза («скрытой жизни»). В таком состоянии многие микроорганизмы, и особенно их споры, не размножаются, но остаются жизнеспособными длительное время (гнилостные бактерии, микроорганизмы, вызывающие пищевые отравления и патогенные). При повышении температуры споры прорастают в вегетативные клетки и начинают активно размножаться.

Низкие температуры вызывают гибель микроорганизмов тогда, когда замерзает среда, в которой они обитают, или происходят резкие скачки температуры, например, при многократно повторяющемся замораживании и оттаивании.

Низкие температуры применяют для сохранения скоропортящихся продуктов. Некоторые микроорганизмы временно выдерживают очень низкие температуры (кишечная палочка, брюшнотифозная палочка, споры бактерий, сохраняют способность к прорастанию, а также некоторые мицелиальные грибы и дрожжи).

Сроки хранения продуктов в охлажденном виде непродолжительны. Холодильные камеры необходимо регулярно дезинфицировать и поддерживать в них определенную температуру и относительную влажность воздуха.

Замороженные продукты остаются доброкачественными более длительное время, чем охлажденные. В замороженном виде хранят плод, овощи, мясо, рыбу и т.д. Размораживать замороженные пищевые продукты следует непосредственно перед употреблением.

Большое значение в сохранении качества продуктов имеют санитарно-гигиенические условия охлаждения продуктов, хранения их в холодильниках и при размораживании.